Патент на изобретение №2231006

(54) СТАТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к устройствам для электромагнитного перемешивания жидких металлов в миксерах, печах, ковшах, слитках, заготовках. Технический результат – создание статора для электромагнитного перемешивания жидкого металла, генерирующего бегущее электромагнитное поле сложной траектории, соответствующее технологическим требованиям для перемешивания жидкого металла. Статор содержит шихтованный магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки полюсов которой содержат секции, смещенные относительного друг друга по высоте магнитопровода. В первой плоскости расположено не менее двух катушек, содержащих секции с размерами S/4, где S – активная площадь магнитопровода, подключенные попарно согласно или попарно встречно к одной или разным фазам. Во второй плоскости расположена только одна катушка, состоящая из одной секции, средняя линия которой совпадает со средней линией магнитопровода, подключенной к одной из фаз. Необходимо выполнение условия сдвига фаз с не менее чем одной парой секций катушек в первой плоскости. 2 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к устройствам для электромагнитного перемешивания жидких металлов и сплавов в миксерах, печах, ковшах, слитках, заготовках.

Известен статор, описанный в А.С. 16608 38, кл. В 22 D 11/12, “Статор для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка” /Ю.А.Дегусаров, В.И.Иогансен, А.Г.Чеповецкий, В.П.Чернявский, опубл. в БИ № 25, 07.07.91 и содержащий шихтованный магнитопровод с полюсами в виде плоских наконечников с катушками обмотки, где последние расположены по ширине магнитопровода со ступенчатым сдвигом относительно друг друга.

Недостатками такого устройства являются:

1. Слабая составляющая магнитного поля _Y по оси Y по сравнению с составляющей _x по оси X, которая на практике в несколько раз выше.

2. Неэффективное использование материалов, в частности магнитопровода в областях катушек фаз А, В, С, что значительно увеличивает габариты и массу изделия.

3. Невозможность варьирования составляющими _Y и _X независимо друг от друга, что не позволяет получать бегущее электромагнитное поле сплошной траектории, хотя последнее является необходимым условием эффективного перемешивания жидкого металла.

Наиболее близким к заявленному устройству является статор, представленный в описании к патенту на изобретение № 2130359, МКИ В 22 D 1/00. Статор для электромагнитного перемешивания жидкого металла/Р.М.Христинич, В.Н.Тимофеев, Н.П.Маракушин, опубл. в БИ № 14, 20.05.99, содержащий шихтованный магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки полюсов которой состоят из секций, смещенных относительно друг друга и питающихся от разных фаз.

Недостатками такого устройства являются:

1. Высота обмотки равна числу секций, умноженных на их высоту, что значительно увеличивает расстояние от нижних секций до рабочего тела и повышает магнитные потоки рассеяния, снижая кпд устройства.

2. Устройство имеет увеличенный расход обмоточных материалов, так как каждая из секций перекрывает друг друга. Это приводит к увеличению потерь в обмотке, что снижает общий кпд устройства и требует дополнительного охлаждения.

В основу изобретения положена задача создания статора для электромагнитного перемешивания жидкого металла, способного генерировать бегущее электромагнитное поле сложной траектории, которое соответствовало бы технологическим требованиям для перемешивания жидкого металла в различных металлургических установках, и имеющего повышенные энергетические показатели.

Поставленная задача решается тем, что в статоре для электромагнитного перемешивания жидкого металла, содержащем шихтованный магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки полюсов которой содержат секции, смещенные относительного друг друга по высоте магнитопровода, согласно изобретению в первой плоскости расположено не менее двух катушек, содержащих секции с размерами S/4, где S – активная площадь магнитопровода, подключенных попарно согласно или попарно встречно к одной или разным фазам, а во второй плоскости расположена только одна катушка, состоящая из одной секции, средняя линия которой совпадает со средней линией магнитопровода, и подключенная к одной из фаз, при этом должно выполняться условие сдвига фаз с не менее чем одной парой катушек в первой плоскости.

На фиг.1 изображен статор с треугольными катушками; на фиг.2 – то же с прямоугольными катушками.

