Охолоджування електромагнітних пристроїв для перемішування

Номер патенту: 81637

Опубліковано: 25.01.2008

Автори: Бейтелман Леонід, Каррен Крістофер П, Сегал Владімір

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб охолоджування електромагнітного пристрою для перемішування, який використовують для перемішування рідких металів та/або металевих сплавів, який відрізняється тим, що в ньому:

використовують збірний вузол, котрий має залізне ярмо з виступними магнітними полюсами і електричними обмотками, встановленими на магнітних полюсах, і котрий розміщений в немагнітних електропровідних корпусах, заповнених діелектричною феромагнітною рідиною, та

приводять у дію електромагнітний пристрій для перемішування, щоб створити магнітне поле з істотними градієнтами густини магнітного потоку в обмотках, котрі створюють магнітний тиск у феромагнітній рідині, якого як мінімум достатньо, аби утворити потік, спрямований від периферії до внутрішньої частини обмотки.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що феромагнітна рідина має діелектричні властивості, які відповідають питомому електричному опору щонайменше в 109Ом . м.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що феромагнітна рідина має намагніченість насичення в інтервалі від 50 до 200 Гаус і температуру Кюрі від 500 °С до 300 °С.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що корпуси виготовляють з немагнітної нержавіючої сталі.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як на внутрішніх, так і на зовнішніх стінках корпуса обмотки виконують канавки, щоб полегшити потік феромагнітної рідини зсередини і охолоджуючої води ззовні корпуса.

6. Спосіб за будь-яким з пп.  1 - 5, який відрізняється тим, що рідким металевим сплавом є сталь.

7. Спосіб охолоджування електромагнітного пристрою для перемішування, який використовують для перемішування рідких металів, який відрізняється тим, що охолоджування електричних обмоток здійснюють за допомогою діелектричної феромагнітної рідини.

8. Електромагнітний пристрій для перемішування, який відрізняється:

циліндричним корпусом (10), що має осьову трубу (14) виливниці для приймання розплавленого металу,

внутрішньою стінкою, що знаходиться на відстані від трубчастої виливниці і визначає канал для потоку охолоджуючої води, електромагнітним збірним вузлом (12) для перемішування, що оточує внутрішню стінку і розміщений на відстані від неї та від зовнішньої стінки, де згаданий збірний вузол для перемішування містить ярмо (24), певну кількість магнітних полюсів (22) і електричні обмотки (18), які встановлені на кожному з магнітних полюсів (22), при цьому згадана певна кількість магнітних полюсів і згадані електричні обмотки, котрі встановлені на магнітних полюсах, розміщені в закритих немагнітних теплопровідних корпусах (20), заповнених діелектричною феромагнітною рідиною,

кільцевою стінкою, що ділить згаданий циліндричний корпус на більшу нижню камеру, в якій розміщені згадані закриті немагнітні теплопровідні корпуси (20), і меншу верхню камеру, причому згадана внутрішня стінка має вхідний отвір до згаданого каналу для потоку охолоджуючої води, який зв'язаний по потоку рідини з нижнім кінцем згаданої нижньої камери, і вихідний отвір із згаданого каналу для потоку охолоджуючої води, який зв'язаний по потоку рідини з верхнім кінцем згаданої верхньої камери,

вхідним отвором (26) для охолоджуючої води, який зв'язаний по потоку рідини з верхнім кінцем згаданої нижньої камери, і вихідним отвором для охолоджуючої води, який зв'язаний по потоку рідини із згаданою верхньою камерою.

9. Електромагнітний пристрій для перемішування за п. 8, який відрізняється тим, що в згаданих корпусах, на їх внутрішній стороні передньої і задньої стінок, передбачені канавки (28), щоб полегшити потік феромагнітної рідини всередині корпусів (20).

