tiedustella

Lyhyt esittely korkean lämpötilan suprajohtavasta induktiosta Lämmitystekniikka ja sen sovellus

I. Teollisuuden teknologian sovellusten tausta

Kuljetusalalla kevyellä painolla on suuri merkitys energiansäästön, kulutuksen vähentämisen ja kuljetuskapasiteetin parantamisen kannalta. Tutkimusten mukaan alumiiniseosmateriaalin käyttö voi heikentää laitteiden laatua yli 60%. Alumiiniprofiilikomponenttien mekaanisen lujuuden kasvaessa, erityisesti alumiiniseosmateriaalit voivat parantaa tehokkaasti komponenttien korroosionkestävyyttä ja staattista vääntöjäykkyyttä sekä helpottaa kierrätystä romun ja muiden tärkeiden arvojen jälkeen, alumiiniseosmateriaalien käyttö laajenee. Kansallisen "13. viiden vuoden" kehityssuunnitelman huippuluokan laitteiden valmistusteollisuudessa korkealaatuisista teollisuusalumiinituotteista on tulossa keskeisiä perusmateriaaleja teknologian parantamisen ja kehittyneiden teollisuuslaitteiden, kuten suurten lentokoneiden, lokalisoinnin tavoitteen saavuttamiseksi, autot, junat, ilmailu, sotateollisuus ja laivat.

Mutta huippuluokan sovelluksissa, kuten auto-, ilmailu- ja sotilasteollisuus, alumiinin geometrinen rakenne käyttää mekaanisia ominaisuuksia ja pinnan laatuvaatimukset ovat myös korkeammat ja korkeammat, tällä hetkellä useimmat alumiiniyritykset ottavat käyttöön vaihtovirta-induktiolämmityksen ja kaasun. Kuumennus, sen tarkkuusrajoitettu prosessointikapasiteetti suulakepuristussuuttimen riittämättömän tarkkuuden lisäksi on suurelta osin entisen alumiiniharkon kuumennusta alumiiniprofiilin suulakepuristuksen lämmitysprosessissa aksiaalisen gradientin jakautumisen tasaiseksi, eikä se voi täyttää vaatimuksia. Tällä hetkellä monet huippuluokan alumiiniprofiilit Kiinassa ovat edelleen riippuvaisia ​​tuonnista. Suprajohtavasta DC-induktiolämmitystekniikasta on suuri apu ekstrudoitujen profiilituotteiden mekaanisten ominaisuuksien ja pinnan viimeistelyn parantamisessa. Se on tehokas teknologiapolku yrityksille päivittää tuotteitaan.

Lisäksi korkean lämpötilan suprajohtavalla DC-induktiolämmitystekniikalla on energiansäästön ja kulutuksen vähentämisen kannalta suuri merkitys. Kirjoittajan tuoreen alumiiniyritysten kenttätutkimuksen mukaan yrityksen vuotuinen energiankulutus ylittää 600 miljoonaa yuania, ja lämmitysprosessin osuus koko tehtaan energiankulutuksesta on yli 60 %. JOS 1M W:n lämmitysuuni käyttää suprajohtavaa DC-induktiotekniikkaa, se voi säästää sähköä jopa 2 miljoonaa kWh vuodessa, vähentää suoraan sähkökustannuksia 1 miljoonalla yuanilla ja samalla säästää 0.8 miljoonaa tonnia standardihiiltä, ​​vähentää hiilidioksidia. päästöjä 20,000 300 tonnia ja typen oksidipäästöjä XNUMX tonnia. Kiinan alumiinin tuotantokapasiteetti on puolet maailman kokonaismäärästä, maan alumiinitehtaan lämmitysuuni yli kymmenentuhatta, jos suprajohtavan DC-induktioteknologian käyttö energiansäästön muuntamiseen, sen energiansäästötila on erittäin suuri. Kiinan valtavassa alumiiniprofiilien jalostusteollisuuden ympäristössä korkean lämpötilan suprajohtavalla DC-induktiolämmitystekniikalla, jolla on energiansäästön ja päästöjen vähentämisen sekä korkean tarkkuuden lämmityksen edut, on erittäin suuri sovellusarvo. Jos uutta suprajohtavaa DC-induktiotekniikkaa käytetään energiansäästöremonttiin, tilaa energiansäästölle ja kulutuksen vähentämiselle on erittäin suuri.

