一種用于去除甲板厚型涂料的電磁加熱平面感應(yīng)器系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及電磁加熱和表面處理，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于去除甲板厚型涂料的電磁加熱平面感應(yīng)器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)有的厚型涂層去除領(lǐng)域，涂層的高硬度和厚度通常使得去除過程耗時(shí)且低效，尤其是在甲板等大面積結(jié)構(gòu)的涂層去除中，傳統(tǒng)的機(jī)械或化學(xué)去除方法難以滿足高效、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的要求，同時(shí)，傳統(tǒng)的加熱去除技術(shù)受限于熱傳導(dǎo)速度和均勻性，在實(shí)際應(yīng)用中常會(huì)出現(xiàn)加熱不均勻、能量損耗大的問題，這些技術(shù)瓶頸限制了其在工業(yè)應(yīng)用中的廣泛推廣；

2、傳統(tǒng)的電磁加熱技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在局限，尤其是無法實(shí)現(xiàn)涂層去除過程中對溫度場和電磁場的精確控制，這種控制不足會(huì)導(dǎo)致在實(shí)際使用中局部區(qū)域過熱或加熱不足，影響去除效果，且易損傷基材表面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于去除甲板厚型涂料的電磁加熱平面感應(yīng)器系統(tǒng)，通過高頻電磁感應(yīng)加熱和熱場控制，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于去除甲板厚型涂料的電磁加熱平面感應(yīng)器系統(tǒng)，包括：高頻諧振電容、高頻變壓器、感應(yīng)線圈、前端感應(yīng)器、功率輸出裝置、復(fù)合線纜、水冷系統(tǒng)以及有限元分析輔助設(shè)計(jì)模塊；

3、所述高頻變壓器用于調(diào)節(jié)電壓并提供低壓大電流輸出，所述感應(yīng)線圈通過高頻電磁場實(shí)現(xiàn)涂料的加熱去除，所述功率輸出裝置用于將電能傳遞至前端感應(yīng)器；

4、還包括負(fù)載電感、逆變單元，所述高頻諧振電容與通過等效變換映射到高頻變壓器原邊的負(fù)載電感共同組成并聯(lián)諧振電路，所述逆變單元用于捕獲并穩(wěn)定并聯(lián)諧振電路的諧振頻率，從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的控制；

5、所述感應(yīng)線圈和電磁加熱平面感應(yīng)器系統(tǒng)采用紫銅材料制造，所述感應(yīng)線圈、高頻變壓器和前端感應(yīng)器配備有水冷系統(tǒng)，通過冷卻水的循環(huán)控制感應(yīng)線圈的溫度，確保設(shè)備在高頻電流條件下的穩(wěn)定性。

6、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述復(fù)合線纜集成有溫度傳感器、速度傳感器、主輸出電纜和冷卻水路，通過復(fù)合線纜實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測、速度控制、主輸出電纜和冷卻水路的集成。

7、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述功率輸出裝置連接于高頻變壓器和前端感應(yīng)器之間，用于調(diào)節(jié)并穩(wěn)定傳遞至前端感應(yīng)器的電能，確保加熱過程中的電磁場強(qiáng)度達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)要求。

8、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述前端感應(yīng)器包含異形感應(yīng)頭，所述異形感應(yīng)頭包括直角頭和弧度頭，用于適應(yīng)不同形狀的艦船鋼結(jié)構(gòu)表面。

9、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過高頻變壓器的物理結(jié)構(gòu)和電磁感應(yīng)特性來實(shí)現(xiàn)電氣隔離設(shè)計(jì)，所述高頻變壓器包括初級線圈和次級線圈，初級和次級線圈之間無直接電氣連接，通過電磁感應(yīng)傳遞能量，以確保輸入電路與輸出電路的完全隔離；

10、所述高頻變壓器的次級線圈配置為低壓大電流輸出，結(jié)合水冷系統(tǒng)對次級線圈的溫度進(jìn)行控制，以在高頻高電流條件下實(shí)現(xiàn)電力傳遞，并在發(fā)生電氣故障時(shí)隔離輸入電路與輸出電路。

11、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，包括運(yùn)動(dòng)和位置調(diào)整機(jī)制，運(yùn)動(dòng)和位置調(diào)整機(jī)制的構(gòu)成包括水平導(dǎo)軌和垂直導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和定位傳感器構(gòu)成，運(yùn)動(dòng)和位置調(diào)整機(jī)制用于控制感應(yīng)頭在左右和上下方向的移動(dòng)；

