Einrichtung zum induktiven Heizen an einem Stahlband, insbesondere für Wehre und Talsperren Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrich tung zum induktiven Heizen an einem Stahlband, insbesondere an Stahlbändern von Teilen an Wehren und Talsperren.
Die Erwärmung von beweglichen Sperrteilen bei Wehren und Talsperren erfolgte bisher nach dem Widerstandsverfahren. Die Erwärmung hat den Zweck, zu verhindern, dass die beweglichen und fe sten Teile der Sperrglieder zusammenfrieren, so dass es immer, auch im Winter, möglich ist, mit diesen Gliedern zu manipulieren.
Die Widerstandserwär mung war nach den bisherigen Erfahrungen herstel- lungsmässig teurer, betriebsmässig weitaus empfind licher und wies eine hohe Störanfälligkeit auf. Aus- serdem entstand die Wärme nicht unmittelbar in demjenigen Konstruktionsteil, auf welchem es zu keiner Eisbildung kommen soll, sondern wurde die sem Teil aus dem Heizelement über eine elektrische Isolation zugeführt. Dadurch war natürlich auch der Wirkungsgrad und die Bereitschaft der Erwärmung niedriger.
Alle diese Nachteile beseitigt die erfin- dungsgemässe Einrichtung dadurch, dass längs des Bandes mindestens ein elekrischer Leiter gelagert ist, welcher an Wechselstrom anzuschliessen ist, wobei dieser Leiter vom Band und von mindestens einem Teil aus magnetisch leitendem Material umhüllt ist, der am Band befestigt ist.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbei spiele der erfindungsgemässen Einrichtung darge stellt. Es zeigen Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante im Schnitt, und Fig. 2 eine schematische Ansicht dazu ; Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausfüh rungsvariante ; Fig. 4 die zweite Variante in Ansicht; Fig. 5 ein Schnitt durch eine in einer Talsperre eingebaute Heizeinrichtung ; Fig. 6 und 7 weitere Ausführungsbeispiele der Heizeinrichtung im Schnitt.
Ein starkes Stahlband 1, welches in einem Beton block einer Talsperre (nicht dargestellt) eingebaut ist und an welches mittels Dichtung der bewegliche Sperrteil anliegt, besitzt an der dem Betonblock der Talsperre zugekehrten Seite aus einem starken Eisen blech hergestellte, rinnenförmige Teile 3 (Fig. 1 und 2), welche angeschweisst, gegebenenfalls ange schraubt sind. Diese Teile sind gemäss Fig. 2 koaxial und nebeneinander der Länge nach an das Stahlband angeschweisst. Zwischen den einzelnen Teilen 3 ist ein kleiner Abstand.
Durch den Kanal, welcher am Band 1 durch das Anschweissen dieser Teile ent steht, ist ein Kabel aus einem gut leitenden Material (Kupfer, Aluminium) hindurchgeführt. Dieses Kabel ist an einem Ende abisoliert und mit dem Band lei tend verbunden. Am anderen Ende wird dem Kabel und dem Band gemäss Fig. 2 zwischen den Punkten A und B eine Wechselspannung zugeführt. Infolge des durch das Kabel fliessenden Stromes, von der Grössenordnung 500-2000 A, entsteht um das Kabel 2 ein starkes magnetisches Wechselfeld, welches im Band 1 und in den Teilen 3 Wirbelströme erregt. Diese Wirbelströme sowie Hystereseverluste erwär men das Band 1 und die Teile 3 stark.
Ausserdem wird das Band 1 stärker erwärmt als die Teile 3, weil durch das Band der Strom fliesst, welcher längs des Kabels vom entgegengesetzten Bandende zur Stromquelle zurückkehrt. Mit Rücksicht darauf, dass das Band 1 und die Teile 3 aus Eisen bestehen, also stark magnetisch leitend sind, tritt infolge des Skin- effektes eine starke Verdichtung dieses Rückstromes in der engsten Nähe des Kabels ein, wodurch die Heizwirkung gerade in jedem Teil wesentlich an steigt, welcher erwärmt werden soll.
Der Rückstrom würde normalerweise auch durch die Teile 3 konzen triert in engster Nähe des Kabels 2 fliessen (Fig. 1 bis 4), jedoch mit Rücksicht darauf, dass die Teile 3 durch Fugen voneinander getrennt sind, wird der Rückstrom grösstenteils bloss durch das Band 1 flies- sen. Der Rückstrom wird dem Kabel 1 auch in dem Fall folgen, wenn er scheinbar einen kürzeren Weg durch einen anderen Konstruktionsteil des Wehrs hätte.
Dies wird dadurch bewirkt, dass es sich um einen Wechselstrom handelt und dass er ein Material von grosser magnetischer Leitfähigkeit durchfliesst. Die in den Teilen 3 entstehende Wärme wird durch das gut wärmeleitende Eisenmaterial dem Band zu geführt, so dass sie nicht verloren ist. Zwecks Ver minderung der Verluste kann die Aussenseite der Teile 3 gegen die Wärmeabgabe an die Umgebung thermisch isoliert werden.
