Способ бесконтактного удержания жидких проводников

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - увеличение производительности и расширение ассортимента удерживаемых материалов, Две ортогональные системы проводников 1,2 и 5j 6 создают два ортогональных реверсивных поля при подключении к генераторам 3, 4 и 7, 8. Это позволяет получить результирующее поле заданной однородности .изотропности и градиента давления. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1) Н 05 В 6/32 — зiпЯ,t ° cos KZ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4458792/07 (22) 12 07.88 (46) 23.12.91.Бюл. !! 47 (71) Институт кибернетики им.В.И.Глушкова (72) Ю.Г.Кривонос, Е.С.Паславский.

Ю.И,Самойленко и В.А.Ткаченко (53) 621.365 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 768019, кл., Н 05 В 6/32, 1979.

Авторское свидетельство СССР

У 869077, кл. Н 05 В 6/32, 1980, Изобретение относится к электротехнике, в основном к электротермичес:ким устройствам и методикам спецметаллургии, предназначенным для бескон- . тактного нагрева и удержания металлов электромагнитным полем. Оно может быть использовано для получения чистых металлов, для плавки без загрязнения особо чистых и высокоактивных металлов, для нанесения тонких пленок, для получения композиционных материалов со специальными свойствами и во всех других технологических процессах, где необходимо бескоитактное электро магнитное воздействие .на жидкую злектропровадящую среду.

Цель изобретения — увеличение производительности и расширение ассортимента удерживаемых материалов.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа, план; на фиг.2 — распределение плотности тока в сечении А-А; на фиг. 3 — рас„„ЯО„„1709774 А 1 (54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО УДЕРЖАНИЯ

ЖИДКИХ ПРОВОДНИКОВ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - увеличе .ние производительности и расширение ассортимента удерживаемых материалов.

Две ортагональные системы проводников

1 2 и 5> 6 создают два ортоганальных реверсивных поля при подключении к генераторам 3, 4 и 7, 8. Это позволяет получить результирующее поле заданной однародности,изотропнасти и градиента давления. 4 ил. пределение плотности тока в сечении

Б-Б; на фиг.4 — сечение устройства по В-В.

Линиями (петли 1 и 2) обозначены максимальные значения распределений таков j», j, описываемых выражением д,, = j соз6) t sin KZ, Е чо

Требуемое распределение плотности токов осуществляется соответствую щей плотностью укладки проводников.

Возможно и другое решение: плотность укладки проводников однородна, но запитка их токами соответствует эпюрам распределения j, j<. Речь идет о возможно близкой аппроксимации синусоидальной и касинусоидальной функции распределения токов тонкими проводниками и значениями токов н .них. Петли 1 (жирные линии) подсоеди1700774 няются к генератору 3, петли 2 — к генератору 4.

Петли 5, б представляют собой точно такую же систему проводников, как петли 1,2, но повернутую на 90

:в плоскости чертежа по отношению к первой, и подсоединены к генераторам

7 и 8, Петли могут находиться одна над другой или образовывать переплетения проводников. Длина волны уклад

Ки проводов 9. приближенно одинакова пля всех петель. Гальванической связи между указанными четырьмя система- . ми не должно быть. В центральной области, ограниченной окружностью 9, выполнена вогнутость (сегмент сферы или эллипсоида), представленная проекциями в сечении В-В. Токи Х4,Х,Х-.„, I генераторов 4,3,5,á выбираются равными, величина их должна обеспечивать удержание жидкого металла на требуемой высоте над индуктором (системой проводников). Соответствую.щие частоты этих токов Я„, Я,Я, j G34; выбираются так, чтобы разности превосходили резонансную частоту механических колебаний удерживаемо""о металла не менее чем в 2 раза.

В частном случае одна пара ортогональных обмоток может запитываться от общего генератора, тогда количество требуемых генераторов сократится до трех.

