Численное моделирование варки стекла с имитаторами радиоактивных отходов в индукционных печах с холодным тиглем и донным нагревом
Представлены результаты численного исследования зависимости электрических параметров печей индукционной плавки в холодном тигле (ИПХТ) с донным нагревом (ИПХТ-ДН) от наличия электрического замыкания донных секций в периферийной зоне тигля. Исследование проводилось с помощью трехмерного численного моделирования электромагнитного поля (3D ЭМ-модели). Выполнен ряд расчетов для печей ИПХТ-ДН с холодным тиглем из меди и нержавеющей стали и с донными секциями различного типа. Установлено, что коэффициент мощности индуктора снижается на 19−31 % при замыкании медных донных секций тигля на замыкающую прямую шину, тогда как электрический коэффициент полезного действия (КПД) индуктора изменяется незначительно на 2.0−3.6 %. При замыкании донных секций тигля из меди на боковую стенку электрический КПД индуктора падает на 10 %, а cos φ индуктора – на 48 %. Для холодных тиглей из нержавеющей стали, используемых для остекловывания радиоактивных отходов, замыкание донных секций тигля на боковую стенку на оборот приводит к незначительному снижению коэффициента мощности индуктора на 2.5−8.0 %, тогда как электрический КПД индуктора уменьшается значительно – на 15−30 %. Учитывая, что электрическая активная мощность в ванне расплава пропорциональна произведению коэффициента мощности и электрического КПД индуктора, можно считать, что изменение эффективности индукционного нагрева при замыкании донных секций тигля незначительно зависит от материала холодного тигля. С увеличением диаметра холодного тигля при постоянных размерах индуктора влияние замыкания донных секций тигля на электрические параметры печи существенно ослабляется, что компенсирует негативное влияние замыкания донных секций. Установлено, что для увеличения электрического КПД и cos φ индуктора размеры индуктора следует выбирать такими, чтобы расстояние между внешним витком индуктора и боковой стенкой тигля находилось в оптимальном диапазоне 120…150 мм. Определено влияние периметра поперечного сечения донных секций на электрический КПД и cos φ индуктора. На основе полученных данных сформулирован вывод о целесообразности применения конструкции ИПХТ-ДН с электрически замкнутыми донными секциями в периферийной зоне холодного тигля с целью повышения надежности работы и герметичности печи ценой незначительного снижения электрических параметров индуктора.
Авторы: А. А. Хоршев, Д. Б. Лопух, А. В. Вавилов, И. Н. Скриган, А. П. Мартынов, П. В. Высоцкий
Направление: Электротехника
Ключевые слова: индукционная плавка, холодный тигель, остекловывание радиоактивных отходов, численное моделирование, надежность печи
Открыть полный текст статьи