یوک (شانت) کوره القایی

یوک (شانت) کوره‌القایی^۱

يوک (شانت)های کوره‌هاي القايي وظيفه تجميع و هدايت ميدان مغناطيسی توليدی توسط کويل را بر عهده دارند. طرح و کيفيت يوک‌هاي کوره‌هاي القايي نقش به‌سزايی در عملکرد کوره، تلفات انرژي و نهايتاً بازده کوره ايفا مي‌کنند. همچنين ساختار هندسي يوک در يکنواختی پراکندگي شار مغناطيسي در داخل کوره، تلاطم ناشی از ميدان و نهايتاً کيفيت ذوب موثر است؛ شرکت آرازترانس با بهره‌گيری از دانش فني بالا و کادر مجرب، اقدام به ساخت و توليد انواع يوک‌هاي القايی متناسب با نقشة ارسالي از سوی خريداران و يا ساخت يوک‌هايی براساس طراحي خود مطابق شرايط بهره‌برداری مشتريان می‌نمايد. عوامل موثر در کيفيت و عملکرد يوک‌های کوره‌های القايی را می‌توان طبق موارد آورده شده در ادامه مطلب طبقه‌بندی نمود:

طرح تمام جوشی

در اين طرح نحوه اتصال هسته به بدنه و سيستم کولينگ يوک صرفا با استفاده از عمليات جوشکاری صورت گرفته و در هيچ‌يک از قسمت‌های آن از اتصالات رزوه‌ای استفاده نشده است. اين طرح مونتاژ عمدتاً توسط برخي شرکت‌های چينی و تُرک مورد استفاده قرار میگيرد.

بزرگترين مشکل يوک‌های ساخته‌شده در اين طرح، بازشدگی سطح تحتاني يوک (سطح رو به کويل) است. از آنجا که جوشکاری ورق‌های هسته از سطح فوقانی (سطح رو به بدنه کوره) صورت می‌گيرد، نيروی کششی جوش پس از عمليات جوشکاری سبب فاصله‌گرفتن ورق‌های هستة يوک در سطح تحتانی شده و به اصطلاح عاميانه بخش پايين يوک باز می‌شود. اين بازشدگی و فاصله‌گرفتن ورق‌های هسته در يوک در هنگام بهره‌برداری از آن سبب ايجاد خاصيت مغناطيسی و آهن‌ربايی ورق‌های هسته شده و مکان تجمع انواع براده‌ها و غبارات معلق در فضای اطراف يوک مي‌شود که اين ذرات تجمع‌يافته در آن ناحيه به‌مرور زمان موجب اتصال الکتريکی يا به اصطلاح آرک‌زدگی بين يوک و کويل می‌گردند. ايجاد سر و صدای ناشی از لرزش ورق‌های هستة يوک نيز از ديگر مشکلات ناشی از بازشدگی سطح تحتانی يوک است.

جدا از معايب ذکر شده برای اين دسته از يوک‌های کوره‌های القايی به لحاظ بهره‌برداری و عملکرد يوک، به‌غير از سادگی توليد و بهای ساخت اولية نسبتاً پايين، مزيت خاصی را نمي‌توان برای اين طرح در نظر گرفت. لذا استفاده از يوک‌های ساخته شده در اين طرح چندان مورد توصيه نيست.

طرح پيچی – جوشی

در اين طرح اتصال هسته به بدنه و سيستم کولينگ يوک، به‌صورت ترکيبی از عمليات جوشکاری و استفاده از اتصالات رزوه‌ای صورت میگيرد. محبوبيت استفاده از اين طرح در ميان توليدکنندگان کوره‌های القايی سطح متوسط و بالا بسيار زياد بوده و شرکت هندی مگاترم، شرکت اتويونکر آلمان به‌همراه برخی از توليدکننگان چينی و تُرک از اين شيوه برای مونتاژ يوک‌های خود استفاده می‌کنند.

