EA013939B1

EA013939B1 - Поворотное загрузочное устройство шахтной печи

Info

Publication number: EA013939B1
Application number: EA200900813A
Authority: EA
Inventors: Эмиль Бреден; Льонель Хауземер; Эмиль ЛОНАРДИ; Ги ТИЛЛЕН
Original assignee: Поль Вурт С.А.
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2010-08-30
Also published as: DE602007011109D1; CN101563468A; KR101394334B1; UA93935C2; WO2008074596A1; CA2671393A1; ATE491047T1; US20100028106A1; EA200900813A1; EP1935993A1; CN101563468B; BRPI0721057A2; EP2094875B1; US8088327B2; EP2094875A1; CN201215437Y; KR20090100351A; TW200839016A; TWI419977B; CA2671393C

Abstract

В изобретении описано поворотное загрузочное устройство (10) шахтной печи, обычно содержащее поворотное распределительное средство (12), предназначенное для рассеивания загружаемого материала по поверхности засыпи в шахтной печи. Поворотное распределительное средство закреплено на поворотной конструкции (16), а поворотная конструкция закреплена с возможностью вращения на стационарной опоре (18). В соответствии с изобретением загрузочное устройство (10) снабжено индуктивным связывающим устройством (30), содержащим стационарную катушку (34) индуктивности, закрепленную на стационарной опоре, и поворотную катушку (36) индуктивности, закрепленную на поворотной конструкции. Стационарная катушка (34) индуктивности и поворотная катушка (36) индуктивности разделены радиальным зазором и выполнены как вращающийся трансформатор, предназначенный для бесконтактной передачи электрической энергии от стационарной опоры (18) на поворотную конструкцию (16) за счет магнитной через радиальный зазор для обеспечения питания электрической нагрузки, размещенной на поворотной конструкции (16) и подсоединенной к указанной поворотной катушке (36) индуктивности.

Description

Настоящее изобретение в общем относится к поворотному загрузочному устройству для шахтной печи, такой как доменная печь. В частности, изобретение относится к обеспечению передачи электрической энергии со стационарной части на поворотную часть загрузочного устройства.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время металлургические доменные печи оснащают поворотными загрузочными устройствами, предназначенными для подачи загружаемого материала в печь. Наиболее широко распространены загрузочные устройства бесконусного типа. Такое загрузочное устройство обычно содержит лоток с переменным углом наклона, закрепленный на поворотной опоре. В большинстве используемых в настоящее время загрузочных устройств такого типа изменение угла наклона лотка производится с помощью сложной зубчатой передачи, приспособленной для передачи механической работы от стационарной к поворотной части при изменении наклона лотка.

В ЕР 0863215 предложено приводить в действие лоток с помощью электродвигателя, расположенного на поворотной части, служащей опорой лотка. Такое решение снимает необходимость во введении узла сложной зубчатой передачи для изменения угла наклона лотка. Однако при этом требуется средство передачи электрической энергии со стационарной части на поворотную часть, чтобы обеспечить питание электродвигателя, установленного на поворотной опоре. Можно полагать, что решение по ЕР 0863215 не нашло широкого применения из-за его сложности, связанной с тем, что касается такой передачи электрической энергии как в плане обеспечения надежности в тяжелых условиях работы в доменной печи, так и в плане обеспечения доступа при необходимости проведения мелких ремонтных работ.

Устройства с контактными кольцами, обычно встречающиеся в генераторах и электродвигателях, широко известны и распространены для передачи электрической энергии на поворотную часть и съема с нее. На самом деле контактные кольца дают возможность передачи на вращающуюся часть электрической энергии любой мощности. Их основным недостатком является то, что скользящие кольца требуют частого вмешательства для проведения обслуживания, например для зачистки, и часто требуют частичной замены из-за истирания. Понятно, что износ скользящих колец происходит намного интенсивнее в условиях запыленности и высокой температуры в такой шахтной печи, как доменная печь.

Техническая проблема

Целью настоящего изобретения является создание простого в обслуживании и надежного средства передачи электрической энергии со стационарной части на вращающуюся часть поворотного загрузочного устройства шахтной печи.

Краткое изложение сущности изобретения

Для достижения поставленной цели в настоящем изобретении предложены поворотное загрузочное устройство шахтной печи по п.1 и способ модернизации загрузочного устройства по п.16 формулы изобретения.

Поворотное загрузочное устройство шахтной печи обычно содержит поворотное распределительное средство, предназначенное для рассеивания загружаемого материала по поверхности засыпи (загрузки) в шахтной печи. На поворотной конструкции крепится поворотное распределительное средство. Поворотная конструкция в свою очередь поддерживается стационарной опорой таким образом, чтобы обеспечить возможность вращения конструкции.

В соответствии с настоящим изобретением поворотное загрузочное устройство содержит индуктивное связывающее устройство между его частями. Это индуктивное связывающее устройство включает стационарную катушку индуктивности, неподвижно закрепленную на стационарной опоре, и поворотную катушку индуктивности, закрепленную на поворотной конструкции. Стационарная и поворотная катушки индуктивности разделены радиальным зазором. Они приспособлены для бесконтактной передачи электрической энергии со стационарной опоры на поворотную конструкцию за счет разделенного магнитного поля, связанного в радиальном направлении через воздушный зазор. Таким образом, катушки индуктивности представляют собой вращающийся трансформатор. Тем самым связывающее устройство образует простое в обслуживании и надежное средство подачи питания в электрическую нагрузку, расположенную на указанной поворотной конструкции и подключенную к поворотной катушке индуктивности.

Благодаря своему бесконтактному выполнению поворотное индуктивное связывающее устройство трансформаторного типа не подвержено износу за счет истирания и поэтому фактически просто в обслуживании. Должно быть понятно, что известный узел со скользящими кольцами, приспособленный для использования в загрузочном устройстве шахтной печи, будет иметь достаточно большой диаметр, так как должно быть обеспечено наличие центрального канала для подачи материала (шихты), за счет чего износ такого узла будет даже более интенсивным. Эта проблема фактически снимается при использовании устройства передачи энергии по настоящему изобретению. Хотя наличие воздушного зазора может привести к небольшому снижению эффективности передачи энергии, в особенности если сравнивать с узлами, содержащими скользящие кольца, этот основной недостаток с лихвой компенсируется значительными преимуществами в надежности и простоте обслуживания.

- 1 013939

В противоположность катушкам индуктивности, противолежащим друг другу в осевом направлении, которые используются в известных вращающихся трансформаторах, предназначенных для применения в низкоточных устройствах, например в видеокассетных магнитофонах, в изобретении предложено создавать радиальный воздушный зазор, т.е. помещать поверхности полюсов катушек индуктивности друг против друга в радиальном направлении по отношению к оси вращения. В конкретном случае загрузочного устройства, размещенного на шахтной печи, было установлено, что диапазон отклонений при движении поворотной конструкции обычно больше в вертикальном направлении, чем в радиальном. Следовательно, расположение друг против друга по радиусу катушек индуктивности позволяет минимизировать величину воздушного зазора.

Для увеличения индуктивности предпочтительно, чтобы стационарная катушка индуктивности содержала стационарный узел магнитного сердечника и чтобы поворотная катушка индуктивности содержала поворотный узел магнитного сердечника. Термин узел используется для прояснения того, что соответствующие сердечники не являются обязательно целиковыми, что станет ясным в дальнейшем.