In Fig. 3 und 4 ist ein dreiphasiges Erwärmungs verfahren dargestellt. Die Anordnung ist analog wie in Fig. 1 und 2, bloss in den durch Anschweissen der Teile 3 (Fig. 3 und 4) entstehenden Kanal wer den zwei Kabel 2 und 4 eingeschoben. Diesen beiden einadrigen Kabel sind an den Enden untereinander und auch mit dem Stahlband 1 kurzgeschlossen. Das Kabel 2 ist an die Phase X angeschlossen und das Kabel 4 an die Phase Y. Die Phase Z ist unmittelbar an den Anfang des Stahlbandes angeschlossen.
Die Ströme in den Kabeln 2 und 4 sind zwar zeitlich um ein Drittel der Schwingungsdauer verschoben, je doch summieren sie sich vektoriell. Es entsteht da her abermals ein Wechselfeld mit analogen Wirkun gen wie bei der Anordnung gemäss Fig. 1 und 2. Durch die Phase Z, d. i. durch das geheizte Band 1, kehren diese beiden Ströme in das Netz zurück. Das Netz ist auf diese Weise beinahe symmetrisch be lastet. Diese Lösung hat hauptsächlich bei der Ab nahme grösserer Leistungen Bedeutung, wo es un vorteilhaft ist, die Leistung bloss einphasig abzu nehmen.
Selbstverständlich wird in beiden Fällen das In- duktions-Heizsystem aus der Stromquelle (Netz) über einen Isoliertransformator gespeist, wecher die Er dung eines Poles durch die Talsperrenkonstruktion ermöglicht.
Der Anschaulichkeit halber ist in Fig. 5 ein Schnitt durch die beschriebene Heizung dargestellt, und zwar in Anwendung bei einer Talsperre, z. B. bei der Schwelle eines Segment-Sperrteiles. Der Raum 5 im Sperrkörper muss bei diesem Verfahren nicht einmal wasserdicht abgeschlossen sein wie bei der Widerstandsheizung. Es genügt, wenn er an der niedrigsten Stelle entwässert wird, damit das gege benenfalls eingedrungene Wasser irgendwo abfliessen kann. Das Kabel l (Fig.1) respektive die Kabel 2 und 4 (Fig. 3) erfahren durch Feuchtigkeit keinen Scha den, weil sie einen Bleimantel besitzen.
Die Kabel sollen allerdings keinen Stahlpanzer haben, da sich dieser erwärmen würde.
Eine allfällige Dichtung 6 (Fig. 5) wird vorteil haft aus einem nichtmagnetischen Material ausge führt, jedoch ist dies keine Bedingung für die richtige Heizfunktion. Damit keine überhitzung des Kabels 2 (Fig. 1) z. B. beim Heizungsvorgang ohne Wasser eintritt, ist es vorteilhaft, die Heizung mit einer Kon- trollvorrichtung der maximalen Temperatur zu ver sehen. An Stellen, wo eine schwächere Heizung ge fordert wird (z. B. bei Stellen, welche nicht dauernd unter Wasser sind), ist es möglich, die schwächere Heizung durch Verkürzen oder auch durch völliges Auslassen einiger Teile 3 zu erzielen.
In letzterem Falle wäre das Kabel 2 bloss durch schwache Be festigungsschellen am Band 1 gehalten.
Die Heizung des Bandes 1 (Fig. 1) kann in we niger vorteilhafter Weise auch gemäss Fig. 6 und 7 erfolgen. In Fig. 6 wird das Band 1 rein induktiv er wärmt, denn es führt keinen Rückstrom. Dieser Strom kehrt durch das Kabel 7 zurück. Die Teile 3 müssen nicht der Länge nach unterteilt sein.
In Fig. 7 ist in analoger Weise eine dreiphasige Heizung des Bandes 1 dargestellt. Der Strom der Phasen X, Y, Z wird durch die Kabel 2, 7, 8 ge führt, welche an ihrem Ende zu einem Sternpunkt vereinigt sind. Auch diese Anordnung muss keine längsgeteilte Teile 3 haben.
Device for inductive heating on a steel band, in particular for weirs and dams The present invention relates to a device for inductive heating on a steel band, in particular on steel bands of parts on weirs and dams.
The heating of movable barrier parts in weirs and dams has so far been carried out using the resistance method. The purpose of the heating is to prevent the moving and fixed parts of the locking members from freezing together, so that it is always possible to manipulate these members, even in winter.
According to previous experience, resistance heating was more expensive in terms of production, far more sensitive in terms of operation, and was highly susceptible to failure. In addition, the heat was not generated directly in that part of the construction on which no ice should form, but was fed to this part from the heating element via electrical insulation. As a result, of course, the efficiency and the willingness to heat were also lower.