Текст

1. Спосіб охолоджування електромагнітного пристрою для перемішування, який використовують для перемішування рідких металів та/або металевих сплавів, який відрізняється тим, що в ньому: використовують збірний вузол, котрий має залізне ярмо з виступними магнітними полюсами і електричними обмотками, встановленими на магнітних полюсах, і котрий розміщений в немагнітних електропровідних корпусах, заповнених діелектричною феромагнітною рідиною, та приводять у дію електромагнітний пристрій для перемішування, щоб створити магнітне поле з істотними градієнтами густини магнітного потоку в обмотках, котрі створюють магнітний тиск у феромагнітній рідині, якого як мінімум достатньо, аби утворити потік, спрямований від периферії до внутрішньої частини обмотки. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що феромагнітна рідина має діелектричні властивості, які відповідають питомому електричному опору щонайменше в 109Ом . м. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що феромагнітна рідина має намагніченість насичення в інтервалі від 50 до 200 Гаус і температуру Кюрі від 500 °С до 300 °С. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що корпуси виготовляють з немагнітної нержавіючої сталі. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як на внутрішніх, так і на зовнішніх стінках корпуса 2 (19) 1 3 81637 4 9. Електромагнітний пристрій для перемішування задньої стінок, передбачені канавки (28), щоб за п. 8, який відрізняється тим, що в згаданих полегшити потік феромагнітної рідини всередині корпусах, на їх внутрішній стороні передньої і корпусів (20). Даний винахід загалом стосується електромагнітних пристроїв, які створюють магнітні поля із значним просторовим градієнтом, а конкретніше, систем охолоджування електромагнітних пристроїв для перемішування, що використовуються для перемішування рідких металів. Загалом, обмотки електромагнітних пристроїв з порівняно великою потужністю на вході охолоджуються такими рідинами, як олії або вода, котрі видаляють тепло, що виділяється в обмотках за рахунок омічних втрат. В основі механізму видалення тепла з обмоток таких пристроїв лежить або конвекція тепла, або вимушена течія рідини. Останній варіант використано для охолоджування електромагнітних пристроїв для перемішування, (далі скорочено EMS), які широко використовуються в промисловості обробки металів. Ці пристрої для перемішування охолоджуються водою, що подається під тиском або від виділеного джерела, або від системи охолоджування виливниці. Згідно із найчастіше використовуваним методом, потік охолоджуючої води заповнює простір, що оточує обмотки перемішувача, і забирає тепло від зовнішніх частин окремих дротинок витків обмоток. На Фігурах 1 і 2 показано варіант здійснення такої системи охолодження, яка зазвичай використовується в EMS для безперервного лиття сталевих заготовок і крупних квадратних заготовок. EMS 7 розміщується всередині вузла 1 виливниці для безперервного лиття, котрий містить вертикальну виливницю 2, в яку приймають розплавлений метал 4 і яка оточена пристроєм для перемішування 7. Потік 3 води входить в обмотки 5 EMS в їх нижній частині і піднімається вгору в просторі 8 між окремими дротинами 9, а далі, як показано на Фіг.2, потік 3 виходить з верхньої частини обмотки. В цьому варіанті охолоджування ізоляція обмотки знаходиться у прямому контакті з водою. Оскільки необроблена вода має доволі високу електропровідність, то воду необхідно хімічно обробляти, аби зменшити її електропровідність до прийнятних рівнів, та/або підсилювати ізоляцію дротів, щоб виключити будь-які мікроскопічні пори в ізоляції і уникнути можливості прямого контакту між мідним дротом і водою, що призводить до ерозії міді та можливого псування пристрою. Крім того, щоб уникнути короткого замикання між доволі щільно упакованими