Кріогенний імпульсний електромеханічний перетворювач індукційного типу

УКРАЇНА UA 01)2967 аз) U (51) 7 B65G65/40, В06В1/04 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54) КРІОГЕННИЙ ІМПУЛЬСНИЙ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ІНДУКЦІЙНОГО ТИПУ 1 (21) 2004010332 (22)16 012004 *' (24) 15 09 2004 (46) 15 09 2004, Бюл № 9, 2004 р (72) Болюх Володимир Федорович Болюх Олена Генадіївна (73) Болюх Володимир Федорович (57) 1 Кріогенний імпульсний електромеханічний перетворювач індукційного типу, який містить коаксіально розташовані обмотку збудження дискової форми, що підключена до джерела імпульсного струму, діелектричний корпус, виконаний із електропровідного матеріалу у формі плоского диска, і з'єднаний з ударним елементом якір, який розташований між обмоткою збудження і поверхнею очищуваного обладнання, виконаний із електропровідного матеріалу у вигляді тонкого диска короткозамкнений виток, розташований суміжно торцевої поверхні обмотки збудження, віддаленої від поверхні очищуваного обладнання, і з'єднаний з діелектричним корпусом, аксіальний центральний канал для холодоагента і напрямний стержень який відрізняється тим, що обмотка збудження відносно діелектричного корпусу виконаного у вигляді кріостата з центральним отвором на дисковій стінці для ударного наконечника, встановлена з можливістю аксіального переміщення по центральному напрямному стержню, виконаному з аксіальним центральним каналом для кріогенного холодоагента, до ударного елемента, виконаного у вигляді теплоізоляційного диска із зовнішньою обичайкою через теплоізоляційні опори приєднано ударний наконечник, дискова стінка кріостата з центральним отвором з'єднана з протилежною дисковою упорною стінкою кріостата, до якої приєднано короткозамкнений виток, за допомогою ряду упорядковано розташованих напрямних упорних стержнів, що проходять через напрямні отвори у ЗОВНІШНІЙ обичайці ударного елемента, а внутрішня поверхня обичайки герметично з'єднана з дисковою упорною стінкою кріостата коаксіально встановленим гнучким сильфоном, причому між дисковою стінкою кріостата з центральним отвором і обичайкою на напрямних упорних стержнях встановлені зворотні пружини, а на кінцях упорних стержнів зовні цієї стінки кріостата прикріплені опори, що контактують з поверхнею очищуваного обладнання 2 Кріогенний імпульсний електромеханічний перетворювач індукційного типу за п 1, який відрізняється тим, що суміжно з торцевими сторонами короткозамкненого витка і якоря розташовані опорні прокладки, виконані у вигляді тонких пористих Корисна модель відноситься до технологічних устроїв ударної дії, які призначені для розвантаження ємностей із сипучими вантажами, для відділення примерзлого вантажу від стінок ємностей для очищення внутрішніх поверхонь технологічного обладнання від забруднень продуктами, які здатні до налипання, від налиплих матеріалів і ін Відомий імпульсний електромеханічний перетворювач, який містить розташовані в корпусі плоский індуктор і виводи для з'єднання з джерелом електричних імпульсів а також розташований з боку робочої поверхні індуктора якір (сило передаючий елемент) із електропровідного матеріалу, який виконаний складеним із плоских елементів і замкнений у гнучку оболонку [1] При цьому плоскі елементи якоря можуть бути виконані у вигляді концентричних кілець паралельних або радіальне розташованих смуг Однак така конструкція має низьку ефективність за рахунок, того, що якір виконаний не су дисків із ІЗОЛЯЦІЙНОГО матеріалу 3 Кріогенний імпульсний електромеханічний перетворювач індукційного типу за п 1, який відрізняється тим, що зовнішня обичайка ударного елемента охоплює якір із зовнішньої бокової сторони 4 Кріогенний імпульсний електромеханічний перетворювач індукційного типу за п 1, який відрізняється тим, що струмопідводи обмотки збудження, що розміщені у кріостаті, виконані пружними 5 Кріогенний імпульсний електромеханічний перетворювач індукційного типу за п 1, який відрізняється тим, що як кріогенний холодоагент використовується рідкий азот 2967 цільним, а складеним з не електропровідними зазорами між плоскими електропровідними елементами. Внасл'док цього ВИЇ-РОВІ струми, які індуковані в якорі, мають зменшену амплітуду, а значить і електродинамічна сила уїж індуктором і якорем недостатньо висока. Крім т т о , складена конструкція обумовлює знижену МІ -.