Устройство для индукционного нагрева

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Со>>етс><их

Соцмапмстичес><их

Республик

< 748918 (61) Дополни((льное к авт. свил-ву— (22) Заявлсll<> 26.12.7? (21) 2555076/24-07 (51) / "(. Кл."

Н 05 В 5/18 с flPHco((Htl< flff(M занвки ¹â€”

Государственный комитет (28) 11риорит(т (58) УДК 621., 165.»11 (088.8) Offv(litt> <>f3Htfo 15.07.80. Бюллете><ь № 26

h0 делам нэобретений н Offfff

Дата <>публикования описания 25.07.80 (72) Авторы изобретения

В. Л. 1 pl> f (>pfi(fl, В. М. г>родя>3ски Й, М. М. (of(o 3of3 H A. Ь. Кувалдин

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) У(.Т1эОР!(:Т11О ДЛЯ ИНДУК11ИОННОГО 11ЛГР! .11А

Изобретение относится к электрот(хн>(ке, а конкретнее к электротермии и предназначено для использования в индукционных плавильных и нагревательных установи»х.

Известны различные ff;fpHBHTt>l выполнения устройства для индукционного нагрева, состоящих из индуктора, системы его охлаждения и теплоизоляции. Для получения наибольшего электрического КПД индуктор выполняют из металлов с малым удельным сопротивлением, обычно алюминия или меди, а для получения наибольшей удельной поверхностной мощности, т. е. для увеличения тока индуктора,. применяется его принудительное охЛаждение: воздушное или водяное, теплоизоляция применяется для уменьшения тепловых потерь с поверхности нагреваемого металла 1!).

Наиболее близким из известных является устройство для индукционного нагрева, содержащее индуктор, снабженный системой охлаждения, теплоизоляцию и размещенный между ними охлаждаемый металлический экран 12).

Известные устройства при работе на частоте 50 — -60 Гц имеют следующие энергетические характеристики: электрический с

КПД 60 — 80% и уд(.» >fifo <пни рх>и>стную мощность не б<>ле< !(Н)() кйт/(и . Для современных индукционных tlHI p(нательных и плавильных уставов<>к мон(ностьн> 5:10 МВт, а в отдельных слу>3(>я,, и вьшн, электричес5 кие потери в инду >

1 — -10 МВт: а указанное ff leaf 3(>IH(удельной поверхностной мощности ограничивает их производительность.

Цель изобретения — повышение производительности устройства и расширение (о его технологических возможностей.

Поставленная, цель достигается тем, что индуктор выполнен из металла с чистотой не менее 99,99%, а система охлаждения — в виде криостата, заполненного криоагентом с температурой 15 — 120 К, ffo меныпей мере часть которого выполнена из диэлектрического матер(Зала, образуя незамкнутый электрический контур, и снабженного патрубками, служащими для присоединения к источнику криоагента.

При выполнении индуктора из алюминия в качестве криоагента использован конденсированный газ с температурой 70--120 К, например, азот. При выполнении индуктора из алюминия с чистот<>й не менее 99,99Р/р

74 в качестве криоагента исйользован конденсированный газ с температурой 15 — 35 К, например, водород.

Существенно уменьшается удельное электрическое сопротивление металла с высокой чистотой при его охлаждении до 5 — 120 К, что приводит к снижению электрических по " — терь в индукторе и позвоЛяет увеличить ток в индукторе, т. е. повысить удельную поверхностную мощность.

Применение явления сверхпроводимости, которое возможно в специальных материалах при температурах около 4 К, оказывает- ся экономически нецелесообразным в виде повышейных потерь в индукторе на вихревые токи, а также больших энергетических

" "заграт на крйостатирование.

На фнг. показано устройство для индуктивного нагрева, продольный разрез, на фиг. 2 — разрез А — А на фйг. l.

Индуктор 1 охвачен крностатом 2, прнсоединенньци через патрубки 3 к источнику криоагента (на фиг. 1 и 2 не показан).

Вводы 4 предназначены для подключения электропитания, Через патрубки 5 осуществлен подвод охлаждающей среды к металлическому экрану б. Теплоизоляции 7 уменьшает тепловые потери от нагреваемого металла 8. При этом индуктор выполнен из материала с чистотой не менее 99,99%, а температура криоагента лежит в интервале !5 †1 К.

