Меню

Промышленное применение токов высокой частоты труды внии твч



Промышленное применение токов высокой частоты труды внии твч

В апреле нынешнего года ВНИИ токов высокой частоты имени профессора В. П. Вологдина отмечает свое 70-летие. На предприятии сейчас не только вспоминают свою славную историю, но и строят планы на будущее. Сами торжества, посвященные 70-летию, намечены на август. К этому моменту уже начнет активно реализовываться антикризисная программа нового руководства, благодаря которой институт должен получить новый импульс для своего развития.

В. П. Вологдин — Основатель ВНИИ ТВЧ

Валентин Петрович Вологдин родился в 1881 году в Пермской губернии, там закончил реальное училище.

В 1900 году приехал в Петербург и поступил в Технологический институт. Но за участие в студенческих волнениях был арестован, в тюрьме сидел в одной камере с

Я. М. Свердловым. Вскоре за отсутствием доказательной базы Вологдин был освобожден. Он восстановился в Технологическом институте, где продолжил обучение.

В. П. Вологдин начал свою инженерную карьеру как разработчик высокочастотных генераторов для питания искровых судовых и переносных радиостанций сначала на заводе Н. Глебова, а в 1912 году — на заводе «Дюфлон, Константинович и К». Он быстро прошел путь от простого инженера до главного научного инженера завода — это была уже директорская должность.

После Октябрьской революции по указанию В. И. Ленина Валентина Петровича в 1918 году пригласили в центральную Нижегородскую радиолабораторию, где он работал вместе с М. А. Бонч-Бруевичем. Вологдин руководил постройкой высокочастотных мотор-генераторов для радиосвязи, а также создал мощные ртутные выпрямители. Из его лаборатории проводился первый сеанс связи с США. Из России на связи был В. П. Вологдин, в США – А. М. Горький. В 1925 году он стал профессором ЛЭТИ. Ученый постоянно искал новые области применения токов и полей высокой частоты. Индукционный нагрев и плавка привлекли его внимание и стали его главным научным детищем.

В годы Великой Отечественной войны лабораторию В. П. Вологдина вместе с «Кировским заводом» из Ленинграда эвакуировали в Челябинск, где было создано предприятие по производству танков. И для создания крепкой танковой брони для танков ИС, КВ, а потом и Т-34 закалку металла стали проводить при помощи токов высокой частоты. За эти достижения в 1943 году лаборатория была награждена Сталинской премией.

В 1944 году Вологдин с группой сотрудников был награжден орденом Ленина. Он удостоился и приглашения на легендарный Парад Победы 24 июня 1945 г. на Красной площади в Москве.

После войны заслуги ученого не были забыты, и 1 апреля 1947 года был организован институт токов высокой частоты, главой которого поставили В. П. Вологдина. Назначить на руководящую должность человека, который даже не был коммунистом, — беспрецедентный для того времени случай! При этом Валентину Петровичу был дан полный карт-бланш для поиска места расположения института.

Он искал это место по всей Ленинградской области и остановился на Парголово. В Большом шуваловском дворце в то время находилось ведомство Комитета обороны, теперь здесь обосновался институт. Большие надежды возлагались на будущий вклад Вологдина в развитие народного хозяйства. И эти надежды вполне оправдались: институт стал настоящим научно-исследовательским центром по разработке уникальных технологий.

В 1948 году Валентин Петрович получил еще одну награду – учрежденную незадолго до этого золотую медаль А. С. Попова за выдающийся вклад в области радио.

В 1952 г. группе работников института во главе с В. П. Вологдиным была присуждена еще одна Сталинская премия — за создание кузнечного цеха с высокочастотным нагревом заготовок на Московском заводе малолитражных автомобилей. Плодотворная научная деятельность В. П. Вологдина отражена в 180 публикация, монографиях и учебниках, в 81 изобретении.

В 1953 году Валентин Петрович Вологдин умер, его похоронили на Волковском кладбище. Сразу после смерти ученого его имя было присвоено созданному им институту, а в 1955 году в Шуваловском парке перед зданием ВНИИ ТВЧ ему был установлен памятник.

Вехи истории

1 апреля 1947 года – создание научно-исследовательского института токов высокой частоты.

В 1964 года НИИ ТВЧ получил статус Всесоюзного.

В 1986 году в Ленинграде было создано научно-производственное объединение по разработке и производству высокочастотного и ультразвукового электрооборудования (НПО «ВНИИ ТВЧ») с подчинением ему Таганрогского завода электротермического оборудования и Дагестанского завода электротермического оборудования. В 1989 году в состав НПО «ВНИИ ТВЧ» был включен и Артикский завод вакуумных электропечей (Армянская ССР).

В 1993 году объединение было ликвидировано как самостоятельная организация.