12、所述水平導(dǎo)軌和垂直導(dǎo)軌用于提供前端感應(yīng)頭的二維移動(dòng)路徑，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與導(dǎo)軌連接，通過控制感應(yīng)頭在水平與垂直方向的移動(dòng)位置，使其能夠精確定位到指定位置，實(shí)現(xiàn)對不同區(qū)域涂層的加熱和去除；

13、所述定位傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測感應(yīng)頭的具體位置，反饋位置信息至控制系統(tǒng)，使得電磁加熱平面感應(yīng)器系統(tǒng)在精度調(diào)節(jié)下，自動(dòng)對感應(yīng)頭的位置進(jìn)行調(diào)整，以確保對不同厚度或形狀涂層的均勻加熱。

14、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述有限元分析輔助設(shè)計(jì)模塊通過對電磁場和溫度場進(jìn)行模擬優(yōu)化，以提升電磁加熱效果的精確性和一致性，優(yōu)化感應(yīng)器的設(shè)計(jì)與工作參數(shù)；

15、根據(jù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)定高頻諧振電容和高頻變壓器的操作頻率，以使感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)涂料的加熱與快速去除。

16、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述有限元分析輔助設(shè)計(jì)模塊包括：

17、諧振頻率與最大功率因數(shù)控制；

18、通過高頻變壓器、高頻諧振電容和負(fù)載電感，以形成電磁加熱的諧振電路；通過調(diào)節(jié)諧振頻率fr，用于達(dá)到最大功率因數(shù)，即優(yōu)化電力傳遞的效率；

19、對諧振頻率匹配與控制，擬定諧振頻率為fr；

20、

21、上式用于計(jì)算系統(tǒng)的諧振頻率fr，即當(dāng)系統(tǒng)以該頻率運(yùn)行時(shí)，負(fù)載電感l(wèi)load和高頻諧振電容cres的電抗相互抵消；

22、通過改變高頻諧振電容的值，系統(tǒng)來適應(yīng)不同的負(fù)載條件；在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，通過對cres的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，保持系統(tǒng)的諧振狀態(tài)，使得加熱裝置能夠在不同負(fù)載條件下保持最大功率傳遞；

23、擬定功率因數(shù)調(diào)節(jié)公式為pfactor，功率因數(shù)pfactor表示有功功率與視在功率的比率，在諧振狀態(tài)下，功率因數(shù)接近1；

24、

25、其中pfactor為功率因數(shù)，表示有功功率與視在功率的比例；θ為相位角，表示電壓與電流的相位差；rload為負(fù)載電阻，反映了負(fù)載消耗的有功功率；ztotal為總阻抗，表示電路中所有電抗和電阻的合成效應(yīng)；

26、在去除厚涂層的過程中，感應(yīng)頭的溫度分布直接影響去除效率，通過有限元分析模擬電磁場和溫度場分布，并結(jié)合溫度反饋控制，實(shí)現(xiàn)加熱的均勻性；

27、對電磁加熱功率計(jì)算，擬定電磁場強(qiáng)度為h，h用于計(jì)算前端感應(yīng)頭周圍的磁場強(qiáng)度，即感應(yīng)線圈在運(yùn)行中產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度；

28、

29、其中h表示磁場強(qiáng)度，表示電流在感應(yīng)頭周圍產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，決定了加熱效果的強(qiáng)弱；icoil表示線圈電流，是感應(yīng)線圈中的電流；n表示線圈匝數(shù)，表示線圈繞組的圈數(shù)；lcoil為線圈的長度，即線圈的有效長度；根據(jù)加熱需求調(diào)整icoil和n的值，以確保h值符合目標(biāo)涂層的加熱要求；

30、計(jì)算加熱功率密度分布，擬定功率密度parea表示單位體積內(nèi)的加熱功率分布，用于衡量感應(yīng)頭對目標(biāo)區(qū)域的加熱強(qiáng)度；

31、parea＝σh2

32、其中parea為功率密度，表示感應(yīng)頭區(qū)域的加熱強(qiáng)度；σ為電導(dǎo)率，表示材料的導(dǎo)電能力；h為磁場強(qiáng)度，決定了電流在材料中的感應(yīng)加熱效應(yīng)；通過設(shè)定h的值，來控制parea的大小，從而實(shí)現(xiàn)加熱的均勻性；

33、對溫度反饋調(diào)節(jié)與熱場優(yōu)化；熱場隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)過程，用于監(jiān)測和控制加熱區(qū)域的溫度分布；擬定溫度場控制方程為：

