وشيعة فرن الحث الكهربائي

وشيعة فرن الحث الكهربائي

وشيعة فرن الحث الكهربائي^۱ يمكن اعتبار وشيعة فرن الحث بأنها الجزء الأساسي من الفرن. يتمثل الدور الرئيسي الذي تقوم به الوشيعة بإيجاد مجال مغناطيسي يؤدي لإحداث تيارات دوامية^۲ وفيما بعد هدر فوکو^۳ الأمر الذي ينتج عنه ارتفاع حرارة وصهر خردة المعادن وفلزاتها. بالنظر إلى حساسية وأهمية ودور هذه القطعة فإن ميزاتها وخصائصها الميكانيكية والكهربائية تؤثر بشكل كبير في أداء وكفاءة الفرن. لذلك وبالنظر إلى التنوع الكبير في أنواع وجودة القطع المستخدمة في صناعة الوشيعة فإن شركة ارازترانس تمتلك تصاميم كثيرة للوشائع وتنتج تصاميما حسب طلب الزبون أيضاً ومخططاته، لذلك فإن الزبون يكون قادراً على اختيار التصميم والمواد المستخدمة فيه وأنواع مواد العزل.

الهيكل العام لفرن الحث الكهربائي

تتكون وشيعة فرن الحث الكهربائي بشكل أساسي من الأقسام التالية:

• جزء أو عدة أجزاء فعالة^۴ – تحمل التيار الكهربائي في الفرن وذلك لإيجاد الحقل المغناطيسي اللازم للصهر وأيضاً أجزاء توفر الجريان المائي اللازم للتبريد، يتم وصل الأقسام الفعالة والتي يجب أن تكون مصنوعة بشكل إلزامي من مواد نحاسية بشكل متوازٍ من أجل تقسيم التيار الكلي للوشيعة وتقليل المفاعلة الكهربائية الكلية للوشيعة.
• عدة أجزاء غير فعالة (للتبريد) ^۵ – والتي تكون فقط حاملة للجريان المائي والتي تقوم بعملية التبريد في الفرن وتستخدم لتبريد تربة الفرن عند كلا الطرفين كما تستخدم أحياناً بشكل حلقة واحدة غير كاملة بين الأجزاء الفعالة لملء الفراغات. تصنع أجزاء ملف التبريد عادة من الفولاذ غير القابل للصدأ أو مواد نحاسية غير مغناطيسية.
• في حال وجود حلقة أو حلقتي اتصال نحاسي في نهايتي الوشيعة^۶ – والتي تستخدم لتعديل و تخفيض كثافة التدفق المغناطيسية في طرفي الوشيعة، هذه الحلقات تعرف بحلقات فاردي. لا يشترط وجود هذه الحلقات في جميع الوشائع وإن وجودها أو عدمه مرتبط بطريقة تصميم الوشيعة.
• نظام تثبيت الوشيعة – يشمل على عدد من البراغي والصامولات المصنوعة من الفولاذ المغناطيسي المضاد للصدأ والنحاس الأصفر الذي يتم لحمه بشكل مباشر بحلقات الوشيعة في زوايا مختلفة والمثبت باستخدام عدد من الدعامات المركبة.
• نظام العزل في الوشيعة – والذي يعد من أهم اجزاء الوشيعة والذي يقوم بعملية العزل الكهربائي بين الحلقات والأجزاء الخارجية من أطراف الوشيعة.
• الاتصالات الكهربائية للوشيعة بمنبع تغذيتها – والذي يتضمن ناقلات تكون عبارة عن مسامير من النحاس أو أحياناً أسلاك من النحاس أو مزيج من النحاس والألمنيوم. تقوم هذه الاتصالات بتأمين الطاقة الكهربائية من المنبع الكهربائي إلى الوشيعة أو الملف.

أنواع وشائع أفران الحث من ناحية طريقة الفتل

يتم تصنيع ولف الوشائع في أفران الحث بشكلين من حيث الفتل هم الحلزوني^۷ و المُزاح^۸ .الوشائع الحلزونية تشمل على حلقات حلزونية تلف بشكل حلزوني من البداية حتى النهاية. هذا النوع من الوشائع وبسبب زوايا حلقاتها لا يعطي تطبيقًا متوازنًا وموحدًا للمجال المغناطيسي والحرارة تحت الانصهار؛ لهذا السبب فإن هذا النوع من الوشائع في أفران الحث يتم تصنيعها بشكل أساسي واستخدامها في أبعاد ومستويات طاقة منخفضة ولا يوصى باستخدامها بأبعاد وأحجام كبيرة. أيضاً فإن وجود مسافات أو فراغات غير متجانسة بين الأقسام الفعالة للوشيعة وعدم التوازن ما بين المستويين العلوي والسفلي للوشيعة من المشكلات الأخرى التي يواجهها تجميع وتشغيل الملفات الحلزونية.

