یوک کوره القایی

یوک کوره‌ القایی

یوک کوره‌ هاي القايي و ( یا شانت کوره القایی) وظيفه تجميع و هدايت ميدان مغناطيسي توليدي توسط کويل را بر عهده دارند. طرح و کيفيت يوک‌ هاي کوره‌ هاي القايي نقش به‌ سزايي در عملکرد کوره، تلفات انرژي و نهايتاً بازده کوره ايفا مي‌ کنند. همچنين ساختار هندسي يوک در يکنواختي پراکندگي شار مغناطيسي در داخل کوره، تلاطم ناشي از ميدان و نهايتاً کيفيت ذوب موثر است؛ شرکت آراز ترانس با بهره‌ گيري از دانش فني بالا و کادر مجرب، اقدام به ساخت و توليد انواع يوک‌ هاي القايي متناسب با نقشه ارسالي از سوي خريداران و يا ساخت يوک‌ هايي براساس طراحي خود مطابق شرايط بهره‌ برداري مشتريان می نمايد. عوامل موثر در کيفيت و عملکرد يوک‌ کوره‌ القايي را مي‌ توان طبق موارد آورده شده در ادامه مطلب طبقه‌ بندي نمود:

طرح مونتاژ یوک کوره القایی

يوک‌ هاي موجود در کوره‌ هاي القايی فعلي عمدتاً دريکي از سه طرح تمام‌ جوشي، جوشي‌ ـ‌ پيچي و تمام‌ پيچي هستند. در زير به توضيح و ذکر معايب و مزاياي هر يک از اين طرح‌ ها می پردازيم.

طرح تمام جوشی

در اين طرح نحوه اتصال هسته به بدنه و سيستم کولينگ يوک صرفا با استفاده از عمليات جوشکاري صورت گرفته و در هيچ‌ يک از قسمت‌ های آن از اتصالات رزوه‌ اي استفاده نشده است. اين طرح مونتاژ عمدتاً توسط برخي شرکت‌ هاي چيني و تُرک مورد استفاده قرار مي‌ گيرد.

بزرگترين مشکل يوک‌ هاي ساخته‌ شده در اين طرح، بازشدگي سطح تحتاني يوک (سطح رو به کويل) است. از آنجا که جوشکاري ورق‌ هاي هسته از سطح فوقاني (سطح رو به بدنه کوره) صورت مي‌ گيرد، نيروي کششي جوش پس از عمليات جوشکاري سبب فاصله‌ گرفتن ورق‌ هاي هسته يوک در سطح تحتاني شده و به اصطلاح عاميانه بخش پايين يوک باز مي‌ شود. اين بازشدگي و فاصله‌ گرفتن ورق‌ های هسته در يوک در هنگام بهره‌ برداري از آن سبب ايجاد خاصيت مغناطيسي و آهن‌ ربايي ورق‌ هاي هسته شده و مکان تجمع انواع براده‌ ها و غبارات معلق در فضاي اطراف يوک مي‌ شود که اين ذرات تجمع‌ يافته در آن ناحيه به‌ مرور زمان موجب اتصال الکتريکي يا به اصطلاح آرک‌ زدگي بين يوک و کويل مي‌ گردند. ايجاد سر و صداي ناشي از لرزش ورق‌ هاي هسته يوک نيز از ديگر مشکلات ناشي از بازشدگي سطح تحتاني يوک است.

از جمله ايرادهاي اساسي وارد به اين طرح از يوک‌ های کوره‌ های القايی ، اتصال الکتريکي ايجاد شده بين ورق‌ هاي هسته يوک به سبب جوشکاري آن‌ ها به‌ يکديگر است. طبيعتاً اتصال الکتريکي به‌ وجود آمده در ناحيه جوش ورق‌ هاي هسته يوک مي‌ تواند تلفات گردابي (فوکو) ايجاد شده در داخل يوک را دست‌ کم در نواحي جوشکاري‌ شده بالا برد که اين مورد به نوبه خود منجر به افزايش تلفات يوک و کاهش راندمان بهره‌ وري آن مي‌ گردد.