В одном из вариантов выполнения изобретения радиальный зазор разделяет по меньшей мере одну, а в общем две или три поверхности магнитных полюсов стационарного узла сердечника по меньшей мере от одной, а в общем от двух или трех поверхностей магнитных полюсов поворотного узла магнитного сердечника, так что поверхности стационарных магнитных полюсов и поверхности поворотных магнитных полюсов противолежат друг другу в радиальном направлении. Хотя теоретически наличие одного полюса на одной катушке индуктивности, противолежащего одному полюсу на другой катушке индуктивности, может быть достаточным для выполнения их функций, предпочтительно сформировать также замкнутый контур магнитного потока. В основных вариантах выполнения изобретения радиальный зазор проходит в общем вертикально, что делает фактически невозможным осаждение пыли печи на противолежащих поверхностях. Любая пыль или другие осаждения могут проваливаться через зазор без влияния на функционирование устройства передачи энергии.

Если требуется доступ, например для проведения ремонтных работ, к отдельным частям, которые в ином случае перекрыты индуктивным устройством передачи, предложено устройство, в котором стационарная катушка индуктивности и/или поворотная катушка индуктивности имеют промежутки в направлении вращения. В случае наличия таких разрывов (т.е. при не полностью замкнутой окружности) стационарную катушку индуктивности и поворотную катушку индуктивности предпочтительно выполняют так, чтобы общая поверхность связи магнитного потока между стационарной катушкой индуктивности и поворотной катушкой индуктивности оставалась постоянной при вращении поворотной конструкции. Необходимым, но не достаточным условием для такой постоянной связи при разрывных катушках индуктивности является то, что по меньшей мере одна из катушек индуктивности из стационарной катушки индуктивности и поворотной катушки индуктивности должна иметь геометрию, обладающую аксиальной симметрией по отношению к оси вращения поворотной конструкции. Одной из возможностей обеспечения постоянной связи при одновременном сохранении промежутков для доступа является использование варианта выполнения, в котором стационарная катушка индуктивности имеет по меньшей мере один промежуток по своей окружности и поворотная катушка индуктивности содержит по меньшей мере одну пару разделенных секторов, т. е. обе катушки имеют разрывы. В таком варианте промежуток имеет угловой размер β, и каждая пара разделенных секторов расположена таким образом, что угловой размер δ между биссектрисами этой пары таков, что δ является делителем для β, или таков, что β является делителем для δ.

Предпочтительно каждая обмотка стационарной катушки индуктивности и поворотной катушки индуктивности соответственно имеет число витков п, находящееся в диапазоне 50<п<500 и предпочтительно в диапазоне 100<п<200.

Как будет понятно специалисту в данной области, индуктивное связывающее устройство дает возможность надежной и простой в обслуживании подачи питания в электрическую нагрузку, например в электродвигатель, функционально связанный с распределительным лотком для изменения наклона этого лотка или для вращения распределительного лотка вокруг его продольной оси, с насосом контура охлаждения или с любой другой электрической нагрузкой со значительным потреблением энергии (например, не менее 500 Вт), размещенной на поворотной конструкции. Для передачи сигналов управления и/или измерительных сигналов нет необходимости в использовании такого индуктивного устройства связи. Вместо него на поворотной конструкции для приема и/или передачи этих сигналов на нагрузку, питаемую от связывающего устройства, могут быть использованы радиопередатчик, приемник или приемопередатчик.

- 2 013939

Настоящее изобретение не ограничено применением в загрузочных устройствах бесконусного типа. Его выгодно использовать также с загрузочными устройствами другого типа. Далее станет понятным, что загрузочное устройство, модернизированное использованием описанного индуктивного связывающего устройства, особенно подходит для оснащения доменной печи. Для специалиста в данной области техники будет также понятно, что описанное связывающее устройство может быть легко видоизменено для целей модернизации существующих загрузочных устройств без их существенных конструктивных изменений.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - вертикальное поперечное сечение по первому варианту выполнения индуктивного связывающего устройства, входящего в поворотное загрузочное устройство шахтной печи;

на фиг. 2 - вертикальное поперечное сечение по основному варианту выполнения катушки индуктивности и узла сердечника, входящих в индуктивное связывающее устройство по настоящему изобретению;

на фиг. 3 - вертикальное поперечное сечение по трехфазному варианту выполнения катушки индуктивности и узла сердечника, входящих в индуктивное связывающее устройство по настоящему изобретению;

на фиг. 4, 6, 8 - вертикальные поперечные сечения по линиям 1У-1У, У1-У1 и УШ-УШ со схематических видов в плане с фиг. 5, 7, 9 соответственно, иллюстрирующие другой вариант выполнения индуктивного связывающего устройства, причем фиг. 4, 5; 6, 7; 8, 9 относятся к различным угловым положениям;

на фиг. 10 - вертикальное поперечное сечение по линии Х-Х со схематического вида в плане с фиг. 11, иллюстрирующее еще один вариант выполнения индуктивного связывающего устройства, входящего в поворотное загрузочное устройство;

на фиг. 12 - вид в плане еще одного варианта выполнения индуктивного связывающего устройства, входящего в поворотное загрузочное устройство;

на фиг. 13-19 - схематический вид в плане, представляющий возможные геометрические конфигурации и другие варианты выполнения индуктивного связывающего устройства;

на фиг. 20 - эквивалентная схема индуктивного связывающего устройства по нестоящему изобретению.

На этих чертежах везде идентичные ссылочные номера или ссылочные номера с добавленными десятичными знаками используются для обозначения одних и тех же или подобных элементов.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения

На фиг. 1 ссылочным номером 10 в общем обозначено поворотное загрузочное устройство. Поворотное загрузочное устройство 10 обычно устанавливают в горловине шахтной печи (не показана) и, в частности, доменной печи для выплавки передельного чугуна. Загрузочное устройство 10 содержит поворотное распределительное средство, предназначенное для рассеивания загружаемого материала по поверхности засыпи в рабочем объеме печи. На фиг. 1 показан поворотный распределительный лоток 12, составляющий часть поворотного распределительного средства и связанный крепежным элементом 14 в форме качающейся головки с поворотной конструкцией 16. Поворотная конструкция 16 имеет нижнюю опорную плиту 17, на которой крепится образующий ось В вал, на котором подвешен распределительный лоток 12.

Как видно на фиг. 1, поворотное загрузочное устройство 10 имеет также стационарную опору, выполненную в виде корпуса 18. Поворотная конструкция 16 приспособлена для вращения в корпусе 18 за счет роликового подшипника 20 большого диаметра. Наружное кольцо роликового подшипника 20 скреплено с верхним фланцем 22 поворотной конструкции 16, а внутреннее кольцо роликового подшипника скреплено с верхней плитой 24 стационарного корпуса 18. Роликовый подшипник 20 выполнен так, чтобы поворотная конструкция 16 и вместе с ней распределительный лоток 12 могли вращаться вокруг в общем вертикальной оси А, обычно совпадающей с центральной осью печи. Центральный подающий желоб 26 ориентирован по оси А и образует канал, проходящий через верхний фланец 22 и через полый элемент 23, связывающий верхний фланец 22 с опорной плитой 17 поворотной конструкции 16. Загружаемый материал, такой как руда или кокс, может быть доставлен через подающий желоб 26 на распределительный лоток 12. Контур 28 охлаждения с охлаждающим змеевиком, отображенным на фиг. 1, размещен на поворотной конструкции 16 и предназначен для защиты тех узлов, которые особенно подвержены воздействию температуры печи.