اگرچه مشکل بازشدگی سطح تحتانی يوک به‌نسبت طرح تمام‌جوشی تا حد زيادی در اين طرح مرتفع گرديده است وليکن مشکل عدم قابليت دمونتاژ کردن يوک و بالا بودن تلفات حرارتی آن به‌دليل جوشکاری و ايجاد اتصال الکتريکی بين ورق‌ها کماکان به قوت خود باقی است.

طرح تمام‌پيچی

در اين طرح نحوه اتصال هسته به بدنه و سيستم کولينگ يوک تماماً با استفاده از اتصالات رزوه ای انجام گرفته است و در هيچ‌يک از بخش‌های آن اتصالات جوشی دست‌کم بين هسته و ديوارة يوک وجود ندارد. در حال حاضر به‌دليل دشواري‌هاي زيادی که عمدتاً به‌سبب پروسه طولانی و هزينه‌بر پانچ ورق‌های هسته و تأمين اتصالات عايق‌شده يوک در مراحل ساخت اين دسته از يوک‌ها وجود دارد، رغبت چندانی در ميان توليدکنندگان نسبت به ساخت اين دسته از يوک‌ها وجود نداشته و تنها شرکتی که اقدام به ساخت يوک‌های کوره‌های القايی در طرح تماماً پيچی می‌کند، شرکت آرازترانس تبريز است.

تفاوت اين دسته از يوک‌های کوره‌های القايی نسبت به طرح پيچی – جوشی، استفاده بيشتر از بولت‌ها و اتصالات رزوه‌ای با فواصل کمتر نسبت به هم به‌جای اتصال جوشی است و در عمل تمامی معايب موجود در طرح‌های تماماً جوشی و جوشی ـ پيچی به‌نوعی مرتفع گرديده و هيچ مشکلی در خصوص موارد ياد شده در بخش‌های قبلی وجود ندارد.

هسته یوک

هستة يوک که عملاً اصلی ترين بخش يوک کوره ‌القايی است از اتصال ورق‌های مغناطيسی هسته (ورق‌های مورد استفاده در هسته ترانسفورماتورها) تشکيل می‌شود. کيفيت و ضخامت ورق‌های مورد استفاده، تأثير به‌سزايی در کيفيت گذردهی مغناطيسی و تجميع شار، ميزان اتلاف انرژی و در نتيجه، بازده کوره دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص کیفیت و خواص انواع گریدهای ورق‌های هسته یوک، به بخش ورق هسته مغناطیسی رجوع کنید.

سيستم خنک‌کاری (کولينگ) يوک

هدف اصلي از خنک‌کاری (کولينگ) يوک کوره القايی، دفع حرارت ناشی از گرم‌شدن ورق‌های هسته يوک بر اثر عبور ميدان مغناطيسی به‌هنگام بهره‌برداری از يوک است. در انواع يوک‌های فعلی مورد استفاده از طرح‌های متنوعی براي خنک‌کاری يوک استفاده مي‌شود. شايان ذکر است که شيوه مورد استفاده در خنک‌کاری يوک ارتباط تنگاتنگی با طرح مونتاژ يوک دارد. در زير به شيوه‌های متنوعی که در سيستم کولينگ يوک استفاده می‌شود با ذکر معايب و مزايای هر يک اشاره شده است:

با توجه به مطالب آورده شده در جدول فوق، استفاده از هريک از طرح‌های مرسوم برای کولينگ يوک‌های کوره‌هاي القايی معايب خاص خود را داراست، لذا در طرح پيشنهادی شرکت آرازترانس که در رديف آخر جدول آمده است، سعی بر رفع تمامی معايب موجود در طرح‌های ديگر شده و علاوه بر افزايش کيفيت خنک‌کاری يوک، با قراردادن ديواره آلومينيومی يک شيلد مغناطيسي برای جلوگيری از نشت و اتلاف ميدان مغناطيسی جذب شده توسط يوک ايجاد شده است.

