पवनचक्की बेअरिंग हॉट असेंब्लीसाठी इंडक्शन हीटिंग

इंडक्शन हीटिंग ही काही नवीन संकल्पना नाही — तिचा औद्योगिक वापर विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीपासून सुरू झाला आहे — परंतु बेअरिंग असेंब्लीमधील तिचा वापर अधिकाधिक अत्याधुनिक झाला आहे, विशेषतः पवन ऊर्जेमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या मोठ्या आकाराच्या घटकांसाठी. यामागील भौतिकशास्त्र समजून घेतल्यास हे स्पष्ट होते की मोठ्या प्रमाणावर इंडक्शन इतर सर्व औष्णिक पद्धतींपेक्षा सरस का ठरते.

विद्युत चुंबकीय प्रवर्तन आणि आवर्त प्रवाह

जेव्हा तांब्याच्या इंडक्शन कॉइलमधून प्रत्यावर्ती विद्युत प्रवाह वाहतो, तेव्हा तो कॉइलच्या भोवती आणि आतून एक दोलायमान चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करतो. जेव्हा एखादा सुवाहक पदार्थ — बेअरिंग रिंगच्या बाबतीत स्टील — त्या क्षेत्रात ठेवला जातो, तेव्हा फॅरेडेच्या नियमानुसार, बदलणारा चुंबकीय फ्लक्स त्या वाहकामध्ये व्होल्टेज प्रेरित करतो. बेअरिंग रिंग ही एक बंद सुवाहक कडी असल्यामुळे, हे व्होल्टेज त्या पदार्थाच्या आतच फिरणाऱ्या विद्युत प्रवाहांना चालना देते. यांना एडी करंट्स (आवर्त प्रवाह) म्हणतात.

एडी प्रवाह स्टीलच्या विद्युत रोधाला धडकतात आणि जूलच्या पहिल्या नियमानुसार, हा रोध विद्युत ऊर्जेचे औष्णिक ऊर्जेत रूपांतर करतो. उष्णता पदार्थाच्या आत निर्माण होते, बाह्य उष्णता स्रोतामुळे त्याच्या पृष्ठभागावर नाही. हा फरक परिणामाच्या गुणवत्तेसाठी मूलभूत आहे: उष्णता बाह्य स्रोताकडून आत वाहून नेण्याऐवजी, जी प्रक्रिया मुळातच मंद असते आणि औष्णिक प्रवणतेस (thermal gradients) प्रवण असते, उष्णता घनफळाच्या दृष्टीने आणि एकसमानपणे निर्माण होते.

त्वचेचा प्रभाव आणि वारंवारता निवड

कमी वारंवारतेवर, एडी करंट्स कंडक्टरमध्ये अधिक खोलवर शिरतात. उच्च वारंवारतेवर, स्किन इफेक्टमुळे ते पृष्ठभागाजवळील एका उथळ थरापुरते मर्यादित राहतात. बेअरिंगच्या हॉट असेंब्लीसाठी — जिथे पृष्ठभाग कठीण करण्याऐवजी रिंगच्या क्रॉस-सेक्शनला एकसमानपणे तापवणे हे उद्दिष्ट असते — सामान्यतः १ kHz ते १० kHz च्या श्रेणीतील मध्यम वारंवारता निवडली जाते. ही श्रेणी शिरण्याच्या खोलीचा आणि तापण्याच्या गतीचा समतोल साधते, ज्यामुळे रिंग आतील बोअरपासून बाहेरील पृष्ठभागापर्यंत समान रीतीने तापते आणि त्यामुळे असमान प्रसरण किंवा अवशिष्ट ताण निर्माण करणारे थर्मल ग्रेडियंट्स तयार होत नाहीत.

औष्णिक विस्तार आणि इंटरफेरन्स फिट

स्टीलचा औष्णिक प्रसरण गुणांक अंदाजे असतो 11–12 × 10⁻⁶ /°C२,००० मिमी आतील छिद्राचा व्यास असलेल्या बेअरिंग रिंगला २०°C पासून १२०°C पर्यंत गरम केल्यास — म्हणजेच १००°C वाढ — अंदाजे इतका त्रिज्यीय विस्तार होतो:

ΔD = D × α × ΔT = 2000 मिमी × 12×10⁻⁶ × 100 = 2.4 मिमी

०.३ मिमी इंटरफेरन्स फिटसह शाफ्टवर रिंग बसवण्यासाठी आणि असेंब्लीसाठी पुरेशी जागा ठेवण्यासाठी हे पुरेसे आहे. ८०-१२०°C चे लक्ष्य तापमान मुद्दाम १५०°C च्या खाली ठेवले जाते — ही ती मर्यादा आहे, जिथे मार्टेन्सिटिक सूक्ष्मसंरचनेतील संरचनात्मक बदलांमुळे बेअरिंग स्टीलची आयामी स्थिरता आणि कठीणपणा धोक्यात येऊ लागतो. एक सु-मापांकित इंडक्शन हीटर रिंगला अचूकपणे या थर्मल विंडोमध्ये ठेवतो.