обмотками, потрібні як надійна ізоляція дротів, так і обмеження напруги, оскільки охолоджуюча вода, навіть із зменшеною електропровідністю, є поганим ізоляційним середовищем. У виробничій практиці жоден із згаданих вище підходів, тобто зменшення електропровідності води або підсилення електроізоляції, наприклад, смолою, лаком або подібними сумішами, не забезпечує гарантованої надійності обмоток перемішувача. Інший підхід до охолоджування обмоток водою - це використати для виготовлення обмоток порожнистий провідник. У порожнистих обмотках охолоджуюча вода тече всередині провідника, тоді як зовнішня електроізоляція залишається сухою. В цьому випадку охолоджуючу воду також обробляють, аби уникнути електролітичної реакції, котра призводить до того, що на внутрішніх стінках трубчастих провідників утворюються відкладення. Відмічені вище системи водяного охолодження для обмоток із зовнішнім або внутрішнім охолодженням містять замкнений контур водопостачання, обладнаний насосами, фільтрами, приладами та ін., що додає до капітальних і експлуатаційних витрат на електромагнітні системи перемішування. Нова концепція охолоджування електромагнітних пристроїв з допомогою рідин, які проявляють магнітні властивості, стала відомою в 1960-і роки [див. Р.Е.Розенцвайг, Ферогідродинаміка, Друк Кембріджського університету, 1985]. Внаслідок взаємодії між магнітними полями і магнітними рідинами з'являється масова сила, яка приводить у рух рідину. Ця властивість реагувати на магнітне поле використовується при багатьох практичних застосуваннях, включно з охолодженням електромагнітних пристроїв. У [патенті США №5,898,353] описано використання магнітної рідини для конвективного охолоджування розподільчого трансформатора. Градієнт магнітного поля, створений трансформатором, викликає циркуляцію магнітної рідини, яка охолоджує занурені в неї обмотки трансформатора. В [патенті США №5,863,455] описано способи охолодження електромагнітних пристроїв, включно із силовими трансформаторами, з допомогою магнітної колоїдної рідини, яка має кращі ізоляційні і охолоджувальні властивості. В патенті робиться посилання на електромагнітний пристрій, який містить засоби для створення електромагнітного поля, виділення тепла, і містить стійку колоїдну ізоляційну рідину, яка контактує з пристроєм. У згаданому вище застосуванні магнітна рідина має намагніченість насичення порядку від 1 до 20 Гаус. Електромагнітним пристроєм, про який ідеться в цьому патенті, був силовий трансформатор. Інші відомі рішення можна знайти в [патентах США №4,506,895, №4,992,190 і №5,462,685]. Незважаючи на ці відомі рішення, електромагнітні пристрої для перемішування, що використовуються в промисловості обробки металів, і зокрема, при безперервному литті сталі, залишаються з водяним охолодженням, за винятком пристроїв для перемішування з дуже обмеженою вхідною потужністю, які можуть 5 81637 6 охолоджуватися повітрям. Використання системи з Крім того, з'являється можливість збільшити водяним охолодженням нав'язує спеціальні густину струму в обмотках, до порядку 15А/мм2 вимоги і обладнання для обробки води, прилади або більше, що стає можливим за рахунок кращого для контролю і підтримання її властивостей, тепловідведення від обмоток і зниження спеціальні вимоги до цілісності електроізоляції, ймовірності короткого замикання в обмотках, які спеціальне обладнання (наприклад, насоси, знаходяться в діелектричній рідині. фільтри, трубопроводи тощо), яке робить Використання феромагнітної рідини збільшує надійність і роботу пристроїв для перемішування термін служби електромагнітного пристрою, залежними від згаданих вище параметрів і оскільки притаманні колоїдній феромагнітній рідині обладнання. Ця залежність може ставитися під ізолюючі і магнітні властивості залишаються загрозу (і часто-густо це