В 2015 году произошло акционирование ВНИИ ТВЧ, институт вошел в ГК «Ростехнологии».

Достижения и разработки

Начатое В. П. Вологдиным дело продолжил его коллега и единомышленник М. А. Спицын, который возглавлял институт с 1953 по 1964 год. В 1964 году директором был назначен сын В. П. Вологдина Владислав Валентинович, который проработал на этой должности до 1980 года и многое сделал для развития самого института и для сохранения комплекса Шуваловского парка.

Ввиду того что разработки института всегда были на высоком техническом уровне, они пользовались большим спросом на международном рынке. Институт был постоянным участником ВДНХ и международных выставок. В 1974 году ВНИИ ТВЧ участвовал в 7 выставках, на которых получил 12 дипломов, 1 золотую, 3 серебряных и 11 бронзовых медалей ВДНХ СССР, а в 1976 году было получено 2 серебряных и 7 бронзовых медалей. Выпуск продукции со знаком качества в 1979 году составил 55% от общего объема продукции. В 1980 году было внедрено 40 разработок. К конце 1980 года государственного знака качества было удостоено 41 наименование продукции.

Кроме индукционного нагрева в институте развивались и другие новые технологии. Среди них: ростовое оборудование для обработки полупроводников, высокочастотная сварка, плазменная индукционная технология. Кстати говоря, первые СВЧ-печи для приготовления пищи были разработаны в институте еще в 50-е годы, когда никто ни о чем подобном даже не слышал. Печь была предназначена для подводных лодок.

Другие оригинальные разработки ВНИИ ТВЧ — высокочастотная сварка сложных конструкций, создание уникальных технологий по производству особо чистых материалов — кремния и германия. Еще одно направление — выращивание искусственных кристаллов. Что такое фианиты, сегодня знают все. А ведь это разработка Физического института академии наук (ФИАН), а оборудование для их производства создавало ВНИИ ТВЧ. Еще сложнее выращивать крупные кристаллы, но и с этой задачей ученые справились.

Есть и технологии диэлектрического нагрева — можно нагревать с помощью токов высокой частоты различные пластмассы. Это находит массовое применение, начиная от сварки упаковок до изготовления одноразового медицинского инструментария, оболочек для дирижаблей и многого другого.

Музей института и комплекс Шуваловского парка

История Шуваловского парка началась в 1746 году, когда императрица Елизавета Петровна пожаловала Парголовскую мызу братьям Шуваловым. Крутые холмы, валуны карельского гранита и озера стали замечательной природной основой для парка. Во второй половине XVIII века были выкопаны два пруда причудливой формы — «Рубаха Наполеона» и «Шляпа Наполеона», а лишний грунт пошел на сооружение рукотворной горы Парнас. Значительная часть сохранившихся до нашего времени зданий была построена в начале XX века архитектором С. С. Кричинским.

Комплекс зданий и сооружений вместе с парком признаны ансамблем памятников архитектуры и садово-паркового искусства ХVIII века, он включен в список всемирного наследия ЮНЕСКО. Сейчас ВНИИ ТВЧ принадлежат памятники федерального значения Большой дворец, Малый дворец, Конный двор (ферма), Дом садовника, турфовая арка и сам Шуваловский парк, а также памятник регионального значения — дача Месмахера.

В соответствии с охранным обязательством, выданным КГИОП еще в 1953 году, институт обязался содержать и восстанавливать парк и все его сооружения. Большой вклад в сохранение этого культурного наследия внес сын основателя института, третий директор НИИ Владислав Валентинович Вологдин, который был депутатом городского, районного и поселкового советов. При нем с 1958 года начался первый научно-исследовательский этап подготовки к восстановлению и реставрации парка. Была проведена инвентаризация, на основе архивных и исторических данных изготовлены рабочие чертежи и сметы реставрации.

В 1965 году при ВНИИ ТВЧ было создано садово-парковое хозяйство, заложен питомник для выращивания особо ценных пород деревьев. В 1972-1974 годах была выполнена реставрация малых архитектурных форм. В 1974 году комплекс мероприятий по восстановлению и содержанию Шуваловского парка был отмечен на ВДНХ дипломом и аттестатом, а директор ВНИИ ТВЧ В. В. Вологдин и директор СПХ Демьянова были награждены бронзовыми медалями. Садово-парковое хозяйство имело и свои оранжереи, в которых круглый год выращивались цветы. По инициативе КГИОП институтом готовились стенды и макеты о Шуваловском парке для международной выставки во Франции. До 1984 года только по парку институтом были выполнены работы на сумму 43 млн рублей.

