Інститут електродинаміки НАНУ

Електротермічна  установка ЕТУ-250

Установка індукційного нагріву повною потужністю 250 кВА призначена для електротермічної обробки деталей і вузлів різноманітної техніки, у т.ч. важкої транспортної  техніки подвійного призначення

Сфери використання установки:

• пластична деформація (ковка, штамповка, пресування);
• термообробка деталей і заготовок ( відпуск, нормалізація);
• нагрівання деталей в процесі ремонту (демонтажу і монтажу) , тобто т.зв. «гарячих посадок» промислового, енергетичного і транспортного обладнання тощо.

       Переваги:

Використання ЕТУ-250 дозволяє:

• завдяки збільшенню електричного і теплового ККД, оптимізації електротермічного процесу знизити споживання електричної енергії на 20-30%;
• підвищити продуктивність праці в 1,5-2 рази за рахунок збільшення швидкості нагріву;
• значно знизити витрати матеріальних ресурсів на виготовлення та ремонт індукторів;
• здійснювати заміни індукторів різних розмірів і конфігурації при автоматичній підтримці на заданому рівні параметрів електротермічного процесу;
• значно поліпшити екологію виробництва.

________

* – можливе збільшення потужності до 500 кВА

Установка ЕТУ-250 призначена для підвищення ефективності електротермічного процесу (високочастотного індукційного нагріву) при ремонті деталей і вузлів ходової частини рейкового транспорту (метрополітен, залізничний транспорт та міський рейковий електротранспорт, а також важка транспортна техніка воєнного призначення ).

Створення високочастотного напівпровідникового перетворювача на сучасній елементній базі та нових принципах оптимального управління забезпечує можливість заміни індукторів ЕТУ різних типорозмірів і конфігурації при автоматичній підтримці на заданому рівні параметрів електротермічного процесу за допомогою ЕТУ-250 і, відповідно, параметричну стабілізацію її вихідної потужності для кожної конкретної деталі колісної пари вагою від одиниць до сотень кілограм. Це дозволяє значно підвищити продуктивність ЕТУ-250 і якість електротермічного процесу, а також знизити трудомісткість електротермічного процесу при ремонті (гаряче пресування, загартування і розбирання запресованих деталей і вузлів ходової частини рухомого складу залізничного транспорту, поїздів метрополітену і трамваїв, а також броньованої техніці) за рахунок можливості використання широкої номенклатури індукторів і, відповідно, видів деталей і вузлів різної ваги і геометричних розмірів при експлуатації ЕТУ в автоматичному режимі (без проведення додаткових регулювань і налаштування системи управління).

Склад електротермічної установки ЕТУ-250:

–  силовий напівпровідниковий перетворювач;

–  система управління та захисту:

–  індуктори заданої конфігурації;

–  система охолодження ЕТУ-250.

Силовий напівпровідниковий перетворювач ЕТУ-250 складається з:

• трифазного випрямляча, який виконаний на збірках типу SKKD 380 (1200 V, 600А);
• ємнісного згладжуючого фільтра, що складається з послідовно-паралельного з’єднання електролітичних конденсаторів типу SAMWHA ємністю 4700,0 µF (400V,SM85⁰);
• однофазного високочастотного інвертора напруги, який виконано на основі інтелектуальних IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) -модулів типу SEMIX503GB12HD (600А, 1200V) фірми «SEMIKRON».

Систему управління та захисту складено з:

• блоку задання частоти комутації ключових елементів
• блоку живлення (вхідна напруга 220В ±15%; вихідні стабілізовані напруги: 5,0 В; 12,0 В; 27 В);
• блоку захисту та блокування;
• блоку контролю часу (таймер);
• блоку індикації параметрів.

Індуктори заданої конфігурації (задаються видом деталей та вузлів, що нагріваються):

• індуктори виготовляються з мідної трубки діаметром не менше як 15 мм з вхідним та вихідним штуцерами для підводу води;
• підключення напруги живлення з виходу інвертора забезпечується затискачами, які розташовані на кінцях мідної трубки індуктора;
• теплоізоляція індуктора здійснюється алюмофосфатною обмазкою;
• безконтактний контроль температури «загрузки» (деталі, що нагрівається) здійснюється за допомогою інфрачервоного пірометру типу Fluke-66.

Система охолодження ЕТУ-250 (рідинна):

–  водяне охолодження IGBT – модулів та   індукторів  здійснюється від системи водопостачання цеху трубою діаметром не меншим як 3/4  дюйма;

–    рівень тиску води для охолодження IGBT-модулів та індукторів – не менш, як 4·10⁵ Па;

–  контроль розходу води при розімкненій системі охолодження здійснюється за допомогою турбінного водоміру типу WPD DN 40.

