Устройство для индукционного нагрева

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СопетснихСоцнапнстическихРеспублик 748918(51) М. Кл." НОэ В з/1 2555076/24-0 соедин сударственнын комитет СССР.511(088.8) по делам нэооретеннй ткрытнн я 25.07.80. Л. Грнгорьсв, В. М. Ьролянский, М Московский 1) Заяви ина эцергетическии институ ц(а ЧЯ ИНДУК 11 ИОННОГО 1 ЛГР 1:(51) У(. Г 1 с Р( КПД 60 - 80% и улсльцук шци рхностную мощность не бле (НН) кйт/см.,ля современных инлукииоццыох на( ренатсльцых и плавильных установок мон(ностьн 5 30 МВт, а в отдельных случая. и вьшн, электрицеские потери в ицлукторе сстанляют .1 в .10 МВт: а указанное на с нис удельной поверхностной мо(иности ограничивает их производительность.Цель изобретения - иовыц(ецйе прои- водительности устройства и расширение 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, по меньшей мере часть которого выполнена из лиэлектрического материала, образуя незамкнутый электрический контур, и снабженного патрубками, служащими для присоедицения к источнику криоагента.При выполнении индуктора из алюминия в качестве криоагента использован конденсированный газ с температурой 70120 К, например, азот. При выполнении индуктора из алюминия с чистотой не менее 99,990/ 0 ва при работе на ют следующие эцерки: электрический Изобретение отцсится к электрот схн(ке,а конкретнее к электротермии и прслназна чецо для испольовация в индукционных плавильных и нагревательных устиновн;х.Известны различные варианть( выполнения устройства лля индукционного нагрева, состоящих из инлуктора, системы его охлаждения и теплоизоляции, Для получения наибольшего электрицеского КПД инлуктор выполняют из металлов с малым удельным сопротивлением, обычно алюминия или меди, а для получения наибольшей удельной поверхностной мощности, т. е. для увеличения тока инлуктора, применяется его привудительное охЛаждение: воздушное или водяное, теплоизоляция применяется для уменьшения тепловых потерь с поверхности нагреваемого металла .Наиболее близким из известных является устройство для индукционного нагрева, содержащее инлуктор, снабженный системой охлаждения, теплоизоляцию и размещенный между ними охлаждаемый метал. лический экран 2.Известные устройстчастоте 50 - -60 Гц имегетические характерист(748918 10криогенных установок) 40 43 0 ЗФ в качестве криоагента использован конденсированный газ с температурой 15 - 35 К,например,водород,Существенно уменьшается удельное электрическое сопротивление металла с высокойчистотой при его охлаждении до5 - 120 К,что приводит к снижению электрических по - терь в"индукторе и позвоЛяет увеличить токв 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 видеповышейных потерь в индукторе на вихревые токи, а также больших энергетических"- заграт на крйостатирование.1-1 а фиг.показано устройство для индуктивного нагрева, продольный разрез;на фиг. 2 - разрез А - А на фйг. .Индуктор 1 охвачен криостатом 2, присоединенными через патрубки 3 к источникукриоагента (на фиг. 1 и 2 не показан).Вводы 4 предназначены для подключенияэлектропитания, Через патрубки 5 осуществлен подвод охлаждающей среды к металлическому экрану б, Теплоизоляции 7 уменьшает тепловые потери от нагреваемого металла 8. При этом индуктор выполнен изматериала с чистотой не менее 99,99%, атемпература криоагента лежит в интервале 5 в 1 К.Индуктор 1 устройства может быть выполнен, например, из алюминия, а в качест.ве криоагента может быть использован конденсированный газ с температурой 70 -120 К, а именно, азот, углеводороды, фреоны нли их смеси. При этом удельное электрическое сопротивление алюминия равнооколо 2,5109 Ом м. т. е. примерно в 7 разменьше удельного сопротивления меди при300 К. В другом варианте индуктор 1 может быть изготовлен из алюминия с чистотой не менее 91995%, а в качестве криоагента 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 10Ом м, т. е, примерно в тысячу раз меньше удельного сопротивления меди при 300 К.Криостат 2 может быть изготовлен целиком из диэлектрика или из металла, при этом во избежание больших потерь энер. гии 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. фиг, 2), В качестве охлаждающей среды может быть использована вода.Технико-экономическая эффективность устройства определяется зкономией элек 4 троэнергии и повышением пронзводительно сти установок индукционного нагрева при уменьшении электрических потерь и повышении удельной поверхностной мощно. сти.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 Таким 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 и установлен З ной мощностью 20 МВА электрические потери в индукторе 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). Предлагаемое устройство окажется особенно эффективным при.использовании в индукционных установках большой мощности (свыше 1 МВт) так как при этом уменьцается срок окупаемости дополнительного оборудования. Гформула изобретения1. Устройство для индукционного нагрева, содержащее индуктор, снабженный системой охлаждения, теплоизоляцию 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 исто ганку криоагента.2. Устройство по п. 1, отли чающеесятем, что при выполнении инлуктора из алюминия в качестве крноагента использован конденсированный газ с температурой 70 120 К, например, азот.3. Устройство по п. 1, отлачающееся тем; что прн выполнении инлуктсра из алюминия с чистотой нс менее 99,995% в качестве криоагента использован конденсированный газ с температурой 1535 К, например, водород,1. Вайнберг А. М, Индукционные плавильные печи. М., Энергия, 1967,с. 310 - 315.3 2. Авторское свидетельство СССР193631, кл. Н 05 В 5/12, 1966. 748918 5 ь Источники информации,принятые во внимание при экспертизеставитель Оед К. Шуф ж 885 СоТехр Тира ПИ Государе делам изоб Москва, Ж - П Патент Шед Редакт Заказ 4 иик ЦНИИ и 1 33035,илиал ПП