анічну надійність якоря, -а значить і всього пере- еорювача. Є відомім пристрій для розвантаження ємності, який містіть плоску обмотку збудження, розташовану в діелектричному KCDnyci, на якому встановлені упоги, що регулісоться і забезпечують зазор між корпусом і стінксю ємності з примерзлим сипучим ва тажем [2] Ударник цього пристрою виконаний у ьигляді шайби, що метається, із електропровідно матеріалу, встановлений над обмоткою збуджена і зв'язаний з зворотно-фіксуючим механізмом До ударнике прикріплена накладка з ребрами, пг-ямому форма накладки в плані визначається фо: -.-ІОЮ поверхы. ц о обробляється, та її жорсткістю Однак ефективність цього пристрою є невисокою внаслідок того, що виконаний у вигляді шайби ударник і плоска обмотка збудження мають відносно невелике значення взаємної індуктивності. Внаслідок цього в ударнику індукується недостатньо високий струм, а значить і розвивається незначна електродинамічна сила між обмоткою збудження і ударником. Відома також магнітночмпульсна установка для руйнування зводів і очистки технологічного обладнання від налиплих матеріалів, яка містить індуктор, виконаний у вигляді плоскої обмотки збудження з діелектричним корпусом, яка підключається до джерела імпульсного струму, і розташований МІ-Ц індуктором і поверхнею обладнання, яка очищується, якір, виконаний із матеріалу з високою електропровідністю і коаксіально встановлений з обмоткою індуктора [3] Якір цієї установки виконаний у формі плоского диска, торцева поверхня якого прилягає до торцевої поверхні обмотки індуктора, з внутрішньою обичайкою, розташованою всередині обмотки індуктора так, що зовнішня бокова поверхня обичайки контактує з частиною внутрішньої бокової поверхні обмотки збудження В цьом/ пристрої" за рахунок наявності внутрішньої обичайки в дисковому якорі забезпечується поліпшений магнітний зв'язок між якорем і обмоткою індуктора, внаслідок чого зростає електродинамічна взаємодія між ними, а значить і силова дія на поверхню обладнання, що очищується. Однак його ефективність також недостатньо висока. Це пов'язано з і и м , що взаємна індуктивність між оомоткою індуктора і якорем, а значить і їх силова взаємодія все ж таки є недостатньо високими. Крім того, в цьому устрої є проблематичним формування значної амплітуди електродинамічної сили без підвищення параметрів джерела імпульсного струму ОСКІЛЬКИ обмотка індуктора охоплена діелектричним корпусом, то ефективність її охолодження низька Із-за температурних обмежень обмотки знижен* і струмові навантаження, а значить сила ударх і частота слідування струмових імпульсів, тобто продуктивність установки. 4 Найбільш близьким по технічній суті до корисної моделі, що заявляється, є індукційнодинамічний технологічний пристрій, який містить індуктор, виконаний у вигляді дискової' обмотки збудження з діелектричним корпусом, яка підключається до джерела імпульсного струму, І розташований між індуктором і поверхнею обладнання, що очищується, якір, виконаний із електропровідного матеріалу у вигляді плоского диску з внутрішньою обичайкою, розташованою всередині обмотки індуктора так, що зовнішня бокова поверхня обичайки обернена до частини внутрішньої бокової поверхні обмотки [4]. Обмотка збудження індуктора виконана у вигляді двох електричне послідовно з'єднаних згідно з магнітним полем секцій, розділених аксіальним зазором з радіальними канапами для охолодження так, що обернена до поверхні обладнання, що очищується, секція обмотки охоплена циліндричними обичайками якоря, причому внутрішня бокова поверхня зовнішньої обичайки обернена