Читайте также:  От чего зависит сопротивление кожи человека току

Еще одним важным делом жизни В. В. Вологдина стало создание музея ВНИИ ТВЧ. Он был открыт

6 апреля 1978 года и имел четыре раздела, посвященных истории развития института, его основателю и первому директору В. П. Вологдину, выставке высокочастотного и ультразвукового оборудования, а также истории поселка Парголово и Шуваловской усадьбы. В музее представлены биографии владельцев имения, фотографии, гравюры с изображением окрестных мест. Для создания экспозиции пригласили художника «Ленфильма» Веру Евгеньевну Зелинскую. Несмотря на то что ВНИИ ТВЧ всегда был закрытым объектом, в его музее часто проводились экскурсии, в том числе и для школьников.

День сегодняшний

— Что происходит сегодня с институтом?

— Институт в свое время специализировался на сотрудничестве с металлургическими компаниями, с предприятиями промышленности, это направления «Высокочастотная закалка», «Индукционный нагрев металлов». Сейчас, так как холдинг занимается преимущественно композиционными материалами, ВНИИ ТВЧ мы частично пытаемся переориентировать на наши направления. В прошлом году впервые была выполнена научно-исследовательская работа «Градиентная варка стекла в индукционном поле». Планируем начать научно-исследовательскую работу по графитизации углеродного волокна, что позволит улучшить показатели теплопроводности и прочности материалов.

К сожалению, сейчас есть нехватка заказов, как и у любых НИИ, ведь многие промышленные предприятия тяжело переживают кризис. Но мы собираемся в 2017-2018 годах заключить дополнительные контракты как внутри «Ростеха», так и внутри холдинга, а также произвести оптимизацию имущественного фонда.

Мы надеемся сохранить все существующие научные направления. Если рассматривать ВНИИ ТВЧ на фоне конкурентов, то, например, ультразвуковые ванны для очистки различных предметов делают многие, но они делают их из дешевого китайского сырья, и эти установки низкого качества. У ВНИИ ТВЧ есть уникальная установка «МУЗА», которая предназначена для очистки фильтров под давлением. Во-первых, очистка идет авиационным керосином, т. е. не требуется спецхимии. Во-вторых, одна из модификаций предназначена для использования прямо на борту вертолета или самолета. Вот такие вещи мы планируем модернизировать и развивать дальше.

Но возможно после полной инвентаризации и анализа кадрового состава придется от чего-то отказаться. При этом основная специфика ВНИИ ТВЧ, связанная с токами высокой частоты, останется. Оставшиеся направления будут уникальными для России и позволят создавать высокотехнологичные установки. Будем стараться сохранить коллектив, и при реструктуризации предложим нашим сотрудникам какие-то параллельные должности, чтобы не потерять наш научно-производственный потенциал.

— Что делается для сохранения памятников бывшего имения Шуваловых?

— У АО, как и у ФГУПа, есть определенные охранные обязательства. Только для АО штрафы за невыполнение этих обязательств гораздо больше. Мы обращались в Министерство культуры РФ, чтобы включить наши здания в федеральную программу «Культура России». Когда предприятие было ФГУПом, нам отказывали по одним причинам. Сейчас отказали, потому что мы являемся частной компанией, хотя «Ростех» — государственная корпорация. И нас просят самостоятельно это все реконструировать. Но для этого нужны большие деньги, которых у нас нет. Пока мы разработали программу комплексных исследований наших памятников. Она согласована с КГИОП, в ближайшее время будет объявлен конкурс, определена организация, которая проведет обследование всех памятников. После этого можно будет начинать проектные работы.

Раньше в пользовании ВНИИ ТВЧ был фактически весь парк — 136 га. В последний год мы приватизировали 8,40 га, и теперь мы отвечаем только за эту территорию. Надеемся, что сегодняшние объемы нам по силам. Остальная территория перешла к Комитету по благоустройству Санкт-Петербурга. Сейчас за него отвечает садово-парковое предприятие «Выборгское». И мы готовы сотрудничать с ним, а также с Общественным советом по сохранению Шуваловского парка, делиться своими наработками и имеющимися документами, знаниями и опытом, использовать любые возможности, чтобы помочь все восстановить и довести до ума.

— Правда ли, что в будущем планируется переезд ВНИИ ТВЧ из Шуваловского парка?

— Вести производство во дворцах сегодня непозволительная роскошь. Раньше мы не могли пере-

ехать, потому что это не было нашей собственностью. Мы оформили в собственность здания и землю только в 2016 году. Конечно, у нас есть план финансового оздоровления ВНИИ ТВЧ на ближайшие 5 лет до 2021 года. В том числе мы планируем отсюда уехать на современную производственную площадку. Это можно сделать тогда, когда будет сформирована команда и появится понимание по закупке необходимого производственного оборудования. Но пока эти здания к продаже не согласованы «Ростехом» и «Химкомпозитом», поскольку еще не проведена их оценка.

