Электромеханический преобразователь для нагрева и перемещения нефтепродуктов
Владельцы патента RU 2424638:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") (RU)
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд. В электромеханическом преобразователе, предназначенном для нагрева и перемещения нефтепродуктов, дополнительно используемый ферромагнитный элемент с определенным соотношением размеров обеспечивает повышение эффективности устройства. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд.
Известен компенсированный теплогенерирующий электромеханический преобразователь, содержащий магнитопровод, первичную обмотку и нагревательный элемент в виде вращающейся короткозамкнутой вторичной обмотки, отличающийся тем, что нагревательный элемент состоит из механически и электрически связанных элементов, выполненных из немагнитных материалов, имеющих разные коэффициенты диэлектрической проницаемости (пат. №54283, РФ, МПК7 Н05В 6/10, F25В 29/00).
Наиболее близким по технической сущности является теплогенерирующий электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод, подшипник скольжения, две вторичных короткозамкнутых обмотки - одна из которых неподвижная, а другая вращающаяся, на внутренней поверхности которой сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти, при этом магнитопровод с осевыми каналами произвольной формы охвачен наружным кожухом, а осевые каналы и наружный кожух образуют дополнительный охлаждающий контур (пат. №87855, РФ, МПК7 Н05В 6/10).
Недостатком этих устройств является низкая эффективность, обусловленная тем, что основная часть подведенной мощности расходуется на преодоление высокого магнитного сопротивления, обусловленного отсутствием ферромагнитных элементов во внутренней расточке статора преобразователя.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности электромеханического преобразователя и улучшение его коэффициента мощности.
Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в уменьшении магнитного сопротивления намагничивающего контура электромеханического преобразователя.
Этот результат является следствием использования дополнительного ферромагнитного элемента.
Сущность предлагаемого изобретения поясняют фигура 1 и фигура 2.
Теплогенерирующий электромеханический преобразователь состоит из наружного кожуха 1, отделенного от магнитопровода, с уложенной в нем сетевой обмоткой 2, зазором 3 и двух короткозамкнутых вторичных обмоток, выполненных из электропроводящего материала, - неподвижной 4 и вращающейся 5, на внутренней поверхности которой сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти 6. Обмотка 2 уложена в пазы статора, разделенные зубцами, толщина которых bz определяется по формуле:
,
где t - зубцовое деление по внутреннему диаметру статора, м;
Вδ - значение магнитной индукции в воздушном зазоре, Тл;
Bz - значение магнитной индукции в расчетном сечении зубца, обычно находящееся в диапазоне 1,9…2,2 Тл;
kс - коэффициент заполнения сталью сердечника статора, принимаемый равным 0,95…0,97.
В статоре выполнены осевые каналы произвольной формы 7 (на фигуре 2 каналы 7 в поперечном сечении имеют форму окружности). Нагреваемая рабочая среда поступает через входной патрубок 8, циркулирует относительно неподвижной обмотки 4, по осевым каналам произвольной формы 7 и между внешней поверхностью магнитопровода и внутренней поверхностью наружного кожуха 1, и отводится через выходной патрубок 9. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены элементом из самосмазывающегося неэлектропроводящего материала 10, выполняющего функцию подшипника скольжения и обеспечивающего свободное вращение подвижной обмотки 5 в тангенциальном направлении, но ограничивающего ее осевое перемещение относительно магнитопровода с первичной обмоткой 3 и неподвижной обмотки 4. Вращающаяся обмотка 5 состоит из двух коаксиальных цилиндров 11 и 12, неподвижных друг относительно друга. Наружный цилиндр 11 выполнен из электропроводящего немагнитного материала, а внутренний 12 - из ферромагнитного, при этом на внутренней поверхности внутреннего цилиндра закреплены напорные лопасти 6, причем толщина внутреннего ферромагнитного цилиндра 12 выбирается равной расчетной ширине зубца статора bz, а длина составляет 0,30…0,70 длины наружного немагнитного цилиндра 11.