از ديگر مشکلات استفاده از يوک‌ هاي تمام‌ جوشي، عدم قابليت دمونتاژ کردن يوک در صورت خرابي يوک است. به‌ طور دقيق‌ تر در صورت خرابي بخشي از هسته، يوک آسيب‌ ديده به‌ طور کامل غير قابل استفاده شده و امکان دمونتاژ آن و جايگزيني بخش آسيب‌ ديده با ورق‌ هاي نو وجود نخواهد داشت؛ که اين مسأله موجب تحميل هزينه‌ هاي تعميراتي گزاف بر بهره‌ برداران کوره‌ هاي القايي مي‌ شود.

جدا از معايب ذکر شده براي اين دسته از يوک‌ کوره‌ القايي به لحاظ بهره‌ برداري و عملکرد يوک، به‌ غير از سادگي توليد و بهاي ساخت اوليه نسبتاً پايين، مزيت خاصي را نمي‌ توان براي اين طرح در نظر گرفت. لذا استفاده از يوک‌ هاي ساخته شده در اين طرح چندان مورد توصيه نيست.

طرح پيچي ـ جوشي

در اين طرح اتصال هسته به بدنه و سيستم کولينگ يوک، به‌ صورت ترکيبي از عمليات جوشکاري و استفاده از اتصالات رزوه‌ اي صورت مي‌گيرد. محبوبيت استفاده از اين طرح در ميان توليدکنندگان کوره‌ هاي القايي سطح متوسط و بالا بسيار زياد بوده و شرکت هندي مگاترم، شرکت اتويونکر آلمان به‌ همراه برخي از توليدکننگان چيني و تُرک از اين شيوه براي مونتاژ يوک‌ هاي خود استفاده مي‌ کنند.

اگرچه مشکل بازشدگي سطح تحتاني يوک به‌ نسبت طرح تمام‌ جوشي تا حد زيادي در اين طرح مرتفع گرديده است وليکن مشکل عدم قابليت دمونتاژ کردن يوک و بالا بودن تلفات حرارتي آن به‌ دليل جوشکاري و ايجاد اتصال الکتريکي بين ورق‌ ها کماکان به قوت خود باقي است.

یوک کوره القایی

طرح تمام‌ پيچي

در اين طرح نحوه اتصال هسته به بدنه و سيستم کولينگ يوک تماماً با استفاده از اتصالات رزوه اي انجام گرفته است و در هيچ‌ يک از بخش‌ هاي آن اتصالات جوشي دست‌کم بين هسته و ديواره يوک وجود ندارد. در حال حاضر به‌ دليل دشواري‌ هاي زيادي که عمدتاً به‌سبب پروسه طولاني و هزينه‌ بر پانچ ورق‌ هاي هسته و تأمين اتصالات عايق‌ شده يوک در مراحل ساخت اين دسته از يوک‌ ها وجود دارد، رغبت چنداني در ميان توليدکنندگان نسبت به ساخت اين دسته از يوک‌ ها وجود نداشته و تنها شرکتي که اقدام به ساخت يوک‌ هاي کوره‌ هاي القايي در طرح تماماً پيچي مي‌ کند، شرکت آرازترانس تبريز است.

تفاوت اين دسته از يوک کوره‌ القايي نسبت به طرح پيچي ـ جوشي، استفاده بيشتر از بولت‌ ها و اتصالات رزوه‌ اي با فواصل کمتر نسبت به هم به‌ جاي اتصال جوشي است و در عمل تمامي معايب موجود در طرح‌ هاي تماماً جوشي و جوشي ـ پيچي به‌ نوعي مرتفع گرديده و هيچ مشکلي در خصوص موارد ياد شده در بخش‌ هاي قبلي وجود ندارد.

