Tiigli induktsioonahi: tööpõhimõte, diagramm ja ülevaated

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Seoses taskukohaste elektrooniliste ja isoleerivate komponentide tulekuga tänapäevasesse tootmisse muutub induktsioonkuumutuse kasutusvaldkond üha laiemaks. Seda tehnoloogiat ei kasutata mitte ainult metallurgias, vaid ka kodumasinate arendamisel.

Induktsioonkuumutuse põhimõte

Induktsioonahju töö põhineb trafo energiavahetuse põhimõttel. Induktor on valmistatud vasktorust, mis seejärel keeratakse mitme pöördega mähisesse. Induktiivpooli primaarahelasse suunatakse vahelduvvool, mis viib selle ümber vahelduva magnetvälja moodustumiseni. Induktiivpooli sisse asetatud kehas oleva magnetvälja mõjul tekib elektriväli, mis viib seejärel kuumutamisprotsessi. Induktsioontiigli sulatusahju tekitatud võimsus ja vastav alt ka soojus sõltuvad otseselt vahelduva magnetvälja sagedusest. Seetõttu vajab ahi tõhusaks tööks kõrgsageduslikku voolu.

Induktsioonahjude rakendamine

Induktsioonkuumutamist saab kasutada mis tahes materjaliga töötamiseks: metall, räbu, gaas jne Selle kasutamise peamine eelis on kontaktivaba soojusülekanne. Samuti võimaldab induktsioonkuumutamine saavutada peaaegu igasuguse kuumutuskiiruse – kõik sõltub ahju toitava generaatori võimsusest. Soojuskaod sellise kütmise ajal on minimaalsed. Maksimaalne temperatuur, milleni võib eset ahjus kuumutada, on piiratud ainult tulekindla materjali takistusega. Kontaktivaba soojusülekande protsess kuumutatud materjalile võimaldab toota kuumutamist vaakumkeskkonnas.

Metallurgide arvustuste kohaselt on induktsioonahjude kasutusala olemasolevate puuduste tõttu mõnevõrra piiratud. Tiigli ahju puudused on järgmised:

• elektriseadmete kõrge hind;
• külmad räbud, mis raskendavad rafineerimisprotsessi;
• Vähendatud vooderdise stabiilsus sulamistevahelise temperatuuri hüpete ajal.

Tiigli induktsioonahju skeem

Induktsioontiigli ahjul on järgmine struktuur.

Ahju põhielement on tiigel (7), mis on kaetud kaanega (1). Tiigel asub soojenduspooli (3) sees, mis on valmistatud mitme pöördega mähise kujul. Spiraal on vasktoru, mille sees ringleb jahutamise eesmärgil pidev alt vesi. Induktiivpoolist tulev magnetvoog läbib magnetahelaid (4), mis on valmistatud spetsiaalsest trafoterasest. Pöördkomplekt (2) on ette nähtud ahju kallutamiseks villimise ajalsulanud vedelik. Ahi on paigaldatud mellokonstruktsioonile (5). Jahutamine toimub vesijahutusvoolikutega (6). Ahju hooldamiseks kasutatakse abiplatvormi (8).

Samuti sisaldab tiigli ahju skeem trafot, kondensaatoreid, juhtseadet ja gaasipumpamissüsteemi. Tiigli elektriahi toiteallikaks on voolud sagedusega 50 Hz.

Sisemiste konstruktsioonielementide omadused

Enamasti on induktiivpool valmistatud ümarast torust. Kuid on olukordi, kus ümmargune vasktoru ei ole kohaldatav. Teatud juhtudel kasutatakse induktsioontiigli ahju projekteerimiseks profileeritud elemente, mille tõttu lekke magnetvoog väheneb. Induktiivtorud on üksteisest isoleeritud spetsiaalse lakiga immutatud klaaskiuga. Kaitstud pöörded surutakse kokku dielektrilisest materjalist klotsidega. Pooli sisse asetatud induktiivpool ja tiigel paigaldatakse tulekindlatest tellistest või kuumakindlast betoonist valmistatud alusele. Tööstuslikes tingimustes toimub tiigli tootmisprotsess otse ahjus. Sel juhul paigaldatakse kokkupandud olekus induktiivpool kaubaalusele ja isoleeritakse asbestiga. Pärast seda täidetakse kaubaalus tulekindla pulbriga, mis tihendatakse pneumaatilise seadme abil. Põhjale paigaldatud malli ja induktiivpooli vaheline vahe on täidetud tulekindlate pulbritega.

