Магнітодинамічна установка для лиття під електромагнітним тиском

Реферат: Магнітодинамічна установка, що містить тигель, вертикально розташований канал, що складається з чотирьох вертикальних ділянок, які з'єднують порожнину тигля з горизонтальною ділянкою каналу, три індуктори, магнітопроводи яких замкнені навколо трьох витків каналу, два електромагніти з С-подібними магнітопроводами, в зазорах яких розташовано дві робочі зони на горизонтальній ділянці каналу між двома сусідніми індукторами і знімний металопровід з електропровідним наконечником, зчленований з будь-яким гирлом каналу, причому на одному з гирл розташовано рухомий стопор з електропровідним наконечником, при цьому, якщо металопровід зчленований з боковим гирлом, то стопор розташований на сусідньому гирлі, а якщо металопровід зчленований з одним з двох внутрішніх гирл, то стопор розташований на сусідньому боковому гирлі. UA 114152 U про видачу патенту: UA 114152 U UA 114152 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області ливарного виробництва, переважно для одержання виливків із алюмінієвих сплавів методом лиття під електромагнітним тиском, а також може бути використана для заливки ливарних форм відкритим струменем. Відомо електромагнітний заливальний пристрій магнітодинамічного типу [1], що складається з ємності для металу, вертикального Ш-подібного каналу, двох замкнутих навколо бічних ділянок каналу магнітопроводів з обмотками, що живляться змінним струмом, знімного металопроводу, зчленованого з гирлом центральної ділянки каналу і С-подібного електромагніту, питомого змінним струмом, між полюсами якого розташована зона перетину горизонтальної і центральної ділянок каналу (робоча зона). Недолік цього пристрою полягає в тому, що він створює робочий тиск всього 25 кПа. Це суттєво обмежує область застосування способу лиття під електромагнітним тиском, збудованого на базі цієї установки, оскільки для отримання багатьох типів виливок потрібен тиск близько 50 кПа. Відомо магнітодинамічний насос [2], який відрізняється від [1] тим, що в електромагніті виконано додатковий зазор, а в місці з'єднання тигля з центральною ділянкою Ш - подібного каналу сформована друга робоча зона, яка має хрестоподібну форму і розташована в додатковому зазорі електромагніту, причому полюсні наконечники електромагніту охоплюють обидві робочі зони. На схемі (фіг. 1) магнітодинамічний насос [2] показано без електромагнітних систем. Робочі зони пристрою працюють як два послідовно з'єднаних насоса, проте їх сумарний тиск на 2025 % менше арифметичної суми тисків, що створюються кожною з робочих зон. Причина цього недоліку полягає в тому, що нижня робоча зона пристрою працює нераціонально, оскільки значна частина створюваного нею тиску витрачається на циркуляцію розплаву по контурам, позначеними стрілками з штриховими лініями. Для визначеності металопровід показано з'єднаним з ливарною формою, тобто насос працює в режимі створення максимального тиску на розплав, який розташовано вище верхньої робочої зони. В нижній і верхній робочих зонах на розплав діють відповідно електромагнітні сили Fe1 і Fe2. Сила Fe1 повинна була б створювати в центральній ділянці каналу тиск Рe1. Проте, через те, що у бічних ділянках каналу тиск менший, ніж в центральному каналі, розплав циркулює по двох контурах: центральна ділянка каналу бічні ділянки каналу - нижня робоча зона - центральна ділянка каналу - верхня робоча зона. Додаткові втрати тиску обумовлені наявністю виходів з каналу в тигель. Оскільки в тиглі установки тиск нижчий, ніж у бічних гирлах каналу, то це неминуче призводить до витікання розплаву з каналу в тигель і відповідно утворення зустрічних потоків з тигля в канал. Таким чином, тиск Рe1 зменшується на величину ΔРe1, яка витрачається на циркуляцію розплаву по згаданих контурах. Електромагнітна сила Fe2, діюча в верхній робочій зоні створює тиск Ре2 без втрат на циркуляцію, але вона знаходиться значно ближче до дзеркала розплаву в тиглі, ніж нижня, тому на неї діє менший металостатичний тиск, чим на нижню. Як наслідок, виникає необхідність обмеження щільності струму в рідкометалевому витку для запобігання його розриву під дією пінч-ефекту. Причому, саме верхня робоча зона диктує величину обмеження щільності, а значить і сили струму в обох робочих зонах. Оскільки електромагнітні сили прямо пропорційні силі струму в робочих зонах, то цей чинник додатково змушує знижувати створюваний тиск на величину ΔРпе, для запобігання розриву рідкого