до зовнішньої бокової поверхні секції обмотки, а суміжне торцевої поверхні другої секції обмотки, віддаленої від поверхні обладнання, що очищується, коаксіально обмотці збудження і якорю розташований короткозамкнений виток, виконаний із електропровідного матеріалу у вигляді тонкого диску. В діелектричному корпусі індуктора виконані аксіальні центральний і упорядковано розташовані зовнішні канали для охолодження, які з'єднані радіальними каналами. Всередині центрального аксіального каналу коаксіально розташований направляючий стержень, з'єднуючий якір із зворотнім механізмом. Радіальні каналі для охолодження утворені за допомогою опорних упорядковано розташованих і радіальне направлених стержнів прямокутного перерізу, розташованих в аксіальному зазорі між секціями обмотки збудження. В пристрої-прототипі зовнішня обичайка якоря дозволяє збільшити силову взаємодію між обмоткою збудження індуктора і якорем за рахунок покращення магнітної взаємодії між ними Короткозамкнений виток за рахунок Індукційної взаємодії призводить до підвищення амплітуди струму обмотки збудження А наявність аксіального зазору між секціями обмотки збудження індуктора дозволяє використовувати його в якості радіальних каналів для охолодження З'єднання радіальних каналів з аксіальними утворює шлях для циркуляції холодоагенту всередині індукційно-динамічного пристрою, сприяючи охолодженню обмотки збудження. Однак коефіцієнт корисної дії пристроюпрототилу, розрахований як відношення кінетичної енергії удару до енергії джерела живлення, є досить малим через значні втрати потужності у обмотці збудження, якорю і короткозамкненому виткі, а також через невелике значення кінетичної енергії, яку розвиває якір. Внаслідок цього ефективність індукційно-динамічного технологічного пристрою при розвантаженні ємностей із сипучими вантажами, при відділенні примерзлого вантажу від стінок ємностей, при очищенні внутрішніх поверхонь технологічного обладнання від забруднень продуктами, які здатні до налипання недо 2967 статньо висока. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності індукційно-динамічного технологічного пристрою за рахунок збільшення кінетичної' енергії" і зменшення витрат потужності. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в індукційно-динамічному технологічному пристрої, що містить коаксіально розташовані обмотку збудження дискової" форми, що підключається до джерела імпульсного струму, діелектричний корпус, виконаний із електропровідного матеріалу у формі плоского диску і з'єднаний з ударним елементом якір, який розташований між обмоткою збудження і поверхнею обладнання, що очищується, виконаний із електропровідного матеріалу у вигляді тонкого диска короткозамкнений виток, розташований суміжне торцевої поверхні обмотки збудження, віддаленої від поверхні обладнання, що очищується, і з'єднаний з діелектричним корпусом, аксіальний центральний канал для холодоагенту і напрямний стержень, відповідно до корисної моделі, що пропонується, обмотка збудження відносно діелектричного корпусу, виконаного у вигляді кріостата з центральним отвором на дисковій стінці для ударного наконечника, встановлена з можливістю аксиального переміщення по центральному напрямному стержню, виконаному з аксіальним центральним каналом для кріогенного холодоагенту, до ударного елементу, виконаного у вигляді теплоізоляційного диску із зовнішнього обичайкою, через теплоізоляційні опори приєднано ударний наконечник, дискова стінка кріостату з центральним отвором з'єднана з протилежного дисковою упорною стінкою кріостата, до якої приєднано короткозамкнений виток, за допомогою ряду упорядковано розташованих напрямних упорних стержнів, що проходять через напрямні отвори у зовнішній обичайці ударного елемента, а внутрішня поверхня обичайки герметично з'єднана з дисковою упорною стінкою кріостату коаксіально встановленим гнучким сильфоном, причому між дисковою стінкою кріостата з центральним отвором і обичайкою на