34、

35、其中ρ為材料密度，表示材料的質(zhì)量密度；c為比熱容，描述材料吸收熱量的能力；t為溫度，表示加熱區(qū)域的溫度；t為時(shí)間，表示加熱過程的時(shí)間維度；k為熱導(dǎo)率，表示材料的導(dǎo)熱性能；為溫度的拉普拉斯算子，用于描述溫度在空間中的分布；parea為功率密度，表示單位體積的加熱功率；通過控制parea和監(jiān)測t的分布，調(diào)節(jié)感應(yīng)頭區(qū)域的加熱均勻性；

36、擬定溫度偏差控制公式為：

37、

38、上式用于當(dāng)加熱溫度偏離目標(biāo)值時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)線度的穩(wěn)定；

39、其中iadjusted為調(diào)整后的電流；iinitial為初始電流，加熱初始設(shè)定的電流；tset為目標(biāo)溫度，即期望的加熱溫度；tmeasured為實(shí)際溫度，由溫度傳感器實(shí)時(shí)測量得到的當(dāng)前溫度；通過反饋控制，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)iadjusted，確保溫度穩(wěn)定在目標(biāo)溫度tset附近；

40、通過設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)和電氣隔離確保系統(tǒng)在高功率條件下穩(wěn)定運(yùn)行；

41、監(jiān)測冷卻系統(tǒng)參數(shù)，對冷卻功率進(jìn)行計(jì)算：

42、qcool＝qin-qloss

43、其中qcool為冷卻功率，表示冷卻系統(tǒng)散失的熱量；qin為輸入功率，表示系統(tǒng)總輸入功率；qloss為熱流失功率，表示在傳導(dǎo)過程中損失的熱量；通過保持qcool的平衡，防止系統(tǒng)過熱；

44、對電氣隔離的實(shí)現(xiàn)，高頻變壓器在高頻環(huán)境下提供電氣隔離保護(hù)；

45、擬定電氣隔離電壓為：

46、

47、其中visolated為隔離后的輸出電壓；nprimary和nsecondary分別為初級和次級繞組的匝數(shù)；vinput為輸入電壓。

48、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

49、1、通過高頻電磁感應(yīng)加熱的方式，對厚型涂層進(jìn)行精準(zhǔn)加熱，使涂層軟化并快速剝離，顯著提升了去除效率，通過高頻諧振電容和高頻變壓器的組合，實(shí)現(xiàn)了最大功率因數(shù)控制，從而在不同負(fù)載條件下保持最佳的加熱效果，這種結(jié)構(gòu)不僅能提高加熱均勻性，還能有效節(jié)省能量，減少設(shè)備的功耗，確保整個(gè)去除過程穩(wěn)定；

50、2、系統(tǒng)采用了有限元分析輔助設(shè)計(jì)模塊，以模擬和優(yōu)化電磁場和溫度場的分布，從而保障加熱的均勻性和精確性，有限元分析提供的優(yōu)化參數(shù)使得感應(yīng)頭能夠精確定位到目標(biāo)區(qū)域，避免因加熱不均而導(dǎo)致的局部過熱或溫度不足，從而提升涂層去除的效果和效率；

51、3、本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)和位置調(diào)整機(jī)制使得感應(yīng)頭能夠?qū)崿F(xiàn)二維平面內(nèi)的精確移動(dòng)，從而適應(yīng)甲板結(jié)構(gòu)的復(fù)雜形狀，確保對不同區(qū)域的均勻加熱和有效去除，通過水平導(dǎo)軌和垂直導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及定位傳感器的組合，感應(yīng)頭可以在操作過程中自動(dòng)調(diào)整位置，確保對涂層的均勻加熱；

52、4、系統(tǒng)的電氣隔離設(shè)計(jì)通過高頻變壓器的物理隔離實(shí)現(xiàn)，確保在高頻高電流條件下安全傳遞能量，并提供有效的電氣保護(hù)，初級和次級線圈之間無直接電氣連接，通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量傳遞，即便在電氣故障發(fā)生時(shí)，也能防止故障電流對系統(tǒng)其他部分造成影響，確保系統(tǒng)的安全性和長期穩(wěn)定性；

53、5、本發(fā)明還配備了冷卻系統(tǒng)，通過水冷的方式控制感應(yīng)線圈和變壓器的溫度，確保系統(tǒng)在高頻條件下的穩(wěn)定運(yùn)行，冷卻系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)散熱，防止溫度過高導(dǎo)致的性能下降或材料損壞，保證設(shè)備在長時(shí)間運(yùn)行中的穩(wěn)定性和耐久性。