شايان ذکراست که به لحاظ تراکم ميدان مغناطيسی در فضای اطراف کويل، اين ناحيه به دو بخش پاورسايد و نرمال‌سايد تقسيم مي‌شود. ناحيه پاورسايد بخشی از فضای اطراف کويل کوره ‌القايی است که به‌سبب حضور کابل‌های آب‌گرد ورودی و خروجی کويل، تراکم ميدان مغناطيسي در آن ناحيه بالا است. ناحيه نرمال‌سايد نيز مابقی فضای اطراف کويل کوره ‌القايی است که به‌غير از بخش پاورسايد بوده و تراکم ميدان مغناطيسی در آن ناحيه کمتر است. لذا به‌سبب تراکم بيشتر ميدان مغناطيسی در ناحيه پاورسايد و احتمال گرم‌شدن بيشتر هسته يوک‌ها در اين ناحيه به‌نسبت ساير يوک‌ها (واقع در بخش نرمال‌سايد) توصيه میشود از يوک‌هايی با سيستم کولينگ کارآمدتر در بخش پاورسايد استفاده گردد.

سيستم تثبيت‌کننده يوک

سيستم تثبيت‌کننده يوک شامل اتصالات بين هسته و ديواره‌های يوک است. در يوک‌های جوشی، عموماً اين اتصال با استفاده از جوشکاری آرگون ورق‌ها از يک سطح و نهايتاً جوش آن‌ها با استفاده از پليت‌هايی از جنس فولاد غيرمغناطيسی به‌عنوان نگهدارنده به بدنه صورت مي‌گيرد.

در يوک‌های نوع پيچی – جوشی و يا تمام‌پيچی سيستم تثبيت‌کننده يوک شامل بولت‌های نگهدارنده عموماً از جنس فولاد غيرمغناطيسی است، اگرچه برخی توليدکنندگان براي پايين آوردن بهای تمام‌شده ساخت يوک، گاه از بولت‌ها و پليت‌های نگهدارنده از جنس فولادهاي عادی (مغناطيسی) استفاده میکنند، وليکن به‌سبب احتمال گرم شدن اتصالات در ميدان مغناطيسی يوک، شرکت آرازترانس همواره از بولت‌ها و پليت‌هايی از جنس فولاد غيرمغناطيسی (عموماً فولاد زنگ نزن گريد ۳۰۴ يا ۳۱۶)استفاده مینمايد.

مهمترين و اساسي‌ترين نکته‌اي که در به‌کارگيری بولت‌هاي مذکور بايستی بدان توجه ويژه داشت، نحوة عايق‌بندی و ايزوله‌کردن اين بولت‌ها از هسته و بدنه يوک به لحاظ الکتريکی است. در صورت استفاده از سيستم عايق‌بندی ناکارآمد و در نتيجه از بين رفتن عايق بولت‌ها و اتصال آن‌ها به هسته يا بدنه جريان‌های الکتريکي القاشده در داخل بولت‌ها و ساير قسمت‌های يوک به‌واسطه ايجاد مسير بسته به‌وجود آمده، تلفات و حرارت بسيارقابل توجهی را ايجاد می‌کنند، که اين امر علاوه بر اتلاف انرژی در کوره، گاه حتي موجب سرخ شدن و ذوب بخشی از هسته و بولت‌های يوک می‌گردد. لذا برای مقابله با اين امر و جلوگيری از وقوع مشکلات بعدی، اين شرکت سه متد عمده را در نحوه عايق‌بندی بولت‌های يوک‌های خود به‌کار می‌گيرد. جدول زير جزئيات هر يک از متدهای مذکور را نشان می‌دهد:

تکیه‌گاه يوک

به‌طورخاص، تکيه‌گاه يوک به بخش نشيمن‌گاه يوک بر سطح کويل اطلاق می‌شود. عمده نقش اين تکيه‌گاه در تثبيت مکان کويل و حفظ ثبات آن حين بهره‌برداری است. يکي از عمده نکات حائز اهميت در خصوص تکيه‌گاه يوک، پوشاندن فضاهای خالی بين يوک و کويل براي جلوگيری از تجميع انواع براده و غبارات معلق است. همان‌طور که پيشتر نيز گفته شد، آلودگي‌هاي موجود سبب بروز اتصال الکتريکي بين کويل و يوک در مرور زمان می‌گردد. براي دستيابی به هر دو هدف تثبيت کويل و پوشاندن فضاهای خالی بين کويل و يوک، دو متد عمده پيشنهاد می‌شود: اول- ايجاد نشيمن‌گاه خميده در تکيه‌گاه يوک به‌هنگام مونتاژ نهايی آن و دوم- استفاده از اتصالات عايقی کناری در يوک‌های پشت‌صاف براي ايجاد نقاط تماس بيشتر. در بين دو روش پيشنهادی، روش دوم که طرح ابداعي شرکت آرازترانس میباشد بيشتر مورد توصيه است، زيرا در صورت استفاده از متد اول خروج بخارات حاصل از زينتر کردن^۳ کويل در حين پروسه زينتر با مشکل مواجه شده و گاه بخارات محبوس در پشت يوک پس از تبديل شدن به قطرات آب در آن ناحيه باقی میمانند. شايان ذکراست بر خلاف تصورات رايج نادرست، در صورت استفاده از يوک‌هايی با تکيه‌گاه تخت و وجود فاصله هوايی بين يوک و کويل در برخی نقاط تکيه‌گاه منجر به اتلاف توان الکتريکی کوره نشده و مقايسه اين امر با فاصله هوايی بين روتور و استاتور در ماشين‌های گردان، يک قياس مع‌الفارق می‌باشد.

علاوه بر شکل تکيه‌گاه در خط اصلي اتصال به کويل، شکل ظاهري گوشه‌هاي يوک در تکيه‌گاه يوک نيز حائز اهميت است. در صورتي که گوشه‌هاي تکيه‌گاه يوک به‌صورت گرد بوده و بدون هم‌پوشاني با ديواره‌هاي يوک باشند، ميدان‌هاي مغناطيسي سرگردان اطراف کويل را جذب نموده و بازده عملکرد يوک را بالاتر مي‌برند.

در کنار مباحث مطرح‌شده در خصوص تکيه‌گاه يوک، در طرح پيشنهادی شرکت آرازترانس امکان مونتاژ و نصب پَدعايق^۴ (ايزولاسيون) بر روی يوک وجود دارد. مقصود از پَد ايزولاسيون مجموعه لايه‌های عايقي است که به‌صورت مجزا (در طرح‌های متداول فعلی) بين يوک و کويل قرار می‌گيرند. در صورت استفاده از طرح پيشنهادی اين شرکت اولاً تعداد نقاط اتصال يوک به کويل خصوصاً در يوک‌های با تکيه‌گاه تماماً صاف بيشتر شده، ثانياً امکان خروج بخارات آب حاصل از زينتر از ناحيه پشت يوک در حين انجام پروسه زينتر ميسر می‌گردد. تصوير زير گويای جزئيات و ساير مزايای استفاده از اين طرح است.

پیشانی يوک

پيشانی يوک که در اصل واسط بين بدنه يوک وبولت^۶های تثبيت‌کننده استراکچر کوره است، مطابق شرايط فيزيکی بوته ساخته و يا در مدل‌های پيشنهادی شرکت آرازترانس بر روی يوک نصب می‌شود. در زير برخی از مدل‌هاي متداول پيشانی‌های يوک که به‌طور پيش‌فرض توسط اين شرکت در ساخت يوک‌ها استفاده می‌شوند، آمده‌ است. اين مدل‌ها به لحاظ کاربرد در دو نوع فشارنده^۷ و کشنده – فشارنده^۸ طبقه‌بندی میشوند، پيشانی‌های فشارنده صرفاً برای اعمال فشار بر يوک برای اتصال يوک به کويل استفاده می‌شوند درحالی که پيشانی‌های کشنده ‌- ‌فشارنده علاوه بر اتصال يوک به کويل برای جداسازی يوک از کويل در مواقع مورد نياز نيز کاربرد دارند.

با توصيفات صورت گرفته انواع تکيه‌گاه‌های ممکن برای يوک‌های کوره‌های القايی، مطابق يکی از پنچ طرح زير خواهد بود:

پیشانی‌های نوع فشارنده

پیشانی‌های نوع کشنده – فشارنده