CN108374074A - 一种用于大型筒节热处理的高温超导感应加热装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于大型筒节热处理的高温超导感应加热装置，在水平支撑板的外侧均匀设有八个滑槽，水平移动装置通过下部凸槽卡接在滑槽上，在水平移动装置的上部设有液氮绝热箱，在液氮绝热箱的中部设有通孔，在通孔内插接集成导磁体，筒节置于工件台上。本发明提高整体加热效率，实现圆形高温超导感应线圈对筒节的间接加热，避免在线圈弯折处失去超导特性，通过导磁体聚集磁场，减少能量损失；适应不同尺寸的筒节加热；通过调整导磁体与工件表面的间距以及导磁体结构，用于一定直径范围的筒节加热。

Description

一种用于大型筒节热处理的高温超导感应加热装置
技术领域
本发明涉及热处理领域，尤其是一种用于大型筒节热处理的高温超导感应加热装置。
背景技术
作为核电及化工行业的关键零部件，大型筒节的成型工艺复杂，进行热处理时，能源消耗巨大，虽然感应加热本身具有加热效率高、速度快的特性，但是能量需求仍然较大。目前已优化的大型筒节感应加热方法，是采用水冷铜管作为感应线圈，利用多个工形线圈加热筒节，其单元加热功率达到103千瓦。利用高温超导材料替代传统水冷铜管制作感应线圈，在低温条件下，可降低感应器本身的损耗，进一步大幅提升感应加热效率。
已存在的超导感应加热是在高温超导材料制作的感应器中通入直流电，建立直流磁场，通过坯料在磁场中旋转切割磁力线，从而产生涡流发热。但是这种加热方式主要是通过坯料运动为感应加热提供动力来源，不适用于能量损耗巨大的加热情况。在高温超导线圈中通入交流电，虽然可以建立交流磁场，直接在工件上产生感应涡流，但是当高温超导材料制作的线圈存在尖角时，在线圈弯折处容易失去超导特性，产生损耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效、均匀加热，有效减少线圈能量损耗，提高能源利用率的用于大型筒节热处理的高温超导感应加热装置。
本发明主要包括液氮箱上端盖、绝热箱体、绝缘套、集成导磁体、工件台、水平移动装置、导磁体备件Ⅰ、导磁体备件Ⅱ、导磁体Ⅰ、导磁体Ⅱ、高温超导线圈、密封圈、水平支撑板和滑槽。其中，工件台由水平支撑板和滑槽组成，在水平支撑板的外侧均匀设有八个滑槽。滑槽为上开口的槽型壳体。在每个滑槽内，滑动连接水平移动装置。水平移动装置下部均设有凸槽，水平移动装置通过下部的凸槽卡接在滑槽上，在水平移动装置的上部设有液氮绝热箱。在液氮绝热箱的中部设有通孔，在通孔内插接集成导磁体。水平移动装置到工件台中心的距离根据所加工筒节的半径进行调整，以工件台中心为圆心，在筒节圆周方向上放置八个液氮绝热箱，每个液氮绝热箱到工件台中心的距离都相等，液氮绝热箱中注入液氮，完全浸没高温超导线圈，大型筒节放置在工件台上，升降工件台至所加热筒节位置在水平方向与集成导磁体槽口一致，工件台带动筒节旋转，实现筒节周向的均匀加热。
进一步地，液氮绝热箱由绝热箱体、液氮箱上端盖、绝缘套、密封圈、高温超导线圈组成。绝热箱体为上开口的方形壳体，在绝热箱体的中部设有通孔，在绝热箱体的上部活动连接液氮箱上端盖，在液氮箱上端盖上设有注液孔和电缆接线孔，注液孔用于向液氮绝热箱注入液氮，电缆接口用于高温超导感应线圈正负极电缆接入。绝缘套嵌套在绝热箱体中部的通孔内，通过密封圈在绝缘套和绝热箱体的连接处密封，高温超导线圈套接在绝缘套外表面，集成导磁体放置在绝缘套内侧，通过绝缘套使高温超导线圈与集成导磁体隔离开，高温超导线圈在液氮绝热箱内，集成导磁体在液氮绝热箱外。