відбувається) дефектами незмінними протягом дуже довгого часу, що виготовлення пристрою для перемішування, складає багато років. На противагу цьому, єдина використаними матеріалами, неправильною аварія системи водяного охолодження може роботою обладнання або помилкою людини. призвести до пошкодження або відмови обмоток Виявилося, що недоліки систем з водяним електромагнітного пристрою. охолодженням, які використовуються з В даному винаході обмотки електромагнітними пристроями для електромагнітного пристрою для перемішування перемішування, можна подолати відповідно до установлені всередині герметичного корпуса, даного винаходу, де за рахунок використання закріпленого на виступаючих магнітних полюсах магнітної рідини, як охолоджуючого і ізоляційного залізного ярма. Корпус виготовлений із середовища, можуть бути поліпшені ефективність немагнітної нержавіючої сталі або з іншого охолоджування і робочі характеристики немагнітного матеріалу з достатньо гарною електромагнітних пристроїв для перемішування. теплопровідністю і заповнений феромагнітною Згідно з даним винаходом, пропонується рідиною, яка має також ізоляційні, тобто поліпшений спосіб охолоджування обмоток діелектричні, властивості. Обмотки повністю електромагнітних пристроїв для перемішування, в занурені у феромагнітну рідину. Ззовні корпус яких як охолоджуюче середовище охолоджується потоком води, яка використовується колоїдна магнітна рідина, що використовується для охолодження виливниці, або має ізоляційні властивості, котру надалі ж її можна постачати від іншого джерела. називатимемо "феромагнітною рідиною". Обмотки Феромагнітна рідина складається з рідиниелектромагнітного пристрою для перемішування носія, що має діелектричні властивості, наприклад, охолоджуються за рахунок руху феромагнітної синтетичних або мінеральних олій, і магнітних рідини під дією магнітної конвекції, яка викликана частинок субмікронних розмірів, завислих у рідині. електромагнітним полем, створюваним пристроєм. Частинки дисперговані всередині рідини і Оскільки електромагнітний пристрій знаходиться утворюють колоїдну суспензію. Спеціальне під напругою, то за рахунок градієнта густини покриття перешкоджає агломерації частинок. Ці магнітного потоку, створюваного пристроєм, у види колоїдних магнітних рідин звичайно феромагнітній рідині виникає різниця тисків, називають "феромагнітними рідинами", і їх наслідком чого є магнітний конвекційний потік детальні характеристики описані в багатьох феромагнітної рідини в напрямі меншого тиску публікаціях, наприклад, в [патентах США через простір між багатьма окремими витками. №5,462,685 і №5,863,455]. Іншим аспектом винаходу пропонується пристрій Магнітні властивості феромагнітної рідини для здійснення цього способу. залежать від концентрації магнітних частинок і Потік феромагнітної рідини розсіює тепло, що кількісно вони характеризується ступенем виділяється в обмотках за рахунок омічних втрат, і намагніченості насичення Μ в одиницях Гауса, яка переносить це тепло до внутрішніх стінок корпуса. визначається як максимально досяжний магнітний Зовнішні стінки охолоджуються потоком води. момент на одиницю об'єму рідини. Оскільки За рахунок усунення окремого джерела магнітні властивості феромагнітної рідини постачання охолоджуючої води і пов'язаного з ним залежать також від температури, то з ростом обладнання, система охолоджування пристрою температури намагніченість насичення для перемішування спрощується, а це веде до феромагнітної рідини зменшується. Таким чином, зменшення капітальних і експлуатаційних витрат, для охолоджування EMS вигідно використовувати порівняно із системою водяного охолодження. феромагнітну рідину з температурою Кюрі, тобто Будь-яка можливість контакту між обмотками, температурою, при якій напруженість магнітного що несуть струм, і електропровідним