مقرن (تحويلة) فرن الحث الكهربي

مقرن (تحويلة) فرن الحث الكهربي¹

ان وظيفة المقرن او تحويلة فرن الحث الكهربي تتمثل بتجميع و تحويل المجال المغناطيسي الذي تم انتاجه من قبل الوشيعة. ان تصميم و جودة مقرن افران الحث الكهربي تلعب دورا هاما و تؤثر بشكل كبير على عمل فرن الحث، حيث أنها تخفف من ضائعات الطاقة و تؤمن العائدات المنتظرة من عمل الفرن. كما ان الهيكلية الهندسية للمقرن تؤثر بشكل كبير على توحيد تشتت التدفق المغناطيسي داخل الفرن و اضطرابات الحقل و جودة الإذابة. تقوم شركة ارازترانس بانتاج و صناعة انواع مقرنات افران الحث الكهربي التي تلائم و تناسب المخططات المرسلة من قبل الزبائن و ذلك من خلال اعتمادها على التجربة الفنية و طاقم عمل خبير. يمكن تصنيف العوامل المؤثرة على جودة و متانة مقرنات افران الحث كما يلي:

طرق التجميع

ان المقرنات الموجودة في أفران الحث الكهربي تتجلى بشكل رئيسي بثلاثة تصاميم، ملحومة بشكل كامل، لحام – حلزون و حلزونية بشكل كامل. فيما يلي نقوم بذكر ايجابيات و سلبيات كل تصميم على حدى:

تصميم بلحام كامل

في هذا التصميم تكون طريقة اتصال النواة بالهيكل و نظام التبريد الخاص بالمقرن منفذة بعمليات لحام، و لا يتم استخدام اي وصلات حلزونية لولبية. يستخدم هذا التصميم من قبل أكثر الشركات الصينية و التركية.

ان المشكلة الأساسية التي تعاني منها المقرنات المصنوعة بلحام كامل هي انفتاح او انفصال السطح السفلي للمقرن (السطح المقابل للوشيعة)، حيث أن عمليات اللحام تتم في السطح العلوي لصفائح النواة (السطح المقابل لهيكل الفرن)، مما يؤدي الى ان تسبب قوة الشد الخاصة باللحام الى ابتعاد صفائح نواة المقرن في السطح السفلي ، و كما يقال بالعامية فإن القسم السفلي للمقرن يتعرض للفتح. ان هذا الانفتاح و الانفصال و ابتعاد صفائح النواة في المقرن يؤدي خلال الاستخدام الى ايجاد خاصية مغناطيسية في صفائح النواة و يسبب تجمّع البقايا المعدنية و الأغبرة في الحيز الجانبي للمقرن، حيث ان هذه الذرات المجتمعة في هذا الحيز تؤدي مع مرور الزمن الى ايجاد نوع من الاتصال الكهربي بين المقرن و الوشيعة. ومن المشكلات الأخرى لهذا الانفتاح ايجاد ضوضاء و ضجة بسبب اهتزاز صفائح المقرن.

من السلبيات الأخرى التي تتم مشاهدتها في هذا النوع من التصميم لمقرن افران الحث الكهربي، هي الاتصال الكهربائي الناشئ بين صفائح نواة المقرن وذلك بسبب لحمها ببعضها البعض.

ان التماس الكهربائي الموجود في الجزء الملحوم لصفائح النواة يمكن ان يؤدي إلى رفع نسبة الخسائر في داخل المقرن و الذي يؤدي بدوره إلى رفع نسبة الهدر في المقرن و يؤثر سلبيا على جودة عمله.

من السلبيات الأخرى التي تتسم بها المقرنات بلحام كامل هي عدم القدرة على تفكيك المقرن عند تعطله. عند تعطل قسم من النواة فإن المقرن المتأذي يصبح غير قابل للاستعمال أبدا و لا يمكن فكه و تبديله بصفائح جديدة، فتسبب هذه المسألة تحميل المستخدم تكاليف باهظة. بعد ان ذكرنا سلبيات هذا التصميم فإن الإيجابيات التي يتمتع بها محدودة حيث لا يسعنا ذكر سوى أنها تتمتع بسهولة بالانتاج و تكاليف صناعية اقل. لذلك ليس من المحبذ استخدام هذا النوع من المقرنات.

التصميم الحلزوني (شرار) – اللحامي

في هذا التصميم فإن اتصال النواة بالهيكل و نظام التبريد يتم بشكل مركب من خلال استخدام عمليات اللحام و الوصلات الحلزونية او ما يعرف بالبراغي. ان استخدام هذا النوع من التصاميم بين المنتجين لأفران الحث الكهربي من المستوى المتوسط و العالي منتشر بكثرة و تقوم الشركة الهندية ميغاترم و شركة اتويونكر الألمانية مع العديد من الشركات الصينية و التركية بانتاج هذا النوع من الأفران. في هذا التصميم، تقل امكانية انفصال و احتمالية انفتاح السطح السفلي للمقرن بالمقارنة مع التصميم اللحامي الكامل، و لكن تبقى مشكلة عدم القدرة على تفكيك او تجميع المقرن، و مشكلة الهدر الحراري بسبب اللحام و ايجاد نوع من التماس الكهربائي بين الصفائح، قائمتان.