进一步地，集成导磁体结构对称，由导磁体备件Ⅰ、导磁体备件Ⅱ、导磁体Ⅰ和导磁体Ⅱ粘接而成。导磁体备件Ⅰ模块化，导磁体备件Ⅰ的两侧面分别设有导磁体Ⅰ，导磁体Ⅰ为侧面开口的燕尾槽。在两个导磁体Ⅰ的燕尾槽内分别插接导磁体Ⅱ，导磁体Ⅱ的一端插接在燕尾槽内，导磁体Ⅱ的另一端延伸至燕尾槽的外部。两个导磁体Ⅱ***燕尾槽一端粘接导磁体备件Ⅱ。其中导磁体备件Ⅰ模块化，两个导磁体备件Ⅰ之间的夹角α可为5°、10°、30°、50°，用于改变集成导磁体的角度β。可通过增加或减少导磁体备件Ⅱ的粘接数目，改变导磁体Ⅱ的长度。
本发明在使用时，水平移动装置托载液氮绝热箱移动，根据加工筒节的半径调整每个水平移动装置到工件台中心的间距，在液氮绝热箱中注入液氮，直至将高温超导线圈完全浸没，升降工件台至所加热筒节位置在水平方向与集成导磁体槽口一致，高温超导线圈中通入中频交流电，产生的感生磁场通过集成导磁体集中在集成导磁体内部及槽口附近，加热筒节靠近集成导磁体槽口的位置，工件台带动筒节旋转，实现筒节周向的均匀加热。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、采用高温超导材料制作感应线圈，在液氮冷却后，有效地减小了线圈内的电阻，降低能量损耗，提高整体加热效率；
2、采用圆形线圈与集成导磁体结合，实现圆形高温超导感应线圈对筒节的间接加热，避免在线圈弯折处失去超导特性，通过导磁体聚集磁场，减少能量损失；
3、将集成导磁体的备件模块化，离线条件下通过改变或增加备件的使用情况，调整导磁体的形状结构，从而适应不同尺寸的筒节加热；
4、通过调整导磁体与工件表面的间距以及导磁体结构，可以用于一定直径范围的筒节加热。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的集成导磁体示意图；
图3为本发明的工件加热原理局部示意图；
图4为本发明液氮绝热箱剖视图。
图中，1-液氮箱上端盖，2-绝热箱体，3-绝缘套，4-集成导磁体，5-工件台，6-水平移动装置，7-筒节，8-导磁体备件Ⅰ，9-导磁体备件Ⅱ，10-导磁体Ⅰ，11-导磁体Ⅱ，12-高温超导线圈，13-密封圈，14-水平支撑板，15-滑槽。
具体实施方式
在图1至图4所示的本发明的示意简图中，工作台5由水平支撑板14和滑槽15组成。在水平支撑板14的外侧均匀设有八个滑槽15，滑槽15为上开口的槽型壳体。在每个滑槽15内，滑动连接水平移动装置6。水平移动装置6下部均设有凸槽，水平移动装置6下部的凸槽卡接在滑槽侧壁上。在水平移动装置6的上部设有液氮绝热箱。在液氮绝热箱的中部设有通孔，在通孔内插接集成导磁体4。水平移动装置6到工件台5中心的距离根据所加工筒节7的半径进行调整，以工件台5中心为圆心，在筒节7圆周方向上放置八个液氮绝热箱，每个液氮绝热箱到工件台5中心的距离都相等，液氮绝热箱中注入液氮，完全浸没高温超导线圈12，大型筒节7放置在工件台5上，升降工件台5至所加热筒节7位置在水平方向与集成导磁体4槽口一致，工件台5带动筒节7旋转，实现筒节7周向的均匀加热。液氮绝热箱由绝热箱体2、液氮箱上端盖1、绝缘套3、密封圈13、高温超导线圈12组成。绝热箱体2为上开口的方形壳体，在绝热箱体2的中部设有通孔，在绝热箱体2的上部活动连接液氮箱上端盖1，在液氮箱上端盖1上设有注液孔和电缆接线孔，通过注液孔向液氮绝热箱注入液氮，电缆接口用于高温超导感应线圈12正负极电缆接入。