Электромагнитное транспортирующее устройство

 

Изобретение предназначено для перемещения сыпучих ферромагнитных материалов. Цель изобретения - уменьшение энергозатрат. Устройство содержит неферромагнитный трубопровод 2 и индуктор, содержащий соленоиды 3. К соленоидам примыкают магнитопроводы. Магнитопроводы выполнены с внутренним диаметром, равным 1,1-1,2 внутреннего диаметра соленоида. Внешний диаметр магнитопровода равен внешнему диаметру соленоида. Длина соленоида L и его средний радиус R выполнены в соответствии с соотношением 2R≤L*983R, а расстояние λ между смежными соленоидами одной и той же фазы индуктора за вычетом длины соленоида выбрано больше 2,0-2,5R. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 393 А1 (19) (11) (51) 5 В 65 G 54/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3953541/27-11 (22) 19.06.85 (46) 28.02.90. Бюл. №- 8 (72) В.А.Эсауленко, В.Ю.Черников, Н.П.Иванов и А.Р.Таразов (53) 621.867.038(088.8) (56) Патент США ¹ 3219863, кл. 310-14, 23.11.65. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ТРАНСПОРТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение предназначено для перемещения сыпучих ферромагнитных материалов. Цель изобретения — уменьшение энергозатрат. Устройство со2 держит неферромагннтный трубопровод

2 и индуктор, содержащий соленоиды 3.

К соленоидам примыкают магнитопроводы. Магнитопроводы выполнены с внутренним диаметром, равным 1,1-1,2 внутреннего диаметра соленоида. Внешний диаметр магнитопровода равен внешнему диаметру соленоида. Длина

1 соленоида и его средний радиус R выполнены в соответствии с соотношением 2R+1(3R, а расстояние A между смежными соленоидами одной и той же фазы индуктора-за вычетом длины соленоида выбрано больше 2,0-2,5 R.

6 ил.

15463

1

Изобретение относится к конвейерНому транспорту сыпучих ферромагнитНых материалов и может быть использована н металлургической и машиностроительной промьппленности для очис TKH металлических изделий от окалины, а также для ввода сыпучих ферромагнитных материалов н жидкий металл

При непрерывной разливке стали. 1А

Целью изобретения является пмень— пение энер гоз атрат электромагнитноГо устройства.

На фиг. 1 показано предлагаемое электромагнитное устройство для перемещения сыпучих ферромагнитных материалов, общий вид, на фиг. 2 — трехсоленоидная секция индуктора; "-::a фиг. 3 — графики осевых и радиальных

Магнитных сил . ;. одиночного солено1 да; на фиг. 4 — положение осевой магнитной силы индуктора для двух

Смежных моментов времени, на фиг.5—

Зависимость относительных максимальНых осевых магнитных сил одиночноО го соленоида от его относительной длины; на фиг. 6 — графики отношений максимальных радиальных к максимальНым осевым магнитным силам одиночноГо соленоида различной относительной

pJIHHbl на разпичных радиальных, уровнях.

Электромагнитное устройство содер1кит загрузочный бункер I, неферро магнитный трубопровод 2, охваченный

ic внешней стороны системой соосно

1>асположенных соленоидов 3, и схеМу 4 электропитания соленоидов. Трубопровод и система соленоидов образуЮт индуктор устройства, который может состоять из нескольких секций, каждая из которых содержит 3-6 соленоидов.

Между соленоидами 3 трехсоленоидной секции располагаются кольцеобразные магнитопроводы 5 пакетного типа и прокладки (крестовины) 6 из неферромагнитного непроводящего материала (например, текстолит). Магнитопро-* вод представляет собой пакет из 8-lIO

50 листов трансформаторной стали толщиной 0 5 мм. Внешний диаметр пакета

D равен внешнему диаметру соленоида, а внутренний диаметр пакета D равен

1 1-1 2 внутреннего диаметра солено9 9

55 ида. Для уменьшения вихревых токов листы магнитопровода могут иметь радиальные разрезы. Неферромагнитный трубопровод 2 центрируется с помощью текстолитоных клиньев 7. Система из трех соосно расположенных соленоидов жестко скрепляется с помощью торцовых крьппек 8 и шпилек 9.

