Поворотна вакуумно-індукційна плавильна установка

1. Поворотна вакуумно-індукційна плавильна установка, яка містить джерело енергії, підключене до конденсаторної батареї з індуктором, яка відрізняється тим, що індуктор з'єднаний з конденсаторною батареєю конструктивним елементом, установленим на осі повороту індуктора, який виконаний у вигляді поворотного трубчастого коаксіального струмопроводу з водяним охолоджен 3 - джерело енергії. Причини, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату: - відома конструкція установки не може забезпечити одержання якісного розплаву метала, оскільки індуктор разом з установленим в ньому тиглем не може коливатися з частотою 0,5 - 0,3 Гц на кут ± 10-15°, що необхідно для видалення грязі (плени) на холодні стінки тигля; - електрична схема з'єднання конденсаторної батареї з індуктором в відомій установці утворює паразитний виток, що збільшує габарити установки, а також суттєво збільшує активні і реактивні втрати, а це, в свою чергу, збільшує витрати електроенергії на 37 %; - при інтенсивній роботі установки конденсатори потребують додаткового охолодження методом обдування їх потоком повітря, що також збільшує витрати енергії. Таким чином, відома конструкція не може забезпечити надійну і економічну роботу установки, а також одержання якісного металу, який би забезпечив точне лиття, наприклад лопаток для турбін. В основу даної корисної моделі поставлено задачу удосконалити поворотну вакуумноіндукційну плавильну установку, шляхом введення нових конструктивних елементів, які дозволять виключити паразитний виток проводу між конденсаторами та індуктором і за рахунок цього зменшити активні і реактивні втрати і відповідно зменшити енерговитрати на 37 %, а також забезпечити можливість повороту індуктора, а при необхідності і його коливання, при надійній передачі електричного струму до 7000 А при напрузі 500 В, від конденсаторів до індуктора, що збільшує надійність установки більш ніж на 30 %. Поставлена задача вирішується тим, що поворотна вакуумно-індукційна плавильна установка, яка містить джерело енергії, підключене до конденсаторної батареї з індуктором, згідно з пропозицією, індуктор з'єднаний з конденсаторною батареєю конструктивним елементом, установленим на осі повороту індуктора, який виконаний у вигляді поворотного трубчастого коаксіального струмопроводу з водяним охолодженням, конденсатори конденсаторної батареї змонтовані на круглій контактній металевій шайбі, яка жорстко закріплена на зовнішній трубі струмопроводу, а з протилежної її сторони, по осі симетрії, жорстко закріплений індуктор, який одним своїм трубчатим виводом з'єднаний з зовнішньою трубою, а другим - з центральною трубою струмопроводу, в середній частині якої установлена ковзна опора, один із виводів конденсаторів - корпус, має електричний контакт з металевою шайбою, а другий - з кільцевим контактом, який жорстко закріплений на центральній трубі струмопроводу. Конструктивно водяне охолодження виконане в такій послідовності: центральна труба струмопроводу - індуктор - канал між трубами коаксіального струмопроводу. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між істотними ознаками установки, що заявляєть 59977 4 ся, і технічним результатом, що досягається, необхідно відзначити наступне: Ознаки: «...індуктор з'єднаний з конденсаторною батареєю конструктивним елементом, установленим на осі повороту індуктора, який виконаний у вигляді поворотного трубчатого коаксіального струмопроводу з водяним охолодженням...», що забезпечує, по-перше, надійне пропускання великого струму 7-10 кА до рухомого індуктора, надійність збільшується на 30 %, по друге, зменшується індуктивність лінії конденсатор - індуктор (коливальний контур), при цьому зменшуються втрати енергії і збільшується к.к.д. установки, по - третє, конструкція виключає необхідність установки в коливальному контурі, такого ненадійного елемента, як щітковий механізм, який забезпечує передачу електроенергії на рухомий індуктор - є новими і підвищують економічність і надійність установки. Ознаки: «...конденсатори конденсаторної батареї змонтовані на круглій контактній металевій шайбі, яка жорстко закріплена на зовнішній трубі струмопроводу, а з протилежної її сторони, по осі симетрії, жорстко закріплений індуктор, який одним своїм виводом з'єднаний з зовнішньою трубою, а другим з центральною трубою струмопроводу, в середній частині якої установлена ковзна опора, один із виводів конденсаторів - корпус, має електричний контакт з металевою шайбою, а другий - з кільцевим контактом, який жорстко закріплений на центральній трубі струмопроводу...», що забезпечує оптимальне симетричне розташування конденсаторів на круглій контактній металевій шайбі відносно струмопроводу, при цьому із коливального контуру виключається паразитний виток, який утворюється між конденсаторами і струмопроводом в відомій конструкції установки, і за рахунок цього зменшуються активні і реактивні втрати, відповідно на 37 % зменшуються енерговитрати. Крім цього, конденсатори рухаються разом з індуктором, що забезпечує їх активне повітряне охолодження, яке виключає необхідність установки додаткового вентилятора для обдування конденсаторів, що нагріваються в процесі роботи є новими і істотно підвищують економічність і надійність установки. Ознаки: «...конструктивно водяне охолодження виконане в такій послідовності: центральна труба індуктор - канал між трубами коаксіального струмопроводу», указана послідовність проходження охолоджувальної води забезпечує, при мінімальних габаритах, інтенсивне охолодження послідовних елементів силового контуру по мірі інтенсивності їх нагріву, при проходженні високочастотного струму величиною 7-10 кА - є новими і істотно впливають на надійність установки. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де: на фіг. 1 схематично зображено повздовжній переріз поворотної вакуумно-індукційної плавильної установки; на фіг. 2 зображено електричну схему «LС» коливального контуру поворотної вакуумноіндукційної плавильної установки. 5 Поворотна вакуумно-індукційна плавильна установка містить джерело енергії 1 (тиристорний перетворювач частоти) (Фіг 1, 2), підключене до конденсаторної батареї 2 з індуктором 3. Індуктор 3 з'єднаний з конденсаторною батареєю 2 конструктивним елементом 4, установленим на осі повороту індуктора 3, який виконаний у вигляді поворотного трубчатого коаксіального струмопроводу з водяним охолодженням. Конденсатори 2 конденсаторної батареї змонтовані на круглій контактній металевій шайбі 5, яка жорстко закріплена на зовнішній трубі 6 струмопроводу, а з протилежної її сторони, по осі симетрії, жорстко закріплений індуктор 3, який одним своїм трубчатим виводом 7 з'єднаний з центральною трубою 8, а другим 9 - з зовнішньою трубою 6 струмопроводу. З зовнішньої сторони труби 6 установлена ковзна опора 10, один із виводів конденсаторів - корпус 11, має електричний контакт з металевою шайбою 5, а другий 12 - з кільцевим контактом 13, який жорстко закріплений на центральній трубі 8 струмопроводу. Водяне охолодження виконане в такій послідовності: центральна труба 8 струмопроводу - індуктор 3 - кільцевий канал 14 між трубами 6, 8 коаксіального струмопроводу. В середину індуктора 3 вмонтований тигель 15, в якому плавиться метал, що разом розташовані в вакуумній камері 16. Тигель 15 загружається металом через люк 17, установлений на вакуумній камері 16. Виводи 12 конденсаторів 2, розташованих з обох сторін шайби 5, підключені до кільцевого контакту 13 гнучкими шинами 18. Поворот і розкачування індуктора 3 і тигля 15 забезпечується електроприводом 19. Джерело енергії 1 підключене до конденсаторів 2 через гнучкий кабель 20, який забезпечує необхідний кут повороту індуктора 2 з тиглем 15. Нові ознаки відповідають критерію «промислова придатність», тому що як базові конструктивні елементи, такі як індуктор, тигель, джерело енергії, використані відомі вузли, дивись довідник (Электротермическое оборудование. Под общей редакцией А. П. Альтгаузена, М.Я. Смелянского, М.С. Шевцова. - М.: Энергия, 1967. - С. 234-380.). Поворотна вакуумно-індукційна плавильна установка працює наступним чином: відкривають кришку 17 вакуумної камери 16 і загружають тигель 15 кусками необхідного металу, герметично закривають кришку 15 і включають вакуумний насос для вакуумування вакуумної камери 16. Далі, через гнучкі шланги, на кресленнях не показані, подають на "Вхід" охолоджувальну воду, яка проходить через центральну трубу 8, далі через трубчастий вивід 7 - індуктор 3 - вивід 9 потрапляє в кільцевий зазор 14 між трубами 6 і 8 і 59977 6 далі на "Вихід" в систему охолодження (на кресленні не показану). Включають джерело енергії 1, на виході якого одержуємо напругу 500 В з частотою 1-4 кГц (номінальна частота 2,4 кГц), яка подається через гнучкий кабель 20 на конденсатори 2 та індуктор 3, «LC» коливального контуру (Фіг. 2), в якому утворюється резонансний струм I= 7 - 10 кА. Даний струм утворює сильне магнітне поле, яке, в свою чергу, утворює струми Фуко в масі металу, що закладений в тигель, і інтенсивно розігріває його. В резонансний контур входять наступні елементи: конденсатори 2, виводи 12, гнучкі шини 18, кільцевий контакт 13, центральна труба 8, трубчатий вивід 7, індуктор 3, трубчастий вивід 9, зовнішня труба 6, шайба 5, металевий корпус конденсатора 11. Указані елементи розташовані компактно і не утворюють паразитної індуктивності відносно індуктивності самого індуктора 3, чим забезпечується зменшення енерговитрат на 37 % і досягається максимальний к.к.д. коливального контуру. Оскільки в процесі роботи основні елементи нагріваються, то водяне охолодження забезпечує стабілізацію їх температурного режиму, що забезпечує збільшення надійності установки більш ніж на 30 %. При розплавлюванні металу в тиглі для нього характерний електродинамічний і тепловий рух рідкого металу в тиглі під дією високочастотного магнітного поля, що сприяє одержанню однорідного складу металу при низькому його угарі, та відсутності навуглецьовування. Однак, процес розплавлювання супроводжується випливанням на поверхню різного роду грязі (плени), яку необхідно виділити з поверхні металу. Для цього включають електропривід 19, який розкачує індуктор 3 з тиглем 15 з частотою 0,5 - 0,3 Гц на кут ± 10-15°, що забезпечує скупчення грязі на відносно холодних стінках тигля. Контроль ступеня очищення поверхні рідкого металу виконує оператор візуально. При наявності чистого дзеркала рідкого металу, включають привід 19 в режим «зливання» і метал зливають в форму, наприклад, для точного лиття лопаток турбін. Оскільки в процесі коливання індуктора конденсатори 2 батареї конденсаторів, які жорстко з'єднані конструктивним елементом з індуктором 3, також коливаються, то це сприяє їх охолодженню набігаючим потоком повітря, що не потребує додаткового їх охолодження. Таким чином, в поворотній вакуумноіндукційній плавильній установці забезпечується зменшення енерговитрат на 37 %, а також надійність її збільшується більш ніж на 30 %, при цьому одержуємо якісний метал, який забезпечить точне лиття, наприклад лопаток для турбін. 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 59977 8 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601