— Средний возраст сотрудников сейчас приближается к пенсионному. Кому же они будут передавать свой опыт?

— Действительно, пока молодых специалистов у нас можно пересчитать по пальцам. А нам важно омоложение кадров в науке и на производстве, потому что многим научным работникам уже за 70.

Мы приглашаем всех студентов профильных вузов: Политеха, ЛЭТИ, академии им. Можайского —

к себе на стажировку. Мы будем с этими вузами заключать договоры о стратегическом сотрудничестве, чтобы они предоставляли нам студентов, которые хотят получить степень магистра или кандидата технических наук, для прохождения практики. Молодым ученым здесь будет легко набрать материал для исследований. А тем, кто нам понравится, предложим в будущем конкурентоспособную зарплату, чтобы они у нас остались.

Кроме того, у нас есть опытное производство, поэтому нам нужны слесари, фрезеровщики, сварщики. Мы их тоже с радостью примем на стажировку.

ВНИИ ТВЧ – уникальный институт с уникальными возможностями. И мы рассчитываем, что нам все-таки удастся вернуть ему былую славу.

Источник

Промышленное применение токов высокой частоты Г.Ф. Головин, А.Е. Слухоцкий.

Труды ВНИИ ТВЧ, вып. 10. Издательство «Машиностроение», Ленинград, 1969 г., 320 стр.

В сборнике освещаются теоретические и прикладные вопросы применения токов высокой частоты при нагреве заготовок под пластическую деформацию, при закалке, зонной бестигельной плавке, пайке, формовании изделий из пенополистирола, термообработке полиамидов и т. д. Приведено несколько конструкций нового оборудования: тиристорного регулятора возбуждения для машинных генераторов, конвейерной установки для нагрева диэлектриков и др. Рассмотрены вопросы измерения сопротивления индукторов, слитков кремния. Впервые в сборнике отражены вопросы экономики при применении высокочастотного нагрева и ультразвуковых колебаний.

Сборник предназначен для научных и инженерно-технических работников заводов, научно-исследовательских и проектно-конструкторских институтов, а также может быть полезен студентам втузов соответствующих специальностей.

Редакционный совет

Головин Г.Ф., Слухоцкий А.Е., Вологдин В.В., Дмитриев А.В., Кущ Э.В., Мондрус Д.Б., Пейсахович В.А., Шамов А.Н., Бамунэр А.В., Готсбан С.М., Добровольская В.И., Зурилин С.Т., Перовский С.Н., Сперанский Г.А., Бреславцева В.М., Петрова О.В.

Оглавление

Предисловие
Экономическая эффективность применения токов высокой частоты и ультразвуковых колебаний в промышленности
Расчёт электрических параметров цилиндрических индукторов произвольной длины
Расчёт параметров индукторов для нагрева цилиндрических заготовок в поперечном магнитном поле
Анализ режимов индукционного нагрева труб под термообработку сварных швов
Расчёт индуктора для литья микропровода
К расчёту индуктора для нагрева шара
Исследование некоторых индукционных систем полупроводниковой металлургии
Расчёт индуктивности соленоида, содержащего короткий разомкнутый ферромагнитный сердечник
Телевизионный автоматический регулятор диаметра слитков, выращенных методом бестигельной зонной плавки
Дистанционное измерение удельного сопротивления слитка кремния
Способ измерения сопротивлений индукторов при высоких частотах
Влияние условий выращивания на качество кристаллов кремния, полученных методом бестигельной зонной плавки
Индукционные печи для термообработки проката
Закалка коленчатых валов с вращением
Исследование окисления стали при индукционном нагреве для обработки давлением
Структура биметаллических гильз, наплавленных при нагреве индукционным способом
Особенности структуры сварных соединений, получаемых при высокочастотной сварке с оплавлением кромок
Влияние прокаливаемости на свойства стальных изделий после индукционной термической обработки
Высокочастотная пайка магнитострикционных преобразователей
Основные направления внедрения высокочастотного метода нагрева при изготовлении изделий из пенополистирола
Предварительное вспенивание бисерного полистирола ПС-Б инфракрасным излучением
Исследование физико-механических свойств стеклопластиков на полиэфирном связующем, отверждённых в электрическом поле высокой частоты
Термическая обработка полиамидов при высокочастотном нагреве
Измерение комплексной диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь рыбопродуктов на частоте 2,4 ГГц
Анализ работы двухъячейкового последовательного инвертора
Об одном преимуществе схемы автономного инвертора повышенной частоты с нулевым выводом трансформатора
Анализ работы последовательного инвертора, нагруженного на колебательный контур электротермической установки
Анализ объёмных резонаторов с трёхслойным диэлектриком
Конвейерная высокочастотная установка с высоковольным выходом для нагрева диэлектриков
Расчёт генераторных триодов с помощью вычислительных машин
Расчёт и исследование ёмкостного параметрического генератора
Тиристорные регуляторы возбуждения для высокочастотных машинных генераторов
Работа вентилей в частотопреобразовательных установках
Условия обеспечения автоподстройки частоты в ультразвуковых установках
Определение области устойчивой работы магнитной или электромагнитной вакуумной экранированной синхронной муфты
К вопросу формирования постоянных магнитных полей заданной структуры
Крепёжные изделия из стеклопластика АГ-4В
Международный конгресс
Вопросы теории и практики низкотемпературной индукционной плазмы

