本發(fā)明屬于金屬熱處理，具體涉及一種用于多匝線圈的過熱保護(hù)方法及其冷卻裝置。

背景技術(shù)：

1、線圈是由導(dǎo)電性能優(yōu)異的材料制成的電感元件，其包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電線圈組，具有特定的電磁特性。通過將導(dǎo)線繞成螺旋或其他形狀，使得當(dāng)交變電流通過時(shí)，在線圈周圍產(chǎn)生同頻磁場(chǎng)，利用該磁場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)電磁加熱、感應(yīng)電壓和儲(chǔ)能等，廣泛應(yīng)用于各種電氣和電子設(shè)備中。然而，工作過程中由于電阻熱和其他元件的熱傳導(dǎo)作用，線圈溫度會(huì)上升，這不僅降低設(shè)備的效率和性能，還可能導(dǎo)致絕緣材料退化，進(jìn)而引發(fā)短路或絕緣失效的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全性和使用壽命。為此，線圈通常配備相應(yīng)的冷卻措施以防止過熱，確保設(shè)備的高效運(yùn)行。在電磁加熱應(yīng)用中，當(dāng)工件置于線圈磁場(chǎng)中時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感生渦流，渦流在工件內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱并使工件快速升溫。此過程中，線圈與工件間的電磁耦合決定了進(jìn)入工件磁場(chǎng)線的數(shù)量及密度，是影響加熱效率與精度的關(guān)鍵因素。然而，隨著工件溫度上升，線圈也會(huì)由于自身電阻發(fā)熱以及吸收工件輻射熱量而溫度升高。溫度的升高對(duì)線圈的影響是多方面的：首先，當(dāng)線圈溫度升高時(shí)，導(dǎo)電材料的電阻隨之增加，導(dǎo)致線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱，從而降低工件的加熱效率和電磁耦合程度。其次，溫度升高會(huì)導(dǎo)致材料熱膨脹，引發(fā)線圈的機(jī)械應(yīng)力變化，導(dǎo)致線圈幾何形狀發(fā)生變形，這種變形會(huì)改變線圈與工件之間的物理距離，而距離的變化將顯著影響電磁耦合效率。尤其在高頻電磁加熱中，距離的微小變化都會(huì)導(dǎo)致功率密度的波動(dòng)，進(jìn)而影響加熱均勻性和精度。此外，如果線圈采用了鐵磁性材料，溫度升高還將導(dǎo)致線圈磁導(dǎo)率的降低，甚至在溫度超過居里點(diǎn)后失去磁性，導(dǎo)致磁場(chǎng)分布嚴(yán)重失衡，進(jìn)而直接影響感應(yīng)加熱的效果。因此，采用有效的散熱和冷卻技術(shù)來控制線圈溫度，不僅是確保整個(gè)感應(yīng)加熱系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，更是保證加熱精度與質(zhì)量，推動(dòng)高端精密制造的重要保障。

2、專利cn101162636b公開了一種中頻爐用線圈保護(hù)層，該保護(hù)層由耐高溫空心球、粉體材料及結(jié)合劑構(gòu)成，涂覆在線圈表面后起到隔熱作用。然而，保護(hù)層不能完全阻斷熱量傳遞，當(dāng)冷卻液冷卻效果下降或長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，線圈的溫度仍會(huì)持續(xù)升高甚至過熱。專利cn214039528u公開了一種中頻感應(yīng)加熱爐線圈保護(hù)裝置，可實(shí)現(xiàn)冷卻液的自動(dòng)補(bǔ)充。但是，當(dāng)加熱開始后，線圈溫度還受加熱時(shí)長(zhǎng)、加熱溫度等直接影響，根據(jù)線圈溫度的變化實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱與冷卻液循環(huán)狀態(tài)之間的閉環(huán)控制，不僅可以控制線圈溫度變化，還是匹配適宜冷卻液壓、減少資源浪費(fèi)的有效途徑，而該裝置本質(zhì)上并不能有效防止線圈過熱。因此有必要設(shè)計(jì)一種用于多匝線圈的過熱保護(hù)方法及其冷卻裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種用于多匝線圈的過熱保護(hù)方法及其冷卻裝置，通過有效的散熱和冷卻結(jié)構(gòu)，結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)冷卻液狀態(tài)的系統(tǒng)，建立線圈溫度控制和管理機(jī)制，防止因長(zhǎng)時(shí)間受熱、線圈與工件不匹配、冷卻液壓不足導(dǎo)致的線圈過熱，并有效預(yù)防工業(yè)粉塵、金屬腐蝕導(dǎo)致冷卻液質(zhì)下降，確保線圈在安全溫度范圍內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，從而延長(zhǎng)設(shè)備壽命，提高冷卻裝置的可靠性。