В соответствии с принципом создания бесконусной колошниковой части, разработанным Раи1 \Уш111 8.А., Люксембург, загрузочное устройство 10 обеспечивает распределение загружаемого материала за счет поворота распределительного лотка 12 вокруг оси А и за счет изменения угла наклона при повороте распределительного лотка 12 вокруг оси В. Ось В в основном перпендикулярна оси А. Известные детали конструкции механизма вращения и поворота распределительного лотка 12 не чертежах не показаны и в дальнейшем не рассматриваются. Более подробно такие детали описаны, например, в

- 3 013939

И8 3880302. Для облегчения понимания следует в общем отметить, что поворотное загрузочное устройство 10 содержит поворотную конструкцию 16, приспособленную для вращения относительно стационарной опоры, которая на фиг. 1 соответствует корпусу 18.

Специалистам в данной области техники понятно, что обеспечение возможности передачи электрической энергии на поворотную конструкцию особенно надежным и удобным в обслуживании способом очень существенно в различных известных применениях, а также в прогрессивных новых применениях. Примеры таких применений следующие:

загрузочные устройства по ЕР 0863215 или 6481946, в которых использован привод для изменения угла поворота распределительного лотка, установленного на поворотной конструкции, и, следовательно, требуется обеспечение возможности передачи энергии на поворотную конструкцию;

один или более охлаждающих насосов, например, используемых для принудительной циркуляции в контуре 28 охлаждения, как показано на фиг. 1, или в контуре охлаждения оси подвески лотка, известном из патента ΌΕ 3342572, и/или для контура охлаждения самого лотка 12, как приведено в И8 5252063;

загрузочное устройство с распределительным лотком, приспособленным для поворота вокруг продольной оси самого лотка, как приведено в ЕР 1453983;

автоматизированные смазочные устройства;

любой другой привод (приводы) и/или датчик (датчики), предпочтительно установленные на вращающейся части загрузочного устройства.

Естественно, измерительные или управляющие сигналы приводов или датчиков маломощные (несколько милливатт или ватт) и поэтому могут быть просто переданы по беспроводной связи, например, с использованием соответствующего стандартного радиооборудования. И, наоборот, во многих приложениях нужно подавать энергию значительной мощности, обычно порядка 1 кВт и выше для электродвигателей, и поэтому требуются соответствующие средства для обеспечения передачи электроэнергии с неподвижной на вращающуюся часть загрузочного устройства 10.

На фиг. 1 под ссылочным номером 30 представлен первый вариант выполнения индуктивного связывающего устройства, схематически изображенного в поперечном сечении и предназначенного для такой передачи электрической энергии. Индуктивное связывающее устройство 30 способно бесконтактным способом передавать электрическую энергию со стационарной опоры 18 на поворотную конструкцию 16 за счет магнитной связи через радиальный зазор 32.

Индуктивное связывающее устройство 30 содержит стационарную катушку 34 индуктивности, скрепленную со стационарной опорой, т.е. с корпусом 18 на фиг. 1, и поворотную катушку 36 индуктивности, скрепленную с поворотной конструкцией 16. В процессе работы загрузочного устройства 10 стационарная катушка 34 индуктивности остается неподвижной вместе с корпусом 18, в то время как поворотная катушка 36 индуктивности вращается вместе с поворотной конструкцией 16. Хотя это не показано на фиг. 1, однако понятно, что стационарная катушка 34 индуктивности соединена кабелем со стационарным контуром, в который входит источник электропитания, в то время как поворотная катушка 36 индуктивности соединена кабелем с контуром, размещенным на поворотной конструкции 16 и предназначенным для подачи питания в электрическую нагрузку, такую как двигатель поворота лотка 12 и/или насос контура 28 охлаждения, и/или любое другое необходимое электрооборудование, размещенное на поворотной конструкции 16. Как показано на фиг. 1 в поперечном сечении, стационарная катушка 34 индуктивности содержит стационарный узел 38 магнитного сердечника и проволочную обмотку, намотанную вокруг части узла 38 сердечника. Аналогично поворотная катушка 36 индуктивности содержит поворотный узел 40 магнитного сердечника и проволочную обмотку, намотанную вокруг части узла 40 сердечника.

В варианте, представленном на фиг. 1, связывающее устройство 30 расположено между подающим желобом 26 и полым элементом 23. Благодаря такому расположению оба узла 38, 40 сердечника могут быть размещены вокруг оси А в неразрывном виде, иначе говоря в виде полностью замкнутых колец сравнительно небольшого диаметра (замкнутая конфигурация). Соответствующие поверхности полюсов стационарного и поворотного узлов 38, 40 магнитного сердечника разделены радиальным зазором 32, образующим в общем вертикальный воздушный зазор в ферромагнитном материале между поверхностями магнитных полюсов каждого из узлов 38, 40 сердечника. Зазор может быть также слегка наклонным в вертикальном сечении и не обязательно проходить по прямой для каждой из поверхностей полюсов. Однако небольшой радиальный зазор 32 необходим для того, чтобы обеспечить возможность свободного вращения поворотной индукционной катушки 36 относительно стационарной индукционной катушки 34.

Благодаря наличию радиального зазора 32 противолежащие по радиусу поверхности полюсов узлов 38, 40 магнитного сердечника обладают, в частности, следующими преимуществами:

надежность работы в случае обычно имеющего место небольшого вертикального смещения поворотной конструкции 16 относительно корпуса 18 (например, из-за износа подшипника 20 или из-за колебаний давления в печи);

устранение или, по меньшей мере, уменьшение возможности осаждения пыли на поверхностях полюсов узлов 38, 40 сердечника и последующего забивания и износа;

- 4 013939 сохранение расстояния по радиусу относительно оси А (для катушек 34, 36 индуктивности большого размера с обмотками существенной протяженности в осевом направлении).

На фиг. 2 представлен в подробностях вариант выполнения индуктивного связывающего устройства 30. Индуктивное связывающее устройство 30 предназначено для работы на однофазном переменном токе (АС). Стационарный узел 38 магнитного сердечника и поворотный узел 40 магнитного сердечника, каждый, содержат сердечник в общем И-образной или С-образной формы. Узлы 38, 40 магнитного сердечника выполнены из ферромагнитного материала (например, феррита) или сплава (например, Ее-δί) с высокой относительной магнитной проницаемостью μ, составляющей, например, порядка 7000 (при плотности магнитного потока <0,1 мТл). Могут быть также использованы пермаллоевые сплавы, относительная магнитная проницаемость которых достигает значения 40000 и даже 100000. Сплавы с высокой магнитной проницаемостью концентрируют магнитное поле и тем самым повышают индуктивность каждой катушки 34, 36 индуктивности. Стационарная и поворотная катушки 34, 36 индуктивности содержат соответствующие цилиндрические обмотки 44, 46, каждая, намотанные вокруг вертикальной части соответствующего узла 38, 40 магнитного сердечника и за счет этого сохраняющие расстояние по радиусу относительно оси А.