Читайте также:  Используя закон ома для полной цепи определите внутреннее сопротивление источника тока 1

Источник

КОЛЬЦЕВОЙ ИНДУКТОР Российский патент 2007 года по МПК C21D1/42 H05B6/40

Описание патента на изобретение RU2312154C2

Изобретение относится к областям цветной металлургии, преимущественно полупроводниковой, занимающейся выращиванием кристаллов, и черной для нагрева деталей под закалку, гибку, сварку и т.д. Изобретение позволяет создавать узкую зону нагрева деталей (объектов) и, тем самым, обеспечивать необходимые технологические условия. В частности, при выращивании кристаллов методом бестигельной зонной плавки (БЗП) с использованием индуктора, имеющего внутренний диаметр больше диаметра кристалла, становится возможным создавать полную зону расплава, соответствующую условиям устойчивости, при диаметре кристалла более 25 мм и, тем самым, создавать условия для многопроходной зонной очистки таких кристаллов.

Для создания узкой зоны нагрева при нагреве детали или создания зоны расплава используется кольцевой индуктор в виде одного витка из медной водоохлаждаемой трубки круглого сечения [1]. Высота зоны нагрева при вертикальном расположении детали (или ширина — при горизонтальном) зависит от высоты (ширины) витка индуктора.

Практически в этом случае минимальная высота (ширина) витка индуктора, соответствующая диаметру трубки, не может быть менее 4 мм, так как при меньших диаметрах трубки реальный расход охлаждающей воды не может обеспечить съем Джоулевых потерь с индуктора, возникающих при прохождении по нему высокочастотного тока (порядка 1 кВт). Индуктор перегревается и выходит из строя. Реально сегодня используется трубка диаметром 4 мм с толщиной стенки 0,5 мм.

Известно устройство, в котором кольцевой индуктор выполнен из профилированной медной трубки овального, грушевидного или каплевидного сечения [2]. В этом случае высота зоны нагрева зависит не только от высоты витка индуктора, но и от плотности высокочастотного тока, проходящего по его поверхности. Чем больше развита поверхность индуктора, тем меньше плотность тока и тем большее пространство занимает поле рассеивания индуктора, которым нагревается объект.

Такое устройство в случае БЗП не обеспечивает достаточно узкой зоны нагрева при диаметре индуктора больше диаметра кристалла и, тем самым, не удается выращивать кристаллы диаметром более 25 мм с полной зоной расплава. В данном случае максимально возможная (критическая) высота зоны расплава, соответствующая условиям устойчивости, определяемая поверхностным натяжением, достигается при диаметре кристалла порядка 25 мм. При дальнейшем увеличении диаметра кристалла высота зоны нагрева увеличивается, зона теряет устойчивость и выливается.

Наиболее близким к заявляемому является кольцевой индуктор ([3], прототип) в виде двух концентричных, внутреннего и наружного, колец, соединенных электрически и механически. Наружное кольцо выполнено из медной электро- и теплопроводящей водоохлаждаемой трубки, имеющей достаточное сечение для пропускания необходимого количества воды (теплообменной среды). Внутреннее кольцо имеет сплошное поперечное сечение по периметру, примыкающее к наружному кольцу и сужающееся к центру. Механическое соединение колец осуществляется пайкой. Внутреннее и наружное кольца электрически соединены параллельно.

Недостатком этого устройства является то, что высокочастотный ток протекает по всей достаточно большой общей поверхности колец, создавая значительно большее рассеяние электромагнитного поля индуктора, чем в случае кольцевого одновиткового индуктора из медной водоохлаждаемой трубки диаметром 4 мм. В результате зона нагрева имеет существенно увеличенные размеры. Например, при БЗП кремния этот недостаток не позволяет обрабатывать слитки диаметром более 25 мм с полной зоной расплава, используя кольцевой индуктор с внутренним диаметром, большим диаметра слитка по вышеописанной причине.

Задача, решаемая изобретением, — расширение технологических возможностей индуктора.

