Моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва
Рассмотрена методика моделирования процесса индукционного нагрева труб большого диаметра перед их сваркой. Обоснован выбор программного пакета для моделирования и приведен пример моделирования. Описана картина теплового поля в зоне сварного шва и графики распределения температуры в стенке трубы. П...
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101368 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва / И.В. Черных, С.А. Рачков // Автоматическая сварка. — 2010. — № 1 (681). — С. 22-24. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-101368 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1013682016-06-03T03:02:33Z Моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва Черных, И.В. Рачков, С.А. Научно-технический раздел Рассмотрена методика моделирования процесса индукционного нагрева труб большого диаметра перед их сваркой. Обоснован выбор программного пакета для моделирования и приведен пример моделирования. Описана картина теплового поля в зоне сварного шва и графики распределения температуры в стенке трубы. Показан пример реализации установки индукционного нагрева. The paper deals with the procedure of simulation of the process of induction heating of large-diameter pipes before their welding. Selection of program package for simulation is substantiated, and an example of simulation is given. The thermal field pattern in the weld zone and graphs of temperature distribution in the pipe wall are described. An example of induction heating unit implementation is given. 2010 Article Моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва / И.В. Черных, С.А. Рачков // Автоматическая сварка. — 2010. — № 1 (681). — С. 22-24. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101368 621.791:621.643 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Черных, И.В. Рачков, С.А. Моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва Автоматическая сварка |
| description |
Рассмотрена методика моделирования процесса индукционного нагрева труб большого диаметра перед их сваркой.
Обоснован выбор программного пакета для моделирования и приведен пример моделирования. Описана картина
теплового поля в зоне сварного шва и графики распределения температуры в стенке трубы. Показан пример
реализации установки индукционного нагрева. |
| format |
Article |
| author |
Черных, И.В. Рачков, С.А. |
| author_facet |
Черных, И.В. Рачков, С.А. |
| author_sort |
Черных, И.В. |
| title |
Моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва |
| title_short |
Моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва |
| title_full |
Моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва |
| title_fullStr |
Моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва |
| title_full_unstemmed |
Моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва |
| title_sort |
моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101368 |
| citation_txt |
Моделирование процесса индукционного нагрева труб в зоне сварного шва / И.В. Черных, С.А. Рачков // Автоматическая сварка. — 2010. — № 1 (681). — С. 22-24. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT černyhiv modelirovanieprocessaindukcionnogonagrevatrubvzonesvarnogošva AT račkovsa modelirovanieprocessaindukcionnogonagrevatrubvzonesvarnogošva |
| first_indexed |
2025-07-07T10:47:22Z |
| last_indexed |
2025-07-07T10:47:22Z |
| _version_ |
1836984820306018304 |
| fulltext |
УДК 621.791:621.643
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИНДУКЦИОННОГО
НАГРЕВА ТРУБ В ЗОНЕ СВАРНОГО ШВА
И. В. ЧЕРНЫХ, д-р техн. наук (Урал. гос. техн. ун-т, г. Екатеринбург, РФ),
С. А. РАЧКОВ, инж. (ООО НПП «ЭЛТЕРМ-С», г. Екатеринбург, РФ)
Рассмотрена методика моделирования процесса индукционного нагрева труб большого диаметра перед их сваркой.
Обоснован выбор программного пакета для моделирования и приведен пример моделирования. Описана картина
теплового поля в зоне сварного шва и графики распределения температуры в стенке трубы. Показан пример
реализации установки индукционного нагрева.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварные трубы, большой диаметр,
сварной шов, индукционный нагрев, тепловое поле, моде-
лирование
В настоящее время при проведении сварочных
работ на трубах большого диаметра широко ис-
пользуется индукционный нагрев зоны сварного
шва. Установка для индукционного нагрева сос-
тоит из индуктора и источника питания током
средней частоты (2400 Гц). При ее разработке бы-
ло проведено математическое моделирование зо-
ны нагрева для нахождения геометрических па-
раметров индуктора, параметров источника пи-
тания установки для индукционного нагрева и оп-
ределения распределения температуры в стенке
трубы. Методы расчета подробно изложены в ра-
ботах [1–3]. Результатами расчета являются кар-
тины теплового поля, графики распределения мощ-
ности тепловыделения в трубе и температуры, а
также интегральные показатели такие, как потреб-
ляемая мощность, КПД, cos ϕ и др.
Расчет проводили в два этапа. На первом при-
няли допущение о том, что труба является сплош-
ной (не имеет разрыва в месте будущего шва).
Для расчета использовали программу Universal
2D. Программа основана на использовании чис-
ленных методов (конечных разностей, конечных
элементов, интегральных уравнений и их комби-
наций) для совместного расчета электромагнит-
ных и температурных полей в двухмерных об-
ластях. Этот этап позволил определить основные
энергетические показатели установки и графики
распределения температуры вдоль и поперек стен-
ки трубы с учетом принятого допущения. Расчеты
проводили для стальной трубы диаметром D =
= 1420 мм и толщиной стенки h = 33,4 мм. Ус-
тановка имеет индуктор, состоящий из двух сек-
ций, каждая из которых имеет два витка. Рас-
стояние между секциями составляет 160 мм, что
вполне достаточно для установки наружного
трубного центратора. Расчет показал, что потреб-
ляемая мощность установки P = 50 кВт, время
нагрева до заданной температуры t = 10 мин,
электрический КПД установки η = 81,7 %. Кривые
© И. В. Черных, С. А. Рачков, 2010
Рис. 1. Результаты расчета распределения температур вдоль
стенки трубы на первом этапе: 1, 3 — соответственно темпе-
ратура наружной и внутренней поверхностей трубы; 2 —
средняя температура
Рис. 2. Форма разделки торцов труб
Рис. 3. Картина распределения теплового поля в зоне нагрева
22 1/2010
распределения температуры вдоль стенки трубы
представлены на рис. 1. Ширина зоны нагрева
трубы до температуры 100 °С и более равна
260 мм.