напрямних упорних стержнях встановлені зворотні пружини, а на кінцях упорних стержнів зовні цієї стінки кріостату прикріплені опори, що контактують з поверхнею обладнання, що очищується. Крім того, суміжно з торцевими сторонами короткозамкненого витка і якоря розташовані опорні прокладки, виконані у вигляді тонких пористих дисків із ізоляційного матеріалу. Крім того, зовнішня обичайка ударного елементу охоплює якір із зовнішньої бокової сторони. Крім того, струмопідводи обмотки збудження, що розміщені у кріостаті, виконані пружними. Крім того, в якості кріогенного холодоагента використовується рідкий азот. Поставлена задача по підвищенню ефективності індукційно-динамічного технологічного пристрою за рахунок збільшення кінетичної" енергії і зменшення витрат потужності досягається за рахунок таких факторів: При підключенні обмотки збудження до джерела імпульсного струму в якорі і короткозамкненому витку індукуються струми протилежного напрямку. Внаслідок цього між короткозамкненим витком і обмоткою, а також між якорем і обмоткою виникають електродинамічні сили відштовхування, що призводять до їх взаємного переміщення у бік поверхні обладнання, що очищується. Тобто рухома обмотка збудження придає додаткову кінетичну енергію для якоря. Зменшення витрат потужності відбувається за рахунок використання кріогенного холодоагента, а саме рідкого азоту - безпечного, дешевого холодоагента, який має гарні діелектричні властивості і дозволяє багаторазово зменшити опір обмотки, якоря і короткозамкненого витка. За рахунок цього також відбувається збільшення амплітуди струмів у цих елементах, що призводить до підвищення електродинамічних сил і кінетичної енергії". Виконання діелектричного корпусу у вигляді кріостата дозволяє тепло ізолювати кріогенний холодоагент від навколишнього середовища і зменшити його нераціональні витрати. Центральний напрямний стержень одночасно виконує функції елемента, по якому відбувається переміщення обмотки збудження в одному - аксіальному напрямку, а також забезпечує подачу кріогенного холодоагента у кріостат. Виконання ударного елемента у вигляді теплоізоляційного диску із зовнішньою обичайкою і наявність теплоізоляційних опор дозволяє зменшити витрати кріогенного холодоагента і виконати ударний наконечник традиційним - металевим з температурою навколишнього середовища. Зовнішня обичайка ударного елемента забезпечує аксіальний рух цього диска і якоря за допомогою ряду упорядковано розташованих напрямних упорних стержнів, що проходять через напрямні отвори в обичайці. За рахунок того, що зовнішня обичайка охоплює якір Із зовнішньої" бокової сторони, аксіальні габарити кріостата не збільшується. Гнучкий сильфон, який герметично з'єднує внутрішню поверхню обичайки з дисковою упорною стінкою кріостата, забезпечує протікання кріогенного холодоагенту тільки у порожнині кріостата з обмоткою, якорем і короткозамкненим витком навіть при аксіальних переміщеннях якоря. Напрямні упорні стержні забезпечують механічну міцність кріостата, фіксуючи між собою дискові стінки кріостата. За допомогою встановлених на цих стержнях зворотних пружин відбувається фіксація обмотки, якоря і короткозамкненаго витка між собою на початку роботи і повернення у початковий стан після робочого циклу. А прикріплені на кінцях упорних стержнів опори, які контактують з поверхнею обладнання, що очищується, забезпечують початковий стан електромеханічного перетворювача відносно поверхні обладнання, а також механічно утримують елементи на упорних стержнях і розвантажують стінки кріостата, що дозволяє виконувати їх легкими, а кріостат- надійним. Наявність опорних прокладок, виконаних у вигляді тонких пористих дисків із ізоляційного матеріалу між торцевими сторонами короткозамкненого витка і якоря, забезпечує проходження кріогенного холодоагента, тобто гарне охолодження, і гарантує електричну ізоляцію обмотки збудження, якоря і короткозамкненого витка Виконання пружними струмопроводів обмотки 