The device according to the invention eliminates all these disadvantages in that at least one electrical conductor is mounted along the tape, which is to be connected to alternating current, this conductor being encased by the tape and by at least a part of magnetically conductive material which is attached to the tape .
In the drawing, several Ausführungsbei are games of the inventive device provides Darge. 1 shows a first embodiment variant in section, and FIG. 2 shows a schematic view thereof; Fig. 3 is a section through a second Ausfüh approximately variant; 4 shows the second variant in view; 5 shows a section through a heating device built into a dam; 6 and 7 further exemplary embodiments of the heating device in section.
A strong steel band 1, which is installed in a concrete block of a dam (not shown) and on which the movable locking part rests by means of a seal, has channel-shaped parts 3 made of a strong iron sheet on the side facing the concrete block of the dam (Fig. 1 and 2), which are welded on or screwed on if necessary. According to FIG. 2, these parts are welded coaxially and lengthwise to the steel strip next to one another. There is a small distance between the individual parts 3.
A cable made of a highly conductive material (copper, aluminum) is passed through the channel, which stands ent on band 1 by welding these parts. This cable is stripped at one end and connected to the tape lei tend. At the other end, an alternating voltage is fed to the cable and the tape according to FIG. 2 between points A and B. As a result of the current flowing through the cable, of the order of magnitude of 500-2000 A, a strong alternating magnetic field arises around the cable 2, which excites eddy currents in the band 1 and in the parts 3. These eddy currents and hysteresis losses heat the strip 1 and the parts 3 strongly.
In addition, the band 1 is heated more than the parts 3, because the current flows through the band and returns along the cable from the opposite end of the band to the power source. With regard to the fact that the band 1 and the parts 3 are made of iron, i.e. are strongly magnetically conductive, the skin effect causes a strong compression of this return current in the closest vicinity of the cable, which means that the heating effect is particularly important in each part which is to be heated increases.
The return flow would normally also flow through the parts 3 in a concentrated manner in the closest vicinity of the cable 2 (Fig. 1 to 4), but considering that the parts 3 are separated from each other by joints, the return flow is mostly only through the belt 1 flow. The return current will follow the cable 1 even if it apparently had a shorter path through another structural part of the weir.
This is caused by the fact that it is an alternating current and that it flows through a material of great magnetic conductivity. The heat generated in the parts 3 is fed to the belt by the iron material, which is a good conductor of heat, so that it is not lost. In order to reduce the losses, the outside of the parts 3 can be thermally insulated from the heat dissipation to the environment.
In Fig. 3 and 4, a three-phase heating process is shown. The arrangement is analogous to that in FIGS. 1 and 2, only in the channel created by welding the parts 3 (FIGS. 3 and 4) who the two cables 2 and 4 inserted. These two single-core cables are short-circuited at the ends with one another and also with the steel strip 1. Cable 2 is connected to phase X and cable 4 to phase Y. Phase Z is connected directly to the start of the steel strip.
The currents in cables 2 and 4 are shifted in time by a third of the period of oscillation, but they add up vectorially. There is therefore again an alternating field with analogous effects as in the arrangement according to FIGS. 1 and 2. Through the phase Z, i. i. through the heated belt 1, these two currents return to the network. In this way, the network is loaded almost symmetrically. This solution is mainly important for the acceptance of larger outputs, where it is not advantageous to only accept the output in one phase.
Of course, in both cases the induction heating system is fed from the power source (mains) via an isolating transformer, which enables a pole to be grounded through the dam construction.
For the sake of clarity, a section through the heater described is shown in Fig. 5, namely in use at a dam, for. B. at the threshold of a segment locking part. With this method, the space 5 in the blocking body does not even have to be sealed watertight, as is the case with resistance heating. It is sufficient if it is drained at the lowest point so that any water that may have penetrated can drain away somewhere. The cable 1 (Fig. 1) and the cables 2 and 4 (Fig. 3) experience no damage from moisture because they have a lead sheath.
The cables should not have steel armor, however, as this would heat up.
Any seal 6 (FIG. 5) is advantageously made of a non-magnetic material, but this is not a condition for the correct heating function. So that no overheating of the cable 2 (Fig. 1) z. B. occurs during the heating process without water, it is advantageous to see the heating with a control device of the maximum temperature. In places where a weaker heating is required (e.g. in places that are not permanently under water), it is possible to achieve the weaker heating by shortening or by omitting some parts 3 completely.
In the latter case, the cable 2 would be held on the band 1 only by weak mounting clamps.
The heating of the belt 1 (FIG. 1) can also take place in an advantageous manner in we niger according to FIGS. 6 and 7. In Fig. 6, the tape 1 is purely inductive, it warms, because it does not carry any reverse current. This current returns through the cable 7. The parts 3 do not have to be divided lengthwise.
In Fig. 7, a three-phase heating of the strip 1 is shown in an analogous manner. The current of the phases X, Y, Z is ge leads through the cables 2, 7, 8, which are united at their end to a star point. This arrangement does not have to have any longitudinally divided parts 3 either.