تختلف الوشائع المُزاحة عن الحلزونية حيث تتشكل من حلقات مسطحة والتي تلف على شكل كوع (مزاح) لتشكيل طبقة نقاط بداية ونهاية الحلقات. على عكس الوشائع الحلزونية فإن هذا النوع من الوشائع يمتلك مستويات عليا و سفلا تكون مستوية بشكل كامل و متوازية و تقوم بتطبيق الحقل المغناطيسي و الحرارة بشكل متساو. لذلك فإن استخدام هذا النوع من الوشائع محبذ في السعات و الحمولات العالية.

أنواع وشائع أفران الحث من ناحية التصنيع والتجميع

كما قلنا سابقاً فإن وشائع أفران الحث تتألف من قسم أو عدة أقسام فعالة تتوضع بالتوازي مع بعضها البعض. أن الأقسام الفعالة المذكورة يمكن أن تتوازى مع بعضها في حالتين: متوالية و مزدوجة^۹.

في الوشائع ذات الأجزاء الفعالة المتتالية، تتوضع الأجزاء الفعالة للوشائع بشكل متوالٍ على نفس المحور واحدة تلو الأخرى ويتم تثبيتها بدعامات الوشيعة على امتداد بعضها البعض كما تتم عملية تسويتها وجعلها متوازية مع بعضها البعض عن طريق استخدام قضبان التوصيل على الوشيعة أو وصلات الكابلات الكهرومائية.

في هذه الحالة يكون عادةً مقدار الاقتران بين قسمين فعّالين متسلسلين هو 20 إلى 40 بالمئة.

في الوشائع ذات الأجزاء الفعالة المزدوجة (والتي تكون عادة متشكلة من جزأين فعالين)، تجمع الأجزاء الفعالة ببعضها من خلال الربط على شكل متشابك وبشكل تكون فيه الحلقات متموضعة بالنسبة لبعضها بشكل تناوبي. معدل الاقتران في هذا النوع يقترب من 100 بالمئة.

جدير بالذكر بأنه بشكلٍ عام يتم لف الوشائع المزدوجة بشكلٍ حلزوني.

يجب التنويه إلى أنه لا يوجد تصميم من التصميمين السابقين مرجح على الآخر في عملية تجميع وإنتاج الوشيعة وإنما يتعلق اختيار أحد التصميمين بالظروف الفيزيائية والمقاسات والميزات الكهربائية المطلوبة.

الجزء الفعال من الوشيعة

كما أشير سابقاً، فإن الجزء الفعال في الوشيعة هو الجزء الأساسي الذي يقوم بتأمين تيار كهربائي متناوب لإيجاد الحقل المغناطيسي اللازم لإنشاء تيارات دوامية تؤدي إلى حدوث عملية الصهر، يتكون الجزء الفعال في وشيعة فرن الحث من قسم أو عدة أقسام مجزأة (عادة ما تكون قسمين). حيث أن هذه الأقسام تتوازى مع بعضها من خلال الوصلات المثبتة على الوشيعة او من خلال أسلاك نقل الطاقة.

تتم صناعة الأجزاء الفعالة للوشيعة من مقاطع نحاسية تُصنع وفقاً لمعايير محددة. بحيث يؤثر نوع وشكل المقطع والعمليات الحرارية المطبقة على جودة الوشيعة. للحصول على معلومات أكثر قم بمراجعة قسم (المقاطع النحاسية).

قسم تبريد الوشيعة

يعتبر “قسم التبريد” لوشيعة فرن الحث جزءاً من الوشيعة لا يقوم بحمل التيار الكهربائي إنما يستخدم فقط لتبريد القسم السفلي والعلوي من البوتقة. لا يوجد هذا الجزء في جميع الوشائع وعند وجوده فإنه يكون إما في القسم العلوي أو السفلي أو كلتا نهايتي الوشيعة. أحياناً يتم استخدام حلقات تبريد في الجزء الفاصل ما بين الاجزاء الفعالة للوشيعة وذلك لتبريد التربة في تلك المنطقة.

من الممكن أن تكون حلقات التبريد من النحاس أو الفولاذ المضاد للصدأ، كما أن المقطع المستخدم قد يكون إما مستطيل الشكل أو دائري (غالباً ما يكون دائرياً خاصةً عند استخدام الصلب المضاد للصدأ). عند استخدام مقاطع من الصلب المضاد للصدأ حلقات التبريد للوشائع يجب مراعاة الملاحظات الثلاث التالية:

• يجب استخدام مقاطع بدون شقوق حتماً.
• يجب أن يكون الخليط المعدني المستخدم غير مغناطيسي ( يُفضّل أن يكون من الدرجة ۳۰۴ و ۳۱۶ ).
• يجب أن تخضع حلقات التبريد بعد عملية الدرفلة إلى عمليات حرارية وإجهادية، وإذا لم تخضع لذلك فستتعرض للضغط وتغير في الشكل في نهايتي الوشيعة.