поля наближається до нуля, доволі близькою до охолоджуючим середовищем, тобто водою, максимальної робочої температури окремих виключена. обмоток (звичайно від 150° до 250°С). При використанні магнітної ізоляційної рідини Феромагнітна рідина з такими інтенсифікується теплопередача від обмоток до характеристиками забезпечує найсильнішу охолоджуючого середовища, за рахунок конвекцію, оскільки в нижній частині обмоток зменшення електричної ізоляції обмоток. феромагнітна рідина-охолоджувач утягується, Зменшення ізоляції можна досягти, зменшуючи завдяки притяганню до областей поблизу товщину ізоляції та/або використовуючи ізоляційні магнітних полюсів, де магнітне поле найсильніше. матеріали з кращою теплопровідністю, що часто По мірі того, як потік феромагнітної рідини пов'язано із зменшенням питомого електричного піднімається вгору через обмотки, її температура опору. зростає, а напруженість магнітного поля 7 81637 8 феромагнітній рідині при різних вхідних струмах; зменшується, що полегшує вихід рідини з верхньої Фіг.7 - графік, що показує вплив точки Кюрі частини обмоток. Потік гарячої рідини виходить з феромагнітної рідини на температуру обмотки при верхньої частини обмотки і тече вниз між змінних струмах; зовнішнім шаром обмоток і внутрішніми стінками Фіг.8 - схематичне зображення розміщення корпуса, які ззовні охолоджуються водою. В термопар в обмотці, використане в результаті, до нижньої частини корпуса експериментальних дослідах з вузлом EMS з Фіг.3; повертається охолоджений потік феромагнітної Фіг.9 - графік, що показує експериментально рідини, і цикл охолодження повторюється. одержану температуру обмотки в умовах варіанту За рахунок зменшення густини рідини з ростом здійснення №1, описаному нижче; температури виникає викликана теплом конвекція, Фіг.10 - графік, що показує профілі тобто справжня конвекція. Однак, у загальному температури в обмотці, виміряні в умовах варіанту процесі охолоджування вона виконує відносно здійснення №3, описаному нижче; та незначну роль. Справжня конвекція починає Фіг.11 - графік, що показує взаємозв'язок між превалювати над магнітним притяганням рідини максимальною температурою в обмотці і вхідним тільки тоді, коли магнітне поле слабке, що струмом в умовах варіанту здійснення №3. звичайно трапляється при низькому струмові в На Фігурах 3 і 4 показано схематичне котушках, або коли температура рідини зображення вузла EMS всередині агрегату 10 наближається до точки Кюрі у верхній частині виливниці, встановленої на машині безперервного обмотки перед тим, як рідина виходить з обмоток. розливання (тут не показаній), відповідно до Феромагнітна рідина, переважно, має одного варіанта здійснення винаходу. Як видно з діелектричні властивості, які відповідають Фігур 3 і 4, статор 12 EMS установлено навколо питомому електричному опору щонайменше виливниці 14, котра містить розплав 16, що порядку 109Ом×м. Такий питомий електричний опір твердне, який безперервно доливають у дозволяє зменшити і, в принципі, повністю виливницю 14 і забирають з неї. Обмотки 18 видалити ізоляцію електричного дроту, що закриті в корпусах 20 із нержавіючої сталі, які полегшує теплопередачу від обмотки до встановлені на виступаючих полюсних феромагнітної рідини. наконечниках 22, показаних на Фіг.4. Виступаючі Феромагнітна рідина, переважно, має полюси 22 є частиною залізного ярма 24 EMS, і ці намагніченість насичення в інтервалі від порядку два компоненти разом входять до складу статора 50 до порядку 200 Гаус, переважніше, ближче до 12 EMS. Виливниця 14 і пристрій для верхнього краю цього інтервалу. Феромагнітна перемішування, включно з корпусами 20 з рідина, переважно, має температуру Кюрі в нержавіючої сталі для обмоток і статором 12 EMS, інтервалі від порядку 500°С до порядку 300°С, охолоджуються потоком 26 води, яка