В направлении вращения, т.е. в плоскости, перпендикулярной плоскости фиг. 2, обмотки 44, 46 могут охватывать в общем полную окружность относительно оси А, используя одно отверстие для ввода кабеля при полностью замкнутой кольцевой конфигурации катушки, что может быть использовано в варианте выполнения с фиг. 1. Для достижения высокого отношения числа витков к единице длины катушки (N/1, где N - число витков и 1 - длина обмотки) и тем самым повышения индуктивности в общем предпочтительно, однако, чтобы обмотка катушки покрывала только часть длины дуги соответствующего узла 38, 40 магнитного сердечника (или его составляющей). Это может быть обеспечено, например, при радиальных отверстиях ввода кабеля, расположенных в определенных местах узлов 38, 40 магнитного сердечника для ограничения длины дуги обмотки. В последнем случае каждый из узлов 38, 40 имеет по несколько таких секторов обмотки. Все секторы обмотки предпочтительно имеют одинаковое число витков (Ν). Они подсоединены предпочтительно последовательно с другими секторами обмотки к источнику переменного тока или нагрузке соответственно.

В каждой катушке 34, 36 индуктивности направление магнитного потока, показанное стрелками на фиг. 2, не зависит от положения по окружности поворотной катушки 36 индуктивности. Другими словами, поверхность 48 верхнего полюса стационарного сердечника 38 остается противолежащей поверхности 50 верхнего полюса поворотного сердечника 40, за счет чего то же положение сохраняется для поверхностей 48', 50' нижних полюсов. Более того, индуктивное связывающее устройство 30 выполнено таким образом, чтобы общая плотность магнитного потока через каждую катушку 34, 36 индуктивности оставалась в основном постоянной при вращении поворотной катушки 36 индуктивности. Иначе говоря, передача электрической энергии в основном не зависит от относительного положения стационарной и поворотной катушек 34, 36 индуктивности. Это, конечно, не касается незначительных изменений, связанных, например, с наличием отверстий ввода кабеля в узлах 38, 40 сердечников. В радиальном зазоре 32 магнитный поток также в основном направлен по радиусу, как показано стрелками на фиг. 2.

При необходимости пустые магнитопроводные элементы (свободные от обмоток) могут быть вставлены в определенных местах в кольцевые узлы 38, 40 сердечника, чтобы сохранить однородность плотности магнитного потока в направлении вращения за счет минимизации влияния эффекта рассеяния потока. Так как внутренний по радиусу узел сердечника (например, стационарный узел 38 сердечника на фиг. 1 или поворотный узел сердечника на фиг. 4-9) имеет несколько меньший диаметр, индуктивное связывающее устройство 30 выполнено таким образом, чтобы магнитный сердечник с меньшим сечением потока не насыщался.

Индуктивное связывающее устройство действует как трансформатор (стержневого типа) со стационарной обмоткой 44 и поворотной обмоткой 46, служащими первичной и вторичной обмотками соответственно. Следовательно, напряжение, снимаемое с выходов поворотной обмотки 46, зависит от соотношения числа витков и плотности магнитного потока. В индуктивном связывающем устройстве 30 оно, однако, в общем не зависит от положения по окружности поворотной конструкции 16. Так как преобразование напряжения не является основной задачей индуктивного связывающего устройства 30, соотношение витков (стационарной обмотки и поворотной обмотки) может быть равно 1, как в разделительном трансформаторе. Из-за наличия радиального воздушного зазора 32 между поверхностями 48, 50; 48' 50' верхнего и нижнего полюсов эффективность преобразования индуктивного связывающего устройства 30 ниже, чем эффективность обычного трансформатора с непрерывным сердечником. Ширина по радиусу воздушного зазора 32 мала и составляет обычно порядка нескольких десятых миллиметра или несколько миллиметров (например, 0,5-5 мм). Минимальный воздушный зазор определяется минимальным значением, надежно гарантирующим свободное вращение поворотной катушки 36 индуктивности с учетом влияющих факторов, таких как тепловое расширение и отклонение подшипника 20.

- 5 013939

На фиг. 2 схематически показан также вариант нагрузки (двигатель М), размещенной на поворотной конструкции 16. С помощью индуктивного связывающего устройства 30 электропитание может быть подано к любому типу нагрузки. Должно быть также понятно, что связывающее устройство 30 обеспечивает постоянную передачу электрической энергии как при вращении поворотной конструкции 16 с различными скоростями, т. е. в процессе работы, так и в статическом положении загрузочного устройства 10.

На фиг. 3 представлен альтернативный вариант индуктивного связывающего устройства 130, выполненного как симметричная трехфазная система, обычно используемая в приложениях, где требуется большая мощность. В представленном на фиг. 3 варианте выполнения связывающее устройство 130 содержит стационарный и поворотный узлы 138, 140 сердечника, в вертикальном сечении имеющие в основном Е-образную форму, каждый из которых имеет три поверхности магнитных полюсов. Стационарная и поворотная катушки 134, 136 индуктивности снабжены соответственно набором из трех обмоток

144.1, 144.2, 144.3; 146.1, 146.2, 146.3, каждая из которых работает со сдвигом по фазе в 120° при передаче энергии симметричного трехфазного переменного тока. Стационарные обмотки 144.1, 144.2, 144.3 намотаны соответственно вокруг каждой из трех горизонтальных частей стационарного узла 130 сердечника, в то время как поворотные обмотки 144.1, 144.2, 144.3 намотаны вокруг противолежащих горизонтальных частей поворотного узла 140 сердечника. Другие аспекты индуктивного связывающего устройства 130 аналогичны описанным выше и далее.

На фиг. 4-9 показан другой вариант выполнения индуктивного связывающего устройства 230, входящего в состав загрузочного устройства 10. Далее детали загрузочного устройства 10 на фиг. 4-9, которые соответствуют тем же деталям на фиг. 1, не повторяются.

Индуктивное связывающее устройство 230 на фиг. 4-9 расположено в нижней части стационарного корпуса 18, что лучше всего видно на фиг. 8. Аналогично связывающему устройству, описанному выше, индуктивное связывающее устройство 230 содержит стационарную катушку 234 индуктивности с узлом 238 магнитного сердечника и поворотную катушку индуктивности 236 с узлом 240 магнитного сердечника. Размеры узлов 238, 240 и их обмоток подобраны таким образом, чтобы передавать большую мощность по сравнению с вариантом выполнения с фиг. 1. Так как связывающее устройство 230 находится в нижней части корпуса 18, поворотная катушка 236 индуктивности закреплена непосредственно на плите 17, в то время как стационарная катушка 234 индуктивности установлена на стенке корпуса 18. Как видно на фиг. 5, 7 и 9 стационарный узел 238 сердечника находится по отношению к оси А снаружи, в то время как поворотный узел 240 сердечника находится внутри по отношению этой оси. Хотя это не показано в деталях, оба узла 238, 240 снабжены соответствующими обмотками.

Как видно на фиг. 5, 7 и 9, как стационарная, так и поворотная катушки 234, 236 индуктивности и их соответствующие стационарный и поворотный узлы 238, 240 магнитного сердечника имеют разрывы в направлении вращения поворотной конструкции 16 (конфигурация с разрывом замкнутой окружности). Стационарная катушка 234 индуктивности состоит из двух секторов 234.1, 234.2, в то время как поворотная катушка 236 индуктивности состоит из четырех секторов 236.1, 236.2, 236.3 и 236.4. Секторы

234.1, 234.2; 236.1, 236.2, 236.3 и 236.4 расположены симметрично относительно поворота вокруг оси А.