витка під дією пінч-ефекту. Таким чином, на виході з верхньої робочої зони тискскладе не Рe1+ Рe2, а Рe1+Рe2 - ΔРe1 - ΔРпе. Відома магнітодинамічна установка для нагрівання та розливу рідких металів і сплавів [3], яка включає основні елементи корисної моделі, що пропонується: тигель, вогнетривкий блок з плавильним каналом, щонайменше три індуктори і два електромагніти, встановлені вздовж осі плавильного каналу між двома поряд розташованими індукторами. Ця установка створює значно менший тиск, ніж 25 кПа. Найбільш близьким по конструкції до пропонованої корисної моделі є відома магнітодинамічна установка [4], яка складається з тигля, вертикально розташованого каналу, що має чотири вертикальні ділянки, які з'єднують порожнину тигля з горизонтальною ділянкою каналу, трьох індукторів, магнітопроводи яких замкнуті навколо трьох витків каналу, двох електромагнітів з С-подібними магнітопроводами, в зазорах яких знаходяться робочі зони, кожна з яких розташована на горизонтальній ділянці каналу між двома сусідніми індукторами. Цей пристрій неспроможний створити робочий тиск більше ніж 25 кПа, оскільки тиски, створювані його робочими зонами не підсумовуються. Задача корисної моделі підвищення гідравлічного напору, створюваного магнітодинамічною установкою при литті під електромагнітним тиском удвічі. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованій магнітодинамічній, установці, яка включає тигель, вертикально розташований канал, що складається з чотирьох вертикальних 1 UA 114152 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ділянок, які з'єднують порожнину тигля з горизонтальною ділянкою каналу, три індуктора, магнітопроводи яких замкнуті навколо трьох витків каналу, два електромагніта з С-подібними магнітопроводами, в зазорах яких розташовано дві робочі зони на горизонтальній ділянці каналу між двома сусідніми індукторами і знімний металопровід з електропровідним наконечником, зчленований з будь-яким гирлом каналу, згідно з корисної моделлю на одному з гирл розташовано рухомий стопор з електропровідним наконечником, при цьому, якщо металопровід зчленований з боковим гирлом, то стопор розташований на сусідньому гирлі, а якщо металопровід зчленований з одним з двох внутрішніх гирл, то стопор розташований на сусідньому боковому гирлі. На схемі (фіг. 2а) представлено запропонований пристрій, що складається з тигля 1, каналу 2 з чотирма вертикальними гілками 3,5,7,9, які своїми гирлами 4,6,7,9 відповідно, виходять в тигель 1, трьох індукторів 11,12,13, двох електромагнітів 14,15 з С - подібними магнітопроводами, в немагнітних проміжках яких розташовані дві робочі зони 16,17, знімного металопровода 18 з електропровідним наконечником 19, сполученого з ливарною формою 20 і рухомого знімного стопора 21 з електропровідним наконечником 22. Робота пристрою відбувається таким чином. У початковому стані металопровід 18 не встановлений, а стопор 21 знаходиться в припіднятому положенні. У заздалегідь прогріту установку заливають металевий розплав і подають напругу на індуктори 11,12,13. Після досягнення розплавом заданої температури встановлюють на гирло 10 ділянки 9 каналу 2 металопровід 18 і сполучають його з ливарною формою 20, а потім замикають гирло 8 ділянки 9 каналу стопором 21. Подають напругу на електромагніти 14 і 15, внаслідок чого в робочих зонах 16 і 17 створюються електромагнітні сили Fe1 і Fe2 що діють у напрямі ділянки 9 каналу. Електромагнітна сила F e1 створює тиск Рe1 в тій частині порожнини каналу 2, яка розташована правіше за робочу зону 16, а сила F e2 створює додатковий тиск Рe2 правіше за робочу зону 17. Внаслідок того, що ділянка 7 каналу замкнена стопором 21, через її гирло 8 не відбувається витоку розплаву, і відповідно немає втрати тиску, що створюється робочою зоною 16. Обидві робочі зони діють як два послідовно сполучених насоса. Напругу на електромагнітах підвищують по заданому режиму. Після заповнення ливарної форми 20 тиск в ділянці 9 каналу 1, дорівнюватиме величині Рe1+ Рe2. Тобто, на відміну від аналога [2] в даному випадку ΔР e1 - ΔРпе = 0. Завдяки наявності електропровідних, наприклад, графітових наконечників 19 і 22 на металопроводі 18 і стопорі 21 відповідно, рідкометалеві витки залишаються замкненими і електричні струми в них практично не зменшуються. Індуктори створюють в каналі три контури струмів. їх включають таким чином, що в кожній з робочих зон 16 і 17 горизонтальні складові струмів спрямовані в протилежні напрямки, а у вертикальних