Устройство для разогрева материалов

 

Использование: на транспорте, в частности для разогрева сыпучих материалов в транспортных емкостях, а именно в железнодорожных полувагонах на тепловых электростанциях. Сущность изобретения: устройство содержит портальную раму, индукционный нагреватель, механизм для перемещения индукционного нагревателя и подвижные нагревательные модули. Портальная рама закреплена на основании. Рама индукционного нагревателя имеет П-образную конструкцию и образована горизонтальной и двумя вертикальными секциями. Каждая секция содержит магнитопровод, каркас и обмотку, каждый подвижный нагревательный модуль образован рамой, закрепленной на раме магнитопровода и электромагнитного экрана. На вертикальных секциях рамы индукционного нагревателя закреплены электромагнитные экраны. Рамы подвижных модулей расположены симметрично относительно продольной оси рамы индукционного нагревателя. Каждый модуль кинематически связан с основанием и установлен с возможностью поворота в вертикальной плоскости и фиксации в крайних положениях. Обмотки вертикальных секций индукционного нагревателя параллельно соединены между собой и последовательно с обмоткой горизонтальной секции нагревателя. Магнитопровод и электромагнитный экран каждого подвижного модуля установлены с возможностью взаимодействия одним своим торцем соответственно с нижним торцем магнитопровода и электромагнитного экрана соответствующей вертикальной секции нагревателя. 11 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к транспорту, в частности к устройствам для разогрева преимущественно сыпучих материалов в транспортных емкостях, и может быть использовано при разгрузке железнодорожных полувагонов на тепловых электростанциях от смерзшихся сыпучих материалов, например угля.

Известно устройство для индукционного разогрева горизонтальных изделий, включающее установленный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и фиксации в промежуточных положениях индукционный нагреватель с рамой в виде соединенных между собой секций, каждая из которых содержит магнитопровод, каркас с планками из диэлектрического материала, в котором установлены пластины из электротехнической стали, и электрически соединенную с трансформатором обмотку, и механизм для перемещения индукционного нагревателя.

К недостаткам известного устройства можно отнести недостаточно эффективный прогрев материала со стороны днища транспортной емкости, что влечет за собой неравномерный прогрев емкости по ее периметру. Неравномерность прогрева транспортной емкости влечет за собой либо увеличение объема оставшегося неразгруженным транспортируемого материала, который примерз к днищу транспортной емкости, либо существенное увеличение энергоемкости процесса разогрева транспортируемого материала, поскольку необходимо осуществить дополнительный нагрев боковых стенок транспортной емкости до температуры, обеспечивающей нагрев и днища емкости за счет теплопередачи по ее стенкам. При этом следует отметить, что подвод полусекций индукционного нагревателя под днище транспортного средства в виде железнодорожного полувагона будет затруднен из-за наличия под полувагоном его ходовых тележек с колесными парами, хребтовой балки и тормозной системы. Кроме того, даже при изменении конструкции самого полувагона для обеспечения подвода секций индукционного нагревателя под днище полувагона извеcтная конcтрукция индукционного нагревателя не обеспечивает защиты ходовой части и тормозной системы от вредного теплового воздействия, что может привести к выходу из строя подвижного состава.

Наиболее близким к заявленному является устройство для разогрева смерзшихся насыпных грузов в железнодорожных вагонах, которое содержит установленные на тележках с возможностью поперечного перемещения нижние излучатели энергии с приводом для их перемещения, установленные на рычагах с возможностью поперечного перемещения боковые излучатели энергии и расположенные на рычагах, шарнирно закрепленных на вертикальных осях, торцевые излучатели энергии.

