Накипь - это соли жесткости растворенные в воде. Только в дистиллированной или умягченной воде нет солей жесткости и, соответственно, нет накипи. Накипь образуется при любой температуре воды, но, чем выше температура, тем интенсивнее происходит ее образование. Например: проблема накипи часто возникает в бытовом использовании душа, где температура редко превышает 35-40°С. При этом, накипь часто забивает лейку и выводит душ из строя.

Теплопроводность накипи в десятки, а зачастую в сотни раз меньше теплопроводности меди и алюминия. Поэтому, даже тончайший слой накипи создаёт большое термическое сопротивление и может привести к моментальному перегреву электроники ТВЧ установок. 

Слой в 3 мм на стенках радиатора или теплообменника не пропускает до 25% тепловой энергии и если наросло 15 мм, то теряется уже 70% теплоотвода. Отложения толщиной 10 мм образуются менее чем за один год использования оборудования.

Отложения толщиной 10 мм образуются менее чем за один год использования оборудования!

В промышленности накипь образуется в теплообменниках, радиаторах, котлах и системах водяного охлаждения и нагрева.

В индукционном нагреве исторически сложилось использование системы водяного охлаждения из-за наличия больших токов 1000А-5000А, неэффективных ключевых элементов (вакуумные лампы и тиристоры) и неэффективных систем управления ключами.

В индукционных установках обычно охлаждают водой: индуктор, шины, силовые ключи, ВЧ конденсаторы, ВЧ трансформаторы.

Чаще всего забиваются накипью радиатор или трубки охлаждения тиристоров или транзисторов и тоненькие трубки ВЧ трансформатора. Ремонт ВЧ трансформатора является одним из самых дорогостоящих в обслуживании ТВЧ установок. Хотя замена транзисторов или тиристоров также существенно увеличит ваш бюджет на обслуживание индукционного оборудования.

И если с охлаждением водой индуктора и шин ничего не сделать, то с неэффективными силовыми ключами и системой управления уже реализованы работающие решения. Но о них мы напишем чуть позже. Сейчас же опишем как бороться с накипью и принимать превентивные меры для предупреждения поломок.

Как бороться с накипью и принимать превентивные меры для предупреждения поломок

Чтобы избежать образования накипи в индукционных установках с водяным охлаждением, необходимо использовать дистиллированную или умягченную воду для охлаждения электроники, конденсаторов и ВЧ трансформаторов, а также осуществлять постоянный контроль  за концентрацией растворенных солей в системе охлаждения. Дополнительно, желательно следить, чтобы температура охлаждаемой воды была минимальная и не превышала 25-30°С.

Все это можно обеспечить с помощью современных компрессорных систем охлаждения – чиллеров. Чиллер работает на основе принудительно испаряющегося и конденсирующегося фреона, при этом интенсивно охлаждая воду. Бак чиллера, емкостью обычно не более 100-200 литров, позволит использовать дистиллированную воду и менять ее с нужной периодичностью. При этом у чиллера, конечно, есть и недостатки, главный из которых - это высокая цена. Например, для охлаждения индукционной установки 80кВт, требуется чиллер с холодопроизводительностью – 20кВт. Цена такого чиллера составляет 400-500 тыс. рублей.

Что делать если денег на чиллер нет и не удается использовать умягченную или дистиллированную воду? Тогда потребуется постоянное обслуживание систем охлаждения ТВЧ установки – промывка чистящими растворами. Необходимо изготовить систему для промывки с небольшим баком 20-30л и насосом, называемую бустер. В бак залить чистящее средство, растворенное в воде. Такую систему на 7-8 часов необходимо подключить к ТВЧ оборудованию. Желательно использовать неагрессивные растворы, например, раствор лимонной кислоты в воде, или специальные готовые растворы. Бустер хорошо удаляет основные отложения накипи: соли магния, соли кальция и трехвалентное железо.

В 90% случаев причина выхода из строя индукционного оборудования – накипь!

Компания ИнтерСЭЛТ разработала свое эффективное решение. В качестве силовых ключей мы используем IGBT транзисторы в отличие от неэффективных тиристоров. Однако, простое использование IGBT транзисторов еще не позволяет разработчикам индукционного оборудования сразу же отказаться от водяного охлаждения. При классической схеме управления транзисторами – ШИМ, транзисторы все равно переключаются при ненулевом токе и напряжении и сильно нагреваются. Поэтому многие производители транзисторного оборудования продолжают использовать водяное охлаждение в своих установках индукционного нагрева.

Мы разработали и запатентовали (патент № 2289195) эффективный способ управления транзисторами IGBT. Переключение происходит в момент перехода тока и напряжения через ноль – ZVS, ZCS метод. Транзисторы практически не нагреваются, производительность индукционных установок растет, а вся энергия направлена на нагрев заготовки, а не на нагрев воды.

Доказательством высокой производительности такого метода, является изготовление компанией ИнтерСЭЛТ установок, мощностью 1 МВт с воздушным охлаждением транзисторов, ВЧ трансформатора и ВЧ конденсаторов для Минского Автомобильного завода (ОАО МАЗ). Высокую производительность демонстрируют установки ТВЧ от ИнтерСЭЛТ с минимальным расходом электроэнергии при кузнечном нагреве, в плавильных печах и закалке.

Кроме получения высокопроизводительных индукционных установок, мы смогли использовать воздух при охлаждении транзисторов IGBT, ВЧ трансформатора и ВЧ конденсаторов. Таким образом, проблема накипи решена, как и вопрос с частыми поломками, обслуживании и приобретении дорогих систем охлаждения.

Полностью отказаться от использования воды пока невозможно, так как пока еще не изобрели сверхпроводящие материалы для изготовления индукторов. Для охлаждения индуктора все еще необходимо использовать воду. Но даже уход от использования воды для охлаждения электроники уже существенно повышает надежность оборудования, экономя Ваши средства на обслуживании.

Автор: Каньшин Олег, ИнтерСЭЛТ, Санкт-Петербург.

Копирование статьи без ссылки на первоисточник запрещено.