ділянках 5 і 7 каналу їх напрями співпадають і вони підсумовуються. Цей режим роботи досягається відповідним підключенням фаз напруги. Наприклад, на індуктори 11 і 13 подають фази А-В, на індуктор 12 фази В-А. На схемі (фіг. 2б) показана ділянка каналу з двома робочими зонами. Вектори горизонтальних ліній струмів І1 та І2, а також І2 та І3 в кожній з робочих зон 16 і 17, спрямовані протилежно, тому в них відсутні горизонтальні складові струму, а є присутні тільки вертикальні складові, рівні сумам струмів І 1 + І2 і 12 + І3. Силові лінії магнітних потоків, що створюються електромагнітами, спрямовані перпендикулярно площині малюнка. їх напрями у прямокутниках робочих зон показані загальноприйнятими позначеннями. Ліворуч магнітне поле має напрям перпендикулярно площині малюнка від читача, праворуч навпаки. Згідно з правилом лівої руки в цьому випадку вектори електромагнітної сили F e1 і Fe2 спрямовані зліва направо. В другому варіанті використання пристрою (фіг. 3а) металопровід 18 встановлено на одне з середніх гирл каналу, а стопор 21 на бокове сусіднє гирло. Тобто в порівнянні зі схемою (фіг. 2а) стопор і металопровід розташовані навпаки. Електромагнітна сила F e1 діє зліва направо, a Fe2 знизу вгору в напрямку металопроводу і ливарної форми. Для забезпечення такого режиму роботи необхідно реверсувати підключення індуктора 13 з фаз А - В на фази В - А. При цьому картина струмів і магнітних потоків, зображена для одного напівперіоду змінного струму відповідає схемі (фіг. 3б). Необхідно відмітити, що на фіг. 2б і фіг. 3б показано картини струмів і магнітних потоків для одного напівперіоду змінного струму. В протилежному напівперіоді напрями струмів і магнітних потоків змінюються на протилежні, але обидві електромагнітні сили зберігають при цьому постійний напрям, а їх величини змінюються синхронно. Оскільки в процесі заливки по схемі (фіг. 3а) через ділянку 9 каналу струм не проходить (фіг. 3б), то після скидання тиску індуктори переключають в режим, відповідний зображеному на фіг.2б для того, щоб розплав на цій ділянці не охолоджувався. Також дану ціль можна реалізувати переключенням індукторів на трифазне живлення, з'єднуючи їх по схемі зірки або 2 UA 114152 U 5 10 15 трикутника. Це забезпечить не тільки рівномірність прогріву каналу після скидання тиску, але і більш симетричне навантаження на електромережу в ці інтервали часу. Таким чином, запропонована корисна модель поєднує в собі перевагу аналога [2], яка полягає в тому, що в ньому дві робочі зони з'єднані послідовно, з перевагою найближчого аналога [4], в конструкції якого закладені потенційні можливості що до більш раціональної, ніж в [2] реалізації цього принципу, і відповідно суттєвого підвищення тиску завдяки усуненню його втрат на витоки. Джерела інформації: 1. А.с. 288183 СССР, МКИ Н 05 В 5/02. Индукционная канальная печь с железным сердечником / В.П. Полищук, М.Р. Цин. - Опубл. 03.12.70, Бюл. № 36. 2. А.с. 1402215 СССР, МКИ Н 02 К 44/06. Магнитодинамический насос / B.C. Яковлев, В.П. Полищук, М.Р. Цин и др.-14.04.86 (Для служебного пользования). 3. Патент № 69696 Україна. Магнітодинамічна установка для нагрівання та розливу рідких металів і сплавів / Погорський В.К., Дубодєлов В.І., Шнурко В.К., Загоровський П.І., Щербак Б.К. // Опубл. 17.07.2006. Бюл. № 7. 4. А.с. 301220 СССР, МПК В 22d 35/00; Н 05Ь 5/00. Индукционное устройство для приготовления и заливки жидкого металла / В.К. Погорский, В.П. Полищук, Л.П. Пужайло. Опубл. 21.04.71. Бюл. № 14. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Магнітодинамічна установка, що містить тигель, вертикально розташований канал, що складається з чотирьох вертикальних ділянок, які з'єднують порожнину тигля з горизонтальною ділянкою каналу, три індуктори, магнітопроводи яких замкнені навколо трьох витків каналу, два електромагніти з С-подібними магнітопроводами, в зазорах яких розташовано дві робочі зони на горизонтальній ділянці каналу між двома сусідніми індукторами і знімний металопровід з електропровідним наконечником, зчленований з будь-яким гирлом каналу, яка відрізняється тим, що на одному з гирл розташовано рухомий стопор з електропровідним наконечником, при цьому, якщо металопровід зчленований з боковим гирлом, то стопор розташований на сусідньому гирлі, а якщо металопровід зчленований з одним з двох внутрішніх гирл, то стопор розташований на сусідньому боковому гирлі. 3 UA 114152 U 4 UA 114152 U 5 UA 114152 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6