Заглибний електротепломеханічний перетворювач

Реферат: Заглибний електротепломеханічний перетворювач містить лопатевий перемішувальний вузол, встановлений в підшипниках і виконаний у вигляді масивного порожнистого циліндра з лопатями на зовнішній поверхні, нижній торець якого заглушено за допомогою масивного кільця з лопатями, додатковий порожнистий циліндр, розташований всередині масивного порожнистого циліндра, вагонесучі стрижні і нагрівальний пристрій, встановлений в кільцевій порожнині між циліндрами і виконаний у вигляді порожнистого циліндричного магнітопроводу з пазами на зовнішній та внутрішній поверхнях і додаткових торцевих магнітопроводів з пазами, в які укладена кільцева обмотка, з'єднана з джерелом змінного струму. Робочі проміжки перетворювача заповнено магнітною рідиною. Верхній торець масивного порожнистого циліндра заглушено за допомогою додаткового масивного кільця з лопатями. Порожнистий циліндричний магнітопровід жорстко закріплений на зовнішній поверхні додаткового порожнистого циліндра. Лопатевий перемішувальний вузол додатково забезпечений маточиною з крізними отворами, вагонесучою віссю, порожнистою віссю з лопатями і відцентровим колесом, напірною камерою, жорстко з'єднаною з верхнім торцем додаткового порожнистого циліндра, вагонесучими стрижнями і вагонесучою віссю. Маточина жорстко з'єднана з нижнім торцем порожнистої осі і додатковим масивним кільцем. Всередині рухомих з'єднань додаткового порожнистого циліндра з додатковим масивним кільцем і з маточиною встановлені магніторідинні герметизатори, що містять постійні магніти, полюсні приставки з концентраторами, які жорстко закріплені на немагнітних втулках. UA 95853 U (54) ЗАГЛИБНИЙ ЕЛЕКТРОТЕПЛОМЕХАНІЧНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ UA 95853 U UA 95853 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузей промисловості, зв'язаних з видобуванням, транспортуванням, переробкою та використанням легкоплавких матеріалів, які за атмосферних температур перебувають б у твердому стані або мають високу в'язкість. Найбільш близьким за технічною суттю є заглибний електротепломеханічний перетворювач, що містить лопатевий перемішувальний вузол, встановлений в підшипниках і виконаний у вигляді масивного порожнистого циліндра з лопатями на зовнішній поверхні, нижній торець якого заглушено за допомогою масивного кільця з лопатями, додатковий порожнистий циліндр, розташований всередині масивного порожнистого циліндра, вагонесучі стрижні і нагрівальний пристрій, встановлений в кільцевій порожнині між циліндрами і виконаний у вигляді порожнистого циліндричного магнітопроводу з пазами на зовнішній та внутрішніх поверхнях і додаткових торцевих магнітопроводів в пазами, в які укладена кільцева обмотка, з'єднана з джерелом змінного струму (Патент України на корисну модель № 37505 кл. Н 05 В 6/10. 2008, Бюл. № 22). Недоліком вказаного заглибного електротепломеханічного перетворювача є низький коефіцієнт потужності і тепловий ККД внаслідок значних за кількості і величиною повітряних проміжків між циліндричним та торцевими магнітопроводами і масивними порожнистими циліндрами лопатевого перемішувального вузла, низький гідравлічний напір і недостатній рівень забезпечення реологічних властивостей рідини внаслідок малої площі нерухомої частини гідравлічного каналу, а також недостатній рівень забезпечення ущільнень від проникнення рідини, що переробляється, і низька надійність роботи підшипникових вузлів внаслідок значної кількості рухомих з'єднань. Технічною задачею корисної моделі є створення заглибного електротепломеханічного перетворювача, в якому завдяки наявності додаткового масивного кільця з лопатями у верхньому торці масивного порожнистого циліндра з лопатями, нерухомому з'єднанню додаткового порожнистого циліндра з порожнистим циліндричним магнітопроводом, наявності магнітної рідини у робочих проміжках між порожнистим циліндричним, додатковими торцевими магнітопроводами і масивним порожнистим циліндром, верхнім і нижнім масивними кільцями, торцевих магніторідинних герметизаторів, новому виконанню лопатевого перемішувального вузла досягається підвищення коефіцієнта потужності, теплового ККД, гідравлічного напору і забезпечення реологічних властивостей при дозованому відборі матеріалу, підвищення надійності роботи ущільнень і підшипникових вузлів. Поставлена задача вирішується тим, що в заглибному електротепломеханічному перетворювачі, що містить лопатевий перемішувальний вузол, встановлений в підшипниках і виконаний у вигляді масивного порожнистого циліндра з лопатями на зовнішній поверхні, нижній торець якого заглушено за допомогою масивного кільця з лопатями, додатковий порожнистий циліндр, розташований всередині