حلقة فارادي أو الإطار الأحادي المحايد

“حلقة فارادي” أو الإطار الأحادي المحايد، هي عبارة عن حلقة وصل قصيرة كهرومائية مصنوعة من النحاس، والتي في حال وجودها يتم تثبيتها كأعلى حلقة أو أدنى حلقة في إحدى نهايتي الوشيعة وأحياناً في كلتا نهايتي الوشيعة. يكون الهدف من استخدام حلقة فارادي هو ضبط الحقل والمجال المغناطيسي في الوشيعة في مدخل ومخرج الوشيعة في كلتا نهايتيها، بعبارة أخرى فإن حلقة الوصل القصيرة فارادي، والتي تقع في الأجزاء العلوية والسفلية من الوشيعة دون أن تكون متصلة بمصدر الطاقة للملف، عندما يمر المجال المغناطيسي الناتج عن الملف من خلالها بسبب قانون فاراداي للتحريض، يتم إحداث جهد كهربائي عند كلا الطرفين ويتدفق تيار كهربائي داخله، في هذه الحالة يتم إنتاج مجال مغناطيسي من خلال حلقة واحدة من الاتصال القصير والذي يخالف جهة المجال الأصلي للتيار وبذلك يتم تعديل كثافة المجال المغناطيسي قليلاً في تلك المناطق ويطبق ضغط أقل على الوسط المعدني لأطراف ونير الفرن.

نظام تثبيت الوشيعة

يتضمن نظام تثبيت الوشيعة التجهيزات التي تستخدم في صناعة وشيعة فرن الحث لتثبيتها والحيلولة دون تغيير شكلها أو تحرك حلقات الوشيعة بسبب القوى الالكترو مغناطيسية الناتجة.

يشتمل نظام تثبيت الوشيعة على عدد من البراغي والصامولات مصنوعة من مواد غير مغناطيسية ومواد تركيبية.

تتضمن أنواع المثبتات التي تستخدمها شركة آرازترانس كلاً من البراغي الفولاذية والصواميل المخلوطة من النحاس والألمنيوم، إن الاستخدام المتكرر للبراغي والصواميل الفولاذية يؤدي إلى تخريب الشرار واستخدام البراغي والصواميل المصنوعة من خليط النحاس والألمنيوم فقط يؤثر على متانة التثبيت أيضاً.

يتم انتاج الوصلات بشكلين اثنين:

• اللحام المباشر لبرغي الفولاذ بسطح الحلقات وشد الصامولة المصنوعة من خليط النحاس والألمنيوم عليه.
• لحام الصامولة المصنوعة من خليط النحاس والألمنيوم على الحلقات وشد صامولة الفولاذ.

يمكن استخدام إحدى الطريقتين حسب طلب الزبون.

بالإضافة إلى الوصلات المقترحة، فلتكميل نظام تثبيت الوشيعة في زوايا محددة من الوشيعة المحافظة يتم استخدام وتركيب زوج من الداعمات المركبة أو التركيبية الخاصة على الوصلات. الداعمات التركيبية هي عبارة عن خليط من الألياف الزجاجية والراتينج (الايبوكسي). والتي تتمتع بخواص عدة وفقاً لنسبة الألياف والراتينج المستخدمان في التركيب. للحصول على معلومات أكثر قوموا بزيارة القسم الخاص بالمواد العازلة المستخدمة في العزل الكهربائي لوشيعة فرن الحث.

أيضاً ولمنع إيجاد درجات حرارة مضرة فإنه يوصى في الحالات الاضطرارية باستخدام صفائح ميكا خلف الداعمات كنوع من الوقاية.

نظام العزل والفصل في الوشيعة^۱۰

ربما يكون الموضوع الأهم في صناعة الوشيعة هو العناية بجودة نظام العزل والفصل. وفقاً للدراسات التي أجريت من قبل مسؤولي قسم الدراسات والتطوير في هذه الشركة فإن العامل أو المسبب الأكبر لتعطّل الوشيعة بشكل مفاجئ هو الضعف في نظام العزل والفصل أو انخفاض جودته. لذلك فقد أظهرت شركة ارازترانس تبريز وأعطت اهتماماً كبيراً لجودة العزل في الوشيعة. ومن هذا المنطلق فبالأخذ بعين الاعتبار عدد من العوامل كالفترة الزمنية للتنفيذ والتكاليف فقد قامت باقتراح ثلاثة طرق للعزل في الوشائع.