Suprajohtava ja korkean lämpötilan suprajohtava induktiolämmitystekniikka

Jo 19-luvun lopulla ja 20-luvun alussa jäähdyttämällä elohopeaa nestemäisellä heliumilla havaittiin vahingossa, että kun lämpötila laski -268.95 ℃ (4.2K), elohopean vastus hävisi kokonaan, mikä tunnettiin myös suprajohtavuutena. Sen jälkeen eri maiden tutkijat tutkivat suprajohtavuusteknologiaa ja -sovelluksia.

Suprajohtavat materiaalit, tällä hetkellä on alhaisen lämpötilan suprajohtavia materiaaleja ja korkean lämpötilan suprajohtavia materiaaleja. Kryogeeninen suprajohtavuus viittaa suprajohtavuuden ominaisuuksiin -269 ℃ (4K) nestemäisessä heliumympäristössä. Korkean lämpötilan suprajohtavuus on kuitenkin vain matalan lämpötilan suprajohtavuuden vaatima erittäin matala lämpötila ja paljon korkeampi lämpötila, jolla on yleensä maksimiarvo. lämpötila -194 ℃ (20 ~ 77 K).

Vuonna 1999 japanilainen Sumitomo Chemical Corporation kehitti vismutti (Bi) 2223 -nauhan johtavasti jäähdytetyn magneetin ympärille ja varmisti magneetin nopean virityksen ja pitkän aikavälin toiminnan 20 K lämpötila-alueella. Vuonna 2001 japanilainen pk-yritysten tutkimus- ja kehityskeskus varmisti 15 kWh:n korkean lämpötilan suprajohtavan rengasmagneetin toteutettavuuden johtumisjäähdytyksellä, 10T:n ulkokentällä ja 72MJ:n varastoidun energian kanssa, ja kokeessa saatiin tyydyttävät tulokset.

Los Alamosin kansallisen laboratorion vuonna 1997 kehittämä johtava jäähdytetty korkean lämpötilan suprajohtava korkeagradienttimagneettinen erotusjärjestelmä tuottaa 1.6 T:n magneettikentän 100 A:ssa. Vuonna 2005 suoritettiin HTS-magneetin käyttökoe 95G HZ:n värähtelygyroskoopissa. Yhdysvalloissa ja saatiin tyydyttäviä tuloksia.

Vuonna 2005 Kiinan tiedeakatemian sähkötekniikan instituutti sai päätökseen yksikierteisen korkean lämpötilan suprajohtavan magneetin, jonka sisähalkaisija oli 120 mm, ulkohalkaisija 211.2 m ja korkeus 202.8 m. Magneetti on valmistettu (Bi) 2223:sta, joka jäähdytetään johtumalla. Kun ympäristön lämpötila on 20K, keskuskentän voimakkuus on 3.2t. Magneetin kriittinen virta on 49.8A 77K itsekentän alla.

Korkean lämpötilan suprajohtavassa tekniikassa on kehittynyt viime vuosina paljon, suprajohtavan nauhan toinen sukupolvi on saanut kaupallisen tuotannon, mutta korkean lämpötilan suprajohtava tekniikka ja käytännön edistyksen soveltaminen ei ole pian, päämarkkinat ovat edelleen matala lämpötila. suprajohtavat, erityisesti suprajohtavassa magneettikuvauksessa (MRI), eurooppalaisen Conectus-kyselyn tietojen mukaan suprajohtavat markkinat ympäri maailmaa vuonna 2012, matalan lämpötilan suprajohtavuus 5.2 miljardin euron osuudella, MRI, jolla on 4.1 miljardin euron markkinaosuus , ja korkean lämpötilan suprajohtavien markkinoiden koko 3 0 miljoonalla eurolla.