هسته یوک

هسته يوک که عملاً اصلي‌ ترين بخش يوک کوره ‌القايي است از اتصال ورق‌ هاي مغناطيسي هسته (ورق‌ هاي مورد استفاده در هسته ترانسفورماتورها) تشکيل مي‌ شود. کيفيت و ضخامت ورق‌ هاي مورد استفاده، تأثير به‌ سزايي در کيفيت گذردهي مغناطيسي و تجميع شار، ميزان اتلاف انرژي و در نتيجه، بازده کوره دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص کیفیت و خواص انواع گریدهای ورق‌ های هسته یوک، به بخش ورق هسته مغناطیسی رجوع کنید.

سيستم خنک ‌کاري (کولينگ) يوک

هدف اصلي از خنک‌ کاري (کولينگ) يوک کوره القايي، دفع حرارت ناشي از گرم‌ شدن ورق‌ هاي هسته يوک بر اثر عبور ميدان مغناطيسي به‌ هنگام بهره‌ برداري از يوک است. در انواع يوک‌ هاي فعلي مورد استفاده از طرح‌ هاي متنوعي براي خنک‌ کاري يوک استفاده مي‌ شود. شايان ذکر است که شيوه مورد استفاده در خنک‌ کاري يوک ارتباط تنگاتنگي با طرح مونتاژ يوک دارد. در زير به شيوه‌ هاي متنوعي که در سيستم کولينگ يوک استفاده مي‌ شود با ذکر معايب و مزاياي هر يک اشاره شده است:

با توجه به مطالب آورده شده در جدول فوق، استفاده از هريک از طرح‌ هاي مرسوم براي کولينگ يوک‌ کوره‌ القايي معايب خاص خود را داراست، لذا در طرح پيشنهادي شرکت آراز ترانس که در رديف آخر جدول آمده است، سعي بر رفع تمامي معايب موجود در طرح‌ هاي ديگر شده و علاوه بر افزايش کيفيت خنک‌ کاري يوک، با قرار دادن ديواره آلومينيومي يک شيلد مغناطيسي براي جلوگيري از نشت و اتلاف ميدان مغناطيسي جذب شده توسط يوک ايجاد شده است.

شايان ذکراست که به لحاظ تراکم ميدان مغناطيسي در فضاي اطراف کويل، اين ناحيه به دو بخش پاورسايد1 و نرمال‌ سايد2 تقسيم مي‌ شود. ناحيه پاورسايد بخشي از فضاي اطراف کويل کوره ‌القايي است که به‌ سبب حضور کابل‌ هاي آبگرد ورودي و خروجي کويل، تراکم ميدان مغناطيسي در آن ناحيه بالا است. ناحيه نرمال‌ سايد نيز مابقي فضاي اطراف کويل کوره ‌القايي است که به‌ غير از بخش پاورسايد بوده و تراکم ميدان مغناطيسي در آن ناحيه کمتر است. لذا به‌ سبب تراکم بيشتر ميدان مغناطيسي در ناحيه پاورسايد و احتمال گرم‌ شدن بيشتر هسته يوک‌ ها در اين ناحيه به‌ نسبت ساير يوک‌ ها (واقع در بخش نرمال‌ سايد) توصيه مي‌ شود از يوک‌ هايي با سيستم کولينگ کارآمدتر در بخش پاورسايد استفاده گردد.

سيستم تثبيت‌ کننده يوک

سيستم تثبيت‌ کننده يوک شامل اتصالات بين هسته و ديواره‌ هاي يوک است. در يوک‌ هاي جوشي، عموماً اين اتصال با استفاده از جوشکاري آرگون ورق‌ ها از يک سطح و نهايتاً جوش آن‌ ها با استفاده از پليت‌ هايي از جنس فولاد غيرمغناطيسي به‌عنوان نگهدارنده به بدنه صورت مي‌ گيرد.