Технический эффект заключается в получении узкой, минимально возможной зоны нагрева путем концентрации электромагнитного поля индуктора, нагревающего объект, за счет максимального сокращения поверхности индуктора, по которой проходит высокочастотный ток.

Эффект достигается за счет того, что кольцевой индуктор включает теплопроводящее наружное кольцо, выполненное из трубки для пропускания теплообменной среды, и внутреннее электро- и теплопроводящее кольцо, имеющее сплошное поперечное сечение и площадь поверхности, соответствующую заданной плотности высокочастотного тока. Наружное кольцо механически соединено с внутренним кольцом через теплопроводящие переходные элементы в форме секторов. Внутреннее кольцо электрически соединено с токоподводящими шинами.

Предлагаемое решение отличается от известного тем, что внутреннее кольцо индуктора имеет площадь поверхности, соответствующую заданной плотности высокочастотного тока, и соединено с наружным кольцом через теплопроводящие переходные элементы в форме секторов. Наружное кольцо может быть выполнено и из электропроводящего материала, и электрически параллельно соединено с внутренним кольцом. В этом случае переходные элементы могут быть также выполнены из электропроводящего материала.

Предлагаемая конструкция индуктора является новой, так как в настоящее время не известны аналогичные устройства, характеризуемые приведенной совокупностью признаков. Отличиями заявляемого устройства является новая форма выполнения конструктивных элементов и взаимосвязи между ними.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что отличия предлагаемой конструкции обеспечивают высокую концентрацию поля рассеивания индуктора за счет максимального уменьшения поперечного сечения внутреннего кольца и сокращения площади его поверхности, по которой протекает ток, электромагнитным полем которого нагревается объект. Это приводит к достижению указанного технического эффекта — получению узкой, минимально возможной зоны нагрева при необходимой мощности нагрева

Эффект достигается за счет максимального сокращения поверхности индуктора, по которой протекает ток; в отличие от прототипа высокочастотный ток протекает только по поверхности внутреннего кольца, рассчитанной по заданной величине тока. Поверхность внутреннего кольца, по которой протекает высокочастотный ток, может быть сокращена до минимальных размеров в соответствии с интенсивностью отвода тепловых потерь через переходные теплопроводящие сектора. Съем Джоулева тепла с внутреннего кольца осуществляется за счет теплопроводности переходных элементов (секторов), которыми оно соединено с охлаждаемым внешним кольцом индуктора, которое имеет достаточное сечение для обеспечения необходимого расхода теплообменной среды. Этот эффект достигается также в случаях электрического соединения внутреннего кольца с наружным, так как в такой конструкции ток сосредотачивается на внутреннем кольце вследствие эффекта близости, кольцевого эффекта и меньшего электрического сопротивления по сравнению с наружным.

Таким образом указанный технический эффект достигается новой неизвестной из современного уровня техники совокупностью существенных признаков. Неочевидность решения заключается в том, что необходимый и достаточный теплоотвод от внутреннего токонесущего кольца осуществляется не посредством пропускания через него теплообменной среды, а через теплопроводящие переходные элементы, передающие тепло на традиционно охлаждаемое внешнее кольцо — на элемент с более эффективной системой теплоотвода.

Сущность изобретения поясняется приведенным на чертеже схематическим изображением конкретного варианта предлагаемого индуктора. На чертеже:

1 — наружное водоохлаждаемое кольцо,

2 — внутреннее кольцо,

3 — теплопроводящий сектор,

4 — токоподводящие шины,

5 — направление протекания электрического тока,

6 — направление подачи и слива воды.

Предлагаемое устройство состоит из водоохлаждаемого наружного кольца 1, выполненного, например, из меди, механически соединенного с внутренним медным кольцом 2 через теплопроводящие секторы 3, которые также могут быть выполнены из меди. Механическое соединение секторов 3 с кольцами 1 и 2 может быть осуществлено, например, при помощи пайки, сварки или выполнено в виде специальной конструкции. Токоподводящие шины 4 электрически и механически соединены с кольцами 1 и 2. Внутреннее кольцо 2 может быть выполнено из медного провода, например, сечением (0,5×0,5) мм или диаметром 0,5 мм.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Токоподводящие шины 4 индуктора подключают к источнику высокой частоты. К ним подключается вода, направление движения которой указано стрелками 6. Высокочастотный ток движется в направлении 5 по токоподводящим шинам 4 и кольцу 2, создавая сконцентрированное электромагнитное поле, результатом воздействия которого на объект является узкая, минимально возможная зона нагрева. Джоулево тепло от кольца 2 отводится в направлении водоохлаждаемого кольца 1 по теплопроводящим секторам 3 и далее поглощается водой, протекающей по кольцу 1.