2、本發(fā)明提供了一種用于多匝線圈的過熱保護(hù)方法，其包括以下步驟：

3、s1、根據(jù)工藝需求確定冷卻液的上限濁度nmax，確定受熱工件的長(zhǎng)度l，設(shè)置第一預(yù)警溫度tmax1、第二預(yù)警溫度tmax2和第三預(yù)警溫度tmax3，確定液位上限hmax，實(shí)時(shí)測(cè)量濁度n；

4、s2、判斷n≥nmax是否成立，若成立則執(zhí)行步驟s3，否則執(zhí)行步驟s4；

5、s3、開啟第一電磁閥，當(dāng)液位計(jì)所測(cè)液位hw＝0時(shí)，關(guān)閉第一電磁閥，開啟第二電磁閥，直至hw＝hmax時(shí)，關(guān)閉第二電磁閥，當(dāng)n＜nmax時(shí)，關(guān)閉第一電磁閥和第二電磁閥，執(zhí)行步驟s5；

6、s4、關(guān)閉濁度傳感器，判斷hw＜hmax是否成立，若hw＜hmax則開啟第二電磁閥，直至hw＝hmax時(shí)，關(guān)閉第二電磁閥后執(zhí)行步驟s5；若hw＞hmax則直接執(zhí)行步驟s5；

7、s5、根據(jù)受熱工件的軸向長(zhǎng)度l，選擇冷卻液接口ym，啟動(dòng)電機(jī)使紅外測(cè)溫儀移動(dòng)至冷卻液接口ym處；

8、s6、開啟冷卻液接口y1與冷卻液接口ym，通過液泵向冷卻液接口y1輸送冷卻液并使冷卻液從冷卻液接口ym流出；

9、s7、判斷冷卻液實(shí)時(shí)流量q≥冷卻液流量下限qmin是否成立，若成立則啟動(dòng)電源，并執(zhí)行步驟s8，否則檢查冷卻裝置正常工作后重新判斷冷卻液實(shí)時(shí)流量q≥冷卻液流量下限qmin是否成立，直至成立并執(zhí)行步驟s8；

10、s8、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷卻液接口ym處的溫度tym，根據(jù)tym選擇冷卻液的進(jìn)出接口，判斷tym≥tmax3是否成立，若成立則關(guān)閉電源，并檢查冷卻裝置正常工作后返回執(zhí)行步驟s7，否則判斷tmax2＜tym＜tmax3是否成立，若成立則根據(jù)冷卻液接口編號(hào)m執(zhí)行步驟s81，否則判斷tmax1＜tym＜tmax2是否成立，若成立則電磁閥rm切換為進(jìn)液狀態(tài)，冷卻液接口ym切換為進(jìn)液口，根據(jù)冷卻液接口編號(hào)m執(zhí)行步驟s82，若不成立則直接執(zhí)行步驟s9；

11、s9、打開電源，判斷受熱工件是否滿足熱處理要求，若成立則執(zhí)行步驟s10，否則返回執(zhí)行步驟s7；

12、s10、關(guān)閉電源，移除受熱工件，判斷tym＜tmax1是否成立，若成立則關(guān)閉液泵以及所有電磁閥，否則保持當(dāng)前電磁閥的開閉狀態(tài)繼續(xù)冷卻，直至tym＜tmax1，感應(yīng)加熱結(jié)束。

13、可優(yōu)選的是，步驟s81為：若m＝2，提高冷卻液實(shí)時(shí)流量q，執(zhí)行步驟s9；若m＞2，奇數(shù)的電磁閥均切換為進(jìn)液狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的冷卻液接口切換為進(jìn)液口，偶數(shù)的電磁閥均切換為出液狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的冷卻接口切換為出液口，執(zhí)行步驟s9。

14、可優(yōu)選的是，步驟s82為：若m＝2，電磁閥r3～rn均切換為出液狀態(tài)，冷卻液接口y3～yn切換為出液口，執(zhí)行步驟s9，若m＞2，電磁閥r2～rm-1均切換為出液狀態(tài)，冷卻液接口y2～ym-1切換為出液口，執(zhí)行步驟s9。