переважніше, ближче до нижнього краю цього використовується для охолодження виливниці 14. інтервалу. Всі згадані вище компоненти, тобто залізне В даному винаході відсутній будь-який прямий ярмо, обмотки, виступаючі полюси і корпуси з контакт між водою і обмотками, по яких протікає нержавіючої сталі, входять до складу вузла EMS. струм, що усуває необхідність використовувати Корпус 20 обмотки відділяє обмотки 18 від води спеціально оброблену воду з дуже низькою 26, якою охолоджують виливницю. Оскільки ці електропровідністю та використовувати корпуси знаходяться на траєкторії як магнітного електричну ізоляцію обмоток, яка працює в поля, створеного EMS, так і потоку тепла, що напруженому режимі. Феромагнітна рідина виділяється обмотками, то вони виготовлені з саморухома, аби гарантувати достатню швидкість немагнітного, теплопровідного матеріалу з відведення тепла від обмоток та достатню порівняно високим питомим електроопором. теплопередачу через водоохолоджувані оболонки Немагнітна нержавіюча сталь є саме тим з нержавіючої сталі. матеріалом, який може бути використаним. На Фіг.1 - схематичне зображення розміщення внутрішній стороні їх передньої і задньої стінок EMS у вузлі виливниці для безперервного лиття корпуси 20 обмоток мають канавки 28. Канавки 28 відповідно до відомого способу охолодження полегшують потік феромагнітної рідини 30, яка обмоток потоком води, що подається ззовні; заповнює корпуси 20 у такий спосіб, щоб Фіг.2 - переріз EMS, що демонструє комплект передбачити повне занурення обмоток 18. обмоток на залізному ярмі згідно з вузлом, Феромагнітна рідина 30 входить у нижню показаним на Фіг.1; частину обмоток 18 через спеціально передбачені Фіг.3 - схематичне зображення розміщення отвори 31 під тиском, створеним градієнтом EMS у вузлі виливниці для безперервного лиття напруженості магнітного поля. Всередині обмоток відповідно до одного варіанта здійснення даного 18 феромагнітна рідина 30 піднімається вгору по винаходу; каналах 32, утворених між окремими дротинами 34 Фіг.4 - переріз вузла EMS з обмотками, обмоток, як показано у збільшеному вигляді в охолоджуваними феромагнітною рідиною, як перерізі А-А (Фіг.4). Потік феромагнітної рідини показано на Фіг.3; виходить з обмоток 18 через отвори 33, Фіг.5 - отриманий на основі комп'ютерного спеціально передбачені у верхній частині обмоток моделювання, схематичний розподіл густини 18. Після виходу з обмоток феромагнітна рідина магнітного потоку у вертикальній частині обмоток 30 тече вниз по канавках 28. Знаходячись в межах вузла EMS з Фіг.3; обмоток 18, феромагнітна рідина 30 поглинає Фіг.6 - графічне зображення прикладу тепло, що виділяється обмотками за рахунок усереднених магнітного і гравітаційного тисків у 9 81637 10 омічних втрат. Під час спуску потоку вихід потоку рідини. Зміна гравітаційної густини феромагнітної рідини тепло видаляється через феромагнітної рідини із зростанням температури стінки корпуса 20, який ззовні охолоджується призводить до появи справжньої конвекції, яка має потоком 26 води. той же напрям руху, що і конвекція, викликана Згідно з даним винаходом, спосіб магнітним полем. Ці два градієнти тиску охолоджування обмоток EMS феромагнітною полегшують потік рідини через обмотки, і їх рідиною особливо корисний для високопотужних співвідношення показане на Фіг.6. Як видно з Фіг.6, пристроїв, оскільки істотна частина вхідної із збільшенням струму як магнітна, так і потужності перетворюється в тепло за рахунок гравітаційна складові градієнта тиску зростають, електричного опору обмоток. Видалення але магнітний тиск росте з набагато більшою породженого опором тепла з витків обмоток є швидкістю і стає головною силою, що приводить у головною передумовою для безперервної роботи рух феромагнітну рідину, навіть при відносно будь-якого електричного пристрою, зокрема