2967 8 ків із ізоляційного матеріалу. Струмопідводи 23 збудження, що розміщені у кріостаті, забезпечує обмотки збудження 1, що розміщені у кріостаті, обмотці гарантоване підключення до джерела живиконані пружними. влення при її аксіальному переміщенні при роботі електромеханічного перетворювача. Для виходу кріогенного хладагента з кріостата використовується вихідний патрубок 24. На фіг.1 показана конструкція кріогенного імЗалишки продуктів 25, що налипли до поверхні пульсного електромеханічного перетворювача обладнання 7, потребують відділення. індукційного типу у початковому стані; Кріостат 3 виконаний, наприклад, з міцного піна фіг.2 - конструкція кріогенного імпульсного нопласту, покритого тонким листом слабопровіделектромеханічного перетворювача індукційного ної нержавіючої' сталі. Ударний елемент б, теплотипу при здійсненні робочого циклу; ізоляційні опори 16, упорна стінка 8 кріостата З на фіг.З - схема циркуляції кріогенного холовиконані, наприклад, з міцного стеклотекстоліту. доагенту (показаний стрілками) у кріогенному імЦентральний напрямний стержень 12 виконаний із пульсному електромеханічному перетворювачі феромагнітного матеріалу з полірованою зовнішіндукційного типу (без опорних пористих ізоляційньою поверхнею. Такий феромагнітний елемент них прокладок). посилює магнітний зв'язок між обмоткою збудженКріогенний імпульсний електромеханічний пеня 1 і короткозамкненим витком 5, забезпечуючи ретворювач індукційного типу, складається із коакзбільшення кінетичної енергії обмотки 1, а значить сіально розташованих обмотки збудження 1 дисІ якоря 4. кової форми, що підключається до джерела імпульсного струму 2, діелектричного корпусу З, Обмотка збудження 1 намотана з мідного проякоря 4 і короткозамкненого витка 5. воду, якір 4 виконаний з легкого алюмінієвого сплаву, а короткозамкнений виток 5 - із міді. Якір 4 виконаний із електропровідного матеріКріогенний імпульсний електромеханічний пеалу у формі плоского диска І з'єднаний з ударним ретворювач індукційного типу працює наступним елементом 6. Короткозамкнений виток 5 виконачином. ний із електропровідного матеріалу у вигляді тонкого диска. Він розташований суміжно торцевої У початковому стані електромеханічний переповерхні обмотки збудження 1, віддаленої від потворювач притискується до поверхні обладнання верхні обладнання 7, що очищується, і з'єднаний з 7, що очищується, за допомогою опор 21. Зворотні дисковою упорною стінкою 8 діелектричного корпружини 20 притискують ударний елемент 6 у напусу 3. Цей корпус 3 виконаний у вигляді кріостата прямку, протилежному осі z. При цьому дискова з центральним отвором 9 на дисковій стінці 10 для частина 6а ударного елемента 6 через опорну ударного наконечника 11. пористу ізоляційну прокладку 22 притискує якір 4 до обмотки збудження 1, а саму обмотку 1 - до Обмотка збудження 1 відносно корпуса З короткозамкненого витка 5 через прокладку 22 встановлена з можливістю аксіального перемі(фіг.1) щення у напрямку осі z по центральному напрямному стержню 12 за допомогою ПІДШИПНИКІВ ковЧерез стержень 12, виконаний з аксіальним зання 13, що встановлені на її каркасі 14. центральним каналом 15 подається кріогенний Стержень 12 виконаний з аксіальним центральним холодоагент (на фіг.З показаний стрілками) - рідканалом 15 для кріогенного холодоагента. В якості кий азот, у кріостат 3. Цей холодоагент проходить кріогенного холодоагента використовується рідкий в радіальному напрямку з центра до периферії азот. через пористі ІЗОЛЯЦІЙНІ прокладки 22, які розташовані між якорем 4 і дисковою частиною 6а ударДо ударного елемента 6, виконаного у вигляді ного елемента 6, а також між якорем 4 і обмоткою теплоізоляційного диску 6а із зовнішньою обичайзбудження 1. Потім цей холодоагент проходить у кою 66, через теплоізоляційні опори 16 приєднано зворотному напрямку з периферії до центру через ударний наконечник 11. Зовнішня обичайка 66 пористі прокладки 22, які розташовані між обмотударного елементу 6 охоплює якір 4 із зовнішньої кою збудження 1 і короткозамкненим витком 5, а бокової сторони. Дискова стінка 10 кріостата 3 з також між витком 5 і упорною стінкою 8 кріостата центральним отвором 9 з'єднана з протилежною 3. Вихід холодоагенту з кріостата 3 відбувається дисковою упорною стінкою 8 за допомогою ряда через вихідний патрубок 24 (фіг.