JPS584432B2 - 金属パイプ誘導加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属パイプの肉厚を連続的に非傍触等で検出
し、肉厚の変動に応じた最適電力を供給し、肉厚変動に
よるパイプの温度変化を補正して常に一定な温度に金属
パイプを加熱する金属パイプ誘導加熱装置に関するもの
である。

従来、金属パイプを誘導加熱する場合、標準的肉厚で加
熱コイルに供給する電力を決めて、常にその電力を供給
し、パイプを加熱している。

しかし、パイプの肉厚は製造過程上で、均一にはなりに
くく、必ず肉厚にバラツキが存在する事が知られている
。

今、パイプの外形寸法をｄｗ（ａｎ）、肉厚をｔ（ｃｍ
）とし、送り速度をＳ（ｍ／ｓｅｅ）、パイプの比重を
鋼で考えて７．８５Ｐ／ｃｍ３とすると単位時間当りの
処理量Ｍは Ｍ＝π（ｄｗ−ｔ）・ｔＸ７．８５Ｘ０．ＩＸＳＸ３６
００Ｃｋｇ／Ｈｒ）（１） 今肉厚ｔが１０係増加したと仮定すると、変化する処理
壷Ｍ′は Ｍ’＝π（ｄｗ−１．１ｔ）・１．１ｔＸ７．８５Ｘ０
．ＩＸＳＸ３６００（ｋｇ／Ｈｒ］（２） ほぼ１０係増加することになる。

今肉厚が変動した事によるコイルインピーダンス、コイ
ル効率、コイルカ率の変動が全くないと仮定すると、Ｍ
′の場合にパイプに供給される電力量は単位重量当り約
９０係となる。

Ｍの処理量の時パイプが１０００℃に加熱される場合で
あれば電力量が９０係になればパイプは約９００℃にな
ってしまう。

実際にはパイプ肉厚が変動すればパイプ内部での磁界強
度が変化してしまう為に、コイルインピーダンスＺ。

Ｘカイル力率ｃｏｓψ。、コイル効率ηも変化してしま
う。

今コイルに印加する電圧をＥＣとするとパイプに印加さ
れる電力Ｐｗは で表わされる。

従って肉厚の変化と共に→イルに供給されるコイル電力
Ｐｃは変化するし、それに従ってワークに印加されるワ
ーク電力Ｐｗも変化してしまう。

その為、パイプ肉厚の変化が起る時にコイルの供給電圧
を一定にしていだのではパイプを均一な温度に加熱する
事は全く不可能である。

又、コイルの効率も肉厚と共に変化してしまうのである
からコイルへの供給電力を一定に保ってもパイプを均一
な温度に加熱する事は不可能であもこの発明はこのよう
な点にかんがみてなされたもので、パイプの肉厚が変動
しても常にパイプを同じ温度に加熱することができる金
属パイプ誘導加熱装置を提供するものである。

以下図に示すこの発明の一実施例について説明する。

図において、１は変圧器、２はインバータ３はコンタク
タ等の切換スイッチ、４はコンデンサ、５は加熱コイル
で被加熱金属パイプ（以下パイプと称す）が一点鎖線で
示される方向に送られる。

６は計器用変圧器、８はタコジエネレータ等の速度検出
器でパイプの送り速度を検出する。

９はパイプの外形寸法検出器で、図の場合交流電磁石の
磁路の一部を被加熱金属パイプの一部分で構成する様に
して交流電磁石のコイル電流を検出することで被加熱金
属パイプの外形寸法を知るものである。

７はパイプの肉厚検出コイルであり、加熱コイル５とは
別の電源１４を設けパイプの表面電力密度を高くして、
パイプの透磁率を１に近づけ、そして肉厚検出コイル７
に流れる電流及び印加電圧の関係からパイプの肉厚を知
る。

パイプ内部の任意点での磁界強度Ｈｒは次式で求められ
る。

Ｈｒ＝ＨＰ（Ｐ−ｊＱ）（４） 但しＨ。

：パイプ表面の磁界強度（１）式でＰ，Ｑは次式で示さ
れる。

ＰｃｃＦ（ｄｗ／ｓ）Ｇ（ｔ／ｄｗ）（５）ＱＸＦ’（
ｄｗ／ｓ）Ｇ’（ｔ／ｄｗ）（６）但し、Ｆ，Ｇ，Ｆ’
，Ｇ’は関数を表わす。

ｄｗ・・・パイプ直径、Ｓ・・・電流浸透深さｔ・・・
パイプ肉厚 従って肉厚検出コイル７を流れる電流及び電圧の関係と
外形寸法検出器９で求めたパイプ直径がわかればパイプ
の肉厚ｔは求める事ができる。