Механической обработке с высокой точностью нужно подвергать только противолежащие поверхности стационарного и поворотного узлов 238, 240 магнитного сердечника, чтобы получить кольцевое сечение в горизонтальной плоскости. Следует также отметить, что в плоскости рассмотрения радиальный зазор 32 центрирован относительно оси А.

Как также видно на фиг. 5, 7 и 9, соответствующие промежутки по контуру узлов 238, 240 магнитного сердечника дают доступ к внутренним частям поворотной конструкции 16, необходимый, например, для вмешательства при проведении ремонтных работ без снятия индуктивного связывающего устройства 230. Например, обеспечен доступ к обеим половинам крепежного и приводного механизмов распределительного лотка 12, схематически показанным под ссылочными номерами 52, 54, а также, например, к контуру 28 охлаждения или к его охлаждающему насосу (не показан). Например, в положении по окружности, изображенном на фиг. 5, к обеим половинам крепежного и приводного механизма 52, 54, расположенного на опорной платформе 17, можно подобраться через входные люки 56, 58 в корпусе 18. Например, в положении по окружности, изображенном на фиг. 7, поворотная конструкция повернулась на 90° по часовой стрелке по сравнению с фиг. 5, так что другие части, например части контура 28 охлаждения, могут быть доступны с левой стороны, как показано на фиг. 6. На фиг. 9 показано промежуточное положение по окружности поворотной конструкции 16. Связывающее устройство 230 с разрывом по контуру может быть также использовано с учетом конструктивных ограничений.

Высота вертикальной части узлов 238, 240 магнитного сердечника, имеющих в основном и-образную форму, позволяет разместить большое количество витков (не показаны), обеспечивающих значительную индуктивность, так как индуктивность возрастает пропорционально квадрату числа витков. Устройство, представленное на фиг. 4-9, предназначено для случаев большой мощности, например для нагрузок, требующих подачи электропитания >10 кВт.

- 6 013939

Как видно на вертикальных сечениях фиг. 4, 6 и 8 конкретная часть поверхности полюса стационарного узла 238 магнитного сердечника не всегда лежит против соответствующей части поверхности полюса поворотного узла 240 магнитного сердечника в данном цикле поворота. Как можно понять из сравнения фиг. 5, 7 и 9, общая поверхность магнитного взаимодействия через зазор 32 остается постоянной при вращении поворотной катушки индуктивности, т.е. не зависит от положения по окружности поворотной катушки 236 индуктивности относительно стационарной катушки 234 индуктивности. В данном случае термин поверхность взаимодействия определяется как поверхность, на которой поверхности полюсов (см. позиции 48, 50; 48', 50' на фиг. 2) стационарного узла 238 сердечника противолежат по радиусу поверхностям полюсов поворотного узла 240 сердечника, и наоборот, т.е. участок поверхности, через который может быть обеспечено эффективное магнитное взаимодействие. Таким образом, в варианте выполнения с фиг. 4-9 общая поверхность взаимодействия представляет собой сумму отдельных поверхностей, выраженную в угловых мерах, противолежащих частей (заштрихованных на фиг. 5, 7 и 9) секторов 234.1, 234.2; 236.1, 236.2, 236.3 и 236.4 соответственно, умноженную на просуммированную высоту соответствующих поверхностей полюсов (см. 48, 50; 48', 50' на фиг. 2).

Как следствие того что общая поверхность взаимодействия остается постоянной вне зависимости от положения по окружности, магнитный поток взаимодействия и, следовательно, передаваемая на поворотную конструкцию 16 электрическая энергия также не зависят от положения по окружности поворотной конструкции, несмотря на конфигурацию с разрывами стационарной и поворотной катушек 234, 236 индуктивности в соответствии с фиг. 4-9. При соответствующем подборе диаметра индуктивного связывающего устройства 230 степень магнитного взаимодействия, такая же, как в случае непрерывной конфигурации при меньшем диаметре (например, в соответствии с фиг. 1), может быть обеспечена при разрывной конфигурации связывающего устройства 230, отображенной на фиг. 4-9.

На фиг. 10, 11 показан еще один вариант выполнения индуктивного связывающего устройства 330, входящего в состав загрузочного устройства 10. Связывающее устройство 330 имеет разрывную конфигурацию. Далее будут рассмотрены только отличия от ранее описанных вариантов.

Как видно на фиг. 10, индуктивное связывающее устройство 330 расположено в корпусе 18 в средней по высоте части. Такое расположение позволяет уменьшить диаметр устройства и, следовательно, стоимость материалов за счет приближения к роликовому подшипнику 20, так что требуемый допуск на ширину зазора 32 уменьшается и снижается воздействие запыленности и температуры в печи. В противоположность связывающему устройству 230 только поворотная катушка 336 индуктивности индуктивного связывающего устройства 330 имеет разрывы в направлении вращения, в то время как стационарная катушка 334 индуктивности имеет конфигурацию замкнутого вокруг оси А кольца. Диаметр связывающего устройства 330 слегка уменьшен по сравнению с диаметром на фиг. 4-9. Как видно на фиг. 11, поворотная катушка 336 индуктивности состоит из двух отдельных дугообразных секторов 336.1, 336.2. Секторы 336.1, 336.2 разделены промежутком только в месте расположения двух противоположных половин крепежного и приводного механизма 52, 54. Разрывная поворотная катушка 336 индуктивности соответствует конструктивным пространственным ограничениям загрузочного устройства 10 и облегчает доступ к крепежному и приводному механизму 52, 54. За счет значительного размера общей поверхности взаимодействия, изображенной на фиг. 11 (противолежащие части заштрихованы), индуктивное связывающее устройство 330 дает возможность бесконтактной передачи электрической энергии даже большей мощности, чем в предшествующих вариантах выполнения. Должно быть понятно, что конкретный способ электрического соединения кратко представленных устройств 230, 330 может соответствовать схеме с фиг. 2, схеме с фиг. 3 или другой подходящей электрической схеме, которую легко может себе представить специалист в данной области техники.

На фиг. 12 представлен следующий вариант выполнения связывающего устройства 430, который может рассматриваться как модификация варианта выполнения с фиг. 4-9. В противоположность последнему варианту устройство 430 имеет стационарную катушку 434 индуктивности, выполненную так, что она представляет собой замкнутое кольцо с центром на оси А. Для обеспечения доступа при проведении ремонтных работ стационарная катушка 434 индуктивности имеет удаляемые секторы 434.1, 434.3. Эти секторы могут быть закреплены, например, на петлях с возможностью поворота относительно неподвижно установленных секторов 434.2, 434.4, как показано на фиг. 12. При необходимости доступа, например, к частям 52, 54 крепежного и приводного механизма установленные на петлях части 434.1 и 434.2 сектора перемещают во временное положение, показанное на фиг. 12. В процессе работы удаляемые части 434.1 и 434.3 устанавливают так, чтобы они создавали замкнутое кольцо вместе с неподвижными секторами 434.2, 434.4 (что показано пунктирными линиями на фиг. 12). Так как направление магнитного потока в узлах 438, 440 магнитного сердечника перпендикулярно направлению вращения, разрыв узла магнитного сердечника в месте сопряжения между удаляемыми секторами 434.1, 434.3 и неподвижными секторами 434.2, 434.4 не критичен.