绝缘套3嵌套在绝热箱体2内，通过密封圈13在绝缘套3和绝热箱体2的连接处密封，高温超导线圈12套接在绝缘套3外表面，集成导磁体4放置在绝缘套3内侧，通过绝缘套3使高温超导线圈12与集成导磁体4隔离开，高温超导线圈12在液氮绝热箱内，集成导磁体4在液氮绝热箱外。集成导磁体4结构对称，由导磁体备件Ⅰ8、导磁体备件Ⅱ9、导磁体Ⅰ10和导磁体Ⅱ11粘接而成。导磁体备件Ⅰ8的两侧面分别设有导磁体Ⅰ10，导磁体Ⅰ10为侧面开口的燕尾槽。在两个导磁体Ⅰ10的燕尾槽内分别插接导磁体Ⅱ11，导磁体Ⅱ11的一端插接在燕尾槽内，导磁体Ⅱ的另一端延伸至燕尾槽的外部。两个导磁体Ⅱ11***燕尾槽一端粘接导磁体备件Ⅱ9。其中导磁体备件Ⅰ8模块化，其夹角α可为5°、10°、30°、50°，用于改变集成导磁体4的角度β。可通过增加或减少导磁体备件Ⅱ9的粘接数目，改变导磁体Ⅱ11的长度。

Claims (3)

1.一种用于大型筒节热处理的高温超导感应加热装置，主要包括液氮箱上端盖、绝热箱体、绝缘套、集成导磁体、工件台、水平移动装置、导磁体备件Ⅰ、导磁体备件Ⅱ、导磁体Ⅰ、导磁体Ⅱ、高温超导线圈、密封圈、水平支撑板和滑槽，其特征在于：工件台由水平支撑板和滑槽组成，在水平支撑板的外侧均匀设有八个滑槽，滑槽为上开口的槽型壳体，在每个滑槽内，滑动连接水平移动装置，水平移动装置下部均设有凸槽，水平移动装置通过下部的凸槽卡接在滑槽上，在水平移动装置的上部设有液氮绝热箱，在液氮绝热箱的中部设有通孔，在通孔内插接集成导磁体，水平移动装置到工件台中心的距离根据所加工筒节的半径进行调整，以工件台中心为圆心，在筒节圆周方向上放置八个液氮绝热箱，每个液氮绝热箱到工件台中心的距离都相等，液氮绝热箱中注入液氮，完全浸没高温超导线圈，大型筒节放置在工件台上，升降工件台至所加热筒节位置在水平方向与集成导磁体槽口一致，工件台带动筒节旋转，实现筒节周向的均匀加热。
2.根据权利要求1所述的一种用于大型筒节热处理的高温超导感应加热装置，其特征在于：液氮绝热箱由绝热箱体、液氮箱上端盖、绝缘套、密封圈、高温超导线圈组成，绝热箱体为上开口的方形壳体，在绝热箱体的中部设有通孔，在绝热箱体的上部活动连接液氮箱上端盖，在液氮箱上端盖上设有注液孔和电缆接线孔，注液孔用于向液氮绝热箱注入液氮，电缆接口用于高温超导感应线圈正负极电缆接入，绝缘套嵌套在绝热箱体中部的通孔内，通过密封圈在绝缘套和绝热箱体的连接处密封，高温超导线圈套接在绝缘套外表面，集成导磁体放置在绝缘套内侧，通过绝缘套使高温超导线圈与集成导磁体隔离开，高温超导线圈在液氮绝热箱内，集成导磁体在液氮绝热箱外。
3.根据权利要求1所述的一种用于大型筒节热处理的高温超导感应加热装置，其特征在于：集成导磁体结构对称，由导磁体备件Ⅰ、导磁体备件Ⅱ、导磁体Ⅰ和导磁体Ⅱ粘接而成，导磁体备件Ⅰ的两侧面分别设有导磁体Ⅰ，导磁体Ⅰ为侧面开口的燕尾槽，在两个导磁体Ⅰ的燕尾槽内分别插接导磁体Ⅱ，导磁体Ⅱ的一端插接在燕尾槽内，导磁体Ⅱ的另一端延伸至燕尾槽的外部，两个导磁体Ⅱ***燕尾槽一端粘接导磁体备件Ⅱ，其中导磁体备件Ⅰ模块化，两个导磁体备件Ⅰ之间的夹角α可为5°、10°、30°、50°，用于改变集成导磁体的角度β，可通过增加或减少导磁体备件Ⅱ的粘接数目，改变导磁体Ⅱ的长度。
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