Vaikka nykyiset suprajohdemarkkinat ovat edelleen ehdoton valtavirta, HTS-teknologian jatkuvan kehityksen sekä uuden HTS-liiketoiminnan asteittaisen kehittymisen myötä HTS-teknologiasta on tulossa suprajohtavuuden tutkimuksen painopiste. Pitkällä aikavälillä sen markkinaosuus kasvaa huomattavasti, joten HTS-sovellusteknologian tutkimuksella on suuri merkitys HTS-markkinoiden laajentamiselle. Tämän kehitystaustan alla on erittäin tärkeää tehdä suprajohtavan DC-induktiolämmitysteknologian tutkimusta ja edistää sen käytännön soveltamista. Nyt käytetään yleensä YBCO:na (YBCO) ja muuna korkean lämpötilan suprajohtavana nauhan kääminä suprajohtavana magneettitaustana olevana magneettikentäna ytimessä, jota ohjaa mekaaninen voimansiirtojärjestelmä, kuten alumiiniharkot ja muut metalliset esineet magneettikentän kiertoon, työkappaleen leikkauslinjoja muodostaa pyörteen ja tuottaa joule lämpöä, toteuttaa työkappaleen lämpökäsittely.

III Korkean lämpötilan suprajohtavan induktiokuumennustekniikan sovellusmahdollisuudet

1. Johdatus alumiiniprofiilien lämpökäsittelyyn

Alumiiniharkkojen esilämmitys on keskeinen prosessi alumiiniprofiilien valmistuksessa ennen alumiiniprofiilien käsittelyn ekstruusioprosessia. Alumiiniharkkojen yleisiä lämmitysmenetelmiä ovat sähkömagneettinen induktiolämmitys, vastusuunilämmitys, maakaasulämmitys ja niin edelleen.

Maakaasulämmitysmenetelmää käytetään laajalti siviili-alumiiniprofiilien valmistuksessa, ja se soveltuu erityisen hyvin pienille ja keskisuurille ekstruuderin tuotantolinjoille, jotka ovat alle 30 MN. Maakaasulämmitysmenetelmän haittana on, että lämpötilagradienttia on vaikea hallita eikä alumiinin suulakepuristuksen lämpötilan tasaisuutta voida säätää. Sähkömagneettista induktiolämmitystä käytetään enimmäkseen suulakepuristustuotantolinjalla, jossa on yli 36 MN, korkealaatuiset teollisuusprofiilit, ilmailu- ja sotilasmateriaalit sekä rakennemateriaalit. Suprajohtava DC-induktiolämmitys on uusi induktiokuumennustekniikka, joka on kehitetty alumiinin suulakepuristamiseen viime vuosina.

Perinteinen induktiokuumennusmenetelmä KÄYTTÄÄ vaihtuvaa magneettikenttää pyörrevirtojen tuottamiseen staattiseen aihioon aihion kuumenemisen toteuttamiseksi. Kuitenkin, kun alumiini, kupari ja muut metallit eivät ole ferromagneettisia materiaaleja, lämmitystehokkuus on alle 50 %, kun käytetään perinteistä AC-induktiolämmitystä. Suprajohtava DC-induktiolämmitystekniikka on se, että alumiiniharkkojen pyöriminen tuottaa suhteellista liikettä staattiseen magneettikenttään, ja leikkaavat magneettiset induktiolinjat muodostavat pyörrevirtoja ja tuottavat Joule-lämpöä alumiiniharkojen kuumenemisen toteuttamiseksi. Lämmitystehokkuus on parannettu 80 % ~ 85 %, mikä antaa sille ilmeisen kilpailuedun.

2. HTS-induktiolämmitystekniikan edut

Suprajohtava induktiokuumennustekniikka hyödyntää suprajohtavien materiaalien nollavastusominaisuutta kriittisessä alhaisessa lämpötilassa DC-magneettikentän muodostamiseksi noin 0.5 ~ 1T. DC-magneettikentässä alumiiniharkkoa käyttää moottori pyörimään, leikkaamaan magneettikenttälinjoja, tuottamaan indusoitua virtaa ja lämmittämään alumiiniharkon. Lämmityksen perusperiaate on sama kuin perinteinen induktiolämmitys, joka on Faradayn sähkömagneettisen induktion laki, pyörrevirtavaikutus ja Joulen laki. Toimintaperiaatteen vertailu perinteisen induktiolämmityksen ja suprajohtavan induktiolämmityksen välillä; suprajohtavan DC-induktiolämmitystekniikan vertailu perinteiseen AC-induktiolämmitystekniikkaan ja kaasulämmitystekniikkaan. Perinteiseen AC-induktiolämmitykseen verrattuna HTS-induktiolämmityksellä on neljä etua.