При протекании постоянного тока в одиночном соленоиде возникает неоднородное магнитное поле с максимумом напряженности в центре. На ферромаг— нитный сыпучий материал, расположенньп1 внутри соленоида, со стороны поля воздействуют осевая магнитная сила

10 и радиальная магнитная сила

Осевая магнитная сила знакопеременная с нулевым значением в центре и максимальным значением у торца соленоида.

Радиальная магнитная сила равна нулю на оси соленоида (г=О) и достигает максимальных значений у стенок трубопРовода (г=К>т„1) в центРе соленоиДа ,о (Х=О) . Вне соленоида имеется область отрицательных радиальных магнитных, сил, сжимающих ферромагнитный сыпу- чий материал к оси трубопровода.

В предлагаемом устройстве осевая магнитная сила Рх является движущей силой, а радиальная Р,. — тормозящей.

Осевая магнитная сила индуктора

Р зависит от схемы включения солех,ц ноидон. При и фазах индуктора расстояние 71 между центрами смежных со-. леноидов одной и той же фазы равно и с (с, — расстояние между центрами двух рядом расположенных соленоидов).

При трех фазах индуктора и протекании тока н соленоидах первой фазы на сыпучий ферромагнитный материал воздействует осевая магнитная сипа 12 индуктора, а при протекании тока в соленоидах второй фазы — осевая магнитная сила 13, Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Сыпучий ферромагнитный материал поступает из бункера 1 в трубопронод

2 и формируется в виде порции, расположенной в окрестностях нулевого значения волны осевой магнитной силы индуктора. При протекании импульса тока 1, в соленоидах первой фазы индуктора порция материала под воздействием магнитной силы 12 располагается н центре первого по ходу движения соленоида. В следующий момент времени согласно коммутапионной программе схемы 4 электропитания исчезает ток и появляется иМпульс тока i< и солЕноидах второй фазы индуктора, Осевая магнитная сила 13 за1546393

20

Рх макс

Р

Х,адан „, Лт. (iv ) 1"о о ставляет переместиться порцию матеI риала из центра первого в центр второго по ходу двюкения соленоида. 3атем исчезает ток и появляется импульс тока i> в соленоидах третьей группы индуктора, в результате чего порция материала перемещается в центр третьего по ходу движения соленоида.

При исчезновении тока i и возникноЭ вении тока i рассматриваемая порция оказывается в центре четвертого соленоида, а в первом соленоиде формируется новая порция ферромагнитного сыпучего материала.

Таким образом, с течением времени волна осевой магнитной системы индуктора F и движется вдоль оси системы соленоидов и увлекает за собой порции сыпучего ферромагнитного материала, отстоящие друг от друга на расстоинии (11 (расстояние между центрами смежных соленоидов одной и той же фазы). За один период Т токов индукто- . ра перемещаемый материал проходит расстояние Я .

Силовые характеристики индуктора при одном и том же токе зависят от магнитных свойств перемещаемого ферромагнитного материала, геометрических размеров соленоидов, параметров магнитопровода и расстояний между смежными соленоццами одной и той же фазы. Рациональные параметры предлагаемого устройства получены с помощью тензометрической установки измерения осевых и радиальных магнитных сил, позволяющей регистрировать объемную

" картину магнитных сил бтдельных соленоидов и индуктора.

Если увеличивать длину 1 соленоида при неизменных среднем радиусе соленоида R и числе витков Я, приходящемся на единицу его длины, то максимальная осевая магнитная сила соленоида F ïðè одном и том же тоХМаХс

xe i также растет, но до определенного предела. Для выбора рациональной длины соленоида целесообразно воспользоваться понятием относительной

1 длины соленоида 1 = — и относительR ной максимальной осевой магнитной силы F которая одинакова

Х. ото, макс для всех соленоидов одной и той же относительной длины . где у — магнитная восприимчивость ферромагнитного материала, U — объем порции материала;

1 =

=4Т 10 Гн/м — магнитная постоянная.