الطريقة -۱ : قامت شركة Inductotherm الأمريكية وبهدف تأمين العزل للوشائع المصنعة من قبلها بابتكار عازل خاص وطرحته باسم تجاري هو Inducto-Flex^2M.  إن الميزة الأهم لهذا العازل الذي هو عبارة عن ملون على شكل مسحوق مضاد للسكون مع اساس من الراتينج أو الايبوكسي، هي عدم التشقق والانفصال عن سطح الوشيعة عند تعرضه للتمددات والتقلصات الشديدة لموصلات الوشيعة أثناء العمل. أيضاً القدرة على تحمل درجات الحرارة المرتفعة والقدرة العالية على العزل وميزة الالتصاق المتجانس والتام بسطح الوشيعة عند رشه باستخدام جهاز خاص. يكفي استخدام هذا العازل بمفرده ودون الحاجة لاستخدام أي مواد مساعدة من أجل عزل الوشيعة. وفي حال استخدام الوشيعة في الظروف القياسية فإنه لن تكون هناك حاجة لاستخدام أي مواد عازلة مثل مواد العزل السائلة وشرائط العزل إلى جانب  Inducto-Flex^2M. يمكن لشركة ارازترانس القيام بعمليات العزل من خلال استخدام المادة المذكورة وذلك بعد إجراء سفع رملي sandblasting لسطح الوشيعة بالكامل من طبقات الأوكسيد الموجودة على السطح قبل رش البودرة وتعتبر الشركة أن هذه الطريقة مثلى وتعتبر ذات أولوية في طرق العزل التي تقوم باقتراحها وتوفيرها.

الطريقة-۲ : في الطريقة رقم 2 وإلى جانب العازل الأولي للوشيعة والمتمثل  Inducto-Flex^2M كعملية عزل أولية، تضاف طبقتي فصل^‌11و طبقة ورنيش سائل الإيبوكسی¹² من أجل رفع نسبة الأمان في عملية عزل الوشيعة. يتم اقتراح استخدام هذه الطريقة فقط عندما تكون الظروف التي يتم فيها استعمال الوشيعة وتشغيلها في ظروف غير معيارية وخطيرة، إلا إذا كانت الظروف جيدة ومعيارية فإن استخدام الطريقة  Inducto-Flex^2M يعد كافياً لوحده.

الطريقة-۳ : لا يتم في هذه الطريقة استخدام عازل Inducto-Flex^2M ، فبعد السفع الرملي sandblasting الكامل للوشيعة يتم رش سطحها بثلاث طبقات من طلاء خاص من الإيبوكسي ومن ثم يتم لف طبقتي عزل عليه ومن ثم طليه بطبقة من سائل الإيبوكسي الخاص. يتم استخدام هذه الطريقة لعزل الوشائع التي تحتاج الى لإصلاح أو في الظروف التي تكون فيها احتمالية لظهور تسربات دقيقة جداً.

وفقاً لما تم ذكره سابقاً بخصوص طرق العزل للوشائع فإنه من البديهي أن يكون ترتيب الطرق من ناحية الجودة والأمان على الشكل التالي الطريقة -2 ثم الطريقة-1 ثم الطريقة-3 أما بالنسبة للتكاليف المتعلقة بعزل الوشائع فهي تصاعدية وفقاً الترتيب المذكور.

للحصول على معلومات أكثر بما يخص مواد العزل والطرق التي تم ذكرها يرجى مراجعة قسم العوازل المستخدمة لفصل وشائع فرن الحث.

اتصالات الوشيعة الكهربائية بمصدر الطاقة:

إن اتصال الوشيعة بمصدر الطاقة الكهربائية يتم من خلال كابلات كهرومائية وبطريقتين:

• وصلات باستخدام قضبان التوصيل – في هذه الحالة يتم الوصل ما بين الوشيعة والكابل الكهرومائي من خلال تثبيت وتوسيع وشائع النحاس وقضبان توصيل الكابلات.
• وصلات ملولبة – في هذه الحالة يتم الوصل ما بين الوشيعة والكابل الكهرومائي تثبيت وتوسيع وشائع النحاس وتوصيلات ملولبة للكابلات.

وفقاً الظروف الموجودة يتم اختيار إحدى الحالتين في صناعة الوشيعة.

فيما يلي مقارنة بين شكل الطريقتين المذكورتين:

فی حال استخدام الوصلات الملولبة لوصل الوشيعة وذلك للتخفيض من التدفق المغناطيسي الناتج عن الكابلات الكهرومائية المتصلة بالوشيعة، يمكن استخدام وصلات أطوار (فازات) الملف المتماثلة بالاسم بشكل إشارة ضرب مع بعضها (متقاطعة).