یوک (شانت) کوره القایی

یوک (شانت) کوره‌القایی^۱

یوک (شانت)های کوره‌های القایی وظیفه تجمیع و هدایت میدان مغناطیسی تولیدی توسط کویل را بر عهده دارند. طرح و کیفیت یوک‌های کوره‌های القایی نقش به‌سزایی در عملکرد کوره، تلفات انرژی و نهایتاً بازده کوره ایفا می‌کنند. همچنین ساختار هندسی یوک در یکنواختی پراکندگی شار مغناطیسی در داخل کوره، تلاطم ناشی از میدان و نهایتاً کیفیت ذوب موثر است؛ شرکت آرازترانس با بهره‌گیری از دانش فنی بالا و کادر مجرب، اقدام به ساخت و تولید انواع یوک‌های القایی متناسب با نقشه ارسالی از سوی خریداران و یا ساخت یوک‌هایی براساس طراحی خود مطابق شرایط بهره‌برداری مشتریان می‌نماید. عوامل موثر در کیفیت و عملکرد یوک‌های کوره‌های القایی را می‌توان طبق موارد آورده شده در ادامه مطلب طبقه‌بندی نمود:

طرح تمام جوشی

در این طرح نحوه اتصال هسته به بدنه و سیستم کولینگ یوک صرفا با استفاده از عملیات جوشکاری صورت گرفته و در هیچ‌یک از قسمت‌های آن از اتصالات رزوه‌ای استفاده نشده است. این طرح مونتاژ عمدتاً توسط برخی شرکت‌های چینی و تُرک مورد استفاده قرار میگیرد.

بزرگترین مشکل یوک‌های ساخته‌شده در این طرح، بازشدگی سطح تحتانی یوک (سطح رو به کویل) است. از آنجا که جوشکاری ورق‌های هسته از سطح فوقانی (سطح رو به بدنه کوره) صورت می‌گیرد، نیروی کششی جوش پس از عملیات جوشکاری سبب فاصله‌گرفتن ورق‌های هسته یوک در سطح تحتانی شده و به اصطلاح عامیانه بخش پایین یوک باز می‌شود. این بازشدگی و فاصله‌گرفتن ورق‌های هسته در یوک در هنگام بهره‌برداری از آن سبب ایجاد خاصیت مغناطیسی و آهن‌ربایی ورق‌های هسته شده و مکان تجمع انواع براده‌ها و غبارات معلق در فضای اطراف یوک می‌شود که این ذرات تجمع‌یافته در آن ناحیه به‌مرور زمان موجب اتصال الکتریکی یا به اصطلاح آرک‌زدگی بین یوک و کویل می‌گردند. ایجاد سر و صدای ناشی از لرزش ورق‌های هسته یوک نیز از دیگر مشکلات ناشی از بازشدگی سطح تحتانی یوک است.

جدا از معایب ذکر شده برای این دسته از یوک‌های کوره‌های القایی به لحاظ بهره‌برداری و عملکرد یوک، به‌غیر از سادگی تولید و بهای ساخت اولیه نسبتاً پایین، مزیت خاصی را نمی‌توان برای این طرح در نظر گرفت. لذا استفاده از یوک‌های ساخته شده در این طرح چندان مورد توصیه نیست.

طرح پیچی – جوشی

در این طرح اتصال هسته به بدنه و سیستم کولینگ یوک، به‌صورت ترکیبی از عملیات جوشکاری و استفاده از اتصالات رزوه‌ای صورت میگیرد. محبوبیت استفاده از این طرح در میان تولیدکنندگان کوره‌های القایی سطح متوسط و بالا بسیار زیاد بوده و شرکت هندی مگاترم، شرکت اتویونکر آلمان به‌همراه برخی از تولیدکننگان چینی و تُرک از این شیوه برای مونتاژ یوک‌های خود استفاده می‌کنند.