Так как скорость вращения поворотного загрузочного устройства шахтной печи сравнительно не велика (например, несколько оборотов в минуту), должны быть предприняты специальные меры, чтобы обеспечить постоянство передачи электрической энергии при катушках индуктивности, имеющих разрывы. Поэтому далее со ссылкой на фиг. 13-19 описаны подробные детали, касающиеся возможных раз

- 7 013939 рывных конфигураций индуктивных устройств передачи. Прежде всего следует отметить, что каждая из фиг. 13-19 иллюстрирует вариант выполнения разрывных индуктивных связывающих устройств, обеспечивающих постоянную передачу электрической энергии вне зависимости от вращения поворотной конструкции 16. Эти варианты не являются исчерпывающими и не предназначены для ограничения объема изобретения.

Фиг. 13 схематически иллюстрирует геометрическую конфигурацию не сплошного по окружности, т.е. разрывного кольцевого связывающего устройства 230, представленного на фиг. 4-9. Как видно на фиг. 13, оба сектора 234.1, 234.2 стационарной катушки 234 индуктивности, также как четыре сектора

236.1, 236.2, 236.3 и 236.4 поворотной катушки 236 индуктивности установлены в положении аксиальной симметрии относительно оси А. Стационарная катушка 234 индуктивности имеет аксиальную симметрию кратности т (также называемую дискретной аксиальной симметрией порядка т) при т=2 (т.е. симметрию при повороте на 2п/т или на 180°), в то время как поворотная катушка 236 индуктивности имеет аксиальную симметрию кратности η при п=4 (т.е. симметрию при повороте на 2π/η или на 90°). Соответствующие угловые величины α стационарных секторов 234.1, 234.2 одинаковы и приблизительно равны π/2 или 90°. Два промежутка β между стационарными секторами 234.1, 234.2, выраженные в радианах, также одинаковы и приблизительно равны π/2 или 90°. Угловая величина у секторов 236.1, 236.2, 236.3 и 236.4 является компромиссной между величиной желательного электромагнитного взаимодействия и пространством доступа, необходимым, например, для проведения ремонтных работ. Само по себе значение γ не является критичным для обеспечения постоянной электромагнитной связи. Для данного радиуса и порядков симметрии соответствующие угловые значения α, β, γ определяют угловые размеры промежутков и стационарных 234.1, 234.2 и поворотных 236.1, 236.2, 236.3 и 236.4 секторов, с помощью которых среди других параметров может быть определена общая поверхность взаимодействия.

Для упрощения последующего изложения выражение сопряженные секторы будет использоваться по отношению к данной паре поворотных секторов, удовлетворяющих условию вхождения в ближайшую по окружности пару, в которой одновременно один сектор создает увеличение взаимодействия, в то время как сопряженный с ним сектор производит снижение взаимодействия и наоборот. На фиг. 13 в связывающем устройстве 230 пары (236.1, 236.2) и (236.3, 236.4) являются парами сопряженных секторов. Угловая величина δ между центрами двух сопряженных секторов, например 236.1 и 236.2, выбирается в функции от угловой величины β промежутка (промежутков). В связывающем устройстве 230 δ есть делитель для β, т.е. β = к-δ, где к - неотрицательная целая величина. Как видно на фиг. 13, к=1 или δ приблизительно равна π/2 или 90°. Более того, оба сопряженных сектора, т.е. (236.1, 236.2) и (236.3, 236.4), будут иметь одинаковую угловую величину γ и располагаться симметрично относительно плоскости, определяемой их биссектрисой, используемой для определения δ. Тем самым обеспечивается гарантия того, что общая поверхность взаимодействия не зависит от положения по окружности поворотной катушки 236 индуктивности. Фактически приведенные выше условия дают гарантию того, что, когда поверхность взаимодействия для данного сектора, допустим 236.2, уменьшается или увеличивается при вращении, поверхность взаимодействия его сопряженного сектора, допустим 236.1, одновременно с этим увеличивается или уменьшается на такую же величину.

На фиг. 14 представлено устройство 530 передачи, выполненное по модифицированному варианту с фиг. 4-9 и 13, в котором поворотная катушка индуктивности содержит только одну пару сопряженных поворотных секторов 536.1 и 536.2. Как видно на фиг. 14, поворотная индукционная катушка 536 не обязательно должна обладать аксиальной симметрией относительно оси А (считая кратность симметрии, равной единице, отсутствием симметрии). В определенных конфигурациях достаточно, чтобы или стационарная, или поворотная катушка 534, 536 индуктивности обладала аксиальной симметрией, что также показано на фиг. 15.

На фиг. 15 представлен еще один вариант выполнения связывающего устройства 630, имеющего одну пару поворотных секторов 636.1 и 636.2 и только один стационарный сектор 634.1. В связывающем устройстве 630 с фиг. 15 поворотная катушка 636 индуктивности имеет аксиальную симметрию кратности 2 (т.е. при сдвиге на угол π или на 180°), в то время как стационарная катушка 634 индуктивности не обладает аксиальной симметрией (т=1). В связывающем устройстве 630 с фиг. 15 δ является делителем для β (и наоборот), т.е. β=^δ при к=1.

На фиг. 16 представлено связывающее устройство 730, в котором стационарная катушка 734 индуктивности обладает аксиальной симметрией кратности 4 (т=4), в то время как поворотная катушка 736 индуктивности не обладает аксиальной симметрией (п=1). Стационарная и поворотная катушки 734, 736 индуктивности соответственно имеют по четыре сектора 734.1, 734.2, 734.3 и 734.4 и 736.1, 736.2, 736.3 и 736.4. В устройстве 730 α=β=δ=π/4 и, следовательно, β=^δ при к=1. И опять же выраженная в радианах величина γ поворотных секторов 736.1, 736.2, 736.3 и 736.4 может быть увеличена или уменьшена, не влияя на то, что электромагнитное взаимодействие не зависит от вращения. Однако в каждой паре сопряженных секторов (736.1, 736.2) и (736.3, 736.4) угловая величина γ, т.е. длина дуги, обоих секторов будет одинакова и удовлетворять соотношению γ<β.

- 8 013939

На фиг. 17 представлен еще один альтернативный вариант выполнения связывающего устройства 830, в котором стационарная катушка 834 индуктивности имеет аксиальную симметрию кратности 3 (т=3, т.е. симметрия при повороте на 120°), в то время как поворотная катушка 836 индуктивности имеет аксиальную симметрию кратности 4 (п=4). Стационарная катушка 834 индуктивности содержит три отдельных сектора 834.1, 834.2 и 834.3, в то время как поворотная катушка 836 индуктивности содержит четыре разнесенных поворотных сектора 836.1, 836.2, 836.3 и 836.4. Секторы расположены аксиально симметрично относительно оси А. В связывающем устройстве 830 α=β=2π/3, в то время как δ=π. Следует отметить, что в связывающем устройстве 830 сопряженными поворотными секторами являются те, которые противолежат по радиусу, т.е. секторы (836.1, 836.3) и (836.2, 836.4) являются сопряженными. Следовательно, в варианте выполнения с фиг. 17 β служит делителем для δ (но не наоборот), т.е. δ=1<·β при к=3. Фактически в этом частном варианте выполнения δ>β, в то время как в предыдущих вариантах выполнялось соотношение δ<β.

На фиг. 18 изображено связывающее устройство 930, представляющее собой модификацию варианта с фиг. 17, в котором имеется только одна пара сопряженных секторов 936.1, 936.2 поворотной катушки 936 индуктивности. Из сравнения фиг. 17 и 18 можно видеть, что действительное число используемых сопряженных пар не является решающим, пока продолжают удовлетворяться условия независимости взаимодействия от вращения. Например, в связывающее устройство 830 с фиг. 17 может быть добавлена еще одна сопряженная пара (не показана) путем введения двух противолежащих по радиусу секторов под углом 45° между парами секторов (836.1, 836.2) и (836.3, 836.4) без влияния на независимость при вращении.

