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电磁加热辊的原理及一种温度控制方法(en)

2018-07-14 20:24:05

 

电磁加热辊的原理及一种温度控制方法

 

电磁加热辊,对于在材料加工领域里的从业者来说,十之八九知道电磁加热辊产品。因为更多的从业者及企业主们在使用导热油辊、蒸汽加热辊等产品的过程中,对其漏油、环保、安全、能耗方面的缺陷深有感触。一方面,是导热油辊温度均匀性无法满足材料生产的需求,无法交付质量一致性的优良材料产品。另一方面特别是导热油的环境破坏及维护成本增加企业负担,同时,处理不当时,时有因导热油泄露发生火灾的事故发生。

 

电磁加热辊一般外形图

对于电磁加热辊的原理,简单概括,就是利用电磁感应的涡流效应及磁滞效应让辊体自身发热,通均温手段让辊面工作区温度均一,与被加工材料进行间接或直接的换热,通过闭环回路进行温度的补充控制。百家号“联净电磁加热辊”中有另外的文章说明,本文不做重要的介绍。

电磁加热辊相对于导热油辊,不存在两端头温度的进油侧高,出油侧低的情况,线圈直接分布于辊体内部,端部不存在导热油加热的换热情况。所以轴承位的温度更低,降低了高温度工艺生产条件下使用加热辊带来轴承养护成本及工作强度,减少设备故障率。正因为电磁加热辊感应线圈放置于辊体内部的原因,线圈与两个边部的端盖止口有一定的安全距离,通常按一般的结构,对应辊面边部向中心方向大约40~100mm是没有感应线圈分部的,当然,加工电磁加热辊时,会在边部做一定的磁密度补偿及均温补偿,但还是会因端盖散热、补偿不够等原因(因辊体的不同需求时会有不同的设计方案)造成辊体的边部效应大。即,辊体两边的无效边会比较大,通常按温度精度会存在50~150mm的无效边。电磁加热辊的温度边际效应,详见下图:

 

一般电磁加热辊的温度分布及边际效应示意图

 

关于电磁加热辊工作区的边际效应问题,通常是制造商采用强大的温度均一手段进行弥补,因不同的辊体情况,制作方法有所区别,因涉相关方法及资料涉及企业knowhow问题,在此不作相关介绍。对于电磁加热辊内部线圈结构,可以是单个或多个组成。配套控制方式可以是每线圈进行独立回路控制、或多个线圈组合控制、或多个线圈一点控制,多点补偿修正。这个跟辊体的线圈结构设计有关系。

为什么会这么复杂呢?用一个线圈不就好了吗?

是的,当然是用一个线圈好!

一个线圈,做制作、使用及养护等方面来说,都要方便得多。比如,一支300kW的电磁加热辊,采用10kW电源模块来进行组合,需要30个电源模块,光线圈导线就有60根,加上庞大的控制电气柜,这一把线不论是在现场的施工还是后期的维护都是一十分痛苦的事情。市场上主流的品牌电磁加热辊,如日本特电、上海联净。99%采用单线圈结构都是采用一个线圈的结构方式。

那为什么会有多线圈结构方式呢?

原因有二,下面我们简要概括:

原因一,辊体温度均匀技术问题,当企业技术设计及制作水平不够,无法满足于边部较小距离时,采取分段控制的方法。比如模压辊,直径约300mm,长度约1500mm电磁加热辊,有效材料工作宽幅1300mm,工作温度200℃±2℃。有企业进行分3个线圈独立控制、也有企业分5个线圈独立控制。当然,温度的均匀性也并没有达到预期分段控制所要达到的目标。

对均温技术的欠缺,是导致其采用此方法的主要原因。

原因二,对于特殊工艺要求,如辊面横向工艺温度需要差异化调节、单位时间的负载有大量的热量消耗、波动的极不平衡负载、对机械精度需要热补偿修正误差的工艺。会特殊定制差异化的温度控制方法,如电子软板业的三线圈一点控制多点补偿修正(与上述原因一说的单段独立控制不是一回事)。即,这样的方式通常用用特殊制程工艺需求。并不是主流的电磁加热辊产品温度的控制手段。

那要采购电磁加热辊时,是选一段线圈还是多段线圈?

这个要选择什么样的产品时,这里面原因可能会有人际关系、资金预算等方面的原因,从技术角度上来说,选一个线圈的准没错,如果你是这个设备的使用者,你的制程工艺又没有特殊需求,那你就不要给自己今后找麻烦,选一个线圈结构的。相信我的推荐!

对于常规的电磁加热辊的温度控制,都是采用单个或多个闭环回路来进行控制的,我们在此就不多说。本文想针对一些特殊制程的工艺需求,采用多线圈控制差异化温度的一些方法给大家分享,抛砖引玉。下面我们列举针对布料烫整定型专用电磁加热辊筒来分步详细说明。

技术领域

涉及纺织辅助设备领域,具体地,涉及一种运用于针织圆机的仅通过一个感应加热电源模块进行分区循环加热的加热辊及其加热方法。

 

背景技术

在织布行业中,圆织机有着庞大的市场占有率,在圆织机的织布机构内部,可以增加一个立式的电磁加热辊,作为布料的烫整处理,可以省去后续的烫整工序。

1为现有技术的采用立式的电磁加热辊的针织圆机的结构图。如图1所示,其中电磁加热辊的辊体401,被设置在针织圆机50中织出的圆筒型的布料60的位置的下方,布料60包裹在辊体401表面,电磁加热辊直接对布料60进行烘干。(现有技术的针织圆机50通常还包括纱架、储纱器、喂纱嘴、送纱盘、纱圈托架等等部件,本案中为了避免上述部件遮挡本案的结构,所以图纸中不显示上述部件)

继续参考图1,在实际生产工艺中,根据不同的布料,对此方法的烫整工艺会有不同的需求,即在物料经过辊面的过程中,要实现分段温度烫整。通常,在辊体方面采用上中下三个温度区,分别为第一温区A、第二温区B、第三温区C,根据不同的布料工艺需求,可能采用第一温区A、第二温区B、第三温区C温度分布为不同位置高度的温区。如第一温区A高、第二温区B较第一温区A低、第三温区C较第二温区B低;第一温区A低、第二温区B较第一温区A高、第三温区C较第二温区B高等方式组合烫整工艺。按此方法,可以在电磁辊中设三个加温区,由三个检测点控制加温,对应三个感应加热线圈,每个线圈对应一个感应加热电源模块。

现有技术中,通过三个感应加热电源模块分别对应每个线圈,对每个线圈进行温度监控和加热。但是,在实际使用中,通常感应加热电源模块的工作状态的时间短,停机状态的时间较长,利用率不高,而且感应加热电源的成本很高,这造成了电磁加热辊的实际成本上升,核心部件的利用率较低。

与此同时,烫整面料工艺对温差有一定容忍量,一般,烫整面料工艺对温差的波动可以在3至5℃左右,在这个温差范围内,烫整面料的效果没有什么差别。

 

方案内容

针对现有技术中的缺陷,本方案提供了一种分区循环加热的加热辊及其加热方法,克服了现有技术的困难,减少两个感应加热电源模块的使用,降低了电磁加热辊的实际成本,提高了核心部件的利用率。

根据本方案的一个方面,提供一种分区循环加热的加热辊,包括:加热辊模块、电源模块、循环加热切换模块以及控制模块;

所述热辊模块包括一辊体,所述辊体内环绕着三个感应加热线圈,每个感应加热线圈分别对应所述辊体

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