Индуктор 1 устройства может быть выполнен, например, из алюминия, а в качестве криоагента может быть использован конденсированный газ с температурой 70—

120 К, а именно, азот, углеводороды, фреоны или их смеси. При этом удельное электрическое сопротивление алюминия равно около 25109 Ом м. т. е. примерно в 7 раз меньше удельного сопротивления меди при

300 К.

В другом варианте индуктор 1 может быть изготовлен из алюминия с чистотой не менее 91 995%, а в качестве крноагента используется конденсированный газ с температурой 15 — 35 К, а именно водород, гелий, неон или их смеси. Удельное электри. ческое сопротивление алюминия при этом— около 2 10 Ом м, т. е. примерно в тысячу раз меньше удельного сопротивления меди прн ЗООК.

Крностат 2 может быть изготовлен целиком из диэлектрика илн из металла, при этом во избежание больших потерь энергии криостат не должен образовывать замкнутого электрического контура. Охлаждаемый металлический экран 6 может быть выполнен из меди в виде отдельных секций, так что экран 6 не образует замкнутого электрического контура (см. фнг. 2). В качестве охлаждающей среды может быть использована водя.

Технико-экономическая эффективность устройства определяется экономней элек8

I троэнергин и повышением пронзводительности установок индукционного нагрева при уменьшении электрических потерь и повышении удельной поверхностной мощности.

Вследствие поверхностного эффекта уменьшение электрических потерь в индукторе оказывается пропорциональным не удельному электрическому сопротивлению, а корню квадратному из этой величины. Однако, известные методы подавления поверхностного эффекта, например, применение кабелей из свитых проволок малого диаметра, дадут возможность снизить электрические потери в индукторе из алюминия чистотой

99 995%, при охлаждении до 20 К на частоте 50 Гц приблизительно в 100 раз.

Криостатирование при этой температуре потребует расхода электроэнергии около

50 кВт на 1 кВт потерь (для современных

10 !

5 криогенных установок) Предлагаемое устройство окажется особенно эффективным прн.использовании в индукционных установках большой мощности (свыше 1 МВт) так как при этом уменьшается срок окупаемости дополнительного оборудования.

Г

Формула изобретения

1. Устройство для индукционного нагрева, содержащее индуктор, снабженный системой охлаждения, теплонзоляцию и размещенный между ними охлаждаемый металлический экран, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности устройства и расширения его технологических возможностей, индуктор выполнен из металла с чистотой не менее 99,99%, а система охлаждения — в виде криостата, заполненного криоагентом с температурой 15—

120 К по меньшей мере часть которого выполнена из диэлектрического материала, образуя незамкнутый электрический контур, и снабженного патрубками, служащими для присоединения к источнику криоагента.

2. Устройство по п. l, отличающееся тем, что при выполнении инлуктора из алюТаким образом, использование устройства дает снижение электрических потерь приблизительно в 2 раза по сравнению с существующими устройствами. Для современной индукционной тигельной печи для плавки чугуна емкостью 60 т н установлен25 ной мощностью 20 МВА электрические потери в нндукторе составляют 4 МВт. Использование устройства позволит снизить потери до 2 МВт, что при фонде рабочего времени 5000 ч и стоимости электроэнергии

0,0! руб./к Вт ч даст годовой экономический эффект только за счет экономики электроэнергии 200000 руб. на установку (по данным расчета). миния в качеств крноагента использован конденсированный газ с температурой 70-120 К, например, азот.

3. Устройство по п. 1, отлачающееся тем; что при выполнении индуктора из алюминия с чистотой Нс менее 99,995% в качестве криоагента использован конденсированный газ с температурой 15--35 К, например, водород.

I. Вайнберг А. М. Индукционные пла вильные печи. M., «Энергия», 1967, с. 310 — 315.

2. Авторское свидетельство СССР № 193631 кл. Н 05 В 5/12, 1966.

7489I8

5 ь

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Составитель О. Щедрина

Редактор Г. Волкова Техред К. Шуфрич Корректор В. Сининкан

Заказ 4386/23 Тираж 885 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

i l3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент> г. Ужгород, ул. Проектная, 4