つまり、肉厚検出コイル７の電圧、電流の関係からイン
ピーダンスを求める事で肉厚ｔを検出する事ができる。

これらの肉厚検出コイル７、速度検出器８、外形寸法検
出器９からのパイプ肉厚、パイプの送り速度、外形寸法
の情報は中央情報処理装置１３に送られる。

中央情報処理装置１３はパイプを加熱するのに必要な電
力を計算し加熱コイル５に供給すべきコイル電圧ＥＣを
決定する。

中央情報処理装置１３よりインバータ２の整流側サイリ
スタのゲートに信号が送られ、インバータ２の出力電圧
が最適な値に制御される。

その場合ＥＣが最適な値かどうかけ計器用変圧器６によ
り中央情報処理装置１３にフィードバックされ確認され
る。

又、インバータ２の出力周波数が最適な値を保持する様
に、その周波数も計器用変圧器６により中央情報処理装
置１３にフィードバックされ、もし最適な値でなければ
コンデンサ４の総計容量を切換スイッチ３を投入又は切
離す事で調整する。

１０．１１は変流器、１２は計器用変圧器である。

以下に、中央情報処理装置１３によってどの様な演算を
してＥＣを決めれば良いかを示す。

今、肉厚ｔ（Ｃｍ）パイプ径ｄｗ（ｃｎｉ）送り速度Ｓ
（ｒ／ｍｉｎ）の情報が送られてくる。

加熱コイル５の内径ｄｃ（ａｎ）、コイル長ｔｃ（ｃｍ
）、コイル巻数Ｎｃ，パイプの昇温カーブは初期条件と
して中央情報処理装置１３に記憶させてある。

従って加熱コイル５のコイルインピーダンスＺｏ，コイ
ルカ率ｃｏｓψ。

、コイル効率ηは演算する事が出来る。

パイプの単重Ｍ１は パイプの比重は７．８５ｇ／ｃｍ３とする処理量Ｍ２は Ｍ２＝Ｍ１−ｓ．ｘ６０（ｋｙ／Ｈｒ〕（８）今、常温
から任意の温度に加熱するのに必要な正味電力量をＰＮ
とする。

例えば常温から１０００℃迄加熱する場合ではＰＮは ＰＮ＝０．２０１［ＩＩＩ／ｋｇ）（９）パイプに投入
されるべきワーク電力〜は Ｐｗ−ＰＮ−Ｍ２〔ＫＷ〕（１０） コイル電力ＰＣは 従って、３つの情報つまり肉厚、パイプ径、送り速度が
例え変化しても必要な温度に加熱するだめのコイル電圧
ＥＣは で与える事ができる。

なお上記ではインバータ２の出力電圧を変化さそて加熱
コイル５に必要な最適電力を印加した力入インバータ２
の発振周波数を変化させることで最適電力を印加する事
も可能である。

加熱コイル５のインピーダンス２ はほとんどリアクタ
ンス分である。

従って概ね次式が成立する。（但し厳密な意味では異な
る。

）ＺＱ仄ｆ（１３） 今コイル電圧をＥＣとすると （３）式で示しだ様にＰｗは 従って で表わされる。

インバータ２に自励式インバータを使っている場合にそ
の発振周波数ｆは Ｌ：コイル５のインダクタンス Ｃ：力率補償用コンデンサ４の容量 従って（１５），（１６）式から ＰｗＸ√Ｃ（１７） （１７）式からわかる様にインバータ２の出力電圧が一
定であってもコンデンサ４の静電容量を変える事で出力
電力をコントロールする事が可能である。

（１３）式を導いた時に述べた様にコイル電力ＰｗがＣ
１／２に正確に比例するわけではない。

ｆは電流浸透深さにも影響を与え、加熱コイルの抵抗分
にも関係するので、厳密に言えばもつと複雑々関係とな
るが、コンデンサ４の容量を切換スイッチ３で切換える
事で最適なコイル電力を得る事が可能である事がわかる
。

なお以上においては、肉厚検出方法として肉厚検出コイ
ル７に電圧を印加し、その電圧と電流の関係から肉厚を
検知した。

又パイプの外形寸法検出方法に交流電磁石を用いたが、
上記のいずれも連続的に適確に肉厚及び外形寸法を知る
他のものを使っても何らこの発明の効果を妨げるもので
はない。

以上のようにこの発明によればパイプの肉厚が変化して
も常に所定の温度に自動的に誘導加熱することができる
。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。 図において２はインバータ、３は切換スイッチ、４はコ
ンデンサ、５は加熱コイル、６は計器用変圧器、７は肉
厚検出用コイル、８は送り速度検出器、９は外形寸法検
出器、１３は中央情報処理装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被加熱金属パイプを誘導加熱する加熱コイルと、上
   記加熱コイルとは別の電源によって励磁される肉厚検出
   用コイルを有し、この検出コイルの電流と電圧の関係か
   らインピーダンスを求めることにより肉厚を検出する肉
   厚検出器と、この肉厚検出器の出力に応じて上記加熱コ
   イルへの供給電力を制御する制御手段を備えていること
   を特徴とする金属パイプ誘導加熱装置。