CN114889170B - 一种使用感应加热的在线调控预热装置及预热方法 - Google Patents
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Abstract
一种使用感应加热的在线调控预热装置及预热方法，包括一保护壳体，在保护壳体的内部设置一保温壳体，在保温壳体内部设置有若干隔离支撑件，在隔离支撑件上设置有环形设置的保温层，在保温层的外侧贴设有加热线圈，在保温层的内侧设置有加热板，在加热板形成的腔体的顶部设置一与加热板形成的腔体的形状配合设置的按压板，在按压板上固连一使得按压板在加热板形成的腔体内动作的动力杆。本申请采用按压板辅助成型的方式，可以在进行感应加热操作的时候同时进行施压成型，满足复合材料制备工艺对压力参数的需求，保证感应加热的加热效率，最终也能有较好的成型效果。
Description
技术领域
本申请涉及一种使用感应加热的在线调控预热装置及预热方法。
背景技术
传统的隧道式烘道以及其他类型的烘干预热设备大都是适用于250℃以下的温度需求，但是在复合材料制备行业中，随着热塑性复合材料的发展以及树脂自身的工艺需求，传统的烘干预热设备已远不能满足要求。传统的预热设备一般使用电热棒加热，存在着能源利用率较低，控温精度特别差，控温时间过长等诸多问题。在节能减排及碳达峰大环境下，能源利用率更高的电磁感应加热方式应用越来越广泛，电磁感应加热方式相对比传统的电热方式综合节能30％-50％，配合感应加热电源能够很方便的实现温度的控制，大大缩短温度稳定时间，能够灵活的实现温度升温速率、控温精度等特殊需求。由于采用“涡流”的感应加热方式，最高温度不受发热体温度限制，因此可以实现最高1000℃的预热温度。可见为了满足热塑性复合材料工艺的需求，应用感应加热方式的预热设备越来越重要。
发明内容
为了解决上述问题，本申请一方面提出了一种使用感应加热的在线调控预热装置，包括一保护壳体，在保护壳体的内部设置一保温壳体，在保温壳体内部设置有若干隔离支撑件，在隔离支撑件上设置有环形设置的保温层，在保温层的外侧贴设有加热线圈，在保温层的内侧设置有加热板，在加热板形成的腔体的顶部设置一与加热板形成的腔体的形状配合设置的按压板，在按压板上固连一使得按压板在加热板形成的腔体内动作的动力杆。本申请采用按压板辅助成型的方式，可以在进行感应加热操作的时候同时进行施压成型，保证感应加热的加热效率，最终也能有较好的成型效果。
优选的，在加热板形成的腔体的两端开设有操作口。
优选的，在操作口上设置有腔体盖板，在腔体盖板朝向保温壳体的一侧设置有保温密封板。
优选的，所述动力杆伸出加热板、保温层、加热线圈、保温壳体以及保护壳体，与一设置在保护壳体上的动力气缸动力相连；所述动力气缸的活塞杆伸出动力气缸与动力杆固连设置。
优选的，在保护壳体的外部设置有散热风机，所述散热风机设置在保护壳体的上部，所述散热风机入口通过散热管道与保温壳体与保温层之间的间隙连通设置；在保温壳体的下部设置有控制器容纳壳体，在保温壳体和控制器容纳壳体之间的支撑板上设置有空气流动孔。
优选的，还包括若干布置在加热板内的测温器，所述加热板为一矩形形式的加热板，所述测温器在加热板各个面的边缘处的布置密度高于测温器在加热板的各个面的中间部位的布置密度。
另一方面，本申请还提出了一种使用感应加热的在线调控预热方法，包括如下步骤：
将复合材料和模具放置到具有感应加热功能的空间内，并进行预压实；
建立基于材料的预热腔的热量传递模型：
针对复合材料及模具的模糊解建立预热腔体的数学基本模型，针对预热腔有限元传导分析获得预热腔温度的热量传递模型，为控制器控制策略及电磁加热场分布提供数据基础；
获取功率分配模型：
进行电磁感应加热技术，依托于预热腔体的热量传递模型，配合高导磁材料建立立体环绕非均匀排布的高效电磁感应器，根据已获得的热量传递模型设计实现电磁感应场的空间组合逻辑实现三维空间的加热功率分配得到功率分配模型，进而实现同步加热的温升效果；
根据实时温度测量进行非线性修正得到功率修正模型：
采用高灵敏度的测温单元自整定式温度测量方式，在预热腔体热量传递模型中密布探究测温单元结果与模型的契合度，采用自整定算法实现电热-函数转换并实现功率的非线性校正得到功率修正模型；
通过闭环控温得到控制模型：
依据测温单元的自整定算法及预热腔热量传递模型递归调用电力电子控制算法实现温度到锁相变换，电气控制模块实现感应加热电源的变频算法完成变频调节功率的闭环控温得到控制模型，实现温度稳态的动平衡。
优选的，对于热量传递模型，通过对预热腔体模拟契合空间及框体热量传递方式，建立预热腔体的数学模型并使用有限元分析探索空间分布、感应加热器、感应加热器间隙、感应器与腔体组合逻辑、感应加热频率、腔体框架材质对腔体空间热量分布影响结果，据此得出预热腔的热量传递空间矢量模型，即热量传递模型。
优选的，对于功率分配模型，应用优化解决“集肤效应”的利兹线及高导磁材质的特殊合金配合，将二者构建以特殊合金为“铁芯”利兹线为通电线圈的高效电磁感应加热组合体，并通过热量传递模型获得的感应加热器间隙、感应器与腔体组合逻辑来构建三维环绕结构实现加热效率的最大化应用，对建立的高效电磁感应器腔体的三维电磁场结构优化设计电磁场磁通量的非线性、非均匀性分布达到同步加热的目的。
优选的，对于修正模型，结合预热腔热量传递模型及红外温度成像结果，密布动态监测的高精度在线监测测温单元，测温单元采用高灵敏度微电单元，依据温度获得实时微电信号，有高精度低漂移的线性放大器及自动控制校零的控制器电路组成放大单元，控制器对实时在线数据进行相应运算并完成自整定运算获得真实稳定的实时温度；
对于控制模型，依据感应加热电源的锁相环完成输出频率锁定，依据测温单元的自整定温度递归调用至感应加热电源的功率匹配算法，由控制器转换计算控温下的功率调节幅度进而调整感应加热电源锁相输入，调整输出频率进而调整输出功率值实现温度的闭环动态稳定。本申请的加热方式相对比传统的电热方式综合节能30％-50％，配合感应加热电源能够很方便的实现温度的控制，大大缩短温度稳定时间，能够灵活的实现温度升温速率、控温精度等特殊需求。由于采用“涡流”的感应加热方式，最高温度不受发热体温度限制，因此配合相应的工艺结构可实现最高1000℃的预热温度。
本申请能够带来如下有益效果：
1.本申请采用按压板辅助成型的方式，可以在进行感应加热操作的时候同时进行施压成型，满足复合材料制备工艺对压力参数的需求，保证感应加热的加热效率，最终也能有较好的成型效果；
2.本申请的散热风机可以起到保护加热线圈，防止其过热的作用；
3.本申请的加热方式相对比传统的电热方式综合节能30％-50％，配合感应加热电源能够很方便的实现温度的控制，大大缩短温度稳定时间，能够灵活的实现温度升温速率、控温精度等特殊需求；由于采用“涡流”的感应加热方式，最高温度不受发热体温度限制，因此配合相应的工艺结构可实现最高1000℃的预热温度；
4、本申请满足了复合材料预热及制备工艺中对高温设备的需求，解决了热塑性复合材料制备的高温要求的难点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请的外部结构示意图；
图2为本申请的内部结构示意图；
图3为本申请的另一视角的结构示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本申请进行详细阐述。
为了说明本申请，分为结构和控制两个方面。
对于结构，在第一个实施例中，如图1-3所示，一种使用感应加热的在线调控预热装置，包括一保护壳体1，在保护壳体1的内部设置一保温壳体2，在保温壳体2内部设置有若干隔离支撑件3，在隔离支撑件3上设置有环形设置的保温层4，在保温层4的外侧贴设有加热线圈5，在保温层4的内侧设置有加热板6，在加热板6形成的腔体的顶部设置一与加热板6形成的腔体的形状配合设置的按压板7，在按压板7上固连一使得按压板7在加热板6形成的腔体内动作的动力杆8。在加热板6形成的腔体的两端开设有操作口9。在操作口9上设置有腔体盖板10，在腔体盖板10朝向保温壳体2的一侧设置有保温密封板11。动力杆8伸出加热板6、保温层4、加热线圈5、保温壳体2以及保护壳体1，与一设置在保护壳体1上的动力气缸12动力相连；动力气缸12的活塞杆伸出动力气缸12与动力杆8固连设置。在保护壳体1的外部设置有散热风机13，散热风机13设置在保护壳体1的上部，散热风机13入口通过散热管道(图中未示出)与保温壳体2与保温层4之间的间隙连通设置。在保温壳体2的下部设置有控制器容纳壳体15，在保温壳体2和控制器容纳壳体15之间的支撑板17上设置有空气流动孔16。
还包括若干布置在加热板6内侧的测温器(图中未示出)，加热板6为一矩形形式的加热板6，测温器在加热板6各个面的边缘处的布置密度高于测温器在加热板6的各个面的中间部位的布置密度。预热的复合材料或者模具在预热时需要预压实，使得复合材料层与层之间贴合的紧密一点，按压板7的施压时机一般为开始预热或者到达预热温度或者到达预热温度一段时间后施加，具体何时施压、是否施压需要根据复合材料的预热制备过程的工艺确定。
对于控制方法，一种使用感应加热的在线调控预热方法，包括如下步骤：
S201采用第一个实施例的设备，将复合材料和模具放置到具有感应加热功能的空间内，并进行预压实；
S202建立基于材料的预热腔的热量传递模型：
针对复合材料及模具的模糊解建立预热腔体的数学基本模型，针对预热腔有限元传导分析获得预热腔温度的热量传递模型，为控制器控制策略及电磁加热场分布提供数据基础；
对于热量传递模型，通过对预热腔体模拟契合空间及框体热量传递方式，建立预热腔体的数学模型并使用有限元分析探索空间分布、感应加热器、感应加热器间隙、感应器与腔体组合逻辑、感应加热频率、腔体框架材质对腔体空间热量分布影响结果，据此得出预热腔的热量传递空间矢量模型，即热量传递模型。
热传热学中的Fourier实验定律表明，物体子啊无穷小的时间段dt内流过一个无穷小的面积ds的热量dQ与时间段dt、面积ds，以及物体温度u沿发现方向的方向导数成正比：
进而能得出热量：
在[t1，t2]时间内区域V升温需要的热量为：
由Q1＝Q2得到三维热传导方程：
通过修改有限元模型，分析探索空间分布，感应器与腔体组合逻辑，感应加热频率，模具材质，复合材料材质对保温壳体空间热量分布的影响结果，并结合薄膜理论，优化得到预热腔体的区位热量传递矢量库。
S203获取功率分配模型：
进行电磁感应加热技术，依托于预热腔体的热量传递模型，配合高导磁材料建立立体环绕非均匀排布的高效电磁感应器，根据已获得的热量传递模型设计实现电磁感应场的空间组合逻辑实现三维空间的加热功率分配得到功率分配模型，进而实现同步加热的温升效果；
对于功率分配模型，应用优化解决“集肤效应”的利兹线及高导磁材质的特殊合金配合，将二者构建以特殊合金为“铁芯”利兹线为通电线圈的高效电磁感应加热组合体，可以应用到Ansoft仿真系统，依托其电磁场仿真能力，得到满足热量传递的加热线圈结构。
并通过热量传递模型获得的感应加热器间隙、感应器与腔体组合逻辑来构建三维环绕结构实现加热效率的最大化应用，对建立的高效电磁感应器腔体的三维电磁场结构优化设计电磁场磁通量的非线性、非均匀性分布达到同步加热的目的。
S204根据实时温度测量进行非线性修正得到功率修正模型：
采用高灵敏度的测温单元自整定式温度测量方式，在预热腔体热量传递模型中密布探究测温单元结果与模型的契合度，采用自整定算法实现电热-函数转换并实现功率的非线性校正得到功率修正模型；对于修正模型，结合预热腔热量传递模型及红外温度成像结果，密布动态监测的高精度在线监测测温单元，测温单元采用高灵敏度微电单元，依据温度获得实时微电信号，有高精度低漂移的线性放大器及自动控制校零的控制器电路组成放大单元，控制器对实时在线数据进行相应运算并完成自整定运算获得真实稳定的实时温度。
测温单元也就是测温器处于相对复杂的电磁环境当中，针对该环境的白噪声，协同的状态方程可表述为：
X(k)＝AX(k-1)+ΓW(k-1)；
Z(k)＝HX(k)+V(k)，
其中k为离散时间，系统在时刻k的状态为X(k)，Ф为状态转移矩阵，W(k)为输入的白噪声，Q为输入白噪声的方差，Γ为噪声驱动矩阵，Z(k)对应状态的测量值，V(k)为观测噪声，H为观测矩阵，R是观测噪声的方差，如果测温器载明其方差为0.25，也就是存在测温噪声V(k)，并且方差R＝0.25。则可以进行状态的进一步预测和更新。
X(k+1|k)＝ФX(k|k)。
S205通过闭环控温得到控制模型：
依据测温单元的自整定算法及预热腔热量传递模型递归调用电力电子控制算法实现温度到锁相变换，电气控制模块实现感应加热电源的变频算法完成变频调节功率的闭环控温得到控制模型，实现温度稳态的动平衡。对于控制模型，依据感应加热电源的锁相环完成输出频率锁定，依据测温单元的自整定温度递归调用至感应加热电源的功率匹配算法，由控制器转换计算控温下的功率调节幅度进而调整感应加热电源锁相输入，调整输出频率进而调整输出功率值实现温度的闭环动态稳定。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种使用感应加热的在线调控预热方法，其特征在于：包括如下步骤：
将复合材料和模具放置到具有感应加热功能的空间内，并进行预压实；
所述具有感应加热功能的空间由一预热装置提供，所述预热装置包括一保护壳体，在保护壳体的内部设置一保温壳体，在保温壳体内部设置有若干隔离支撑件，在隔离支撑件上设置有环形设置的保温层，在保温层的外侧贴设有加热线圈，在保温层的内侧设置有加热板，在加热板形成的腔体的顶部设置一与加热板形成的腔体的形状配合设置的按压板，在按压板上固连一使得按压板在加热板形成的腔体内动作的动力杆；
建立基于材料的预热腔的热量传递模型：
针对复合材料及模具的模糊解建立预热腔的数学基本模型，针对预热腔有限元传导分析获得预热腔温度的热量传递模型，为控制器控制策略及电磁加热场分布提供数据基础；
获取功率分配模型：
进行电磁感应加热技术，依托于预热腔的热量传递模型，配合高导磁材料建立立体环绕非均匀排布的高效电磁感应器，根据已获得的热量传递模型设计实现电磁感应场的空间组合逻辑实现三维空间的加热功率分配得到功率分配模型，进而实现同步加热的温升效果；
根据实时温度测量进行非线性修正得到功率修正模型：
采用高灵敏度的测温单元自整定式温度测量方式，在预热腔热量传递模型中探究测温单元结果与模型的契合度，采用自整定算法实现电热-函数转换并实现功率的非线性校正得到功率修正模型；
通过闭环控温得到控制模型：
依据测温单元的自整定算法及预热腔热量传递模型递归调用电力电子控制算法实现温度到锁相变换，电气控制模块实现感应加热电源的变频算法完成变频调节功率的闭环控温得到控制模型，实现温度稳态的动平衡。
2.根据权利要求1所述的一种使用感应加热的在线调控预热方法，其特征在于：对于热量传递模型，通过对预热腔模拟契合空间及框体热量传递方式，建立预热腔的数学模型并使用有限元分析探索空间分布、感应加热器、感应加热器间隙、感应器与腔体组合逻辑、感应加热频率、腔体框架材质对腔体空间热量分布影响结果，据此得出预热腔的热量传递空间矢量模型，即热量传递模型。
3.根据权利要求1所述的一种使用感应加热的在线调控预热方法，其特征在于：对于功率分配模型，应用优化解决“集肤效应”的利兹线及高导磁材质的合金配合，将二者构建以合金为“铁芯”、利兹线为通电线圈的高效电磁感应加热组合体，并通过热量传递模型获得的感应加热器间隙、感应器与腔体组合逻辑来构建三维环绕结构实现加热效率的最大化应用，对建立的高效电磁感应器腔体的三维电磁场结构优化设计电磁场磁通量的非线性、非均匀性分布达到同步加热的目的。
4.根据权利要求1所述的一种使用感应加热的在线调控预热方法，其特征在于：对于修正模型，结合预热腔热量传递模型及红外温度成像结果，密布动态监测的高精度在线监测测温单元，测温单元采用高灵敏度微电单元，依据温度获得实时微电信号，由高精度低漂移的线性放大器及自动控制校零的控制器电路组成放大单元，控制器对实时在线数据进行相应运算并完成自整定运算获得真实稳定的实时温度；
对于控制模型，依据感应加热电源的锁相环完成输出频率锁定，依据测温单元的自整定温度递归调用至感应加热电源的功率匹配算法，由控制器转换计算控温下的功率调节幅度进而调整感应加热电源锁相输入，调整输出频率进而调整输出功率值实现温度的闭环动态稳定。
5.根据权利要求1所述的一种使用感应加热的在线调控预热方法，其特征在于：在加热板形成的腔体的两端开设有操作口。
6.根据权利要求5所述的一种使用感应加热的在线调控预热方法，其特征在于：在操作口上设置有腔体盖板，在腔体盖板朝向保温壳体的一侧设置有保温密封板。
7.根据权利要求1所述的一种使用感应加热的在线调控预热方法，其特征在于：所述动力杆伸出加热板、保温层、加热线圈、保温壳体以及保护壳体，与一设置在保护壳体上的动力气缸动力相连；所述动力气缸的活塞杆伸出动力气缸与动力杆固连设置。
8.根据权利要求1所述的一种使用感应加热的在线调控预热方法，其特征在于：在保护壳体的外部设置有散热风机，所述散热风机设置在保护壳体的上部，所述散热风机入口通过散热管道与保温壳体与保温层之间的间隙连通设置；在保温壳体的下部设置有控制器容纳壳体，在保温壳体和控制器容纳壳体之间的支撑板上设置有空气流动孔。
9.根据权利要求1所述的一种使用感应加热的在线调控预热方法，其特征在于：还包括若干布置在加热板内的测温器，所述加热板为一矩形形式的加热板，所述测温器在加热板各个面的边缘处的布置密度高于测温器在加热板的各个面的中间部位的布置密度。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005068553A (ja) * | 2003-08-06 | 2005-03-17 | Jfe Steel Kk | 熱処理装置及び鋼材の製造方法 |
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| CN205622904U (zh) * | 2016-04-26 | 2016-10-05 | 南京清铭宇自控科技有限公司 | 应用于原油加热中的智能化高频感应电加热装置 |
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-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005068553A (ja) * | 2003-08-06 | 2005-03-17 | Jfe Steel Kk | 熱処理装置及び鋼材の製造方法 |
| CN203691667U (zh) * | 2014-01-02 | 2014-07-02 | 上海交通大学 | 新型箱式电磁感应加热炉 |
| CN205622904U (zh) * | 2016-04-26 | 2016-10-05 | 南京清铭宇自控科技有限公司 | 应用于原油加热中的智能化高频感应电加热装置 |
| CN108284161A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-07-17 | 莱特伟特（苏州）汽配科技有限公司 | 一种薄板高温电磁加热装置 |
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