EMS. низькому рівні струму. На Фіг.6 показано також Найбільш важлива особливість цього винаходу об'єднаний вплив магнітної і звичайної конвекцій полягає в тому, що теплопередача досягнута без на повний градієнт тиску в рідині. будь-якого прямого контакту між обмотками, що Оскільки тиск рідини в каналах обмоток несуть електричний заряд, і водою. залежить від магнітної взаємодії між Коли ультра мікроскопічні магнітні частинки, феромагнітною рідиною і магнітним полем, то що зависли в рідині, намагнічуються магнітним зменшення намагніченості феромагнітної рідини з полем, феромагнітна рідина стає по суті рідким температурою грає ключову роль у забезпеченні магнітом, тоді як діелектрична матриця умов, вигідних для руху рідини і загальної феромагнітної рідини надає їй сильних ізоляційних ефективності охолоджування обмотки. властивостей. Намагніченість певної Таким чином, вигідно мати феромагнітну феромагнітної рідини залежить від концентрації, рідину, температура Кюрі якої близька до розміру магнітних частинок, і напруженості максимальної робочої температури обмоток. У магнітного поля. При певному рівні цієї цьому випадку, із зростанням температури магнітні напруженості магнітного поля намагніченість властивості феромагнітної рідини сильно досягає насичення. зменшуються, що полегшує вихід потоку. Така В той же час намагніченість феромагнітної феромагнітна рідина приводить до збільшення рідини залежить також від температури. При потоку через обмотки, посиленого видалення зростанні температури рідини намагніченість тепла, а отже, зменшення в температури обмоток, зменшується і стає рівною нулеві при температурі як це ілюструється прикладом на Фіг.7. Кюрі. Ця подвійна залежність намагніченості від Як видно з Фіг.7, феромагнітна рідина з напруженості магнітного поля і температури є температурою Кюрі 327°С (позначеною як ТC2) основною причиною для здатності феромагнітної може підтримувати температуру обмотки рідини полегшувати конвективний теплоперенос приблизно рівною 125°С при струмові на вході в від обмоток EMS. Холодна феромагнітна рідина 300 Ампер, що на 60°С нижче, ніж температура, втягується всередину обмоток завдяки градієнту яка може бути одержана з феромагнітною тиску, створеному градієнтом густини магнітного рідиною, що має температуру Кюрі 590°С потоку зовні і всередині різних місцеположень в (позначену як ТC1). Наведені вище обмотках. Градієнт магнітного тиску має вираз: фундаментальні міркування перевірялися в експериментах, проведених для наступних DPM=DB· M варіантів здійснення цього винаходу. Де DPM - градієнт магнітного тиску, Варіант здійснення №1 DB - градієнт густини магнітного потоку, Щоб визначити температуру всередині M - усереднена по полю намагніченість обмоток при різних струмах на вході і різних феромагнітної рідини намагніченостях феромагнітної рідини, в одну Феромагнітна рідина тече всередині каналів, обмотку були вставлені п'ятнадцять термопар, як утворених між дротинами обмоток з області показано на Фіг.8. Було три набори по п'ять нижчого магнітного тиску до областей з вищим термопар, причому кожен набір мав одну магнітним тиском, який діє, як притягальна сила. термопару в центрі перерізу і чотири на серединах На Фіг.5 показано приклад розподілу густини його сторін. Перерізи обмоток вибиралися магнітного потоку у вертикальному перерізі наступним чином: один на половині висоти обмоток поблизу магнітного полюса (показана вертикальної частини, тобто переріз А-А, і по лише половина перерізу). Як видно, в областях від одному в нижній і верхній горизонтальних 100 до 102 густина магнітного потоку зростає в частинах обмоток, як це показано на Фіг.8, напрямі до середньої площини вертикальної відповідно, перерізами С-С і В-В. частини обмотки. В той же час, в області 104 внизу На Фіг.9 показані температури, одержані