Токоподвод к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей

 

Использование: в резистивных электропечах с рабочей температурой 2000°С различного типа для вытяжки кварцевых опорных трубок. Технический результат - упрощение изготовления и монтажа, применение для подвода токов большой величины. Сущность изобретения: токоподвод к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей содержит токоподводящую водоохлаждаемую трубу и графитовый башмак, сопряженный с трубой и нагревателем, труба выполнена в форме кольца, охватывающего башмак и с зазором часть нагревателя, башмак выполнен в виде набора кольцевых секторов, с наклонными к торцевым поверхностям боковыми поверхностями, размещен на торцевой поверхности нагревателя с образованием клиновых пазов, расширяющихся от нагревателя, и поджат подпружиненными клиньями, взаимодействующими с клиновыми пазами. 3 ил.

Изобретение относится к технике получения высоких температур и может найти применение в резистивных электропечах различного типа.

Известен токоподвод нагревателя высокотемпературной электрической печи сопротивления, содержащий металлический водоохлаждаемый корпус, натяжную втулку и электропроводную набивку, которая выполнена из гибкого проволочного жгута, например в виде спирали (а.с. СССР N 237296, H 05 B 03/06, опубл. 12.11.79).

Недостатком такого токоподвода является то, что, вследствие нагрева происходит спекание гибкого проволочного жгута и для повторного включения печи требуется его замена, т.к. после остывания печи нарушается контакт.

Известен токоподвод к графитовому нагревателю для электропечей в виде токоподводящей водоохлаждаемой трубы с графитовым башмаком, имеющий форму сектора, с конусной внутренней поверхностью, соответствующей конусной поверхности контактной части нагревателя.

Такой токоподвод имеет малую площадь касания графитового башмака с нагревателем, а плотность контакта обеспечивается только за счет собственного веса; малая площадь касания обуславливается трехфазным источником питания, т.к. каждый из трех токоподводов необходимо изолировать, поэтому данная конструкция рассчитана на токи небольшой величины (а.с. СССР N 222573, H 05 B 03/06, опубл. 22.07.68 г.).

Известен токоподвод к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей, содержащий водоохлаждаемые токоподводящую трубу с наконечником, внутренняя полость которого сопряжена с выступом графитового башмака, соединенного с нагревателем, наконечник выполнен в виде скобы, а внутренняя полость наконечника и выступ выполнены сужающимися в направлении продольной оси нагревателя. Токоподвод снабжен фиксирующим клином, установленным между поверхностями сопряжения наконечника и выступа (а.с. СССР N 936464, H 05 B 03/06, опубл. 15.06.82 г.).

Данный токоподвод к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей наиболее близок к предлагаемому. Но из-за малой площади касания графитового башмака с нагревателем, такой токоподвод рассчитан на токи небольшой величины, а также имеет относительно высокую трудоемкость изготовления, связанную с необходимостью притирки контактных поверхностей, сложностью изготовления конуса, контакта в форме "ласточкина хвоста".

Предлагаемым изобретением решается задача создания токоподвода, обеспечивающего возможность применения для подвода токов большой величины, упрощение изготовления и монтажа. Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения - увеличение площади касания между токоподводящей водоохлаждаемой трубой, графитовым башмаком и нагревателем, надежность электрического контакта.

Для достижения этого технического результата в токоподводе к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей, содержащем токоподводящую водоохлаждаемую трубу и графитовый башмак, сопряженный с трубой и нагревателем, труба выполнена в форме кольца охватывающего башмак и с зазором часть нагревателя, башмак выполнен в виде набора кольцевых секторов с наклонными к торцевым поверхностям боковым поверхностями, размещен на торцевой поверхности нагревателя с образованием клиновых пазов, расширяющихся от нагревателя, и поджат подпружиненными клиньями, взаимодействующими с клиновыми пазами.

Признаки, отличающие предлагаемый токоподвод к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей от наиболее близкого к нему, известного по а.с. СССР N 936464 - токоподводящая водоохлаждаемая труба выполнена в форме кольца, охватывающего башмак и с зазором часть нагревателя, башмак выполнен в виде набора кольцевых секторов с наклонными к торцевым поверхностям боковыми поверхностями, размещен на торцевой поверхности нагревателя с образованием клиновых пазов расширяющихся от нагревателя, что обуславливает увеличение площади касания контактирующих поверхностей, а за счет поджатия подпружиненными клиньями, взаимодействующими с клиновым пазами, контактирующие поверхности плотно прижимаются друг к другу, что обеспечивает надежность электрического контакта и позволяет применять токоподвод к графитовому нагревателю на токи большой величины (до 10 КА). При этом элементы имеют достаточно простые формы и изготовление их не вызывает затруднений.

Предлагаемый токоподвод к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей, иллюстрируется чертежами. представленными на фиг. 1, 2, 3.

На фиг. 1 показан токоподвод к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей в разрезе; на фиг. 2 - вид сверху, разрез А-А; на фиг. 3 - разрез клинового паза с клином.