 Основні технічні характеристики ЕТУ-250:

 –  напруга трифазної мережі живлення – 380/220 В, +10% -15%;

–  частота напруги живлення – 50/60 Гц;

–  максимальна повна  вихідна потужність – 300 кВА;

–  частота струму індуктора – 0,5….20 кГц;

–  загальний коефіцієнт корисної дії – 0,95;

–  питома швидкість нагріву – 10…50°С/кг·сек.;

–  керування ЕТУ-250 – ручне (з передньої панелі);

–  індуктивність індуктора  – 30…400 мкГн (для конкретного типу деталі, що нагрівається);

–  температура нагріву (max) – 900°С.

– електрична ізоляція кіл індуктора повинна витримувати без пробою дослідну напругу 1500В;

–  опір ізоляції вказаних кіл відносно «землі» не менше 5 МОм;

– металевий корпус напівпровідникового перетворювача ЕТУ-250 потребує заземлення; рівень звуку, що створюється індуктором ЕТУ-250 на відстані 1м становить не більше 45 Дб;

–  питома маса  – 1,5 кг/кВт;

–  середній термін роботи – не менше 3-х років (технічний ресурс не менше 15 000 годин);

– «наробка на відмову» – не менше 7000 годин;

–  маса ЕТУ – 300 кг.;

– згідно вимог електробезпеки ЕТУ-250  задовольняє вимогам ОСТ 4.275.003-97 класу захисту 1;

– за ступенем захисту від ураження електричним струмом ЕТУ-250 відноситься до класу захисту 0,1 (ГОСТ 12.2.007.0.-99);

–  ЕТУ-250 призначена для експлуатації в умовах цеху, живлення забезпечується від трифазної мережі промислової частоти 0,38/0,22 кВ;

–  робочими кліматичними умовами при експлуатації ЕТУ-250 повинні бути:

1) температура оточуючого повітря від -10°С до +40 °С;

2) відносна вологість повітря  95% за температури +30°С;

3) середній атмосферний тиск  760 мм.рт.ст.

ЕТУ-250 відповідає вимогам нормативно-правових актів, чинним правилам улаштування електроустановок та іншим нормативно-технічним документам: ДСТУ ІЕС 60519-9-2001 Безпечність електротермічного обладнання. Частина 9. Додаткові вимоги до установок для високочастотного діелектричного нагрівання (ІЕС 60519-9:1987, ГОТ).

Експериментальні зразки  індукторів для вагонів метро

Технічна експлуатація ЕТУ-250 здійснюється згідно Правил безпечної експлуатації електроустановок споживачів, що затверджені наказом Комітету по нагляду за охороною праці Міністерства праці та соціальної політики України від 09 січня 1998 року № 4, зареєстрованим в Міністерстві юстиції України 10 лютого 1998 року за № 93/2533. Умови праці персоналу, який обслуговує та експлуатує електротермічні установки (електропечі дугові, електропечі опору, установки індукційні, високої частоти, плазмово-дугові, електронно-променеві, електродні котли), та використання засобів індивідуального захисту відповідають вимогам Державних санітарних норм ДСанПін N 3.3.6.096-2002, ДСН 3.3.6.037-99 та ДСН 3.3.6.042-99.

Фотографії  дослідного  зразку установки ЕТУ-250

 Фотографії індуктора для нагріву до максимальної температури 700 ⁰С  чавунного тормозного башмака редуктора  вагону метро, що зроблені під час проведення експериментальних досліджень ЕТУ-250

ЕТУ-250 може бути застосована в технологіях, в яких використається індукційне високочастотне нагрівання в машинобудуванні й верстатобудуванні, на залізничному та авіаційному транспорті, гусеничному транспорті цивільного і військового призначення та в інших областях техніки для проведення операцій по монтажу і демонтажу вузлів і деталей, з’єднаних шляхом гарячої (напруженої) посадки.

В електроенергетиці, наприклад, за допомогою високочастотного нагрівального обладнання може бути здійснений нагрів бандажних кілець роторів турбогенераторів, які виготовляються з немагнітних легованих сталей, титанових або алюмінієвих сплавів, а також індукційний нагрів робочого колеса ротора парової турбіни для роз’єднання робочого колеса її ротора і вала, при якому операція демонтажу робочого колеса відбувається без його перегріву вище 450 ⁰С. При зниженні або підвищенні потужності нагрівання роз’єднання робочого колеса і вала відбуваються при більш високих температурах, які можуть погіршити кристалічну структуру металу.