Примером конкретного применения может служить индуктор для БЗП кремниевых кристаллов. Индуктор имеет внутреннее медное кольцо 2 с внутренним диаметром 38 мм и сечением 2×2 мм; водоохлаждаемое кольцо 1 с наружным диаметром 84 мм из медной трубки диаметром 6 мм; 8 секторов 3 из меди, соединенных с кольцами 1 и 2 посредством пайки припоем ПСр45. Таким индуктором была осуществлена многопроходная зонная очистка кремниевых кристаллов диаметром 35 мм с полной (классической) зоной расплава.

Читайте также:  Что будет при неправильном подключении трансформатора тока

Таким образом, предлагаемый индуктор дает возможность выращивать кристаллы диаметром более 25 мм с полной зоной расплава при выполнении условия: внутренний диаметр индуктора больше диаметра кристалла.

1. Фогель А.А. Промышленное применение токов высокой частоты. М.Л.: Машиностроение, 1965, с.23.

2. Бындин В.М. и др. Индукционный нагрев при производстве особо чистых материалов. Машиностроение, Ленинградское отделение. 1980, с.10.

3. Исследование и усовершенствование процесса бестигельной зонной плавки кремния диаметром до 160 мм. Отчет по НИР, ВНИИТВЧ, Ленинград. УДК 621.745. Гос рег. №0187.0 022302, 1987, с.32.

Похожие патенты RU2312154C2

Реферат патента 2007 года КОЛЬЦЕВОЙ ИНДУКТОР

Изобретение относится к области цветной металлургии, преимущественно полупроводниковой, занимающейся выращиванием кристаллов, и черной для нагрева деталей под закалку, гибку, сварку и т.д. Для расширения технологических возможностей индуктора за счет концентрации электромагнитного поля индуктора при получении узкой зоны нагрева кольцевой индуктор содержит теплопроводящее наружное кольцо, выполненное из трубки для пропускания теплообменной среды, и внутреннее электро- и теплопроводящее кольцо, имеющее сплошное поперечное сечение и площадь поверхности, соответствующую заданной плотности высокочастотного тока. Кольца соединены между собой через теплопроводящие переходные элементы в форме секторов. Внутреннее кольцо электрически соединено с токоподводящими шинами. Наружное кольцо может быть выполнено из электропроводящего материала и электрически параллельно соединено с внутренним кольцом. В этом случае переходные элементы также могут быть выполнены из электропроводящего материала. При использовании предлагаемого индуктора при выращивании кристаллов методом бестигельной зонной плавки (БЗП) становится возможным выращивать кристаллы диаметром более 25 мм с полной зоной расплава при диаметре индуктора больше диаметра кристалла. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 312 154 C2

1. Кольцевой индуктор, содержащий теплопроводящее наружное кольцо, выполненное из трубки для пропускания теплообменной среды и механически соединенное с ним внутреннее электро- и теплопроводящее кольцо, имеющее сплошное поперечное сечение и электрически соединенное с токоподводящими шинами, отличающийся тем, что наружное кольцо соединено с внутренним кольцом через теплопроводящие переходные элементы в форме секторов. 2. Кольцевой индуктор по п.1, отличающийся тем, что наружное кольцо выполнено из электропроводящего материала и электрически параллельно соединено с внутренним кольцом. 3. Кольцевой индуктор по п.1, отличающийся тем, что переходные элементы выполнены из электропроводящего материала.

Источник

Токи высокого предназначения

В Петербурге полным ходом идет оптимизация государственных научно-исследовательских институтов и предприятий. Коснулось это и Всероссийского НИИ токов высокой частоты (ВНИИТВЧ), который находится в старинной усадьбе в Шуваловском парке. Этот институт теперь — акционерное общество с государственным участием. В настоящее время его акции передаются госкорпорации «Ростех» в управление холдингу «РТ-Химкомпозит».

Токи высокого предназначения | Иллюстрация ImageFlow/shutterstock.com

Токи высокой частоты — это не только атомные станции, ТЭЦ, ГЭС и тому подобное. Все то, что создает электричество, может быть использовано в токах высокой частоты. А от закалки металла никто никогда не откажется. Это одна из основных на сегодня возможностей сделать материал как можно более прочным. И до тех пор пока металл будет использоваться в любом производстве, работа над изменением его свойств никуда не денется.

В этом году ВНИИТВЧ отмечает две знаковые даты. Во-первых, 70-летие основания института; во-вторых, 100-летие со дня рождения Владислава Валентиновича Вологдина, занимавшего пост директора института в 1964 — 1980 годах. Его отец — основатель института Валентин Петрович Вологдин.