تصميم حلزوني (شرار) بالكامل

في هذا التصميم تكون طريقة اتصال النواة بالهيكل و نظام التبريد الخاص بالمقرن من خلال براغي حلزونية و لا يتم استخدام اي نوع من الاتصالات اللحامية بين النواة و جدار المقرن. في الوقت الحالي و بسبب وجود تعقيدات كثيرة في مراحل صناعة هذا النوع من المقرنات ، حيث ان عملية الصناعة تكون طويلة الأمد و التكاليف الكبيرة لتنفيذ عمليات الوصل، فلا يوجد لدى المصنعين رغبة في صناعة هذا النوع من المقرنات و الشركة الوحيدة التي تقوم بصناعة مقرنات افران الحث بنوعها الحلزوني الكامل هي شركة ارازترانس تبريز.

ان اختلاف هذا النوع من مقرنات افران الحث بالنسبة للتصميم الحلزوني- اللحامي هو استخدامه بشكل أكبر للبراغي و الوصلات الحلزونية بمسافات اقل عوضا عن الوصل باللحام، لذلك فإن جميع المشكلات الموجودة في التصاميم اللحامية الكاملة و اللحامية –الحلزونية يتم حلها باستخدام التصميم الحلزوني (شرار) الكامل (البراغي).

نواة المقرن

ان نواة المقرن تعتبر الجزء الاساسي في مقرن فرن الحث الكهربي و الذي يتألف من صفائح مغناطيسية متصلة ببعضها (صفائح مستخدمة في نواة المحولة). ان جودة و سماكة الصفائح المستخدمة تؤثر على جودة الجريان المغناطيسي و تجمع التدفق و نسبة هدر الطاقة و بالنتيجة عائدات الفرن. للتعرف بشكل أكبر على العوامل المؤثرة على جودة و خواص صفائح نواة المقرن، قم بمراجعة قسم صفائح نواة المحولة.

نظام تبريد (كولينغ) المقرن

ان الهدف الرئيسي لعملية تبريد (كولينغ) مقرن فرن الحث الكهربي هي التخلص من الحرارة الناشئة عن ارتفاع حرارة صفائح نواة المقرن بسبب عبور المجال المغناطيسي حال استخدام او تشغيل المقرن. توجد العديد من الطرق التي يتم اتباعها لتأمين عملية تبريد المقرن. ومن اللازم ذكر ان الطريقة المستخدمة في تبريد المقرن تتلعلق بشكل وثيق بالتصميم المتبع في تجميع المقرن. نقوم فيما يلي بذكر عدة طرق يتم استخدامها في عمليات تبريد المقرن و نذكر سلبياتها و ايجابياتها كل واحدة على حدى:

بالنظر الى ما ذكر سابقا في الجدول، فإن كل نوع من التصاميم المستخدمة في عمليات التبريد لمقرن فرن الحث يتمتع بسلبيات و ايجابيات معينة. لذلك فالتصميم الذي اقترحته شركة ارازترانس و الموجود في الرديف الأخير من الجدول يسعى إلى إزالة جميع السلبيات الموجودة في التصاميم الأخرى و ذلك بالإضافة إلى الارتقاء بجودة التبريد من خلال وضع و تثبيت رقاقة او جدار الومنيومي يشكل درعا مغناطيسيا للحول دون تسرب و هدر المجال المغناطيسي الذي يتم جذبه من قبل المقرن.

يجب التنويه إلى أنه من ناحية التراكم في المجال المغناطيسي لأطراف الوشيعة، فإن هذه المنطقة تقسم إلى قسمين هما باورسايد و نورمالسايد. المنطقة باورسايد هي عبارة عن قسم من الحيز الموجود في أطراف وشيعة فرن الحث الذي يكون فيه تراكم المجال المغناطيسي كبيرا بسبب وجود كابلات water cooled داخلة للوشيعة و خارجة عنها. المنطقة نورمالسايد تشغل ما تبقى من الحيز الموجود في اطراف وشيعة فرن الحث الكهربي و يكون تراكم المجال المغناطيسي فيها اقل. لذلك فبسبب التراكم الأكبر للمجال المغناطيسي في منطقة الباورسايد و وجود احتمالية أكبر لارتفاع درجة حرارة النواة المقرن (بالمقارنة مع المناطق الأخرى في قسم النورمالسايد)، فيوصى باستخدام انظمة تبريد اكثر فعالية في هذه المنطقة.

نظام تثبيت المقرن

ان نظام تثبيت المقرن يشمل على وصلات بين النواة و جدار المقرن. في المقرنات اللّحامية، يتم هذا الاتصال من خلال استخدام لحام Argon و يتم ذلك باستخدام صفائح من الصلب غير المغناطيسي كمثبت للهيكل.