у і вгорі вертикальної частини густина потоку вертикальній частині обмотки, тобто в перерізі Апорівняно мала, що сприяє появі градієнта А, при різних струмах на вході і намагніченостях магнітного тиску, і отже, полегшує потік феромагнітної рідини. Як видно з Фіг.9, при феромагнітної рідини в обмотці. Оскільки з часом намагніченостях у 150 і 200 Гаус температура переміщення феромагнітної рідини у напрямі обмотки досягає 200°С при 200 Амперах. У цьому верхнього кінця обмотки її температура зростає, варіанті здійснення, який подібний до реального то намагніченість зменшується, і рідина надалі не охолодження обмоток водою, дріт має так сильно притягується до обмоток, що полегшує багатошарову ізоляцію. В даному досліді канавки 11 81637 28, показані на Фіг.4, були доволі малими. Цей варіант здійснення показує, що подальше зростання намагніченості насичення Μ феромагнітної рідини вище 150 Гаус не має практичного впливу на охолоджування обмоток. Варіант здійснення №2 Порівнюючи результати дослідів відповідно до варіанту здійснення №1 з аналітичними оцінками різниці магнітних тисків, ми прийшли до висновку, що повного ефекту від застосування магнітної конвекції не досягнуто. Варіант здійснення №1 був удосконалений шляхом збільшення перерізу канавок 28, щоб збільшити потік феромагнітної рідини. В результаті цього поліпшення досягнуто істотного зменшення максимальних температур, що дозволило збільшити струм до 250 Ампер. Для подальшого покращання охолоджування обмоток була зменшена товщина ізоляції на дротинах. Варіант здійснення №3 Цей варіант здійснення має збільшені, згідно з варіантом №2, канавки 28 і зменшену товщину ізоляції дротин. Експериментальні результати щодо температур обмоток в умовах цього варіанту здійснення показані на Фігурах 10 і 11. На Фіг.10 показані температури, виміряні в різних перерізах обмотки при вхідному струмові в 300 Ампер і намагніченості насичення феромагнітної рідини Μ=200 Гаус. На Фіг.11 показана залежність між максимальною зареєстрованою температурою в обмотках (переріз В-В) і струмом на вході. Як видно з Фігур 10 і 11, при 300 Амперах максимальна температура сягає приблизно 200°С. Це помітне поліпшення порівняно з результатами, одержаними у варіантах №1 і №2, а також порівняно з робочою практикою по охолодженню обмоток водою. В останньому випадку струм був обмежений 200 Амперами. Подальші поліпшення охолоджування обмоток з допомогою феромагнітної рідини можна одержати, оптимізуючи температуру Кюрі відносно максимальної робочої температури, як показано на Фіг.7. Таким чином, експериментальні дані, одержані у варіанті №3, чітко підтримують головну посилку цього винаходу, тобто стимульована магнітним полем конвекція феромагнітної рідини забезпечує ефективне охолоджування електромагнітних обмоток у промислових електромагнітних пристроях для перемішування, при одночасному уникненні прямого контакту між витками обмоток і охолоджуючою водою. Охолоджування обмоток EMS феромагнітною рідиною спрощує систему охолоджування, скорочує капітальні і експлуатаційні витрати на неї і збільшує надійність системи. 12 13 81637 14

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Cooling of the electrical coils of an electromagnetic stirrer

Автори англійською

Beitelman Leonid, Segal Vladimir, Curran Christopher

Назва патенту російською

Охлаждение электромагнитных приборов для перемешивания

Автори російською

Бейтелман Леонид, Сегал Владимир, Каррен Кристофер П.

МПК / Мітки

МПК: B22D 11/11

Мітки: охолоджування, електромагнітних, перемішування, пристроїв

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/7-81637-okholodzhuvannya-elektromagnitnikh-pristrov-dlya-peremishuvannya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Охолоджування електромагнітних пристроїв для перемішування</a>

Подібні патенти