Induktiivpooli kohal oleva tsooni vooderdus on kaetud tulekindlate tellistega. Vooderdatud on ka krae ja äravoolurenntulekindel tellis. Induktsioontiigli ahju töö toimub kõige raskemates tingimustes, seetõttu seatakse kõrgendatud nõuded kasutatavate kuumakindlate materjalide kvaliteedile. Voodri vastupidavust mõjutavad tulekindla massi koostis, töörežiim ja elektrivoolu rakendatav sagedus. Reeglina peab tiigel vastu kuni 100 sulamist ja siis läheb rikki.

Väliselementide disain

Sulatustiigli ahju raam on alus, mille külge on kinnitatud kõik selle elemendid. Suurtel tööstusseadmetel on raam tugeva korpuse kuju. Kõik raami osad peavad olema kõrge tugevusega, kuna induktiivpooli elektromagnetväli mõjutab neid. Korpust saab teatud tingimustel kuumutada samamoodi nagu ahjus olevat materjali. Kütmise vähendamiseks on mõistlik teha raam mittejuhtivatest materjalidest. Kuna aga dielektrilised materjalid on kallid, on raami materjaliks tavaliselt teras. Teraskonstruktsioon on jagatud mitmeks elemendiks, mis omakorda on üksteisest isoleeritud. Ekraanid kasutatakse elektromagnetvälja vähendamiseks kaadri lähedal. Induktiivpooli ja ahju korpuse vahele on paigaldatud kaitseekraan. Ekraan on silindriline ja valmistatud alumiiniumist või vasest.

Pöördnupp on oluline disainielement. Pöördemehhanismi põhinõue on tagada metalli täielikuks äravooluks kalle. Pöörlemismehhanisme saab kasutada erinevaid. Väikesed ahjud kasutavad käsitsi või elektriliseltvints. Tööstuslikud ahjud kallutatakse tala kraana abil. Suure võimsusega ahjud saab varustada hüdraulilise kallutusajamiga.

Tiigli sulatusahju katva kaane ülesandeks on hoida temperatuuri seadme sees kõrgemal tasemel. Arvestades aga, et ahju on võimalik katta alles pärast laengu täielikku sulamist, ei ole katte kasutamine kohustuslik.

Ise ahju valmistamine

Induktsioonahjusid kasutatakse laialdaselt mitte ainult tööstuses, vaid ka igapäevaelus. Võite leida skeeme paljude kodus valmistatud seadmete jaoks, kuid mõned neist parimal juhul lihts alt ei tööta ja halvimal juhul kahjustavad nende looja tervist. Paljud fännid hoiatavad selliste tagajärgede eest. Igapäevaelus kasutatakse sellistes seadmetes induktsioonkuumutusmeetodit:

• kanaliga metallisulatusahi;
• tiigli induktsioonahi on kõige lihtsamini disainitav ja seetõttu arvustuste põhjal kõige populaarsem entusiastide seas;
• induktsioonmeetodil põhinev veeküttekatel;
• induktsioonpliidiplaadid, mis konkureerivad populaarsete gaasipliitidega.

Kananahi

Seda tüüpi ahju kasutatakse kvaliteetse malmi tootmiseks, aga ka duralumiiniumist ja värviliste metallide erisulamite sulatamiseks. Kuni 3 kW võimsusega kanalahi valmistatakse sõltumatult keevitustrafost, mille sagedus vastab tööstuslikule. See ahi sulabpronksist või vasest toorik kaaluga kuni pool kilogrammi. Kanaliahi võimaldab ka duralumiiniumit ümber sulatada, kuid tuleb arvestada, et sulamisele peab järgnema “vananemise” protsess. Selle protsessi kestus võib olla kuni 2 nädalat ja see sõltub sulami koostisest.