Статор для электромагнитного перемешивания жидкого металла состоит из магнитопровода 1, секций 2, 3, 4, 5 катушек обмотки, находящихся в одной плоскости, и секции 6 обмотки, находящейся в другой плоскости.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения ₁ на согласно включенные секции 2 и 3 катушки обмотки в них протекает электрический ток ₁, который создает магнитный поток ’_X. При подключении согласно включенных секций 4 и 5 катушек к напряжению ₂ в них протекает электрический ток ₁, который создает магнитный поток ’_Y. В результате взаимодействия магнитных потоков ’_X и ’_Y, смещенных в пространстве и во времени, создается вращающееся магнитное поле, подобное магнитному полю торцевого асинхронного двигателя. При подаче, например, напряжения ₁ или ₂ на секцию 6, размещенную в другой плоскости, в ней будет протекать электрический ток ₃, создающий магнитный поток ^’’_X или ’’_Y, смещенный в пространстве относительно к потокам ’_X и ’_Y, но отличный с одним из них по фазе. Вследствие этого результирующий магнитный поток, равный сумме магнитных потоков ’_Y+’’_Y или ’_X+’’_X с разностью фаз между ними, отличной от нуля, будет создавать бегущее электромагнитное поле в направлении оси Х и Y.

Если же на секцию 6 катушки обмотки подать напряжение ₃, отличающееся по фазе от напряжения ₁ и ₂, то в ней будет протекать ток ₃, также отличающийся по фазе от токов ₁ и ₂. В свою очередь, тогда ток ₃ создаст магнитный поток ’’_X или ’’_Y, который будет отличаться по фазе от магнитных потоков ’_X и ’_Y. Наличие пространственного и временного сдвига между магнитными потоками ’_X и ’’_Y, а также между потоками ’_Y и ’’_Y приведет к созданию бегущего электромагнитного поля, одновременно действующего по осям Х и Y.

Изменяя чередование фаз в секциях 2, 3, 4, 5, число витков, способ подключения секций между собой и к источнику многофазного напряжения, можно получить не только одно- или двунаправленное бегущее электромагнитное поле, но и многокомпонентное пространственное бегущее электромагнитное поле, в формировании которого принимают активное участие краевые эффекты предлагаемого статора.

Статор с плоским магнитопроводом можно применять для перемешивания жидкого металла в миксерах, печах, ковшах, прямоугольных слитках плоской формы, а также для перекачивания металла в лотках и желобах, для перемешивания жидкой сердцевины в слитках круглой или квадратной формы, а также использовать предложенный статор в качестве магнитогидродинамического насоса, последний необходимо реализовать с цилиндрическим магнитопроводом.

Кроме вышеперечисленных достоинств предложенный авторами статор для электромагнитного перемешивания жидкого металла имеет следующие преимущества перед известными устройствами:

1. Его подключение возможно как на двухфазное, так и на трехфазное напряжение без изменения конструкции устройства.

2. При его изготовлении экономия обмоточного провода и изоляционных материалов составляет 30% по сравнению с прототипом.

3. Предложенное устройство является применимым для перемешивания жидкого металла в миксерах, печах, ковшах практически любой конструкции. При этом установка статора возможна в любом доступном месте миксера или печи, практически без потери эффективности, так как всегда можно подобрать необходимую конфигурацию бегущего электромагнитного поля и получить отвечающие технологии приготовления сплава траектории движения металла.

Формула изобретения

Статор для электромагнитного перемешивания жидкого металла, содержащий шихтованный магнитопровод с многофазной обмоткой, катушки полюсов которой содержат секции, смещенные относительно друг друга по высоте магнитопровода, отличающийся тем, что в первой плоскости расположено не менее двух катушек, содержащих секции с размерами S/4, где S – активная площадь магнитопровода, подключенные попарно согласно или попарно встречно к одной или разным фазам, а во второй плоскости расположена только одна катушка, состоящая из одной секции, средняя линия которой совпадает со средней линией магнитопровода и подключенной к одной из фаз, при этом должно выполняться условие сдвига фаз с не менее чем одной парой секций катушек в первой плоскости.

РИСУНКИ