CN108970806B - 一种立环高梯度磁选机的励磁线圈结构 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种立环高梯度磁选机励磁线圈结构，包括多层多匝的励磁线圈和励磁线圈密封罩，其特征在于：所述的励磁线圈由内截面为圆形、外截面为正六边形且包覆绝缘层的中空紫铜导线缠绕制成，相邻两匝的中空紫铜导线为面面相接，相邻两层间的中空紫铜导线为棱棱相接，在励磁线圈密封罩上两端分别设有外冷注油口和外冷出油口，在励磁线圈密封罩上还设有连通中空紫铜导线的内部圆形通道的内冷注油口和内冷出油口，各出油口和注油口均与油冷却装置相连通。本发明的优点是：1.实现了对中空紫铜导线内外表面的复合冷却，保证冷却效果的前提下，可通过增加励磁导线的截面积提高立环磁选机的背景磁场，减小了励磁线圈的体积，稳定了背景磁场；2.减少了清水的消耗；3.减少了励磁线圈的结垢故障。

Description

一种立环高梯度磁选机的励磁线圈结构
技术领域
本发明属于磁选设备中的立环高梯度磁选机技术领域，具体涉及一种立环高梯度磁选机励磁线圈结构。
背景技术
立环高梯度磁选机是目前弱磁性矿物分选和非金属矿除杂与提纯的关键设备之一，其基本分选原理是利用励磁线圈在上下铁轭缝隙构成的磁场回路空间产生的背景磁场，再利用通过该位置的转环上的聚磁介质在背景磁场中被磁化，产生更高的感应磁场，聚磁介质表面形成高梯度磁场，矿浆中弱磁性矿物被吸附在聚磁介质上，随转环旋转被带入立环高梯度磁选机上部无磁场区，聚磁介质迅速退磁，被冲洗水冲刷流入到磁性产品接矿斗中排走，非磁性矿物沿下铁轭缝隙流入到尾矿斗中排走，以此实现弱磁性矿物与非磁性矿物的分离。
励磁线圈是立环高梯度磁选机产生背景磁场的源泉，背景磁场的大小是由绕组线圈的安匝数决定的；在线圈结构参数和材质一定的前提下，背景磁场的大小主要取决于通过绕组线圈的电流强度和截面积。因此，立环磁选机背景磁场强度的升高一方面可以通过增加励磁电流来实现，一般可高达数百到上千安培，这种情况容易导致线圈的温升增咋，导致励磁线圈绝缘性降低，电阻增大，导致背景磁场不稳定，直至励磁线圈击穿和烧毁事故的发生，从而对立环磁选机的正常生产造成不利影响；另一方面可以通过增加励磁线圈的截面积或匝数来实现，这种情况会导致励磁线圈的体积及增大，将会导致立环磁选机的安装、运行及维护带来不便。因此，立环磁选机的励磁线圈结构一直以来都是磁选设备的研究热点。
目前见诸报道的线圈结构及冷却方式主要有以下两种：一种是采用中空方形或圆形铜质导线，内部通入带压冷却水将热量携带至线圈外部释放，通称内冷，这种线圈结构对背景磁场强度小于1.0T的立环磁选机较为适用；一种是采用实心铜质线板，通过在铜板之间设置间隙，通入带压冷却水或冷却油，通过水或油的循环将热量携带至线圈外部，冷却水直接排放，冷却油在线圈外部采用风冷或者水冷的方式冷却后再进入线圈内进行循环冷却，这种方式通称外冷，由于线板之间的空隙占据了部分体积，这种励磁线圈结构往往体积较大。
冷却水的比热容大，冷却效率高，但对水质的要求较高，长期使用后线圈内壁容易结垢堵塞，另外冷却后的水资源自然流失，造成了资源浪费。冷却剂尽管可以实现封闭循环，但是由于比热容较小，造成了冷却效率较低。
因此，如何提高励磁线圈的工作效率，使立环高梯度磁选机在较高的背景磁场强度（尤其是大于1.5T）时稳定工作，是本领域研究人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷却效率高、能够稳定背景磁场的立环高梯度磁选机励磁线圈结构。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
本发明的一种立环高梯度磁选机励磁线圈结构，包括多层多匝的励磁线圈和励磁线圈密封罩，其特征在于：所述的励磁线圈由内截面为圆形、外截面为正六边形且包覆绝缘层的中空紫铜导线缠绕制成，励磁线圈同一层相邻两匝外截面为正六边形的中空紫铜导线为面面相接，各层间相邻的外截面为正六边形的中空紫铜导线为棱棱相接，在所述的励磁线圈密封罩上两端分别设有外冷注油口和外冷出油口，在所述的励磁线圈密封罩上还设有连通中空紫铜导线的内部圆形通道的内冷注油口和内冷出油口，所述的外冷出油口、内冷出油口、外冷注油口和内冷注油口均与设在励磁线圈密封罩外面的油冷却装置相连通。
本发明的优点是：
1.本发明针对目前高背景磁场强度立环高梯度磁选机励磁线圈应用中存在的问题，利用内截面为圆形、外截面为正六边形且包覆绝缘层的中空紫铜导线缠绕制成的励磁线圈结构，利用封闭油冷却方式的优点，对励磁线圈的中空紫铜导线内表面进行内部冷却；又利用中空紫铜导线正六边形外截面的励磁线圈各层间形成的独特蜂窝状空隙，对励磁线圈的中空紫铜导线外表面进行外部冷却，实现了对励磁线圈的中空紫铜导线内外表面的复合冷却；