Токоподвод к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей (фиг. 1) содержит токоподводящую водоохлаждаемую трубу 1, нагреватель 2, графитовый башмак, в виде набора кольцевых секторов 3. Труба 1 выполнена в форме кольца, охватывающего башмак из секторов 3 и с зазором часть нагревателя 2. Боковые поверхности Г кольцевых секторов 3 выполнены с наклоном к торцевым поверхностям Д. Башмак размещен на торцевой поверхности нагревателя 2 с образованием клиновых пазов между поверхностями Г, расширяющихся от нагревателя 2. Количество секторов 3 может быть от двух и более, и определяет количество клиньев 4 с пружинами 5, но чем больше количество секторов 3 и клиньев 4 с пружинами 5, тем меньше размер "в" цилиндрической поверхности Е сектора 3 (фиг. 2), тем плотнее прижатие сектора 3 клином 4 и пружиной 5 к охватывающей сектора 3 токоподводящей водоохлаждаемой трубе 1 и к торцевой поверхности нагревателя 2, что обеспечивает надежность электрического контакта.

Клин 4 (фиг. 3) с пружиной 5 установлен в клиновой паз, образованный наклонными к торцевым поверхностям Д боковыми поверхностями Г двух секторов. Размер "С" (фиг. 2) выбирается произвольно, т.к. данный размер не влияет на прижатие секторов 3 к охватывающей, последние токоподводящей водоохлаждаемой трубе 1 и к торцевой поверхности нагревателя 2. Угол α (фиг. 3) наконечника клина 4 выбран α = 90°, чтобы прижатие сектора 3 и к охватывающей их токоподводящей водоохлаждаемой трубе 1, и к торцевой поверхности нагревателя 2 было равномерным, в других случаях, когда прижатие должно быть больше к одной из поверхностей, угол α наконечника меняется.

Зазор δ = 1...2 мм (фиг. 3) выбран конструктивно, исходя из обеспечения следующего условия: когда клин 4 с пружиной 5 начинает прижимать сектор 3, заставляя последний скользить по торцевой поверхности нагревателя 2, то за счет зазора сектор 3 должен легко скользить по торцевой поверхности нагревателя 2 и самоустанавливаться в охватывающей эти сектора 3 токоподводящей водоохлаждаемой трубе 1, при этом сектор 3, выполненный из графита, не должен крошиться и разрушаться.

Работа токоподвода осуществляется следующим образом. Ток подается от источника питания постоянного тока на 12 В по замкнутой цепи (на чертеже не показаны). При этом положительный полюс его соединен с токоподводящей водоохлаждаемой трубой 1, а отрицательный - с такой же токоподводящей водоохлаждаемой трубой, расположенной в низу высокотемпературной электропечи (на чертеже не показана). Электрическая цепь движения тока следующая: верхняя токоподводящая водоохлаждаемая труба 1, графитовый башмак в виде набора секторов 3, нагреватель 2, далее на нижнюю токоподводящую трубу.

При выходе печи на рабочий режим происходит удлинение нагревателя 2 за счет термического коэффициента расширения. Нагреватель 2 начинает давить на графитовый башмак в виде набора секторов 3, заставляя последний скользить вверх в охватывающей эти сектора 3 токоподводящей водоохлаждаемой трубе 1, графитовый башмак, в свою очередь давит на клинья 4, сжимая пружины 5, увеличивая тем самым прижатие графитового башмака к охватывающей сектора 3 токоподводящей водоохлаждаемой трубе 1 и к торцевой поверхности нагревателя 2, что исключает разрыв электрического контакта по всей площади касания контактируемых поверхностей. После отключения печи нагреватель 2, графитовый башмак, в виде набора секторов 3, принимают первоначальное положение, пружины 5 возвращают клинья 4 на место, и также занимают первоначальное положение, не нарушая электрического контакта по всей площади контактируемых поверхностей. Печь готова к включению.

Выполнение таким образом токоподвода к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей обеспечивает надежность электрического контакта по всей площади касания контактируемых поверхностей, позволяет длительное время эксплуатировать токоподвод без его замены. Токоподвод к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей выполнен из простых деталей, прост в изготовлении и сборке.

Токоподвод к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей предназначен для использования в области волоконной оптики, а именно, к устройствам получения высоких температур и может найти применение в резистивных электропечах с рабочей температурой 2000^oC различного типа для вытяжки кварцевых опорных трубок.

Формула изобретения

Токоподвод к графитовому нагревателю для высокотемпературных электропечей, содержащий токоподводящую водоохлаждаемую трубу и графитовый башмак, сопряженный с трубой и нагревателем, отличающийся тем, что труба выполнена в форме кольца, охватывающего башмак и с зазором часть нагревателя, башмак выполнен в виде набора кольцевых секторов с наклонными к торцевым поверхностям боковыми поверхностями, размещен на торцевой поверхности нагревателя с образованием клиновых пазов, расширяющихся от нагревателя, и поджат подпружиненными клиньями, взаимодействующими с клиновыми пазами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3