اگرچه مشکل بازشدگی سطح تحتانی یوک به‌نسبت طرح تمام‌جوشی تا حد زیادی در این طرح مرتفع گردیده است ولیکن مشکل عدم قابلیت دمونتاژ کردن یوک و بالا بودن تلفات حرارتی آن به‌دلیل جوشکاری و ایجاد اتصال الکتریکی بین ورق‌ها کماکان به قوت خود باقی است.

طرح تمام‌پیچی

در این طرح نحوه اتصال هسته به بدنه و سیستم کولینگ یوک تماماً با استفاده از اتصالات رزوه ای انجام گرفته است و در هیچ‌یک از بخش‌های آن اتصالات جوشی دست‌کم بین هسته و دیواره یوک وجود ندارد. در حال حاضر به‌دلیل دشواری‌های زیادی که عمدتاً به‌سبب پروسه طولانی و هزینه‌بر پانچ ورق‌های هسته و تأمین اتصالات عایق‌شده یوک در مراحل ساخت این دسته از یوک‌ها وجود دارد، رغبت چندانی در میان تولیدکنندگان نسبت به ساخت این دسته از یوک‌ها وجود نداشته و تنها شرکتی که اقدام به ساخت یوک‌های کوره‌های القایی در طرح تماماً پیچی می‌کند، شرکت آرازترانس تبریز است.

تفاوت این دسته از یوک‌های کوره‌های القایی نسبت به طرح پیچی – جوشی، استفاده بیشتر از بولت‌ها و اتصالات رزوه‌ای با فواصل کمتر نسبت به هم به‌جای اتصال جوشی است و در عمل تمامی معایب موجود در طرح‌های تماماً جوشی و جوشی ـ پیچی به‌نوعی مرتفع گردیده و هیچ مشکلی در خصوص موارد یاد شده در بخش‌های قبلی وجود ندارد.

هسته یوک

هسته یوک که عملاً اصلی ترین بخش یوک کوره ‌القایی است از اتصال ورق‌های مغناطیسی هسته (ورق‌های مورد استفاده در هسته ترانسفورماتورها) تشکیل می‌شود. کیفیت و ضخامت ورق‌های مورد استفاده، تأثیر به‌سزایی در کیفیت گذردهی مغناطیسی و تجمیع شار، میزان اتلاف انرژی و در نتیجه، بازده کوره دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص کیفیت و خواص انواع گریدهای ورق‌های هسته یوک، به بخش ورق هسته مغناطیسی رجوع کنید.

سیستم خنک‌کاری (کولینگ) یوک

هدف اصلی از خنک‌کاری (کولینگ) یوک کوره القایی، دفع حرارت ناشی از گرم‌شدن ورق‌های هسته یوک بر اثر عبور میدان مغناطیسی به‌هنگام بهره‌برداری از یوک است. در انواع یوک‌های فعلی مورد استفاده از طرح‌های متنوعی برای خنک‌کاری یوک استفاده می‌شود. شایان ذکر است که شیوه مورد استفاده در خنک‌کاری یوک ارتباط تنگاتنگی با طرح مونتاژ یوک دارد. در زیر به شیوه‌های متنوعی که در سیستم کولینگ یوک استفاده می‌شود با ذکر معایب و مزایای هر یک اشاره شده است:

با توجه به مطالب آورده شده در جدول فوق، استفاده از هریک از طرح‌های مرسوم برای کولینگ یوک‌های کوره‌های القایی معایب خاص خود را داراست، لذا در طرح پیشنهادی شرکت آرازترانس که در ردیف آخر جدول آمده است، سعی بر رفع تمامی معایب موجود در طرح‌های دیگر شده و علاوه بر افزایش کیفیت خنک‌کاری یوک، با قراردادن دیواره آلومینیومی یک شیلد مغناطیسی برای جلوگیری از نشت و اتلاف میدان مغناطیسی جذب شده توسط یوک ایجاد شده است.