در يوک‌ هاي نوع پيچي ـ جوشي و يا تمام‌ پيچي سيستم تثبيت‌ کننده يوک شامل بولت‌ هاي نگهدارنده عموماً از جنس فولاد غيرمغناطيسي است، اگرچه برخي توليدکنندگان براي پايين آوردن بهاي تمام‌ شده ساخت يوک، گاه از بولت‌ ها و پليت‌ هاي نگهدارنده از جنس فولادهاي عادي (مغناطيسي) استفاده مي‌ کنند، وليکن به‌ سبب احتمال گرم شدن اتصالات در ميدان مغناطيسي يوک، شرکت آراز ترانس همواره از بولت‌ ها و پليت‌ هايي از جنس فولاد غيرمغناطيسي (عموماً فولاد زنگ نزن گريد 304 يا 316) استفاده مي‌ نمايد.

مهمترين و اساسي‌ ترين نکته‌ اي که در به‌ کارگيري بولت‌ هاي مذکور بايستي بدان توجه ويژه داشت، نحوه عايق‌ بندي و ايزوله‌ کردن اين بولت‌ ها از هسته و بدنه يوک به لحاظ الکتريکي است. در صورت استفاده از سيستم عايق‌ بندي ناکارآمد و در نتيجه از بين رفتن عايق بولت‌ ها و اتصال آن‌ ها به هسته يا بدنه جريان‌ هاي الکتريکي القا شده در داخل بولت‌ ها و ساير قسمت‌ هاي يوک به‌ واسطه ايجاد مسير بسته به‌ وجود آمده، تلفات و حرارت بسيار قابل توجهي را ايجاد مي‌ کنند، که اين امر علاوه بر اتلاف انرژي در کوره، گاه حتي موجب سرخ شدن و ذوب بخشي از هسته و بولت‌ هاي يوک مي‌ گردد. لذا براي مقابله با اين امر و جلوگيري از وقوع مشکلات بعدي، اين شرکت سه متد عمده را در نحوه عايق‌ بندي بولت‌ هاي يوک‌ هاي خود به‌ کار مي‌ گيرد. جدول زير جزئيات هر يک از متدهاي مذکور را نشان مي‌ دهد:

متریال مورد استفاده

تصوبر شماتیک

حداکثر دمای قابل تحمل

(درجه)

انعطاف‌پذیری

جذب رطوبت

ضخامت کل در قطر

(میلیمتر)

احتمال کربونیزه شدن در دمای بالاتر از حد مجاز

احتمال خوردگی در طول زمان

لوله میکا

500

ندارد

بالا

3

بالا

بالا

شیلنگ سیلیکونی

280

متوسط

صفر

3

صفر

بسیار کم

ترکیب نوار کاپتون با نوار ابریشمی2

400

بسیار بالا

بسیار کم

0.85

بسیار کم

ندارد

تکیه‌ گاه يوک

به‌ طور خاص، تکيه‌ گاه يوک به بخش نشيمن گاه يوک بر سطح کويل اطلاق مي‌ شود. عمده نقش اين تکيه‌ گاه در تثبيت مکان کويل و حفظ ثبات آن حين بهره‌ برداری است. يکي از عمده نکات حائز اهميت در خصوص تکيه‌ گاه يوک، پوشاندن فضاهاي خالي بين يوک و کويل براي جلوگيري از تجميع انواع براده و غبارات معلق است. همان‌ طور که پيشتر نيز گفته شد، آلودگي‌ هاي موجود سبب بروز اتصال الکتريکي بين کويل و يوک در مرور زمان مي‌ گردد. براي دستيابي به هر دو هدف تثبيت کويل و پوشاندن فضاهاي خالي بين کويل و يوک، دو متد عمده پيشنهاد مي‌ شود: اول ـ ايجاد نشيمن‌ گاه خميده در تکيه‌ گاه يوک به‌ هنگام مونتاژ نهايي آن و دوم ‌ـ استفاده از اتصالات عايقي کناري در يوک‌ هاي پشت‌ صاف براي ايجاد نقاط تماس بيشتر. در بين دو روش پيشنهادي، روش دوم که طرح ابداعي شرکت آراز ترانس مي‌ باشد بيشتر مورد توصيه است، زيرا در صورت استفاده از متد اول خروج بخارات حاصل از زينتر کردن کويل در حين پروسه زينتر با مشکل مواجه شده و گاه بخارات محبوس در پشت يوک پس از تبديل شدن به قطرات آب در آن ناحيه باقي مي‌ مانند. شايان ذکراست بر خلاف تصورات رايج نادرست، در صورت استفاده از يوک‌ هايي با تکيه‌ گاه تخت و وجود فاصله هوايي بين يوک و کويل در برخي نقاط تکيه‌ گاه منجر به اتلاف توان الکتريکي کوره نشده و مقايسه اين امر با فاصله هوايي بين روتور و استاتور در ماشين‌ هاي گردان، يک قياس مع‌ الفارق مي‌ باشد.