(1) Korkea hyötysuhde ja energiansäästö

Suprajohtavassa tasavirta-induktiolämmitystekniikassa 0.5 T:n tavoitetasavirtahäviön luominen magneettikentän suprajohtavaan käämiin voidaan jättää huomiotta, koko järjestelmän hyötysuhde riippuu pääasiassa moottorin käyttökaran pyörimisestä ja kypsästä teknologiasta. moottori voi helposti saavuttaa tehokkuuden yli 90%, verrattuna perinteiseen induktiolämmitystehokkuuteen noin 50%, energiansäästövaikutus on erittäin ilmeinen.

(2) Korkea lämmityslaatu

Harkkoa kuumennetaan tasaisesti ja aksiaalista lämpötilagradienttia säädetään tarkasti. Perinteinen vaihtovirta-induktiolämmitysuuni käyttää yleensä tehotaajuutta (50 Hz) suurempaa vaihtovirtaa, koska iho-ilmiöstä johtuen syntyvä pyörrevirta jakautuu pääasiassa harkon pinnalle ja amplitudilämmitysvaikutuksen tasaisuus. harkko ei ole hyvä. Suprajohtavalla DC-induktiolämmityksellä voidaan saavuttaa tasaisempi amplitudilämpötila säätämällä karan nopeutta, lisäämällä magneettikentän voimakkuutta ja lisäämällä pyörrevirtavaikutuksen tunkeutumissyvyyttä. Tällä hetkellä karan nopeus on 240 ~ 720 rpm (vastaa 4 ~ 12 Hz). Perinteiseen lämmitysuuniin verrattuna se voi saavuttaa syvemmän ja tasaisemman aksiaalisen lämpötilajakauman.

(3) Voi lämmittää erilaisia ​​ei-rautametallimateriaaleja

Perinteistä AC-induktiolämmitystä käytetään pääasiassa alumiinin ja kuparin lämmittämiseen sen alhaisen lämmityslaadun ja epätasaisen lämmityksen vuoksi. Korkean lämpötilan suprajohtava DC-induktiokuumennus on tasaisempaa paremman lämmityslaadun ansiosta ja soveltuu myös magnesiumseoksen, titaaniseoksen, nikkeli-kromi-rautaseoksen ja muiden erikoisseosten lämmittämiseen. Ulkomaiset tutkijat ovat jopa kääntäneet huomionsa korkean lämpötilan suprajohtavaan DC-induktiokuumennukseen ei-rautametallien esikuumennusekstruusiosulatukseen ja muihin aloihin.

(4) Yksinkertainen ja kätevä asennus ja huolto

Suprajohtavan kelan virityskäämin toiminnan aikana suprajohtavassa DC-induktiokuumennuslaitteessa suprajohtava magneetti on staattinen, ei pyöri, ei tärise eikä siinä ole hankausta. Suprajohtava magneettijäähdytysjärjestelmä käyttää jäähdytyskonetta jäähdytyksen suorittamiseen, joka on rakenteeltaan yksinkertainen, helppokäyttöinen ja voi toimia pitkään ilman matalan lämpötilan nesteen kuljetusta ja lisätoimintoa. Lisäksi suprajohtavan magneetin resistanssi on työskenneltäessä hyvin pieni, jopa 0, joten suprajohtavan kelan eristystarve pienenee. Lisäksi suprajohtava induktiokuumennuslaite ei tavanomaiseen AC-induktiolämmittimeen verrattuna vaadi suuritehoista AC-taajuusmuunnosvirtalähdettä eikä reaktiivisen kompensointilaitteen suunnittelua.