На фиг. 19 представлен еще один вариант выполнения связывающего устройства 1030 связи. В этом связывающем устройстве поворотная катушка 1036 индуктивности имеет такую же конфигурацию, как поворотная катушка индуктивности с фиг. 13, т.е. включает четыре отдельных сектора 1036.1, 1036.2, 1036.3 и 1036.4 с δ=π/4 и расположенных с аксиальной симметрией кратности 4 (п=4) относительно оси А вращения. С другой стороны, стационарная катушка 1034 индуктивности выполнена целиковой с угловым размером α=3π/4 и, следовательно, не обладающей аксиальной симметрией (т=1). Стационарная катушка 1034 индуктивности выполнена с разрывом за счет промежутка, имеющего угловой размер β=π/4. Как и в предыдущих вариантах выполнения, передача электрической энергии от стационарной катушки 1034 индуктивности в поворотную катушку 1036 индуктивности за счет магнитного взаимодействия через зазор 32 также в основном постоянна при вращении поворотной катушки 1036 индуктивности.

Как следует из приведенного выше описания возможного геометрического построения связывающих устройств, возможны многочисленные различные конфигурации катушек индуктивности с разрывными узлами сердечника, причем все обладают таким свойством, что общая поверхность взаимодействия остается постоянной при вращении поворотной катушки индуктивности. Таким образом, передача электрической энергии за счет магнитного взаимодействия через радиальный зазор 32 не зависит от положения по окружности поворотной конструкции 16, на которой закреплена поворотная катушки индуктивности (за исключением небольших колебаний на границах секторов).

В связи с рассмотрением эквивалентной схемы индуктивного связывающего устройства, изображенной на фиг. 20, будут приведены некоторые конструктивные соображения с электрической точки зрения. На фиг. 20 изображены (с учетом фазового вектора):

И1: напряжение, приложенное к стационарной катушке индуктивности;

К1: сопротивление обмоток стационарной катушки индуктивности;

Х1: сопротивление утечки стационарной катушки индуктивности;

и'2=п_4г И2: напряжение на поворотной катушке индуктивности, отнесенное к стационарной катушке индуктивности;

В'2=п_4г ² В2: сопротивление поворотной катушки индуктивности, отнесенное к стационарной катушке индуктивности;

Х'2=п_4г ² Х2: сопротивление утечки поворотной катушки индуктивности, отнесенное к стационарной катушке индуктивности;

Х_ти = взаимоиндукция;

2'_то|=В'_то1+)Х'_то1: импеданс нагрузки (например двигателя), отнесенный к стационарной катушке индуктивности;

В '_то1=п_1г ² В_то1: сопротивление нагрузки, отнесенное к стационарной катушке индуктивности;

Х'_то1=п_1г ² Х_то1: реактивное сопротивление нагрузки, отнесенное к стационарной катушке индуктивности;

при п, представляющем собой отношение числа витков стационарной катушки индуктивности к числу витков поворотной катушки индуктивности.

Как будет ясно далее, индуктивное связывающее устройство в основном аналогично поворотному трансформатору. Поэтому Х_ти является важным параметром для конструкции индуктивного связывающего устройства. Фактически

- 9 013939

Хти = 2π· /--—----,

9Ϊ +ЭД соге £ар (1) где £ - частота переменного тока;

П1 - число витков обмотки стационарной катушки индуктивности и

ЭТ_соге, ^₆а_Р - магнитное сопротивление сердечника и магнитное сопротивление зазора 32 соответст венно.

Так как магнитная проницаемость материала сердечника в несколько тысяч раз больше, чем у радиального зазора 32, в выражении (1) величиной '.1!_со|е. можно пренебречь по сравнению с ЭТ_дар. Так как магнитное сопротивление радиального зазора 32 непосредственно пропорционально ширине (т.е. протяженности по радиусу) зазора 32, эта ширина должна быть минимизирована, чтобы гарантировать высокое значение взаимоиндукции Х_ти. Кроме установления Х_ти как можно большей величины, установление значений К1, К2 и Х1, Х2 как можно меньшими также является средством для оптимизации коэффициента полезного действия индуктивного взаимодействия.

С использованием эквивалентной схемы с фиг. 20 действительный коэффициент полезного действия индуктивного связывающего устройства на основе эффективного отношения мощностей может быть подсчитан следующим образом:

Кажущийся коэффициент полезного действия, основанный на отношении эффективной мощности, потребляемой нагрузкой, к кажущейся мощности (эффективной + реактивной), потребляемой в первичной обмотке, также влияет на величину параметров. Он определяется по выражению

где и₁ и 1₁ - представляют собой кажущиеся (эффективное + реактивное) напряжение и ток на стационарной/поворотной стороне соответственно.

Было установлено, что для радиального зазора, величиной 1 мм, сердечника из Бе-δί, обмотки из медного провода сечением 1 мм², при нагрузке 1 кВт предпочтительным для каждой обмотки соответственно является число витков в диапазоне 110<И1,₂<160. Следует отметить, что η и η, в общем не могут быть одновременно оптимальными для данной конструкции, в которой η, имеет максимум при большем количестве витков, чем η. Поэтому выбор наибольшего числа витков, при котором можно получить максимальное значение η, минимизирует резистивные потери тепла. Так как реактивные сопротивления являются функцией частоты переменного тока, понятно, что выражение (2) зависит от частоты переменного тока, подаваемого в стационарную катушку индуктивности. Было установлено, что для приведенных выше вариантов η и η, быстро возрастают вплоть до частоты 150 Гц. После этого значения η еще продолжают возрастать, но скорость возрастания становится намного меньшей, в то время как η, может значительно снизиться при больших частотах. Чтобы минимизировать реактивные потери (Х_ти, потери в сердечнике), частота должна находиться в компромиссном диапазоне 100<£<200 Гц. Для числа витков обмоток как стационарной, так и поворотной катушек индуктивности И!,₂=125 и частоты £=150 Гц численно были определены следующие значения для различной ширины воздушного радиального зазора 32:

0<е<2 мм. Эффективное значение коэффициента полезного действия выше 70% может быть достигнуто за счет использования большего сечения провода обмотки, использования материалов сердечника с большей магнитной проницаемостью (например, пермаллоя), обеспечения меньшей ширины воздушного зазора и/или различных других средств, хорошо известных специалисту в данной области. Понятно также, что при необходимости в сочетании с индуктивным связывающим устройством могут быть использованы дополнительные компоненты. Связывающее устройство может быть дополнено аккумулятором энергии и выпрямителем или контроллером электрической мощности. Должно быть понятно, что никакие электрические средства, за исключением здесь описанных, не требуются, чтобы обеспечить в основном постоянную подачу энергии в нагрузку, расположенную на поворотной конструкции 16.

Хотя индуктивное связывающее устройство теоретически может быть использовано для комбинированной передачи сигналов и мощности, можно считать, что предпочтительно использовать для передачи сигналов радиооборудование. Следовательно, радиопередатчики, приемники или приемопередатчики могут быть установлены на поворотной конструкции 16 для приема и/или передачи управляющих

- 10 013939 и/или измерительных сигналов от или к нагрузке, связанной с поворотной катушкой индуктивности. Как нагрузка, так и радиооборудование могут получать питание от связывающего устройства.