Сам институт был создан 1 апреля 1947 года. В постановлении о его организации говорилось: «Организовать в системе Министерства автомобильной промышленности на базе лаборатории им. проф. В. П. Вологдина Ленинградского электротехнического института им. В. И. Ульянова (Ленина) научно-исследовательский институт промышленного применения токов высокой частоты».

Выдающийся ученый и изобретатель В. П. Вологдин, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент АН СССР, был известен в нашей стране и за рубежом как автор-создатель процесса индукционной термической обработки (поверхностной закалки). Работы ученого помогли создать ряд промышленных технологий с применением индукционной сварки, наплавки, индукционного нагрева металлов для обработки давлением.

До конца 1980-х это был процветающий институт и мощный научный центр. В него входили пять заводов. Они выпускали серийную продукцию, разрабатывавшуюся в институте. Последние четверть века стали для института временем серьезных испытаний. Чем же он живет сегодня?

«В советское время наши заводы были на Урале, Украине, в Армении, под Москвой, — рассказал гендиректор института Петр Яременко. — Все они потом стали акционерными обществами и живут сами по себе. К 1990 году институт и пять опытных заводов насчитывали порядка 10 тысяч человек. Сейчас во ВНИИТВЧ немногим более ста сотрудников».

Изменились ли применяемые институтом технологии? В токах высокой частоты — принципиально нет. Единственное, что изменилось, — направление деятельности. Если поначалу, когда создавался институт, главным направлением были закалка и создание новых характеристик металла для танков, бронетранспортеров и другой военной техники, то затем спектр исследований затронул и народное хозяйство. Закаливали валы, подшипники, шестерни.

«Нашими наработками пользуются фактически во всем мире, при этом как-то забывают о том, что изобретения были сделаны у нас, — поясняет Яременко. — Далеко ходить не надо: сегодня на каждой кухне есть микроволновая печь. А первое такое устройство было изобретено в нашем институте в 1965 году. Уверен: еще как минимум лет пятьдесят институт будет востребованным, а если хозяйство страны перейдет на альтернативные источники энергии, которые будут преобразовываться в электричество, то наши разработки станут все более и более актуальными».

Перспективные направления института на ближайшие годы — индукционный нагрев, высокочастотная закалка и ультразвуковая очистка. Эти направления развивались здесь много лет, они востребованы и сегодня.

«Кроме закалки металла институт занимается разработками ультразвуковых установок, позволяющих получать новые свойства металлов, применяемых в том числе и в медицине. Первый ультразвуковой скальпель для микрохирургии глаза был создан именно у нас, а никак не в Германии. Над выращиванием кристаллов весь мир работает по наработкам нашего института. У нас еще продолжают трудиться люди, которые отдали институту всю свою жизнь. Это уникальные специалисты, равных которым нет во всем мире. Их опыт и знания ни в коем случае не устарели», — подчеркивает Яременко.

В прошлом году институт выполнил работу по градиентной варке стекла в индукционном поле — подобный опыт был осуществлен впервые в России. Результат ученые получили хороший, но планируют достигнуть еще больших показателей. Другая задача — реализовать возможность обжига углеродного волокна в индукционном поле. Это тоже работа, которую никто, кроме петербуржцев, сделать в России не может и никто в мире не делал.

Какое этому может быть практическое применение? Для того, например, чтобы убрать температуру с носа ракеты на ее хвост, чтобы не пострадал обтекатель ракеты. Ракета летит с высокой скоростью, и, если у нее все время греется нос, материал начнет разрушаться. Если же там будет с хорошей теплопроводностью углеродное волокно, оно распределит тепло по всему телу ракеты, соответственно, нос не пострадает.

«У ВНИИТВЧ сейчас есть серийные разработки ультразвуковых установок, которые используются для очистки различных фильтров вертолетов, самолетов и кораблей, — продолжает директор учреждения. — Мы моделируем ситуацию, при которой все эти фильтры очищаются не специальной химией, а авиационным керосином под давлением. Такие установки мы разработали для авиапроизводителей и судостроителей».

Сейчас у НИИ есть только опытное производство, которое находится на его собственной территории. А вот цехов для серийного выпуска наукоемкой продукции пока нет. «Ростех» рассмотрел план финансового оздоровления ВНИИТВЧ на 2017 — 2021 годы. Планируется оптимизировать имущественный фонд, расходы предприятия, увеличить количество заказов в части серийного производства. Предусмотрена и кооперация с другими подразделениями «Ростеха».

По мнению ученых, работа внутри крупной госкорпорации, коей является «Ростех», даст выход на крупные государственные заказы. Кроме того, упростятся связи с богатыми сырьевыми компаниями, такими как «Газпром» или «Лукойл».

Эту и другие статьи вы можете обсудить и прокомментировать в наших группах ВКонтакте и Facebook

Источник