15、第二方面，本發(fā)明還提供一種用于多匝線圈的冷卻裝置，其包括滑臺(tái)組件、紅外測(cè)溫儀、控制器、液泵、冷卻供應(yīng)組件、電磁閥和電源，所述冷卻供應(yīng)組件包括液箱、回形隔板、濁度傳感器、液位計(jì)、流量計(jì)、第一電磁閥和第二電磁閥，所述液箱內(nèi)設(shè)置有所述回形隔板，形成回形液路，所述回形液路的第一端開設(shè)有線圈進(jìn)液口和液箱排液口，所述回形液路的第二端開設(shè)有線圈回液口和液箱進(jìn)液口，所述液位計(jì)和濁度傳感器設(shè)置在線圈進(jìn)液口處，所述流量計(jì)與所述線圈進(jìn)液通道連接，所述第一電磁閥與所述液箱排液口連接，所述第二電磁閥與所述液箱進(jìn)液口連接。

16、可優(yōu)選的是，所述線圈上開設(shè)有多個(gè)冷卻液接口，所述冷卻液接口處均設(shè)置有所述電磁閥，相鄰所述冷卻液接口的間距d小于dmax，所述冷卻液接口分別通過所述電磁閥與所述線圈進(jìn)液通道、線圈回液通道連接。

17、可優(yōu)選的是，所述滑臺(tái)組件包括測(cè)溫支架、電機(jī)、絲杠、測(cè)距支架和測(cè)距傳感器，所述紅外測(cè)溫儀設(shè)置在所述測(cè)溫支架上，所述測(cè)距傳感器設(shè)置在所述測(cè)距支架上，所述控制器分別通過電信號(hào)與所述電機(jī)、測(cè)距傳感器、紅外測(cè)溫儀、液泵、第一電磁閥、第二電磁閥、濁度傳感器、液位計(jì)、流量計(jì)、電磁閥、電源連接。

18、可優(yōu)選的是，所述冷卻供應(yīng)組件中的第一電磁閥和第二電磁閥均為兩位兩通閥，閥芯處于中位時(shí)液路關(guān)閉，閥芯動(dòng)作時(shí)液路開啟。

19、可優(yōu)選的是，所述電磁閥為三位三通閥，閥芯處于中位時(shí)液路關(guān)閉。

20、可優(yōu)選的是，相鄰所述冷卻液接口的間距d小于最大間距dmax，且最大間距dmax的確定方式為：建立受熱工件的長(zhǎng)度l對(duì)線圈出口處溫度t2的影響方程，設(shè)置線圈出口處的溫度t2的最大值從而得到dmax，t2與l的影響方程為：

21、

22、式中，t1為受熱工件的最高加熱溫度，t0為線圈入口處的溫度，σ為斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，ε為表面發(fā)射率，as為線圈表面積，ρ為冷卻液的密度，cp為冷卻液的比熱容，qmin為冷卻液流量下限。

23、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

24、1.本發(fā)明用于多匝線圈的過熱保護(hù)方法，通過監(jiān)測(cè)冷卻液，有效預(yù)防因長(zhǎng)時(shí)間使用冷卻液而產(chǎn)生的雜質(zhì)積累，避免冷卻效率降低，內(nèi)置液位計(jì)精確監(jiān)控液位，防止冷卻液不足引起的線圈過熱或過量溢出，保障設(shè)備安全運(yùn)行，液箱內(nèi)設(shè)回形隔板，將線圈的入液口和回液口置于隔板兩端，使得線圈流回的冷卻液在隔板中充分散熱，之后重新循環(huán)進(jìn)入線圈，有效提高冷卻液的降溫效率。

25、2.本發(fā)明用于多匝線圈的冷卻裝置，線圈上設(shè)置多個(gè)冷卻液通道，并配備實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)，當(dāng)通道溫度達(dá)到預(yù)設(shè)警報(bào)閾值時(shí)，相應(yīng)的電磁閥會(huì)自動(dòng)切換，根據(jù)溫度的升高程度，調(diào)節(jié)不同冷卻液通道的流量與開閉狀態(tài)，能夠根據(jù)線圈的溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻液流量和循環(huán)模式，有效增強(qiáng)熱量散失。

26、3.本發(fā)明用于多匝線圈的冷卻裝置，通過控制器實(shí)現(xiàn)液位、液質(zhì)、溫度等信號(hào)與電磁閥、電機(jī)、電源及液泵的完全集成控制，有效減少人工操作失誤和人力成本，提高線圈冷卻裝置自動(dòng)化水平和可靠性。