Как следует иэ графика 14, полученного для соленоидов относительной длины 0,3; 1,0; 2,0; 3,0 и 4,0, увеличение относительной максимальной осевой магнитной силы соленоидов наблюю дается только до значений 1 =2,0-3,0.

При дальнейшем росте длины поле. в центральной части соленоида становится однородным и это уже не приводит к росту движущей магнитной силы. Таким образом, с ростом длины 1 пропорционально затрачивается дополнительная энергия на создание поля соленоида, но выигрыш в магнитной. силе для длинных соленоидов отсутствует.

Отношение максимальных радиальных магнитных сил к максимальным осевым

F> /F также зависит от относи"Макс Х Маке ( тельной длины соленоида 1 . На оси соленоида при нулевой относительной

r радиальной координате r = — (r — ра- .

R диальная координата; R — средний радиус соленоида) радиальные силы отсутствуют и отношение Р „ „,/Р„ „, „с равно нулю (кривая 15 на фиг. 6).

При r =0,2; 0,4; 0,6 эти отношения ! отличаются от нуля и представлены соответственно на графиках 16-18, полученных для соленоидов относительной длины 0 3; 1,0; 2,0; 3,0 и 4,0

Из графиков сле;ует, что минимальные отношения радиальных магнитных сил к осевым имеют место при относительной длине соленоида, превышающей 2,0.

Таким образом, исходя из максимума осевой магнитной силы и минимума отношений радиальных магнитных сил к осевым рациональными следует считать соленоиды относительной длины

2,0-3,0. !

Расстояние между центрами смежных соленоидов одной и той же фазы индуктора совпадает с расстоянием между порциями сыпучего ферромагнитного материала и определяет в конечном итоге производительность транспортной установки. Чем меньше, тем выше производительность установки при прочих равных условиях. Однако по уменьшению параметра также имеются ограничения.

1546393

С уменьшением расстояния, между смежными соленоидами фазы магнитное поле индуктора вдоль оси трубопровода становится более однородным, что приводит к уменьшению максимаг.:ьных магнитных сил индуктора из-за уменьшения градиента напряженности результирующего магнитного поля (Р=

=.k H grad Н, где Š— коэффициент пропорциональности; 11 — напряжЕнность магнитного поля), Для соленоидов относительной длины О 3; 1 О; 2 0 и 3 О с помощью тензометрической системы измерения магнитных сил были определены максимальные осевые магнитные силы соленоидов Р м и максимальные о "вые .магнитные силы индуктора Гк„ . при

Х И макс различных расстояниях 7, между центрами смежных соленоидов фазы индуктора. Результаты измерений свицетельствуют о том, что при одном и том же параметре Ъ -1, выраженном в единицах среднего рапиуса R, отношения магнитных сил практически не зависят от относительной длины соленоидов и эффект уменьшения максимальных магнитных сил индуктора ло сравнению с максимальной магнитной силой одиночного соленоида пцоявляется при условии

%-1 ((2-2,5)К. При меньших значениях

9-1 максимальная сила индуктора меньше максимальной силы соленоида, а при больших значениях эти силы стоновятся одинаковыми.

Таким образом, расстояние 9, между центрами смежных соленоидов одной и той же группь. за вычетом длины 1 соленоида должно быть выбрано больше

2, 0-2, 5 среднего радиуса соленоида, иначе произойдет уменьшение движущих сил индуктора и ухудшение энергетических показателей установки.

В табл. 1 приведены отношения максимальных осевых составляющих магнитных сил индуктора к максимальным осевым силам одйночных соленоидов различной относительной длины 1 = — при

Р различных значениях параметра (3-1), выраженного в единицах среднего радиуса R.

Для решения вопроса о рациональных размерах магнитопровода пакетного типа были проведены измерения магнитных сил в рабочем объеме соленоида, имеющего следующие параметры: внутренний диаметр D =:130 мм внеш>,с

9 ний диаметр D,, =230 мм; длина 1.=

=40 мм, число витков N-=150. Пакеты листов трансформаторной стали при одинаковой толщине 4-5 мм имели одинаковый внешний диаметр D =280 мм и

De различньп внутренний диаметр D . Ис1 пользовался также пакет, охватывающий соленоид по боковой поверхности цилиндра внешнего диаметра (цилиндрическая часть магнитопровода).Измерения проводились при токе 30 Л с пробным телом массой 2,5 r. Осевые и радиальные магнитные силы измерялись у стенки трубопровода при г=бО мм. !

Результаты измерен ж, представленные в табл. 2, свидетельствуют о том, что цилиндрическая часть маг— нитопровода незначительно влияет на максимальные осевые и радиальные магнитные силы по сравнению с влиянием плоских пакетов магнитопровода. При

25 уменьшении внутреннего диаметра па— кета D„ максимальная осевая магнитная сила Fz,растет, одйако. при этом увеличивается и максима.пьная радиальная магнитная сила Г, . Отноше-. к,макс ния радиальных сил к осевым малы при больших значениях внутреннего диаметра пакета Р„ и сильно увеличиваются при приближении внутреннего диаметра пакета к внутреннему диаметру соле35

Таким образом, с учетом максимального выигрыша в осевой магнитной силе и минимального отношения радиальных сил к осевым следует использовать магнитопровод пакетного типа без цилиндрической части с внешним диаметром плоского пакета, равным внешнему диаметру соленоида, и с внутренним диаметром пакета, равным 1,1-1,2 внутреннего диаметра соленоида.

В табл. 2 приведены отношения максимальных радиальных магнитных сил

F, „к максимальным осевым F, у

Х.макс стейки трубопровода при различных значениях. внутреннего диаметра D. плос1 ко ro пакет а ма гнитопро вода.

Рассмотренные ограничения геометрических размеров соленоидов, магнитопровода и расстояний между центрами смежных соленоидов одной и той же фазы индуктора создают условия работы предлагаемого устройства при максимальном выигрыше в движущих силах

1546393

Таблица l

Отношение Относительная .длина

0,5R соленоI идов, 1

l,0 1,0

0,98 1,0

0,97 1,0

0,97 1,0

0,9 0,98

0,87 0,97

0,89 0,95

0,91 0,95

0,28 0,72

0,35 0,75

0,41 0,78

0,4 0,8

0,3

1,0

Таблица 2

Соленоид без магВнутренний диаметр пакета, D., мм

11агнитопровод с цилиндрической частью

Параметры 130 140 180 220 260 нитопровода

1 1 1.с

1,69 2,0

1,08 1,38

52 33

1,0

13,5

22 17

15 Х.МакС 70

9,5

15 12 10,5

48 25 ;МаКС 88

Г /Р 1 26

Г МОКС Х,МОКС

0,92 0,76 0,68 0,71 0,7

0,7 и, следовательно, ири минимальных энергозатратах на перемещение сыпучего ферромагнитного материала.

Формула изобретения

Злектромагнитно е транспортирующее устройство, содержащее неферромагнитный трубопровод и индуктор, выпол- 10 ненный в виде последовательно установленных и охватывающих неферромагнитный трубопровод соленоидов с расположенными по их торцам кольцеобразными магнитопроводами, о та и ч а ю щ е е с я тем, что, с пелью уменьшения энергозатрат, между магнитопроводами -межных соленоидов установлены изолирующие прокладки, причем магнитопроводы выполнены с внутренним диаметром, равным 1,1-1,2 внутреннего диаметра соленоида, внешним диаметром, равным внешнему диаметру соленоида, выполненного с длиной и средним радиусом В. в соответствии с состношением 2R cl(3R, при этом смежные соленоиды одной и той же фазы индуктора установлены на расстоянии друг от друга за вычетом длины соленоида большим 2,0-2,5 R.

1546393

1546393

0

Fr

Фяг.б

1546393

Составитель Н.Шалаева

Техред А.Кравчук

Корректор Т.Палий

Редактор T.Ïàðôåíoâà

Заказ 52 Тираж 634 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям нри ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101