Ahju valmistamiseks jäetakse keevitustrafo primaarmähis muutmata ja sekundaarmähise asemele asetatakse rõngastiigel. Parim materjal väikese kanaliga ahju tiigli jaoks on elektroportselan. Muud valikud ei tööta madala tugevuse ja dielektriliste kadude tõttu. Amatöörmetallurgide sõnul on probleemiks see, et elektroportselani pole võimalik iseseisv alt töödelda ning müügiks sobiva elemendi leidmine on väga ebatõenäoline. Just vähese tiigli tõttu pole kanalahi entusiastide seas laialdast rakendust leidnud, kuigi seda tüüpi ahjude efektiivsus on üle 90%.

Tiigli induktsioonahi

Isetehtud tiigliahju kasutatakse eelkõige väärtuslike metallide puhastamiseks. Näiteks omades Nõukogude Liidus valmistatud raadiopistikut, saate selle kontaktidest teatud koguse kulda välja tõmmata. Seda tulemust ei ole võimalik saavutada väliskütte abil.

Peale kullakaevandamise kasutatakse sellist ahju sageli metalli ühtlaseks kuumutamiseks, mis on vajalik kvaliteetseks kõvenemiseks. Muutes osa asendit induktiivpoolis ja reguleerides selle võimsust, on võimalik saavutada soovitud temperatuur metalli kindlas piirkonnas. On oluline, et sellise ahju kasutamine oleks üsna eelarveline, sestpeaaegu kogu energia suunatakse detaili kuumutamise protsessi.

Induktsioonkatlad

Induktsioonveeküttekateldel on kõik võimalused tulevikus tavapärased boilerid välja vahetada. Kasutajad peavad sellise veesoojendi puuduseks kõrget hinda, kuid samal ajal võib arvukate arvustuste süstematiseerimisel eristada mitmeid eeliseid:

• Usaldusväärsus. Katlal ei ole elektrispiraali, mis on tavapärase boileri nõrk lüli.
• Tõhusus peaaegu 100%.
• Ohutus. Elektri juurdepääs katla korpusele on konstruktsiooniomaduste tõttu võimatu.
• Seade ei vaja spetsiaalset maandust.
• Vastupidav voolupingetele.
• Ei skaleeri.
• Vastupidavus. Katel on võimeline ilma hoolduseta töötama umbes 30 aastat.

Isetehtud soojaveeboiler

Sellise veesoojendi aluseks on kuni 1,5 kW võimsusega jõutrafo, mille primaarmähis on mõeldud pingele 220 V. Toruvärviteleri trafo sobib suurepäraselt. Sekundaarmähis tuleks eemaldada ja primaarmähise keerdude arvu suurendada.

Käsitöölised nõustavad ja hoiatavad: sellise kodus valmistatud seadme kasutamine on ebaturvaline, seetõttu tuleks trafo maandada ja seade ise ühendada kiire RCD kaudu.

Induktor köögis

Induktsioonpliidiplaate ei ole enamtekitavad üllatust ja neid kasutatakse laialdaselt igapäevaelus. Seadme töö põhineb samadel põhimõtetel nagu induktsioonahjul, ainsa erinevusega, et sekundaarmähis on keedunõu metallist põhi.

Selliste plaatide kasutamine sai võimalikuks tänu dielektriku ilmumisele tootmises, millel peavad lisaks induktiivpooli isoleerimise ülesande täitmisele olema ka tugevus- ja hügieenilised omadused. Kõigile nõuetele vastav materjal on ilmunud suhteliselt hiljuti ja selle maksumus moodustab olulise osa plaadi koguhinnast.

Kasutajad väidavad üksmeelselt: induktsioonpliidi isetootmine ei ole mõttekas kahel põhjusel. Esiteks nõuab sellisel pliidil toiduvalmistamine iga toidutüübi jaoks peenhäälestamist. Kõigi elektriliste parameetrite vajalikuks reguleerimiseks toiduvalmistamise ajal on vaja mikrokontrollerit. Teine põhjus on pliidi moodustavate elektrooniliste osade hind. Kokku maksavad kõik elemendid palju rohkem kui juba valmis seadme maksumus.

Induktsioonpliidil on järgmised positiivsed omadused:

• puudub, erinev alt mikrolaineahjudest, kolmanda osapoole kiirgusest;
• võimalus programmeerida pliit vastav alt oma toiduvalmistamisstiilile;
• roogade (nt karamelli) valmistamine ilma ülekuumenemise või kõrbemiseta;
• majandus tänu tõhusale kütteenergia kasutamisele.