масивного порожнистого циліндра, вагонесучі стрижні і нагрівальний пристрій, встановлений в кільцевій порожнині між циліндрами і виконаний у вигляді порожнистого циліндричного магнітопроводу з пазами на зовнішній та внутрішніх поверхнях і додаткових торцевих магнітопроводів з пазами, в які укладена кільцева обмотка, з'єднана з джерелом змінного струму, згідно з корисною моделлю, робочі проміжки перетворювача заповнено магнітною рідиною, верхній торець масивного порожнистого циліндра заглушено за допомогою додаткового масивного кільця з лопатями, порожнистий циліндричний магнітопровід жорстко закріплений на зовнішній поверхні додаткового порожнистого циліндра, лопатевий перемішувальний вузол додатково забезпечений маточиною з крізними отворами, вагонесучою віссю, порожнистою віссю з лопатями і відцентровим колесом, напірною камерою, жорстко з'єднаною з верхнім торцем додаткового порожнистого циліндра, вагонесучими стрижнями і вагонесучою віссю, при цьому маточина жорстко з'єднана з нижнім торцем порожнистої осі і масивним кільцем, всередині рухомих з'єднань додаткового порожнистого циліндра з додатковим масивним кільцем і з маточиною встановлені магніторідинні герметизатори, що містять постійні магніти, полюсні приставки з концентраторами, які жорстко закріплені на немагнітних втулках. На кресленні схематично зображені: повздовжній розріз заглибного електротепломеханічного перетворювача - Фіг. 1; конструкція магнітної системи магніторідинного герметизатора - Фіг. 2. Заглибний електротепломеханічний перетворювач складається з нагрівального пристрою 1 у вигляді порожнистого циліндричного магнітопроводу 2, який має пази 3 на внутрішній і пази 4 на зовнішній поверхнях, двох торцевих магнітопроводів 5, 6 з пазами 7, кільцевою обмоткою 8, лопатевого перемішувального вузла 9 у вигляді масивного порожнистого циліндра 10 з лопатями 11, додаткового порожнистого циліндра 12, верхнього додаткового масивного кільця 13 з лопатями 14, нижнього масивного кільця 15 з лопатями 16, маточини 17 з крізними 1 UA 95853 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 отворами 18, порожнистої вісі 19 з лопатями 20 і відцентровим колесом 21, напорної камери 22 з напірним патрубком 23 і вагонесучих стрижнів 24. Перемішувальний вузол 9 встановлений на вагонесучій осі 25 у підшипниках 26, 27. Робочі проміжки 28, 29, 30 перетворювача заповнені магнітною рідиною 31 і сполучаються з резервуаром 32 магнітної рідини. Всередині рухомих з'єднань додаткового порожнистого циліндра з додатковим масивним кільцем і маточиною встановлені магніторідинні герметизатори 33 у вигляді немагнітної втулки 34, постійних магнітів 35, полюсних приставок 36 з концентраторами 37. Заглибний електротепломеханічний перетворювач працює таким чином. Перетворювач, який закріплено на завантажувальному пристрої (не показаний) за допомогою вагонесучих стрижнів 24, знаходиться у залізничній цистерні або резервуарі з застиглим легкоплавким матеріалом. При підключенні до джерела змінного струму кільцева обмотка 8 створює обертові магнітні поля у трьох робочих проміжках 28, 29, 30, а також в масиві додаткового порожнистого циліндра 12, що скріплений з порожнистим циліндричним магнітопроводом 2. Обертові магнітні поля збуджують в масивах порожнистого циліндра 10, додаткового порожнистого циліндра 12, верхнього і нижнього масивних кілець 13, 15 вихрові струми. Оскільки в'язкість застиглого матеріалу велика, лопатевий перемішувальний вузол 9 знаходиться в нерухомому стані і вся електромагнітна енергія перетворюється в теплову енергію, яка виділяється в елементах лопатевого перемішувального вузла і призводить до розігріву і плавлення матеріалу, що оточує перетворювач. При цьому в'язкість матеріалу знижується і лопатевий перемішувальний вузол 9 під дією електромагнітного моменту, створеного взаємодією вихрових струмів і обертових магнітних полів, починає обертатись з поступовим збільшенням частоти обертання, перемішуючи матеріал лопатями, і створює умови інтенсивного теплообміну між перемішуючим вузлом і різними шарами матеріалу. Лопаті 11, 14, 16, 20 створюють нагнітальний ефект і подають рідкий матеріал уздовж центральної порожнини додаткового порожнистого циліндра 12 у напірну камеру 22, де за рахунок обертання відцентрового колеса 21 створюється необхідний гідравлічний напір рідкого матеріалу і він через напірний патрубок 23 подається далі по трубопроводу в місткість для дозованого відпору матеріалу (не показані). При цьому температура і, відповідно, реологічні властивості матеріалу, який перемішується, не знижуються завдяки постійному тепловому потоку зі стінок циліндра 12, інтенсивність якого забезпечена тим, що вихрові струми в нерухомому циліндрі 12 мають промислову