На втором этапе проводили уточнение расче-
тов с учетом формы разделки торцов труб (рис. 2),
а также решали электромагнитные и тепловые за-
дачи. В результате получены картина теплового
поля, графики распределения температуры вдоль
интересующих контуров трубы, а также графики
изменения температуры во времени при нагреве
и охлаждении трубы. Для расчета использовали
программу ELCUT, реализующую метод конеч-
ных элементов [4]. На рис. 3 показана картина
теплового поля в зоне нагрева, а также располо-
жение контрольной точки X и контуров A и B.
Из рисунка видно, что труба имеет максимальную
температуру 130 °С в зонах расположения витков
индуктора, а в зоне сварного шва температура
составляет порядка 100 °С. На рис. 4 приведены
графики распределения температуры вдоль кон-
туров A и B в конце интервала нагрева. Видно,
что температура на свариваемых поверхностях
равна 100 °С, а на поверхности трубы под ин-
дуктором не превышает допустимых значений.
Дополнительно на втором этапе рассчитывали
режим естественного охлаждения трубы при от-
Рис. 4. Распределение температуры в конце интервала нагре-
ва по контуру A (а) и B (б)
Рис. 5. Изменение температуры в контрольной точке Х при
охлаждении
Рис. 6. Общий вид установки индукционного нагрева «ЭЛ-
ТЕРМ-С УИНТ-50-2,4»
Рис. 7. Схема размещения мягкого гибкого индуктора на
трубе: 1, 2 — соответственно 1-й и 2-й индуктор; 3 — подвод
термопар (4 шт.); 4 — ПДУ; 5 — монтажный ремень из
комплекта; 6 — кабель управления; 7 — электрический ка-
бель; 8 — водяной шланг
1/2010 23
ключении индуктора от источника питания. Из
рис. 5 следует, что поверхность в зоне сварного
шва остается нагретой до температуры 100 °С
еще около 10 мин.
По результатам расчетов были оптимизирова-
ны конструктивные решения и режимы работы
установки для индукционного нагрева «ЭЛТЕРМ-
С УИНТ-50-2,4». Общий вид установки предс-
тавлен на рис. 6, размещение индуктора на наг-
реваемой трубе — на рис. 7. На основе модели-
рования спроектировано несколько видов индук-
торов.
Разработанные и серийно выпускаемые уста-
новки для индукционного нагрева на предприятии
«ЭЛТЕРМ-С», оптимизированные по результатам
расчетов, являются высокоэффективными техно-
логическими установками индукционного нагрева
при подогреве перед сваркой и сопутствующем
подогреве.
Авторы предлагают использовать накоплен-
ный опыт расчетов электромагнитных и тепловых
расчетов при разработке индукционных установок
для нагрева различных объектов (труб, фитингов,
валов и пр.)
1. Плавильные индукционные комплексы на основе индук-
ционных тигельных печей и их математическое модели-
рование / В. И. Лузгин, С. Ф. Сарапулов, Ф. Н. Сарапу-
лов и др. — Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005.
— 464 с.
2. Система индукционного нагрева длинномерных труб-
ных заготовок / В. И. Лузгин, А. Ю. Петров, Ф. Н. Сара-
пулов, И. В. Черных // Сб. матер. междунар. нучн.-практ.
конф. «Актуальные проблемы теории и практики индук-
ционного нагрева». — С.-Пб., 2005.
3. Система управления индукционным нагревом длинно-
мерных трубных заготовок / В. И. Лузгин, А. Ю. Петров,
Ф. Н. Сапапулов и др. // Сб. докл. VI Симп. «Электро-
техника 2010 г.». — М., 2001. — Т. 3.
4. Черных И. В. Пакет ELCUT: моделирование устройств
индукционного нагрева // Exponenta Pro. Математика в
приложениях. — 2003. — № 2.
The paper deals with the procedure of simulation of the process of induction heating of large-diameter pipes before their
welding. Selection of program package for simulation is substantiated, and an example of simulation is given. The thermal
field pattern in the weld zone and graphs of temperature distribution in the pipe wall are described. An example of
induction heating unit implementation is given.
Поступила в редакцию 19.05.2009
7-я МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА
Тематика выставки:
• металлорежущее оборудование
• кузнечно-прессовое оборудование
• литейное оборудование
• сварочное оборудование. Специальные методы в сварке
• оборудование, инструменты, материалы, технологии для обработки поверхностей
и нанесения покрытий
• инструменты станочные: металлорежущие, абразивные, резьбонарезные и др.
• контрольно-измерительные машины, приборы и инструменты
• комплектующие узлы и изделия, в том числе системы ЧПУ, гидравлические и пневматические
системы, электродвигатели. Подшипники. Технологическая оснастка. Материалы для
металлообработки
• автоматизированные системы управления технологическими процессами и производством,
промышленная автоматизация. Роботы, системы и компоненты, информационные технологии
• ретрофитинг и модернизация оборудования. Лизинг
• субконтрактация
• инвестиционные и инновационные проекты, технологические и конструкторские разработки,
профильное образование
www.uralexpotool.ru
24 1/2010
|