2. 由于本发明中的励磁线圈结构可以实现内外复合冷却，因此在保证冷却效果的前提下，可以通过增加励磁导线的截面积，提高立环磁选机的背景磁场，能够提高励磁线圈的激磁效率，并且减少线圈的匝数；
3. 由于本发明中的励磁线圈结构具备特有的层间冷却通道，无需特意增加励磁导线之间的距离，因此该结构还能够减小励磁线圈的体积，对于背景磁场强度大于1.5T的“立环高梯度”磁选机尤其适用；
4.由于立环高梯度磁选机励磁线圈的冷却是在有压环境中进行的，会对导线产生一定的压力，因此外截面为正六边形的线圈结构还可通过双边的面面接触实现导线之间的固定，而边数更多的其它正多边形反而会因接触面的增加导致冷却面积减小；
5.减少励磁线圈冷却过程中对清水的消耗；
6.减少励磁线圈的结垢故障，延长励磁线圈使用寿命。
附图说明
图1为本发明立环高梯度磁选机励磁线圈结构示意图。
图2为相邻两匝励磁线圈的示意图。
图3为图2的放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-图2所示，本发明的一种立环高梯度磁选机励磁线圈结构，包括多层多匝的励磁线圈2和励磁线圈密封罩1，其特征在于：所述的励磁线圈2由内截面为圆形、外截面为正六边形且包覆绝缘层的中空紫铜导线3缠绕制成，励磁线圈2的同一层相邻两匝外截面为正六边形的中空紫铜导线3为面面相接，各层间相邻的外截面为正六边形的中空紫铜导线3为棱棱相接，在所述的励磁线圈密封罩1上两端分别设有外冷注油口4和外冷出油口5，在所述的励磁线圈密封罩1上还设有连通中空紫铜导线3的内部圆形通道的内冷注油口6和内冷出油口7 ，所述的外冷出油口5、内冷出油口7、外冷注油口4和内冷注油口6均与设在励磁线圈密封罩1外面的油冷却装置相连通，油冷却装置的冷却方式采用风冷或水冷均可。
本发明的工作过程如下：
本发明工作时，从油冷却装置以一定压力输出冷却油，冷却油分为两路：一路经外冷注油口4进入励磁线圈封闭罩1，进入并通过励磁线圈各层间的蜂窝状空隙，对中空紫铜导线外表面进行外部冷却，然后到达外冷出油口5，最后返回油冷却装置进行换热冷却；另一路经内冷注油口6进入励磁线圈的中空紫铜导线的内部圆形通道，对中空紫铜导线内表面进行内部冷却，然后到达内冷出油口7，最后返回油冷却装置进行换热冷却，完成一次冷却循环。上述两路冷却过程，实现了对励磁线圈的中空紫铜导线内外表面的复合冷却。如此周而复始，实现连续冷却循环工作。
在本发明工作期间，励磁线圈封闭罩1内始终充满冷却油，励磁线圈2整体浸泡于冷却油中。
实施例
以设计背景磁场强度为1.5T的Φ2000mm立环高梯度磁选机励磁线圈为例，转环内径1700mm，环体宽度900mm。
励磁导线采用外截面形状为边长（外接圆半径）14mm的正六边形、内截面形状为Φ10mm圆形的紫铜导线，截面积为430mm2。取导线的允许电流密度为4A/mm2，则线圈允许通过的最大电流为1720A。转环体上下磁极间隙各为3mm，磁极头间距为156mm，漏磁系数取1.3，计算出励磁线圈的匝数为140匝。设计时选择轴向10匝、径向12匝，所需线圈总重2.403×103kg，励磁线圈的电阻为4.102×10-2Ω，线圈的励磁功率118.5kW。蜂窝状励磁线圈中每匝导线的内外冷却面积合计为247.5mm2，励磁线圈的累计冷却油量为1.3758m3/s。
如果采用26mm×22mm×5mm的中空矩形紫铜导线，截面积为430mm2，则线圈允许通过的最大电流为1520A，计算出励磁线圈的匝数为159匝，设计时选择轴向12匝、径向13匝，所需线圈总重2.683×103kg，励磁线圈的电阻为5.1837×10-2Ω，线圈的励磁功率119.76kW。励磁线圈中每匝导线的冷却面积为192mm2，励磁线圈的累计冷却油量为1.012m3/s。
通过对比两种设计方案可以看出，在背景磁场强度一定的情况下，与传统的矩形中空线圈结构相比，采用本发明中的励磁线圈结构，线圈的匝数减少了10.2%，重量减轻了10.4%，励磁功率降低了1.05%，冷却面积却增加了28.9%，能够保证高背景磁场的立环高梯度磁选机高效、稳定的提供励磁磁场。

Claims (1)

1.一种立环高梯度磁选机的励磁线圈结构，包括多层多匝的励磁线圈和励磁线圈密封罩，其特征在于：所述的励磁线圈由内截面为圆形、外截面为正六边形且包覆绝缘层的中空紫铜导线缠绕制成，励磁线圈同一层相邻两匝外截面为正六边形的中空紫铜导线为面面相接，各层间相邻的外截面为正六边形的中空紫铜导线为棱棱相接，在所述的励磁线圈密封罩上两端分别设有外冷注油口和外冷出油口，在所述的励磁线圈密封罩上还设有连通中空紫铜导线的内部圆形通道的内冷注油口和内冷出油口 ，所述的外冷出油口、内冷出油口、外冷注油口和内冷注油口均与设在励磁线圈密封罩外面的油冷却装置相连通。
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