частоту (ƒ=50 Гц). У випадку розміщення заглибного електротепломеханічного перетворювача у порожнині залізничної цистерни, рідкий нагрітий матеріал через напірний патрубок 23 подається до розподільного механізму (не показаний), який розкидає нагрітий матеріал в цистерні, забезпечуючи інтенсивний теплообмін з його поверхневим шаром. Наявність магнітної рідини з магнітною проникністю, що перевищую на порядок магнітну проникність повітря, зменшує магнітний опір для магнітного обертового потоку і сприяє зменшенню струму намагнічування і реактивної потужності, що споживається з електричної мережі, тобто збільшенню коефіцієнта потужності заглибного електротепломеханічного перетворювача. Одночасно магнітна рідина під дією обертового магнітного поля створює в проміжках 28, 29, 30 ущільнені шари, які перешкоджають проникненню рідинного матеріалу, що переробляється. Крім того, за рахунок демпферного ефекту магнітної рідини, знижуються радіальні навантаження на підшипники 26, 27, а також зменшуються коливання рухомих частин, які спричинені ексцентриситетом між магнітопроводом 2 та порожнистим циліндром 10, при цьому кількість підшипникових вузлів у порівнянні з аналогом зменшується. Після відключення електротепломеханічного перетворювача від мережі функція герметичного ущільнення виконується магніторідинними герметизаторами 33. Кільцевий постійний магніт 35 має аксіальну намагніченість. До полюсів магніту дотичні полюсні приставки 36, які виконані з магнітом'якого матеріалу і утворюють з ділянкою додаткового порожнистого циліндра 12 робочий проміжок 8. На поверхнях полюсних приставок 36, що повернуті до циліндра 12, виконані зубці - концентратори 37 магнітного поля, які перетворюють магнітне поле робочого проміжку 5 у різко неоднорідне. Магніторідинний герметизатор закріплено на немагнітну втулку 34. Магнітна рідина, яка розміщена у робочому проміжку, втягується в області з максимальною напруженістю поля, утворюючи між зубцями з концентраторами 37 і поверхнею циліндра 12 герметичні магніторідинні кільця - затвори. Величина робочого проміжку магніторідинного герметизатора складає 0,05-0,15 мм. Періодично при зменшенні об'єму магнітної рідини внаслідок випарювання здійснюється її поповнення в резервуар 32. 2 UA 95853 U 5 10 15 20 25 30 Наявність магнітної рідини, яка має коефіцієнти теплопровідності 0,21 Вт/(м·к), що перевищує теплопровідність повітря в 7 разів, забезпечує більш інтенсивний теплообмін нагрівального пристрою і лопатевого перемішувального вузла через проміжки 28, 29, 30 і, відповідно, теплообмін з матеріалом, що переробляється. При цьому кондуктивна складова теплового потоку через вагонесучі стрижні зменшується. Таким чином, запропонована корисна модель дозволяє підвищити коефіцієнт потужності, тепловий ККД, надійність роботи підшипникових вузлів і ущільнень, а також забезпечити необхідний рівень реологічних властивостей легкоплавкого матеріалу, що переробляється. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Заглибний електротепломеханічний перетворювач, що містить лопатевий перемішувальний вузол, встановлений в підшипниках і виконаний у вигляді масивного порожнистого циліндра з лопатями на зовнішній поверхні, нижній торець якого заглушено за допомогою масивного кільця з лопатями, додатковий порожнистий циліндр, розташований всередині масивного порожнистого циліндра, вагонесучі стрижні і нагрівальний пристрій, встановлений в кільцевій порожнині між циліндрами і виконаний у вигляді порожнистого циліндричного магнітопроводу з пазами на зовнішній та внутрішній поверхнях і додаткових торцевих магнітопроводів з пазами, в які укладена кільцева обмотка, з'єднана з джерелом змінного струму, який відрізняється тим, що робочі проміжки перетворювача заповнено магнітною рідиною, верхній торець масивного порожнистого циліндра заглушено за допомогою додаткового масивного кільця з лопатями, порожнистий циліндричний магнітопровід жорстко закріплений на зовнішній поверхні додаткового порожнистого циліндра, лопатевий перемішувальний вузол додатково забезпечений маточиною з крізними отворами, вагонесучою віссю, порожнистою віссю з лопатями і відцентровим колесом, напірною камерою, жорстко з'єднаною з верхнім торцем додаткового порожнистого циліндра, вагонесучими стрижнями і вагонесучою віссю, при цьому маточина жорстко з'єднана з нижнім торцем порожнистої осі і додатковим масивним кільцем, всередині рухомих з'єднань додаткового порожнистого циліндра з додатковим масивним кільцем і з маточиною встановлені магніторідинні герметизатори, що містять постійні магніти, полюсні приставки з концентраторами, які жорстко закріплені на немагнітних втулках. 3 UA 95853 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4