Korkean lämpötilan suprajohtavan DC-induktioteknologian tutkimus kotimaassa ja ulkomailla sekä lämmittimen (laitteiden) kehittäminen

21-luvun alussa Norjasta, Saksasta, Italiasta, Venäjästä ja muista maista suprajohtavan induktiolämmitysteknologian tutkimuksen kouluista ja tieteellisistä tutkimuslaitoksista on tullut vaihtovirta-induktiolämmitys ja sähkölämmitys viime vuosina kansainvälisen akateemisen tutkimuksen valtavirtaan, mm. Norjan tiede- ja teknologiayliopistona ja Norjan energiatutkimuslaitoksena SINTEF, Hannover, Saksa, Italian Leibnizin yliopisto Havannan yliopisto, Bolognan yliopisto, Rooma, st. Pietari, Venäjän kansallinen sähköyliopisto jne., tieteellinen tutkimustyö Italian korkeakouluille ja tiede- ja teknologiaministeriö rahoitukseen.

Vuonna 2002 norjalaiset M.Unde ja N.Mnusso paransivat perinteisten AC-induktiolämmityslaitteiden lämmitystehokkuutta suprajohtavilla keloilla. Kehitettiin 10 kW:n AC suprajohtava induktiokuumennuslaite.

Vuonna 2003 he ehdottivat ajatusta DC-lämmityksen käytöstä, koska suprajohtavien kelojen vaihtovirtahäviö vaihtovirtaolosuhteissa ei ole vähäistä. Koska suprajohtavan tasavirtajärjestelmän teoreettinen häviö on nolla, tämän menetelmän teoreettinen hyötysuhde voi olla jopa 90%. Vuonna 2005 Bolognan yliopistossa Italiassa tutkija m. Fabbri ja Arjun orandi sekä alumiiniharkon lämmityslämpötilajakauman tiimi tasavirtastaattisessa magneettikentässä tekivät simulaatiolaskelman vuonna 2007 m. abbrihe ja arjun orandi ja niitä on esitetty magneettikentän jakautumisesta induktiolämmityslaitteissa, satulakelan magneettirakenteessa, 2009, simulaatiomallin oikeellisuuden varmistamiseksi, he kehittivät mallin tasavirtalämmityksestä. Mallissa KÄYTETÄÄN 6 XGS26 samarium – kobolttikestomagneettia DC-magneettikentän luomiseen, mikä varmistaa simulaatiomallin rationaalisuuden.

Vuonna 2008 Nikanorov Pietarin sähköteknisestä yliopistosta Venäjältä ja Zlobina Leibnitzin yliopistosta Hannoverista Saksasta jne. kehittivät kolmiulotteisen mallin alumiiniharkoille ja suprajohtaville keloille elementtimallinnusmenetelmää käyttäen ja analysoivat erilaisten tekijöiden vaikutusta. parametrit alumiiniharkojen pintalämpötilajakaumaan kuumentamisen jälkeen.

Vuonna 2008 Thierry Lubin ja Denis Detter et al. Ranskassa ehdotettiin menetelmää alumiiniharkojen lämmittämiseksi käyttämällä pyörivää magneettikenttää. Vaikka tällä menetelmällä voidaan saavuttaa korkea tehotehokkuus, pyörivän suprajohtavan elektrodin valmistaminen on vaikeaa valmistustekniikan korkeiden vaatimusten vuoksi.

Vuonna 2008 Italian m. abbri ja a. Morandi, nykyisen teollisen lämmityksen tutkimuksen perusteella tulisi olla alumiinin prosessointivaatimusten tasainen lämpötila, induktiokuumennusprosessin simulaatiomallia käyttäen laskettiin ja käämin suunnittelu on optimoitu, 3d-kelan rakenne, rakenteen optimointi alumiiniharkon pään magneettikentän jakautuminen voi vähentää loppuvaikutuksen vaikutusta, parantaa induktiolämmityksen korkean lämpötilan tasaisuutta.