Электромеханический преобразователь работает следующим образом.
На сетевую обмотку 3 подается напряжение от сети переменного тока. Проходящий при этом по обмотке 3 ток создает намагничивающую силу и переменное магнитное поле, наводящее на основании закона электромагнитной индукции во вторичных короткозамкнутых обмотках 4 и 5 электродвижущие силы и обусловленные ими вторичные токи, взаимодействующие как с первичным магнитным полем, так и между собой. Количество теплоты, выделяемое во вторичных обмотках, и производительность теплогенерирующего электромеханического преобразователя (т.е. количество нагреваемой и/или перемещаемой среды в единицу времени, м3/с) зависят от величины тока этих обмоток. Для вращающейся обмотки 5 при скоростях, близких к синхронным, величина джоулевых потерь стремится к нулю, поэтому для обеспечения независимости температуры нагреваемой среды от скорости вращения подвижной обмотки 5 используется неподвижная обмотка 4, вследствие взаимодействия первичного магнитного поля с которой возникают вихревые токи, вызывающие нагрев. Вращающаяся вторичная обмотка 5 обеспечивает отбор тепла не только с внутренней по отношению к сетевой обмотке 3 поверхности за счет закручивания нагреваемой и/или перемещаемой среды относительно неподвижной теплогенерирующей обмотки 4, но и с внешней поверхности статора. Поскольку количество тепла, выделяемого в обмотке 4, практически не зависит от скорости вращения вторичной обмотки 5, то теплопроизводительность преобразователя не зависит от режима его работы и определяется величиной тепловой мощности, генерируемой неподвижной обмоткой 4. Так как между внутренней поверхностью магнитопровода и внешней поверхностью обмотки 5 расположен элемент 10, выполненный из самосмазывающегося материала и представляющий собой подшипник скольжения, обмотка 5 приходит во вращение со скоростью, определяемой параметрами преобразователя. При вращении обмотки 5, выполненной в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти 6, нагреваемая среда перемещается как внутри неподвижной обмотки 4, так и по дополнительному охлаждающему контуру, образованному зазором между внутренней поверхностью наружного кожуха 1 и внешней поверхностью магнитопровода и осевыми каналами 7. При этом рабочая среда нагревается как за счет отвода тепловой мощности неподвижной и вращающейся обмоток 4 и 5 в виде их электрических, механических, гидравлических и добавочных потерь, так и за счет электрических потерь в первичной обмотке 3 и магнитных потерь в магнитопроводе.
Использование ферромагнитного элемента 12 приводит к снижению магнитного сопротивления намагничивающего контура и, как следствие, существенному возрастанию магнитной индукции. Увеличение толщины ферромагнитного элемента 12 до значений, превышающих bz, практически не влияет на магнитные характеристики преобразователя, что позволяет сделать вывод о нецелесообразности применения ферромагнитных элементов толщиной, большей чем bz. Осевая длина ферромагнитного цилиндра 12 составляет 0,30…0,70 от длины, что соответствует повышению эффективности без существенного изменения условий теплоотдачи с неподвижной теплогенерирующей обмотки 4.
Таким образом, применение ферромагнитного элемента позволяет повысить эффективность и коэффициент мощности преобразователя.
Электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод, подшипник скольжения, две вторичных короткозамкнутых обмотки, одна из которых неподвижная, а другая вращающаяся, на внутренней поверхности которой сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти, а магнитопровод имеет осевые каналы произвольной формы и охвачен наружным кожухом, при этом осевые каналы и наружный кожух образуют дополнительный охлаждающий контур, отличающийся тем, что вращающаяся обмотка выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров неподвижных относительно друг друга, при этом наружный цилиндр выполнен из электропроводящего немагнитного материала, а внутренний из ферромагнитного, причем толщина внутреннего ферромагнитного цилиндра равна расчетной ширине зубца статора, а длина составляет 0,30…0,70 длины наружного немагнитного цилиндра.