شایان ذکراست که به لحاظ تراکم میدان مغناطیسی در فضای اطراف کویل، این ناحیه به دو بخش پاورساید و نرمال‌ساید تقسیم می‌شود. ناحیه پاورساید بخشی از فضای اطراف کویل کوره ‌القایی است که به‌سبب حضور کابل‌های آب‌گرد ورودی و خروجی کویل، تراکم میدان مغناطیسی در آن ناحیه بالا است. ناحیه نرمال‌ساید نیز مابقی فضای اطراف کویل کوره ‌القایی است که به‌غیر از بخش پاورساید بوده و تراکم میدان مغناطیسی در آن ناحیه کمتر است. لذا به‌سبب تراکم بیشتر میدان مغناطیسی در ناحیه پاورساید و احتمال گرم‌شدن بیشتر هسته یوک‌ها در این ناحیه به‌نسبت سایر یوک‌ها (واقع در بخش نرمال‌ساید) توصیه میشود از یوک‌هایی با سیستم کولینگ کارآمدتر در بخش پاورساید استفاده گردد.

سیستم تثبیت‌کننده یوک

سیستم تثبیت‌کننده یوک شامل اتصالات بین هسته و دیواره‌های یوک است. در یوک‌های جوشی، عموماً این اتصال با استفاده از جوشکاری آرگون ورق‌ها از یک سطح و نهایتاً جوش آن‌ها با استفاده از پلیت‌هایی از جنس فولاد غیرمغناطیسی به‌عنوان نگهدارنده به بدنه صورت می‌گیرد.

در یوک‌های نوع پیچی – جوشی و یا تمام‌پیچی سیستم تثبیت‌کننده یوک شامل بولت‌های نگهدارنده عموماً از جنس فولاد غیرمغناطیسی است، اگرچه برخی تولیدکنندگان برای پایین آوردن بهای تمام‌شده ساخت یوک، گاه از بولت‌ها و پلیت‌های نگهدارنده از جنس فولادهای عادی (مغناطیسی) استفاده میکنند، ولیکن به‌سبب احتمال گرم شدن اتصالات در میدان مغناطیسی یوک، شرکت آرازترانس همواره از بولت‌ها و پلیت‌هایی از جنس فولاد غیرمغناطیسی (عموماً فولاد زنگ نزن گرید ۳۰۴ یا ۳۱۶)استفاده مینماید.

مهمترین و اساسی‌ترین نکته‌ای که در به‌کارگیری بولت‌های مذکور بایستی بدان توجه ویژه داشت، نحوه عایق‌بندی و ایزوله‌کردن این بولت‌ها از هسته و بدنه یوک به لحاظ الکتریکی است. در صورت استفاده از سیستم عایق‌بندی ناکارآمد و در نتیجه از بین رفتن عایق بولت‌ها و اتصال آن‌ها به هسته یا بدنه جریان‌های الکتریکی القاشده در داخل بولت‌ها و سایر قسمت‌های یوک به‌واسطه ایجاد مسیر بسته به‌وجود آمده، تلفات و حرارت بسیارقابل توجهی را ایجاد می‌کنند، که این امر علاوه بر اتلاف انرژی در کوره، گاه حتی موجب سرخ شدن و ذوب بخشی از هسته و بولت‌های یوک می‌گردد. لذا برای مقابله با این امر و جلوگیری از وقوع مشکلات بعدی، این شرکت سه متد عمده را در نحوه عایق‌بندی بولت‌های یوک‌های خود به‌کار می‌گیرد. جدول زیر جزئیات هر یک از متدهای مذکور را نشان می‌دهد:

تکیه‌گاه یوک

به‌طورخاص، تکیه‌گاه یوک به بخش نشیمن‌گاه یوک بر سطح کویل اطلاق می‌شود. عمده نقش این تکیه‌گاه در تثبیت مکان کویل و حفظ ثبات آن حین بهره‌برداری است. یکی از عمده نکات حائز اهمیت در خصوص تکیه‌گاه یوک، پوشاندن فضاهای خالی بین یوک و کویل برای جلوگیری از تجمیع انواع براده و غبارات معلق است. همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد، آلودگی‌های موجود سبب بروز اتصال الکتریکی بین کویل و یوک در مرور زمان می‌گردد. برای دستیابی به هر دو هدف تثبیت کویل و پوشاندن فضاهای خالی بین کویل و یوک، دو متد عمده پیشنهاد می‌شود: اول- ایجاد نشیمن‌گاه خمیده در تکیه‌گاه یوک به‌هنگام مونتاژ نهایی آن و دوم- استفاده از اتصالات عایقی کناری در یوک‌های پشت‌صاف برای ایجاد نقاط تماس بیشتر. در بین دو روش پیشنهادی، روش دوم که طرح ابداعی شرکت آرازترانس میباشد بیشتر مورد توصیه است، زیرا در صورت استفاده از متد اول خروج بخارات حاصل از زینتر کردن^۳ کویل در حین پروسه زینتر با مشکل مواجه شده و گاه بخارات محبوس در پشت یوک پس از تبدیل شدن به قطرات آب در آن ناحیه باقی میمانند. شایان ذکراست بر خلاف تصورات رایج نادرست، در صورت استفاده از یوک‌هایی با تکیه‌گاه تخت و وجود فاصله هوایی بین یوک و کویل در برخی نقاط تکیه‌گاه منجر به اتلاف توان الکتریکی کوره نشده و مقایسه این امر با فاصله هوایی بین روتور و استاتور در ماشین‌های گردان، یک قیاس مع‌الفارق می‌باشد.

علاوه بر شکل تکیه‌گاه در خط اصلی اتصال به کویل، شکل ظاهری گوشه‌های یوک در تکیه‌گاه یوک نیز حائز اهمیت است. در صورتی که گوشه‌های تکیه‌گاه یوک به‌صورت گرد بوده و بدون هم‌پوشانی با دیواره‌های یوک باشند، میدان‌های مغناطیسی سرگردان اطراف کویل را جذب نموده و بازده عملکرد یوک را بالاتر می‌برند.

در کنار مباحث مطرح‌شده در خصوص تکیه‌گاه یوک، در طرح پیشنهادی شرکت آرازترانس امکان مونتاژ و نصب پَدعایق^۴ (ایزولاسیون) بر روی یوک وجود دارد. مقصود از پَد ایزولاسیون مجموعه لایه‌های عایقی است که به‌صورت مجزا (در طرح‌های متداول فعلی) بین یوک و کویل قرار می‌گیرند. در صورت استفاده از طرح پیشنهادی این شرکت اولاً تعداد نقاط اتصال یوک به کویل خصوصاً در یوک‌های با تکیه‌گاه تماماً صاف بیشتر شده، ثانیاً امکان خروج بخارات آب حاصل از زینتر از ناحیه پشت یوک در حین انجام پروسه زینتر میسر می‌گردد. تصویر زیر گویای جزئیات و سایر مزایای استفاده از این طرح است.

پیشانی یوک

پیشانی یوک که در اصل واسط بین بدنه یوک وبولت^۶های تثبیت‌کننده استراکچر کوره است، مطابق شرایط فیزیکی بوته ساخته و یا در مدل‌های پیشنهادی شرکت آرازترانس بر روی یوک نصب می‌شود. در زیر برخی از مدل‌های متداول پیشانی‌های یوک که به‌طور پیش‌فرض توسط این شرکت در ساخت یوک‌ها استفاده می‌شوند، آمده‌ است. این مدل‌ها به لحاظ کاربرد در دو نوع فشارنده^۷ و کشنده – فشارنده^۸ طبقه‌بندی میشوند، پیشانی‌های فشارنده صرفاً برای اعمال فشار بر یوک برای اتصال یوک به کویل استفاده می‌شوند درحالی که پیشانی‌های کشنده ‌- ‌فشارنده علاوه بر اتصال یوک به کویل برای جداسازی یوک از کویل در مواقع مورد نیاز نیز کاربرد دارند.

با توصیفات صورت گرفته انواع تکیه‌گاه‌های ممکن برای یوک‌های کوره‌های القایی، مطابق یکی از پنچ طرح زیر خواهد بود:

پیشانی‌های نوع فشارنده

پیشانی‌های نوع کشنده – فشارنده