Наконец, должно быть понятно, что загрузочное устройство шахтной печи, модернизированное применением индуктивного связывающего устройства, описанным выше, может включать нагрузку любого типа, установленную на поворотной конструкции. Благодаря высокой нагрузочной способности устройства передачи одна или более нагрузки, имеющие номинальное потребление мощности свыше 500 Вт, могут просто и надежно действовать на поворотной части загрузочного устройства вне зависимости от условий работы. Вследствие бесконтактной конструкции индуктивное связывающее устройство не подвержено износу, и поэтому обслуживание его фактически не вызывает затруднений, несмотря на тяжелые условия работы в шахтой печи.

Claims

1. Поворотное загрузочное устройство (10) шахтной печи, содержащее поворотное распределительное средство (12), предназначенное для рассеивания загружаемого материала по поверхности засыпи в указанной шахтной печи;

поворотную конструкцию (16), несущую поворотное распределительное средство;

стационарную опору (18), на которую опирается указанная поворотная конструкция; и электрическую нагрузку (М), размещенную на указанной поворотной конструкции, отличающееся тем, что оно содержит индуктивное связывающее устройство (30, 130, 230, ..., 1030) трансформаторного типа, включающее в себя стационарную катушку индуктивности (34, 134, 234, ..., 1034), закрепленную на указанной стационарной опоре; и поворотную катушку индуктивности (36, 136, 236, ..., 1036), закрепленную на указанной поворотной конструкции и соединенную с указанной электрической нагрузкой, причем указанные катушки разделены радиальным зазором (32) и приспособлены для бесконтактной передачи электрической энергии за счет связывающего через указанный радиальный зазор магнитного поля для обеспечения подачи питания на указанную электрическую нагрузку.

2. Устройство по п.1, в котором стационарная катушка индуктивности содержит стационарный узел (38, 138, 238, 338) магнитного сердечника, а поворотная катушка индуктивности содержит поворотный узел (40, 140, 240, 340) магнитного сердечника.

3. Устройство по п.2, в котором указанный радиальный зазор (32) разделяет по меньшей мере одну поверхность (48, 48') магнитного полюса стационарного узла магнитного сердечника от по меньшей мере одной поверхности (50, 50') магнитного полюса поворотного узла магнитного сердечника так, что указанные поверхности стационарного магнитного полюса и поворотного магнитного полюса расположены друг против друга в радиальном направлении.

4. Устройство по пп.1, 2 или 3, в котором указанный радиальный зазор (32) проходит в основном вертикально.

5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором стационарная катушка (234, 534, 634, 734, 834, 934, 1034) индуктивности и/или поворотная катушка (236, 336, 436, 536, 636, 736, 836, 936, 1036) индуктивности имеет разрывы в направлении вращения.

6. Устройство по п.5, в котором стационарная катушка (234, 334, 434, 534, 634, 734, 834, 934, 1034) индуктивности и поворотная катушка (236, 336, 436, 536, 636, 736, 836, 936, 1036) индуктивности выполнены так, что общая площадь взаимодействия для магнитной связи между стационарной катушкой индуктивности и поворотной катушкой индуктивности остается постоянной при вращении указанной поворотной конструкции (16).

7. Устройство по п.6, в котором по меньшей мере одна катушка индуктивности из указанных стационарной катушки (234, 334, 434, 534, 734, 834, 934) индуктивности и поворотной катушки (236, 336, 436, 636, 736, 836, 936, 1036) индуктивности имеет геометрию, обладающую аксиальной симметрией по отношению к оси вращения указанной поворотной конструкции.

8. Устройство по п.7, в котором стационарная катушка (234, 334, 434, 534, 634, 734, 834, 934, 1034) индуктивности имеет по меньшей мере один разделяющий ее промежуток по своей окружности, который имеет угловую величину β, причем в загрузочном устройстве поворотная катушка индуктивности имеет по меньшей мере одну пару разделенных секторов (236.1-236.2, 236.3-236.4, 336.1-336.2, 436.1-436.2, 436.3-436.4, 536.1-536.2, 636.1-636.2, 736.1-736.2, 736.3-736.4, 836.1-836.2, 836.3-836.4, 936.1-936.2, 1036.1-1036.2, 1036.3-1036.4), расположенных так, что радианная величина δ угла между биссектрисами пар такова, что δ является делителем для β, или такова, что β является делителем для δ.

9. Устройство по любому из пп.1-8, в котором стационарная катушка (34, 134, 234, ..., 1034) индуктивности и поворотная катушка (36, 136, 236, ..., 1036) индуктивности соответственно имеют по меньшей мере одну обмотку катушки индуктивности, причем каждая обмотка имеет число витков η в диапазоне 50<η<500.

10. Устройство по любому из пп.1-9, содержащее распределительный лоток (12), составляющий

- 11 013939 часть указанного поворотного распределительного средства, и электродвигатель (М), функционально связанный с распределительным лотком для изменения его угла наклона и подключенный как нагрузка поворотной катушки (36, 136, 236, ..., 1036) индуктивности, в которую через указанное связывающее устройство подается питание.

11. Устройство по любому из пп.1-9, содержащее распределительный лоток, составляющий часть указанного поворотного распределительного средства, и электродвигатель, функционально связанный с распределительным лотком с возможностью его поворота вокруг его продольной оси и подключенный как нагрузка поворотной катушки (36, 136, 236, ..., 1036) индуктивности, в которую через указанное связывающее устройство подается питание.

12. Устройство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащее контур (28) охлаждения, включающий насос, установленный на указанной поворотной конструкции и включенный как нагрузка поворотной катушки (36, 136, 236, ..., 1036), в которую через указанное связывающее устройство подается питание.

13. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором электрическая нагрузка имеет номинальное потребление энергии не менее 500 Вт.

14. Устройство по любому из пп.10-13, дополнительно содержащее радиопередатчик, приемник или приемопередатчик, расположенный на указанной поворотной конструкции для приема и/или передачи управляющих и/или измерительных сигналов к указанной нагрузке или от нее.

15. Доменная печь, содержащая загрузочное устройство по любому из предшествующих пунктов.

16. Способ модернизации поворотного загрузочного устройства шахтной печи, содержащего поворотное распределительное средство, предназначенное для рассеивания загружаемого материала по поверхности засыпи в указанной шахтной печи;

поворотную конструкцию, несущую указанное поворотное средство;

стационарную опору, на которую опирается указанная поворотная конструкция; и электрическую нагрузку, размещенную на указанной поворотной конструкции;

отличающийся тем, что при его выполнении снабжают указанное загрузочное устройство поворотным индуктивным связывающим устройством трансформаторного типа, содержащим стационарную катушку индуктивности и поворотную катушку индуктивности;

закрепляют стационарную катушку индуктивности на указанной стационарной опоре и закрепляют поворотную катушку индуктивности на указанной поворотной конструкции и соединяют поворотную катушку индуктивности с указанной электрической нагрузкой, причем стационарная катушка индуктивности и поворотная катушка индуктивности разделены радиальным зазором и приспособлены для бесконтактной передачи электрической энергии от указанной стационарной опоры на указанную поворотную конструкцию за счет связывающего через указанный радиальный зазор магнитного поля для обеспечения подачи питания на указанную электрическую нагрузку.