في المقرنات من النوع الحلزوني – اللحامي او الحلزوني الكامل فإن نظام التثبيت في المقرن هو عبارة عن براغ من الصلب غير المغناطيسي، على الرغم من ان العديد من المنتجين يقومون عادة باستخدام البراغي و الصفائح المثبتة المصنوعة من الصلب العادي (المغناطيسي) و ذلك بهدف التوفير من ناحية التكاليف إلا أن شركة ارازترانس تقوم دائما باستخدام الصفائح والبراغي المصنوعة من الصلب غير المغناطيسي (الصلب غير القابل للصدأ جريد 304 او 316).

ان الملاحظة الأساسية عند استخدام البراغي المذكورة و التي يجب إيلاء اهتمام خاص لها هي طريقة عزل هذه البراغي عن النواة و هيكل المقرن من ناحية الكهربية. يؤدي استخدام العزل غير الفعال الى زوال عزل البراغي مما يؤدي إلى ايجاد تيار كهربائي داخل البراغي و يسبب حصول هدر في الطاقة على شكل حرارة و الذي يؤدي بالإضافة لذلك إلى ذوبان قسم من النواة و البراغي في المقرن. لمواجهة هذا الأمر و منع حدوث هذه المشكلات تقوم هذه الشركة باستخدام ثلاثة طرق لعزل براغي المقرن. في الجدول التالي تفاصيل كل طريقة من الطرق المذكورة:

المواد المستخدمة	الشكل	اكثر درجة حرارة يمكن تحملها (درجه)	المرونة	جذبها للرطوبة	القطر (بالمليمتر)	احتمالية تعرضها للكربنة في درجات أعلى من الحد المسموح	احتمالية التآكل خلال فترة زمنية
انبوب میکا		500	لايوجد	عالية	3	عالية	عالية
انبوب سیلیکونی		280	متوسطة	صفر	3	صفر	منخفضة جدا
ترکیب شريط كابتون مع شريط حريری²		400	عالية جدا	منخفضة جدا	0.85	منخفضة جدا	لايوجد

قاعدة المقرن

يطلق مصطلح قاعدة المقرن على القسم المتكي على سطح الوشيعة. ان الوظيفة الرئيسية لهذه القاعدة هي تثبيت الوشيعة خلال عملية التشغيل. من الملاحظات المهمة فيما يتعلق بالقاعدة، هي اغلاق الحيز الفارغ بين المقرن و الوشيعة لمنع تجمّع البُرادة و الغبار. كما ذكر سابقا ان وجود هذه الأشياء يؤدي إلى حصول نوع من التماس الكهربي بين الوشيعة و المقرن على مر الزمان. للحصول على تثبيت جيد للوشيعة و اغلاق الحيز الفارغ بين الوشيعة و المقرن، يتم اقتراح طريقتين: الأولى إيجاد اتكاء محني في قاعدة المقرن عند تجميعه النهائي و الثاني استخدام وصلات عازلة جانبية في المقرنات الملساء لإيجاد نقاط اتصال اكثر. بين الطريقتين المقترحتين فإن الطريقة الثانية التي ابدعتها شركة ارازترانس تعتبر أكثر فاعلية، لأنه في الطريقة الأولى يؤدي التبخر في المقرن الى تكثف يؤدي الى تجمع الماء في منطقة المقرن الخلفية. يجب الإشارة إلى أنه على خلاف ما يتم تصوره فعند استخدام مقرنات بقاعدة مستوية و وجود فراغات هوائية بين المقرن و الوشيعة في العديد من مناطق القاعدة فهذا يؤدي إلى هدر في الطاقة الكهربائية.

فيما يتعلق بقاعدة المقرن، في التصميم المقترح من قبل شركة ارازترانس فهنالك احتمالية لتجميع و تثبيت مجموعة العزل على المقرن بشكل سيء. ان مجموعة العزل هي مجموعة من الطبقات العازلة و التي تتموضع بشكل مجزأ (في التصاميم المتداولة) بين المقرن و الوشيعة. عند استخدام التصميم المقترح فإن عدد نقاط اتصال المقرن بالوشيعة على الخصوص في المقرنات ذات القاعدة المستوية يكون أكثر و ثانيا فإن امكانية خروج بخار الماء من منطقة المقرن الخلفية عند القيام بعملية التصليد الحراري. الصورة التالية تعبر عن تفاصيل و مزايا هذا التصميم.

جبهة المقرن

جبهة المقرن هي في الأساس الوسيط بين هيكل المقرن و البراغي المثبتة لهيكل الفرن، طبق الظروف الفيزيائية او في النماذج المقترحة من شركة ارازترانس فهي تثبت أعلى المقرن. فيما يلي العديد من النماذج المتداولة لجبهة المقرن و التي تستخدمها هذه الشركة في صناعة المقرن. تصنف هذه النماذج من خلال طريقة استخدامها إلى نوعين ضاغطة و ساحبة – ضاغطة، الجبهات الضاغطة تستخدم فقط لتطبيق الضغط على المقرن و ذلك لوصل المقرن بالوشيعة في حال ان الجبهات الساحبة – الضاغطة و بالاضافة لاتصال المقرن بالوشيعة فهي تستخدم لفصل المقرن عن الوشيعة عند اللزوم.

طبق الوصف السابق فإن انواع القواعد الممكنة لأفران الحث يمكن أن تطابق التصاميم الأربعة التالية