Прогрев смерзшегося насыпного груза с помощью известного устройства по периметру железнодорожного вагона осуществляется неравномерно, поскольку между отдельными смежными излучателями энергии образуются слои неразогретого материала. При этом для разогрева указанных слоев необходимо перегревать участки материала, которые находятся в зоне непосредственного воздействия излучателя. Дополнительный перегрев материала приводит к значительному увеличению энергоемкости процесса разогрева, а также к нежелательному тепловому воздействию на подвижной состав. Следует отметить, что такому же перегреву будут подвержены ходовая часть и тормозная система железнодорожного вагона, что может повлечь за собой нарушение работоспособности транспортного средства.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что устройство для разогрева материалов, содержащее смонтированную на основании несущую раму, на которой установлен связанный с ней кинематической связью с возможностью перемещения и фиксации нагреватель по меньшей мере с тремя секциями, две из которых установлены вертикально для разогрева боковых стен емкости, по меньшей мере две симметрично установленных относительно продольной оси емкости и связанных кинематической связью с основанием подвижных нагревательных модуля, образованных рамой с нагревателями для разогрева днища емкости, снабжено жестко закрепленными на раме каждого подвижного модуля и указанных двух секциях электромагнитными экранами для отражения электромагнитного поля соответственно в направлении днища емкости и стен вагона, при этом третья секция установлена горизонтально и жестко связана с верхними концами секций для образования П-образной рамы, которая смонтирована с возможностью вертикального перемещения относительно указанной рамы, а каждый нагреватель секции образован каркасом с планками из диэлектрического материала, в которых закреплены пластины из электротехнической стали с обмотками, образующие магнитопровод, причем обмотки вертикальных секций, параллельно соединенные между собой и последовательно с обмотками третьей секции, включены в цепь трансформатора, при этом нагреватель каждого подвижного модуля образован жестко связанным с рамой магнитопроводом, состоящим из пластин из электротехнической стали с обмотками, и один из его торцов и торец жестко связанного с его рамой экрана установлены с возможностью взаимодействия с нижними торцами соответствующих им магнитопровода и электромагнитного экрана вертикальной секции, а несущая рама выполнена портальной.

Кроме того, кинематическая связь рамы каждого подвижного модуля с основанием образована шарнирно соединенным своими концами соответственно с основанием и с рамой подвижного модуля двумя тягами и механизмом для поворотаи рамы подвижного модуля, образованным шарнирно закрепленным корпусом на основании гидро- или пневмоцилиндром, шток которого шарнирно соединен с одной из тяг, а на свободном конце электромагнитного экрана подвижного модуля шарнирно закреплен дополнительный электромагнитный экран, установленный с возможностью ограниченного поворота в вертикальной плоскости, фиксации в крайних положениях и шарнирно связанный с управляющей тягой, которая шарнирно связана с одной из тяг рамы. При этом нижние торцы магнитопровода и электромагнитного экрана каждой вертикальной секции выполнены с наклонной опорной поверхностью, а торцы магнитопровода и электромагнитного экрана каждого подвижного модуля выполнены с соответствующей ответной наклонной опорной поверхностью с углом наклона, равным 55-75^о, причем электромагнитные экраны выполнены из листов алюминия, а обмотки магнитопровода подвижного модуля соединены с трансформатором и подключены последовательно с обмотками вертикальных секций.

Кроме того, кинематическая связь П-образной рамы с нагревателями с несущей рамой портального типа образована закрепленными на каркасе каждой вертикальной секции опорными элементами, установленными с возможностью перемещения в вертикальных направляющих, которые закреплены на несущей раме.

На фиг. 1 изображено устройство для разогрева материалов, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - подвижный модуль в рабочем и транспортном (пунктирная линия) положениях; на фиг. 4 - узел I на фиг. 3; на фиг. 5 - принципиальная электрическая схема соединения обмоток индукционного нагревателя; на фиг. 6 - принципиальная электрическая схема соединения обмоток индукционного нагревателя и подвижных модулей.

Устройство для разогрева материалов содержит несущую раму 1 портального типа, которая жестко соединена с основанием 2. Индукционный нагреватель имеет П-образную конструкцию, которая образована жестко соединенными между собой горизонтальной секцией 3 и двумя вертикальными секциями 4. Каждая секция 3 и 4 рамы индукционного нагревателя содержит составленный из пластин 5 из электротехнической стали магнитопровод. Пластины 5 установлены перпендикулярно к плоскости поперечного сечения магнитопровода и собраны по меньшей мере в два пакета в направлении продольной оси магнитопровода.