Процессы спецметаллургии проводятся чаще всего в вакууме или атмос40 фере различных газов, и поэтому объ» ем, занимаемый металлом, должен вакуумироваться. Излучение нагретого металла и джоулевы потери создают очень напряженный тепловой режим в обмотках. Это диктует структуру реализации предлагаемого устройства, представленную на фиг.2. Здесь изображена половина сечения, аналогичного сечению В-В магнитной системы

5О (фиг.1). Жидкий металл 10 удерживается магнитным полем, создаваемым магнитной системой 11, работающей по описанному принципу. Удерживаемый металл находится в вакуумированнои

55 или заполненной требуемым газом полости 12, которая образуется проницаемой для магнитного поля оболочкой

13 (с удерживаемой стороны). В полостях 14 протекает жидкость, охлаждающая магнитную систему, оболочку 13 и кожух 15.Возможен вариант конструкции, когда оболочка 13 охватывает магнитную систему, находясь в вакуумном объеме удерживаемого металла или среде какого-либо газа или атмосферу.

В этом случае рабочий объем защищается от газообмена с вакуумгрязной магнитной системой.

Для снижения энергозатрат и более точной аппроксимации синусоидальной функции распределения плотности тока обмоток в них целесообразно применять тонкие сверхпроводники, охлаждаемые соответствующим хладагентом.

Т1ри возможности грубой аппроксимации синусоидальной функции распределения плотности тока обмотки могут быть выполнены полыми трубами, по которым прокачивается хладагент, Такая возможность может существовать для некоторого класса жидких проводников с малой массовой плотностью и большим коэффициентом поверхностного натяжения.

Способ осуществляет я следующим образом.

Со стороны удерживаемой говерхности жидкого проводника создают вращаю-, щееся с реверсом магнитное поле кру— говой или близкой к круговой поляризации, имеющее градиент напряженности магнитного поля, направленный от удерживаемой поверхности (в случае

1 плавки для испарения — к периферии всех областей поверхности образца, кроме поверхности, обращенной вверх), Указанное магнитное поле создают со стороны удерживаемой поверхности образца двумя взаимно ортогональными бегущими параллельно удерлагзаемой поверхности синусоидальными волнами магнитных полей близких амплитуд с различными частотами реверса и разностями этих частот, превосходящими резонансную частоту механических колебаний удерживаемого образца жидкого проводника. Указанные две пов.-рхностные волны образуют однородное реверсируемое поле круговой поляризации, убывающее в направлении, ортогональном поверхности.индуктора. Усредненное во времени значение их магнитного давления однородно„ анизотропно и имеет требуемый градиент, что и требуется для устойчивости.

1?00774

50 2 = )2

0 1 (4) Реализация указанных волн осуществляется двумя ортогональнымн системами плоских слоев токов, протекающих по прилегающим поверхностям с плотностью и частотами, описываемыми выражениями

j = j t (âing,t ° сов KZ +

+ созЯ t sin KZ

j = j2< sin&3>t cos KY +

+ со ЯЯ С 8 1п KY (2) где j — плотность распределения

Y-компоненты тока по коор- 2О динате Z; плотность распределения

Е-компоненты тока по координате У;

25 j 2o 3 о амплитуды Z и У-компоненты распределения тока.

Я(,Я, g, g< — угловые частоты К=22/Q, ф - длина волны. распреде,ления тока.

ЭО

r, Давление, создаваемое магнитным полем волны, пропорционально квадрату результирующего вектора плотности тока

j2 в 2 + j2 г (3) Представляя j q и 1 из (1), 0 го = j o получим

j2 = j2 5sin2Q t cos2 KZ + cosM

X sin2 КК + cos KZ sin KZ(sin(g<ц ) + sin(g,+q)t) + sinxg t x

g cos2 KY + cos2Q

+ соз KY sin КУ(зж(У -Я ) +

+ в1оЮ -а )О) После усреднения по времени по55 т.е. среднее во времени значение магнитного давления не зависит от координат Y u Z.

Напряженность магнитного поля H как функция Х будет убывающей по отношению к напряженности поля Н(0) на поверхности токов jg 1, т.е. по мере удаления от поверхности индуктора.

Л

2п — — 1(Н(Х) = Н(0) е (5) Из (5) следует, что и магнитное давление будет убывать к периферии от плоскости токов 1, 1, т.е. к периферии от поверхности йндуктора.

Рассмотренная система токов, как видно, удовлетворяет требуемым услови ям однородности, изотропности и градиента давления.

В предлагаемом способе осуществляется контроль за возмущениями всех направлений благодаря двум ортогональным магнитным системам удержания жидких проводциков. "Ненаблюдаемых" направлений возмущения не остается.

Результирующее магнитное поле является вращающимся с реверсом. полем н осуществляет обегающий контроль, Благодаря указанным свойствам предлагаемого способа возмущения удерживаемой поверхности будут меньше, чем у прототипа. Это дает возможность уменьшить зазор между индуктором и удерживаемым проводником, благодаря чему можно работать с меньшим значением напряженности поля у поверхности индуктора, т.е. с меньшими плотностями тока индуктора и потерями на нагрев.

Поскольку. соотношение между Н(0) и Х (см.формулу (5} носит экспоненциальный характер, выйгрыш должен быть существенным. Он может выражаться в экономии электроэнергии. и удешевлении установленного оборудования. Или при тех же затратах в увеличении производительности и расширении ассортимента обрабатываемых материалов в сторону материалов с большей массовой плотностью и плохой проводимостью, (т.е. полупроводников).

I Формула изобретения

Способ бесконтактного удержания жидких проводников, при котором создают бегущее вдоль удерживаемой поверхf 700774 насти проводника реверсивное электромагнитное поле, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения производительности и расширения ас5 сортимента удерживаемых материалов, создают вдоль удерживаемой поверхности второе идентичное и ортогональное первому электромагнитное поле, причем разность частот реверса обоих полей поддерживают большей частоты собственных колебаний массы удерживаемого жидкого проводника.

17007?4

Составитель О,Турпак

Редактор О.Стенина Техред Л.Олийнык . Корректор,С.Шекмар

Заказ 4478 Тир ая Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 производственно-издательский комбинат "Патент", r. Укгород, ул. Гагарина, 101

Способ бесконтактного удержания жидких проводников Способ бесконтактного удержания жидких проводников Способ бесконтактного удержания жидких проводников Способ бесконтактного удержания жидких проводников Способ бесконтактного удержания жидких проводников 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к устройству для левитации некоторого количества проводящего материала, содержащему катушку для удерживания материала в левитации с использованием изменяющегося электрического тока в катушке

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в левитации не только проводящего, но и непроводящего материала, а также в упрощении поддержания нормированного тепло-массообменного процесса путем осуществления не только нагрева подвергаемого левитации материала, но и его охлаждения путем погружения некоторого количества материала в магнитную жидкость, подвергающуюся воздействию переменного электромагнитного тока первой и второй катушек. Устройство содержит катушки для удержания материала в левитации с использованием изменяющегося электрического тока в катушках. Две катушки, первая и вторая, создают переменное электромагнитное поле. Труба из непроводящего материала расположена между катушками и некоторым количеством материала, используемого и удерживаемого в левитации между первой и второй катушками по мере перемещения вдоль центральной оси катушек внутри нее. Первая катушка расположена над второй катушкой, имеет меньшее число обмоток. Катушки соединены через один источник тока или каждая имеет отдельный источник тока. Труба расположена вертикально с открытым верхним отверстием и закрытым нижним отверстием и заполнена магнитной жидкостью. Первая катушка с меньшим числом обмоток расположена у входного отверстия. Левитирующий материал, удерживаемый между электромагнитными полями первой и второй катушек, смещается от открытого входного отверстия к закрытому выходному отверстию трубы под воздействием сил давления магнитной жидкости. 1 ил.
Наверх