Saksalainen Zenergy Power kehitti vuonna 2008 maailman ensimmäisen korkean lämpötilan suprajohtavan induktiokuumennuslaitteiston ja otti sen käyttöön Vislalun alumiinitehtaalla, mikä on tärkeä askel suprajohtavassa tasavirta-induktiolämmitystekniikassa laboratoriosta markkinoille. Laitteisto koostuu neljästä pääosasta: korkean lämpötilan suprajohtavasta magneetista, jäähdytysjärjestelmästä, lämmitys- ja eristysjärjestelmästä sekä käyttöjärjestelmästä. Suprajohtavan magneetin normaaliin toimintaan tarvittava kryogeeninen ympäristö saadaan pääasiassa suprajohtavan magneetin päälle asennetusta jäähdytysjärjestelmästä.

Vuonna 2014 Jong-Ho Choi Changwonin yliopistosta Etelä-Koreasta valmisti 10 kW:n korkean lämpötilan suprajohtavan DC-induktiokuumennuslaitteen, jossa suprajohtava magneetti käärittiin YBCO:n korkean lämpötilan suprajohtavalla nauhalla. Kokeellisen laitteen prototyyppimagneettirakenne on c-tyypin yksiilmaväliinen rautasydäminen geometrinen rakenne, eristämätön suprajohtava kiitotietyyppinen kela. Tällä lämmitysprototyypillä testattiin alumiiniharkkoa, jonka halkaisija oli 8 cm ja pituus 30 C m, ja lämmitystehokkuus oli vastaavasti 87.5 %.

Vuonna 2015 Etelä-Korean Changwonin yliopiston Jong-Ho Choi ym. aloittivat aiemman 10 kW korkean lämpötilan suprajohtavan DC-induktiokuumennuslaitteen perusteella 300 kW:n korkean lämpötilan suprajohtavan DC-induktiolämmityslaitteen toteutettavuusanalyysin. HIGH-TEMPERATURE suprajohtavan DC-induktiokuumennuslaitteen prototyyppi tukee 70 cm pituisten ja 23.6 mm halkaisijaltaan 12 mm:n alumiiniharkkojen lämmitystä. SuNam YBCO -nauha valitaan leveydeltään 0.15 mm ja paksuudeltaan 62.5 mm. Magneetissa on kaksinkertainen kilpakela, jossa on rautaydin. Magneetin pituus ja halkaisija ovat 22 cm ja 300 cm, kelojen lukumäärä on 3 kierrosta ja nauhan kokonaispituus on 407 440 m. Kun magneetin induktanssi viritysvirralla 1.73 A on 1.1 H, alumiiniharkon keskusmagneettikentän voimakkuus on XNUMXt.

Kiinassa on jonkinlaista tutkimusta suprajohtavasta DC-induktiolämmityksestä. Saksassa vuonna 2008 kehittynyt maailmanlaajuinen, 1 dc suprajohtava jälkeen induktio lämmityslaite on ollut kotimaan joitakin johdanto kertoi, että Peking, suprajohtava Technology Co., LTD. Pieni prototyyppi valmistui suprajohteen lämmitysteknologian alustavien kokeiden pienimuotoisesta alumiiniharkon prototyypin prototyypistä, jonka koko on 30 mm * 80 mm, ja koe alumiiniharkon lämpötila on säteittäinen pinta alumiiniharkkojen alkuperään, ja aseta K-tyyppinen sähkökytkin , ja mitataan sitten yleismittarilla, sähköinen koskettaa vahingossa sisäpintaan alumiiniharkot reikä. Tämä koe varmistaa, että induktiolämmitystekniikan periaate on täysin pätevä, mutta se ei voi osoittaa tehokkuutta parantavaa vaikutusta. Samaan aikaan pienen prototyypin mekaaniset voimansiirrot ja moottorikomponentit on myös optimoitava. Viime vuosina Shanghai Superconductor Technology Co., Ltd. ja Jiangxi Lianchuang Optoelectronics Technology Co., Ltd. ovat tehneet teknistä yhteistyötä MW korkean lämpötilan suprajohtavan induktiolämmitysteknologian tutkimuksessa ja lämmityslaitteiden kehittämisessä.

Jaa tämä artikkeli alustallesi:

virhe:

Pyydä tarjous