علاوه بر شکل تکيه‌ گاه در خط اصلي اتصال به کويل کوره القایی، شکل ظاهري گوشه‌ هاي يوک در تکيه‌ گاه يوک نيز حائز اهميت است. در صورتي که گوشه‌ هاي تکيه‌ گاه يوک به‌ صورت گرد بوده و بدون هم‌ پوشاني با ديواره‌ هاي يوک باشند، ميدان‌ هاي مغناطيسي سرگردان اطراف کويل را جذب نموده و بازده عملکرد يوک را بالاتر مي‌ برند.

در کنار مباحث مطرح‌ شده در خصوص تکيه‌ گاه يوک، در طرح پيشنهادي شرکت آرازترانس امکان مونتاژ و نصب پَد عايق3 (ايزولاسيون) بر روي يوک وجود دارد. مقصود از پَد ايزولاسيون مجموعه لايه‌ هاي عايقي است که به‌ صورت مجزا (در طرح‌ هاي متداول فعلي) بين يوک و کويل قرار مي‌ گيرند. در صورت استفاده از طرح پيشنهادي اين شرکت اولاً تعداد نقاط اتصال يوک به کويل خصوصاً در يوک‌ هاي با تکيه‌ گاه تماماً صاف بيشتر شده، ثانياً امکان خروج بخارات آب حاصل از زينتر4 از ناحيه پشت يوک در حين انجام پروسه زينتر ميسر مي‌ گردد. تصوير زير گوياي جزئيات و ساير مزاياي استفاده از اين طرح است.

پیشانی يوک

پيشاني يوک که در اصل واسط بين بدنه يوک و بولت6هاي تثبيت‌ کننده استراکچر کوره است، مطابق شرايط فيزيکي بوته ساخته و يا در مدل‌ هاي پيشنهادي شرکت آراز ترانس بر روي يوک نصب مي‌ شود. در زير برخي از مدل‌ هاي متداول پيشاني‌ هاي يوک که به‌ طور پيش‌ فرض توسط اين شرکت در ساخت يوک‌ ها استفاده مي‌ شوند، آمده‌ است. اين مدل‌ ها به لحاظ کاربرد در دو نوع فشارنده7 و کشنده ‌ـ ‌فشارنده8 طبقه‌ بندي مي‌ شوند، پيشاني‌ هاي فشارنده صرفاً براي اعمال فشار بر يوک براي اتصال يوک به کويل استفاده مي‌ شوند در حالي‌ که پيشاني‌ هاي کشنده ‌ـ ‌فشارنده علاوه بر اتصال يوک به کويل براي جداسازي يوک از کويل در مواقع مورد نياز نيز کاربرد دارند.

با توصيفات صورت گرفته انواع تکيه‌ گاه‌ هاي ممکن براي يوک‌ هاي کوره‌ هاي القايي، مطابق يکي از چهار طرح زير خواهد بود:

پیشانی‌ های نوع فشارنده

پیشانی‌ های نوع کشنده - فشارنده

1- Induction Furnace Yoke (Shunt)

2- Three layer : Kapton (overlap 75%)+ Glass Fibers (overlap 50%)+ Kapton (overlap 75%)

3- Insulation Pad

4- Sinter Process

5- NMN: Nomex + Mylar + Nomex

6- Bolts

7- Pull Type

8- Pull-Push Type