Пакеты пластин 5 жестко соединены с каркасом 6 с планками 7 из диэлектрического материала. Горизонтальная секция 3 рамы индукционного нагревателя имеет обмотку 8, а каждая вертикальная секция 4 рамы индукционного нагревателя имеет обмотку 9. Обмотки 9 вертикальных секций 4 рамы индукционного нагревателя параллельно соединены между собой и последовательно соединены с обмоткой 8 горизонтальной секции 3 рамы индукционного нагревателя. Обмотки 8 и 9 электрически соединены через трансформатор (на чертежах не показан) с источником электрического тока. Размещенный на портальной раме 1 механизм для перемещения индукционного нагревателя может быть образован, например, лебедкой 10 с тяговым тросом 11, посредством которого через подвижную обойму 12, неподвижную обойму 13 и гибкие тяги 14 портальная рама 1 кинематически связана с горизонтальной секцией 3 рамы индукционного нагревателя. Кинематическая связь рамы индукционного нагревателя с портальной рамой 1 может быть образована закрепленными на каркасе 6 каждой вертикальной секции 4 опорными элементами 15, например, в виде роликов и закрепленными на портальной раме 1 вертикальными направляющими 16, каждая из которых имеет паз для размещения соответствующего опорного элемента 15. На каркасах 6 каждой вертикальной секции 4 рамы индукционного нагревателя закреплены электромагнитные экраны 17 для отражения электромагнитного поля в направлении боковых стенок 18 полувагона 19. Устройство содержит подвижные нагревательные модули, каждый из которых образован рамой 20, на которой закреплен магнитопровод из пластин 21 из электротехнической стали с обмоткой, и жестко соединенным с рамой 20 основным электромагнитным экраном 22 для отражения электромагнитного поля в направлении днища 23 полувагона 19 и предохранения узлов полувагона 19 от воздействия тепловой энергии. Рамы 20 подвижных модулей расположены симметрично относительно продольной оси рамы индукционного нагревателя, кинематически связаны с основанием 2 и установлены с возможностью поворота относительно соответствующего основания 2 в вертикальной плоскости и фиксации в крайних положениях. Кинематическая связь рамы 20 каждого подвижного модуля с основанием 2 может быть образована тягами 24 и 25, которые своими концами шарнирно соединены соответственно с основанием 2 и с рамой 20 подвижного модуля, и механизмом для поворота рамы 20 подвижного нагревательного модуля. Механизм для поворота рамы 20 подвижного модуля может быть образован гидро- или пневмоцилиндром 26, шток 27 которого шарнирно соединен с тягой 24, а корпус которого шарнирно соединен с основанием 2. Каждый подвижный нагревательный модуль может иметь дополнительный электромагнитный экран 28, который шарнирно соединен со свободным концом основного электромагнитного экрана 22 соответствующего подвижного модуля и установлен с возможностью ограниченного поворота в вертикальной плоскости и фиксации в крайних положениях. Каждый подвижный нагревательный модуль может быть выполнен с управляющей тягой 29 для поворота дополнительного электромагнитного экрана 28, которая шарнирно соединена своими концами соответственно с тягой 24 и с дополнительным электромагнитным экраном 28. Магнитопровод и электромагнитный экран 22 каждого подвижного модуля установлены с возможностью взаимодействия одним своим торцом соответственно с нижним торцом магнитопровода и электромагнитного экрана 17 соответствующей вертикальной секции 4 рамы индукционного нагревателя. При этом нижние торцы магнитопровода и электромагнитного экрана 17 каждой вертикальной секции 4 рамы индукционного нагревателя могут быть выполнены с наклонной опорной поверхностью 30, а торцы магнитопровода и электромагнитного экрана 22 каждого подвижного модуля - соответственно с ответной опорной наклонной поверхностью 31 для взаимодействия с соответствующей опорной поверхностью 30 нижнего торца магнитопровода и электромагнитного экрана 17 соответствующей вертикальной секции 4 рамы индукционного нагревателя. Оптимальный угол наклона опорных поверхностей 30 нижнего торца магнитопровода и электромагнитного экрана 17 каждой вертикальной секции 4 рамы индукционного нагревателя к вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии рамы индукционного нагревателя, составляет не менее 55^о и не более 75^о. Электромагнитный экран 17 каждой вертикальной секции 4 рамы индукционного нагревателя и основной 22 и дополнительный 28 электромагнитные экраны каждого подвижного модуля могут быть выполнены из закрепленных на соответствующей раме листов алюминия. Каждый подвижный модуль может быть выполнен с электрически соединенной с трансформатором обмоткой 32. При этом целесообразно обмотку 32 каждого подвижного модуля последовательно электрически соединить с обмоткой 9 соответствующей вертикальной секции 4 рамы индукционного нагревателя.

