Ինդուկցիոն ջեռուցում քամու տուրբինի կրող տաք հավաքման համար

Ինդուկցիոն տաքացումը նոր հասկացություն չէ. դրա արդյունաբերական կիրառումը թվագրվում է քսաներորդ դարի սկզբին, սակայն դրա կիրառումը կրողների հավաքման մեջ գնալով ավելի բարդ է դառնում, մասնավորապես քամու էներգիայի մեջ օգտագործվող մեծ չափերի բաղադրիչների համար: Հիմքում ընկած ֆիզիկայի հասկացողությունը բացատրում է, թե ինչու է ինդուկցիան գերազանցում մյուս բոլոր ջերմային մեթոդներին մեծ մասշտաբներով:

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիա և պտույտային հոսանքներ

Երբ պղնձե ինդուկցիոն կծիկով հոսում է փոփոխական հոսանք, այն առաջացնում է տատանվող մագնիսական դաշտ կծիկի շուրջը և միջով։ Երբ այդ դաշտում տեղադրվում է հաղորդիչ նյութ՝ պողպատ, կրող օղակի դեպքում, Ֆարադեյի օրենքը թելադրում է, որ փոփոխվող մագնիսական հոսքը հաղորդչի ներսում առաջացնում է լարում։ Քանի որ կրող օղակը փակ հաղորդիչ օղակ է, այս լարումը շարժում է շրջանառվող էլեկտրական հոսանքները հենց նյութի ներսում։ Սրանք պտույտային հոսանքներ են։

Հոսանքները բախվում են պողպատի էլեկտրական դիմադրությանը, և Ջոուլի առաջին օրենքի համաձայն, այս դիմադրությունը էլեկտրական էներգիան վերածում է ջերմային էներգիայի: Տաքացումը տեղի է ունենում նյութի ներսում, այլ ոչ թե դրա մակերեսին՝ արտաքին ջերմային աղբյուրից: Այս տարբերությունը հիմնարար նշանակություն ունի արդյունքի որակի համար. ջերմությունը առաջանում է ծավալային և միատարր, այլ ոչ թե արտաքին աղբյուրից դեպի ներս է մղվում, որը բնույթով ավելի դանդաղ է և հակված է ջերմային գրադիենտների:

Մաշկի էֆեկտը և հաճախականության ընտրությունը

Ցածր հաճախականությունների դեպքում մրրկային հոսանքներն ավելի խորն են թափանցում հաղորդչի մեջ։ Բարձր հաճախականությունների դեպքում մաշկի էֆեկտը սահմանափակում է դրանք մակերեսին մոտ գտնվող մակերեսային շերտով։ Առանցքակալների տաք հավաքման համար՝ որտեղ նպատակը օղակի լայնական հատվածքի միատարր տաքացումն է, այլ ոչ թե մակերեսի կարծրացումը, սովորաբար ընտրվում են 1 կՀց-ից մինչև 10 կՀց միջակայքում գտնվող միջին հաճախականություններ։ Այս միջակայքը հավասարակշռում է թափանցման խորությունը տաքացման արագության հետ՝ ապահովելով, որ օղակը հավասարաչափ տաքանա ներքին անցքից մինչև արտաքին մակերես՝ առանց ջերմային գրադիենտներ զարգացնելու, որոնք կարող են առաջացնել դիֆերենցիալ ընդարձակում կամ մնացորդային լարում։

Ջերմային ընդլայնում և ինտերֆերենցիալ համապատասխանություն

Պողպատը ունի մոտավորապես ջերմային ընդարձակման գործակից 11–12 × 10⁻⁶ /°C2,000 մմ ներքին անցքի տրամագիծ ունեցող կրող օղակի համար օղակը 20°C-ից մինչև 120°C տաքացնելը՝ 100°C-ով բարձրացնելով, առաջացնում է մոտավորապես հետևյալ ճառագայթային ընդարձակում.

ΔD = D × α × ΔT = 2000 մմ × 12 × 10-6 × 100 = 2.4 մմ

Սա ավելին քան բավարար է օղակը 0.3 մմ միջամտության համապատասխանեցում ունեցող լիսեռի վրայով սահեցնելու համար՝ հարմարավետ հավաքման սահմանով: 80–120°C նպատակային ջերմաստիճանը միտումնավոր պահվում է 150°C-ից ցածր՝ այն շեմից, որի դեպքում կրող պողպատի չափային կայունությունը և կարծրությունը սկսում են խաթարվել մարտենսիտային միկրոկառուցվածքի կառուցվածքային փոփոխությունների պատճառով: Լավ կարգավորված ինդուկցիոն ջեռուցիչը օղակը պահում է ճշգրիտ այս ջերմային պատուհանի ներսում: