CN202475818U - 一种电磁感应式金属表面涂层去除设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种电磁感应式金属表面涂层去除设备，该设备包括感应电源主机（1）、中继电源子机（2）、手持感应器（3）和可更换感应头（4）；该装置具有速度快、能耗低、无噪音、无灰尘、无烟雾、无放射、无排放，干净、安全，且不产生废弃研磨料和污水，可去除金属（尤其是铁磁性金属）表面各种难处理的涂层，可广泛应用于船舶、储槽/柜/箱、近海和陆地的输油管等各种钢质表面的涂层去除作业。
Description
技术领域
本实用新型属于电磁感应领域，尤其涉及一种电磁感应式金属表面涂层去除设备。
背景技术
涡旋电流是当通电铁磁性金属块靠近未通电的铁磁性金属块时，在未通电的铁磁性金属块表面产生方向相反的磁场，此磁场产生切割磁力线的电流。当交变电流通过金属块时，电流将集中在金属块表面通过，这种现象叫集肤效应，且频率越高这种现象越明显。由于金属有电阻，这些电涡流会转变成感应热能，其已在工业上被广泛用来对金属进行表面淬火。
船舶甲板、船体，石化行业的储油储气用的槽/柜/箱，近海和陆地的输油管，桥梁及其他工业钢结构等，在维修保养时，一般都需要去除其表面的油漆、涂料、锈层、防火披覆、腐蚀物及油渍残留物等各种涂层。传统的表面涂层去除作业通常采用喷砂、研磨或水刀。喷砂和研磨的方式会产生大量的废弃物，且其处理废弃物的费用也相当可观；水刀也是经常要处理污水问题。此外，喷砂、研磨或水刀的方式还会产生很大噪声，平均能耗达3kWh/平方米。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种利用电磁感应（电涡流）生热技术破坏金属表面与涂层间的接合界面，高效、节能、环保、安全的用于船体、船舶甲板、输油管、储油（天然气或化学品）罐/槽/柜/箱等表面涂层去除的设备。
本实用新型的技术方案是：一种电磁感应式金属表面涂层去除设备，包括感应电源主机、中继电源子机、手持感应器和可更换感应头，所述感应电源主机通过带水冷却装置和磁屏蔽装置的高频电力电缆与中继电源子机连接，所述中继电源子机通过带水冷却装置和磁屏蔽装置的高频电力电缆与手持感应器连接；所述感应电源主机分别通过数据线与中继电源子机、手持感应器连接；所述可更换感应头通过标准连接件与手持感应器进行硬连接，所述可更换感应头和手持感应器之间连接有数据线和带水冷却装置的高频电力电缆；
所述感应电源主机用于为设备提供电力、冷却水循环与净化、参数设置、运行监测，以及对中继电源子机和手持感应器的远程控制；
所述中继电源子机用于高频升压，为所述手持感应器提供高频感应电力，同时进行冷却水增压；
所述手持感应器用于监控可更换感应头的实时作业温度和速度，并为可更换感应头提供适宜的感应电压和感应频率；
所述可更换感应头用于在金属表面产生感应磁场和电涡流，并产生适宜的温度。
进一步，所述感应电源主机包括主控单元、电源管理单元、整流滤波单元、高频逆变单元、冷却系统和人机接口，所述主控单元分别通过数据线与电源管理单元、整流滤波单元、高频逆变单元、冷却系统、人机接口，以及中继电源子机和手持感应器相连；所述交流电依次经电源管理单元、整流滤波单元和高频逆变单元产生高频低压电输出到所述中继电源子机；所述冷却水经所述冷却系统输入到所述中继电源子机；所述人机接口用于进行参数设置和信息显示。
进一步，所述中继电源子机包括电源控制器、高频升压模块和冷却水增压系统，所述电源控制器用于控制所述高频升压模块和冷却水增压系统。
进一步，所述手持感应器包括感应控制器、控制键和显示器，所述感应控制器通过数据线与所述控制键和显示器连接，所述感应控制器用于实时采集作业表面的温度和作业速度；所述控制键和显示器用于输入控制和信息显示。
进一步，所述可更换感应头包括温度传感、速度传感器和感应头本体；所述感应头本体为大功率耐高温漆包线制作成的电磁感应线圈，其采用浸入式或/和内通式水冷却；所述温度传感和速度传感器用于向手持感应器反馈实时作业温度和速度。
进一步，所述感应头本体19的功率密度为1500~2000kW/m2，所述电磁感应线圈通过的是10kHz~100kHz高频电流。
本实用新型的有益效果是：利用电磁感应（电涡流）生热技术破坏金属表面与涂层间的接合界面，可依照金属表面不同材质的涂层来调整控制能源消耗量、接合界面温度、热能穿透力、除漆速度等，轻易而彻底地去除金属表面上的油漆、涂料、锈层、防火披覆、腐蚀物及油渍残留物等各种涂覆层。与喷砂、研磨或水刀等传统方式相比，具有速度快、能耗低、无噪音、无灰尘、无烟雾、无放射、无排放，干净、安全，且不产生废弃研磨料和污水，可去除金属（尤其是铁磁性金属）表面各种难处理的涂层。由于设备感应头不与工作表面接触，因此可以在潮湿表面或潮湿的环境下作业，磨损小，保养维护方便。该设备可广泛应用于船舶、储槽/柜/箱、近海和陆地的输油管等各种钢质表面的涂层去除作业。
附图说明
图1为设备的系统结构原理框图；
图2为设备的系统组成示意图；
图3 为工作原理图；
其中：1. 电源主机，2. 中继电源子机，3. 手持感应器，4. 可更换感应头，5. 高频电力电缆，6. 主控单元，7. 电源管理单元，8. 整流滤波单元，9. 高频逆变单元，10. 人机接口单元，11. 冷却系统，12. 电源控制器，13. 高频升压模块14. 冷却水增压系统，15. 感应控制器，16. 控制键，17. 显示器，18. 标准连接件，19. 感应头本体，20. 温度传感器，21. 速度传感器，22. 感应器导向轮，23. 感应器结构件，24. 电磁感应线圈，25.电磁感应发热层。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型所提供的一种电磁感应式金属表面涂层去除设备，包括感应电源主机1、中继电源子机2、手持感应器3和可更换感应头4，以及连接感应电源主机1与中继电源子机2的带水冷却装置和磁屏蔽装置的专用高频电力电缆，连接中继电源子机2与手持感应器3的带水冷却装置和磁屏蔽装置的专用高频电力电缆，连接中继电源子机2与感应电源主机1、手持感应器3与感应电源主机1的专用数据电缆。
感应电源主机1，用于为整个设备提供电力、冷却水循环与净化、参数设置、运行监测，以及对中继电源子机2和手持感应器3的远程控制等，主要包括主控单元6、电源管理单元7、整流滤波单元8、高频逆变单元9、人机接口单元10和冷却系统11。电力传输采用带水冷装置和磁屏蔽装置且可分节扩展（每节20米，可扩展3节计60米）的专用高频电力电缆5，数据传输采用工业现场总线实现。主控单元6是一个以PLC为核心的控制系统，主要完成电源管理单元7、整流滤波单元8、高频逆变单元9、人机接口单元10和冷却系统11五个单元（系统）之间的协调、控制与管理，对中继电源子机和手持感应器的远程控制与管理。电源管理单元7主要包括断路器、熔断器、接触器、继电器等，用来对380V/50Hz或480V/60Hz的交流输入电源进行保护和通断。整流滤波单元8由三相整流桥开关模块、复合滤波模块和相关保护电路构成。高频逆变单元9的核心是一个IGBT高频逆变模块，用来将整流滤波单元8输出的直流电逆变成10kHz~100kHz的高频交流电。人机接口单元10由液晶显示器、键盘、指示灯、开关及报警蜂鸣器构成：显示器用来显示操作菜单、工作参数、参数设置、报警指示、故障类型等；键盘包括10个数字键、10个功能键、2个方向键、确认键、退格键、清除键等；指示灯包括运行指示、故障指示、远程控制、本地控制等；开关包括上电开关、（故障报警）复位开关、控制方式选择开关等。
中继电源子机2，用于电力中继（高频升压），为手持感应器3提供高频感应电力，同时具有冷却系统增压功能，包括电源控制器12、高频升压模块13和冷却水增压系统14。电源控制器12由PLC及辅助模块组成，高频升压模块13的核心为一个高频升压变压器。
手持感应器3，用来监控感应头4实时作业的温度和速度，并为感应头4提供适宜的感应电压和感应频率等工作参数以完成不同的作业任务，包括：感应控制器15，由AVR单片机及相应外围电路构成，用来实现在自动模式下为感应头4自动提供适宜的工作参数，控制键16和显示器17的控制，通过现场总线与主控单元6进行数据交互，以及温度传感器20和速度传感器21的数据采集；控制键16，主要包括启动/停止按钮、功率增大按钮、功率减小按钮、重置按钮等；和数字式参数显示器17，用来显示作业区温度、作业速度、感应电压、感应频率等当前工作参数。
可更换感应头4，用来在需作业的金属表面产生感应磁场和电涡流，并在金属表面产生适宜的温度，完成涂层去除作业，主要包括带水冷却装置的高功率密度（1500~2000kW/m2）感应头本体19、温度传感器20和速度传感器21。可更换感应头4通过标准连接件18与手持感应器3进行硬连接，更换的目的是为了针对金属表面的不同形状而使用相应形状的感应头。
本实用新型的工作原理如图3所示，感应器结构件23外设有感应器导向轮22，使感应器结构件23可以在涂覆层上平行移动，当电磁感应线圈24中通过10kHz~100kHz高频电流时，将在钢板表面与涂覆层间的接合界面处小范围内迅速地产生200℃~400℃的局部高温，即电磁感应发热层25，破坏钢板表面与涂覆层间的联接，然后即可轻易地铲除该处的涂覆层。随着感应器的移动，即可快速、高效地去除钢板表面的各类涂覆层。由于本实用新型产生的电磁感应发热层被控制在很薄的厚度内，并不会对钢板另一面的涂层产生影响。
实施例的工作过程如下：（1）将交流电源和冷却水接到感应电源主机1相应接口，如作业场所没有净水可用，冷却系统11必须增加水过滤装置。（2）连接感应电源主机1与中继电源子机2之间的专用高频电力电缆和数据电缆，电力电缆可根据作业半径扩展到多节，如果仍须增大作业范围，可延长输入电源电缆的长度，此长度不受限制。（3）连接中继电源子机2与手持感应器3之间的电力电缆和数据电缆。（4）根据金属作业表面的形状选择合适的可更换感应头4，用工具连接至手持感应器3，并将可更换感应头4上的温度传感器20和速度传感器21数据线插入手持感应器3的相应端口。（5）连接感应电源主机1，根据金属作业表面涂层的厚度和性质选择合适的工作参数，包括加热深度、加热温度等，并选择控制方式。（6）按下手持感应器3上的启动按钮，感应电源经由感应线圈在金属作业表面产生电磁场和感应涡流，感应控制器15实时采集作业表面的温度和作业速度，并按设置的工作参数自动控制加热范围和加热温度，此局部性且被控制的热能可立即除去金属表面涂层，必要时可用铁铲等工具辅助铲除作业表面的涂层。（7）移动手持感应器3至其他需要作业的表面，直到作业完成。
本实用新型可依照金属表面不同材质的涂层来调整控制能源消耗量、接合界面温度、热能穿透力、除漆速度等，轻易而彻底地去除金属表面上的油漆、涂料、锈层、防火披覆、腐蚀物及油渍残留物等各种涂覆层。与喷砂、研磨或水刀等传统方式相比，本实用新型具有速度快、能耗低、无噪音、无灰尘、无烟雾、无放射、无排放，干净、安全，且不产生废弃研磨料和污水，可去除金属（尤其是铁磁性金属）表面各种难处理的涂层。与传统方式相比，本实用新型的主要优势有：
去除涂层的速度比传统方式快5-10倍；
依涂层的材质与性状，每小时大约可去除5-50平方米面积的涂层；
无噪音，不会影响周围环境；
没有研磨砂子的释放，即便利用喷砂做事后处理，粉尘的污染也大为减少；
非常少的废气物及处理费用，环保无污染；
可完全去除涂层，也可有选择性地去除部分涂层；
可处理金属表面常见的绝大多数涂覆层；
没有研磨微粒的污染散布；
基本没有粉尘排放，不必建造昂贵又费时的隔墙；
其它工程（如焊接、装配、机械、电气等）均可在附近同时进行；
对操作员和周围环境都很安全，在开放的环境下，操作员使用一般机械工程的标准个人防护配备即可；
低能耗，单位面积所需能耗只有传统方式的1/2~1/3；
感应头有多种形状和尺寸，可用于多种作业场合，且更换方便；
可以在潮湿表面或潮湿的环境下作业，即便雨天使用也没有问题；
感应头不与工作表面接触，所有移动部分均为轮式，几乎没有磨损，保养维护方便；
不会对电子类设备产生任何不良影响。
以上仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种电磁感应式金属表面涂层去除设备，包括感应电源主机（1）、中继电源子机（2）、手持感应器（3）和可更换感应头（4），其特征在于，所述感应电源主机（1）通过带水冷却装置和磁屏蔽装置的高频电力电缆与中继电源子机（2）连接，所述中继电源子机（2）通过带水冷却装置和磁屏蔽装置的高频电力电缆与手持感应器（3）连接；所述感应电源主机（1）分别通过数据线与中继电源子机（2）、手持感应器（3）连接；所述可更换感应头（4）通过标准连接件（18）与手持感应器（3）进行硬连接，所述可更换感应头（4）和手持感应器（3）之间连接有数据线和带水冷却装置的高频电力电缆；
所述感应电源主机（1）用于为设备提供电力、冷却水循环与净化、参数设置、运行监测，以及对中继电源子机（2）和手持感应器（3）的远程控制；
所述中继电源子机（2）用于高频升压，为所述手持感应器（3）提供高频感应电力，同时进行冷却水增压；
所述手持感应器（3）用于监控可更换感应头（4）的实时作业温度和速度，并为可更换感应头（4）提供适宜的感应电压和感应频率；
所述可更换感应头（4）用于在金属表面产生感应磁场和电涡流，并产生适宜的温度。
2.根据权利要求1所述的一种电磁感应式金属表面涂层去除设备，其特征在于，所述感应电源主机（1）包括主控单元（6）、电源管理单元（7）、整流滤波单元（8）、高频逆变单元（9）、冷却系统（11）和人机接口（10），所述主控单元（6）分别通过数据线与电源管理单元（7）、整流滤波单元（8）、高频逆变单元（9）、冷却系统（11）、人机接口（10），以及中继电源子机（2）和手持感应器（3）相连；所述交流电依次经电源管理单元（7）、整流滤波单元（8）和高频逆变单元（9）产生高频低压电输出到所述中继电源子机（2）；所述冷却水经所述冷却系统（11）输入到所述中继电源子机（2）；所述人机接口（10）用于进行参数设置。
3.根据权利要求1所述的一种电磁感应式金属表面涂层去除设备，其特征在于，所述中继电源子机（2）包括电源控制器（12）、高频升压模块（13）和冷却水增压系统（14），所述电源控制器（12）用于控制所述高频升压模块（13）和冷却水增压系统（14）。
4.根据权利要求1所述的一种电磁感应式金属表面涂层去除设备，其特征在于，所述手持感应器（3）包括感应控制器（15）、控制键（16）和显示器（17），所述感应控制器（15）通过数据线与所述控制键（16）和显示器（17）连接，所述感应控制器（15）用于实时采集作业表面的温度和作业速度；所述控制键（16）和显示器（17）用于输入控制和信息显示。
5.根据权利要求1所述的一种电磁感应式金属表面涂层去除设备，其特征在于，所述可更换感应头（4）包括温度传感器（20）、速度传感器（21）和感应头本体（19）；所述感应头本体（19）为大功率耐高温漆包线制作成的电磁感应线圈，其采用浸入式或/和内通式水冷却；所述温度传感器（20）和速度传感器（21）用于向手持感应器（3）反馈实时作业温度和速度。
6.根据权利要求5所述的一种电磁感应式金属表面涂层去除设备，其特征在于，所述感应头本体（19）的功率密度为1500~2000kW/m2。
7.根据权利要求5所述的一种电磁感应式金属表面涂层去除设备，其特征在于，所述电磁感应线圈通过的是10kHz~100kHz高频电流。
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