Устройство для разогрева материалов работает следующим образом.

В транспортном положении рама индукционного нагревателя находится в верхнем положении, то есть с помощью лебедки 10 поднята в верхнее положение. Подвижные модули также находятся в транспортном положении, при котором штоки 27 силовых цилиндров 26 втянуты, что соответствует изображенному пунктиром положению подвижного модуля на фиг. 3. Полувагон 19 с транспортируемым грузом по рельсам подается в зону действия устройства. Затем включают лебедку 10 на сматывание троса 11 с ее барабана. При сматывании троса 11 с барабана лебедки 10 происходит опускание подвижной обоймы 12 вниз относительно портальной рамы 1, а поскольку подвижная обойма 12 гибкими тягами 14 соединена с горизонтальной секцией 3 рамы индукционного нагревателя, то происходит перемещение всей рамы индукционного нагревателя вниз. При этом опорные элементы 15, перемещаясь по вертикальным направляющим 16 портальной рамы 1, обеспечивают перемещение рамы индукционного нагревателя в вертикальной плоскости. При опускании рамы индукционного нагревателя полувагон 19 оказывается во внутренней полости рамы индукционного нагревателя, образованной ее горизонтальной секцией 3 и вертикальными секциями 4. После опускания рамы индукционного нагревателя на необходимую величину включают тормоз лебедки 10 и рама индукционного нагревателя фиксируется относительно портальной рамы 1 в заданном положении. Затем с пульта управления (на чертежах не показан) осуществляют подачу рабочего агента (сжатого воздуха и рабочей жидкости) в поршневую полость силового цилиндра 26 каждого из подвижных модулей. Под давлением рабочего агента происходит выдвижение штоков 27 цилиндров 26. При выдвижении шток 27 каждого силового цилиндра 26 воздействует на тягу 24 и поворачивает ее относительно основания 2. Одновременно происходит поворот относительно основания 2 и тяги 25. Поскольку тяги 24 и 25 шарнирно соединены с рамой 20 соответствующего подвижного модуля, то происходит поворот рамы 20 относительно основания 2 в вертикальной плоскости до полного выдвижения штока 27 силового цилиндра 26, подвижный модуль занимает рабочее положение. При этом опорная поверхность 31 торца магнитопровода и электромагнитного экрана 22 каждого подвижного модуля взаимодействует с нижним торцем магнитопровода и электромагнитного экрана 17 соответствующей вертикальной секции 4 рамы индукционного нагревателя, а именно с соответствующей опорной поверхностью 30. Таким образом, при приведении подвижных модулей в рабочее положение магнитопроводы и электромагнитные экраны 17 и 22 соответственно вертикальных секций 4 рамы индукционного нагревателя и подвижных модулей образуют единый магнитопровод и единый электромагнитный экран. При повороте подвижных модулей относительно основания 2 управляющая тяга 29 воздействует на дополнительный электромагнитный экран 28, поворачивая его относительно основного электромагнитного экрана 22 подвижного модуля вокруг шарнира, соединяющего свободный конец основного электромагнитного экрана 22 с дополнительным электромагнитным экраном 28. После приведения подвижных модулей в рабочее положение с пульта управления осуществляют подключение обмоток 8 и 9 к источнику электрического тока, а в случае включения в схему обмоток 32 на подвижных модулях, то соответственно обмоток 8, 9 и 32. После разогрева транспортируемого материала обмотки 8, 9 и 32 отключают от источника электрического тока. Подвижные модули переводят в транспортное положение, а раму индукционного нагревателя поднимают вверх. Полувагон 19 с разогретым сыпучим материалом с помощью локомотива подают для разгрузки.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗОГРЕВА МАТЕРИАЛОВ, преимущественно сыпучих в транспортных емкостях, содержащее смонтированную на основании несущую раму, на которой установлен связанный с ней кинематической связью с возможностью перемещения и фиксации нагреватель, состоящий из по меньшей мере трех секций, две из которых установлены вертикально для разогрева боковых стен емкости, и по меньшей мере два симметрично расположенных относительно продольной оси емкости и связанные кинематической связью с основанием подвижных нагревательных модуля, каждый из которых образован дополнительной рамой с нагревателем для разогрева днища емкости, отличающееся тем, что оно снабжено жестко закрепленными на