З). упорядковано розташованих напрямних упорних стержнів 17. Стержні 17 проходять через напрямні При цьому відбувається охолодження кріогенотвори 18 у зовнішній обичайці 66 ударного еленим холодоагентом обмотки 1, якоря 4 і витка 5 і їх мента 6. опір багаторазово падає. Рідкий азот додатково підвищує ІЗОЛЯЦІЙНІ властивості обмотки 1, якоря 4 Внутрішня поверхня обичайки 66 герметично І витка 5. з'єднана з дисковою упорною стінкою 8 кріостата З коаксіально встановленим гнучким сильфоном 19. При підключенні обмотки збудження 1 до джеМіж ДИСКОВОЮ СТІНКОЮ 10 кріостата 3 з центральрела імпульсного струму 2, магнітне поле, що збуним отвором 9 і обичайкою 66 ударного елементу джується, індукує струм в електропровідному якорі 6 на напрямних упорних стержнях 17 встановлені 4 і в короткозамкненому витку 5. Внаслідок цього зворотні пружини 20. На кінцях упорних стержнів між обмоткою 1 і витком 5 виникає імпульсна елек17 зовні стінки 10 кріостату 3 прикріплені опори 21, тродинамічна сила відштовхування, яка забезпещо контактують з поверхнею обладнання 7, що чує переміщення обмотки 1 відносно витка 5 і кріоочищується. стата 3 уздовж осі z по центральному напрямному стержню 12 за допомогою підшипників ковзання Суміжне з торцевими сторонами короткозамк13, що встановлені на її каркасі 14. неного витка 5 і якоря 4 розташовані опорні прокладки 22, виконані у вигляді тонких пористих дисОскільки МІЖ якорем 4 і рухомою обмоткою 2967 збудження 1 також виникає імпульсна електродинамічна сила відштовхування, то переміщення якоря з ударним елементом 6, ізоляційними опорами 16 І ударним наконечником 11 здійснюється з підвищеною кінетичною енергією у напрямку осі z. При цьому відбувається удар наконечником 11 по поверхні обладнання 7, за рахунок чого відбувається її очищення від залишків продуктів 25. При ударі зворотні пружини 20 стискаються, а пружні струмопідводи 23 обмотки збудження 1, що розміщені у кріостаті, розтискаються (фіг.2). Через зниження опорів обмотки 1, якоря 4 і витка 5 втрати потужності в них зменшуються, а величини струмів збільшуються. Збільшення струмів призводить до підвищення електродинамічних сил, а значить і кінетичної' енергії електромеханічного перетворювача. При загасанні імпульсних струмів в обмотці 1, в якорі 4 і а короткозамкненому витку 5, електродинамічна сила зникає. При цьому зворотні пружини 20 розтискаються, повертаючи наконечник 11,з ударним елементом 6, якір 4 і обмотку збудження 1 у початковий стан. Пружні струмопідводи 10 23 обмотки 1 стискаються. Пропонуємий кріогенний імпульсний електромеханічний перетворювач індукційного типу характеризується високою ефективністю, надійністю і значним ресурсом роботи при великих імпульсних електродинамічних навантаженнях. Джерела інформації: 1. Патент РФ №2018377, МКИ В06В1/04. Преобразователь электрических импульсов в механические.-Опубл. 30.08.94г., Бюл. №16. 2. А.с. СССР №796132, МКИ B65G65/40. Устройство для разгрузки емкости, - Опубл. 15.01 81г., Бюл. №2. 3 Тютькин В,А. Магнитно-импульсный способ разрушения сводов и очистки технологического оборудования от налипших материалов // Электротехника. -2002. - № 1 1 . - с.24-28 4. Патент України №62623, МКИ B65G65/40, В06В1/04 Індукційно-динамічний технологічний пристрій. - Заявка №2003043468. Заявлено 17 04.2003 р. - Рішення про видачу патента В-7 від 05.09.2003р. (прототип). \ I \\ 21 10 бе U 7 25 9 14 13 16 Комп'ютерна верстка О.Ярославцева 12 7 11 6а 25 21 Підписне Тираж 33 прим Міністерство освіти і науки Укра'їни Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м. Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601