раме каждого подвижного модуля и указанных двух секциях с нагревателями электромагнитными экранами для отражения электромагнитного поля соответственно в направлении днища емкости и стенок вагона, при этом указанные секции жестко связаны между собой для образования П-образной конструкции, которая смонтирована с возможностью перемещения в вертикальной плоскости относительно несущей рамы, а каждый нагреватель секции образован каркасом с планками из диэлектрического материала, в которых закреплены пластины из электротехнической стали с обмоткой, образующие магнитопровод, причем обмотки вертикальных секций, параллельно соединенные между собой, последовательно связаны с обмоткой верхней секции и включены в цепь трансформатора, а каждый подвижный нагревательный модуль связан с механизмом поворота его в вертикальной плоскости относительно основания с возможностью фиксации в крайних положениях, образован жестко соединенным с рамой магнитопроводом, состоящим из пластин из электротехнической стали с электрической обмоткой, и один из его торцев и торец связанного с его рамой экрана установлены с возможностью взаимодействия с соответствующим нижним торцем магнитопровода и электромагнитного экрана соответствующей вертикальной секции рамы, причем несущая рама выполнена портальной.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная кинематическая связь каждого подвижного модуля образована шарнирно соединенными своими концами соответственно с основанием и с рамой подвижного модуля двумя тягами и механизмом для поворота рамы подвижного модуля.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что указанный механизм поворота образован шарнирно соединенным корпусом с основанием гидроцилиндром, шток которого шарнирно соединен с одной из тяг.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что указанный механизм поворота образован шарнирно соединенным корпусом с основанием пневмоцилиндром, шток которого шарнирно соединен с одной из тяг.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным электромагнитным экраном, шарнирно соединенным со свободным концом электромагнитного экрана соответствующего подвижного модуля и установленным с возможностью ограниченного поворота в вертикальной плоскости и фиксации в крайних положениях.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно снабжено управляющей тягой, шарнирно связанной своими концами с одной из тяг и с дополнительным электромагнитным экраном для поворота последнего.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижние торцы магнитопровода и электромагнитного экрана каждой вертикальной секции рамы индивидуального нагревателя выполнены с наклонной опорной поверхностью, а торцы магнитопровода и электромагнитного экрана каждого подвижного модуля выполнены соответственно с ответной наклонной опорной поверхностью для взаимодействия с соответствующей опорной поверхностью нижнего торца магнитопровода и электромагнитного экрана соответствующей вертикальной секции рамы индукционного нагревателя.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что угол наклона опорных поверхностей нижнего торца магнитопровода и электромагнитного экрана каждой вертикальной секции рамы индукционного нагревателя к вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии рамы индукционного нагревателя, составляет не менее 55^o и не более 75^o.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электромагнитный экран каждой вертикальной секции рамы индукционного нагревателя и электромагнитный экран каждого подвижного модуля образован закрепленным на соответствующей раме листом из алюминия.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждая обмотка магнитопровода каждого подвижного нагревательного модуля включена в цепь трансформатора.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что обмотка каждого подвижного модуля последовательно электрически соединена с обмоткой соответствующей вертикальной секции рамы индукционного нагревателя.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кинематическая связь нагревателя с несущей рамой образована закрепленными на каркасе каждой вертикальной секции опорными элементами и закрепленными на несущей раме вертикальными направляющими, при этом каждый опорный элемент установлен с возможностью взаимодействия с соответствующей направляющей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6