SU1700774A1

SU1700774A1 - Способ бесконтактного удержани жидких проводников

Info

Publication number: SU1700774A1
Application number: SU884458792A
Authority: SU
Inventors: Юрий Георгиевич Кривонос; Евгений Семенович Паславский; Юрий Иванович Самойленко; Владимир Алексеевич Ткаченко
Original assignee: Институт кибернетики им.В.М.Глушкова
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1991-12-23

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике . Цель изобретени - увеличе- ние производительности и расширение ассортимента удерживаемых материалов, Две ортогональные системы проводников 1,2 и 5j 6 создают два ортогональных реверсивных пол при подключении к генераторам 3, 4 и 7, 8. Это позвол ет получить результирующее поле заданной однородности .изотропности и градиента давлени . 4 ил.

Description

Изобретение относитс к электротехнике , в основном к электротермическим устройствам и методикам спецметаллургии , предназначенным дл бескон- . тактного нагрева и удержани металлов электромагнитным полем. Оно может быть использовано дл получени чистых металлов, дл плавки без загр знени особо чистых и высокоактивных металлов, дл нанесени тонких пленок, дл получени композиционных материалов со специальными свойствами и во всех других технологических процессах, где необходимо бесконтактное электро- магнитное воздействие на жидкую электропровод щую среду.

Цель изобретени - увеличение производительности и расширение ассортимента удерживаемых материалов.

На фиг.1 представлена схема устройства дл реализации способа, план; на фиг.2 - распределение плотности тока в сечении А-А; на фиг. 3 - распределение плотности тока в сечении Б-Б; на фиг.4 - сечение устройства по В-В.

Лини ми (петли 1 и 2) обозначены максимальные значени распределений токов j, j, описываемых выражением

j, j jSinfOtt-cos KZ

J2 JuocosW2t sin KZ

Требуемое распределение плотности токов осуществл етс соответствую- щей плотностью укладки проводников. Возможно и другое решение: плотность укладки проводников однородна, но запитка их токами соответствует эпюрам распределени j, j. Речь идет о возможно близкой аппроксимации синусоидальной и косинусоидаль- ной функции распределени токов тонкими проводниками и значени ми токов в них. Петли 1 (жирные линии) подсоедиС

н ютс к генератору 3, петли 2 - к генератору 4.

Петли 5, 6 представл ют собой точно такую же систему проводников, как петли 1,2, но повернутую на 90 в плоскости чертежа по отношению к первой, и подсоединены к генераторам 7 и 8. Петли могут находитьс одна над другой или образовывать переплетени проводников. Длина волны уклад ки проводов ft приближенно одинакова дл всех петель. Гальванической св зи между указанными четырьм системами не должно быть. В центральной области , ограниченной окружностью 9, выполнена вогнутость (сегмент сферы или эллипсоида), представленна проекци ми в сеченчи В-В0 Токи 1,1,1 1 генераторов 4,3,5,6 выбираютс равными, величина их должна обеспечивать удержание жидкого металла на требуемой высоте над индуктором (системой проводников). Соответствующие частоты этих токов СО,, , СО, iW выбираютс так, чтобы разности

Q, (03, -0г|, Q2 /C05- |,

-(QI-QI/

превосходили резонансную частоту механических колебаний удерживаемого металла не менее чем в 2 раза.

В частном случае одна пара ортогональных обмоток может запитыватьс от общего генератора, тогда количество требуемых генераторов сократитс до трех.

Процессы спецметаллургии провод тс чаще всего в вакууме или атмосфере различных газов, и поэтому объ ем, заннмаемый металлом, должен ваку умироватьс . Излучение нагретого металла и джоулевы потери создают очень напр женный тепловой режим в обмотках. Это диктует структуру реализации предлагаемого устройства, представленную на фиг.2. Здесь изображена половина сечени , аналогичного сечению В-В магнитной системы (фиг.1). Жидкий металл 10 удерживаетс магнитным полем, создаваемым магнитной системой 11, работающей по описанному принципу. Удерживаемый металл находитс в вакуумированной или заполненной требуемым газом полости 12, котора образуетс проницаемой дл магнитного пол оболочкой

10

15

007744

13 (с удерживаемой стороны), В полост х 14 протекает жидкость, охлаждающа магнитную систему, оболочку 13 и кожух 15.Возможен вариант конструкции , когда оболочка 13 охватывает магнитную систему, наход сь в вакуумном объеме удерживаемого металла или среде какого-либо газа или атмосферу. В этом случае рабочий объем защищаетс от газообмена с вакуумгр зной магнитной- системой.

Дл снижени энергозатрат и более точной аппроксимации синусоидальной функции распределени плотности тока обмоток в них целесообразно примен ть тонкие сверхпроводники, охлаждаемые соответствующим хладагентом.

При возможности грубой аппроксимации синусоидальной функции распределени плотности тока обмотки могут быть выполнены полыми трубами, по которым прокачиваетс хладагент, Така возможность может Существовать дл некоторого класса жидких проводников с малой массовой плотностью и большим коэффициентом поверхностного нат жени .

Способ осуществл етс следующим образом.

Со стороны удерживаемой поверхности жидкого проводника создают вращаю-, щеес с реверсом магнитное поле кру- говой или близкой к круговой пол ризации , имеющее градиент напр женности

20

25

30

35

40

45

50

55

магнитного пол , направленный от удерживаемой поверхности (в случае плавки дл испарени - к периферии всех областей поверхности образца, кроме поверхности, обращенной вверх). Указанное магнитное поле создают со стороны удерживаемой поверхности образца двум взаимно ортогональными бегущими параллельно удерживаемой поверхности синусоидальными волнами магнитных полей близких амплитуд с различными частотами реверса и разност ми этих частот, превосход щими резонансную частоту механических колебаний удерживаемого образца жидкого проводника. Указанные две поьгрхност- ные волны образуют однородное реверсируемое поле круговой пол ризации, убывающее в направлении, ортогональном поверхности индуктора. Усредненное во времени значение их магнитного давлени однородно анизотропно и имеет требуемый градиент, что и требуетс дл устойчивости.

Реализаци указанных волн осуществл етс двум ортогональными системами плоских слоев токов, протекающих по прилегающим поверхност м с плотностью и частотами, описываемыми выражени ми

т.е. среднее во времени значение магнитного давлени не зависит от координат Y и Z.

Напр женность магнитного пол Н как функци X будет убывающей но отношению к напр женности пол Н(0)

Ju jn0 sinCO,t-cos KZ + + cos&32 t sin KZJ (1)

V о 81п0}9ь С08 KY f cosd)4t -sin KYJ .

гДе J ц плотность распределени

о Y-компоненты тока по координате Z;

j - плотность распределени

Z-компоненты тока по коор

динате Y; JZO JMO амплитуды Z и Y-компоненты распределени тока. Wi.COj, C)i СО 4 угловые частоты K 2r/fl,

ft - длина волны распреде;лени тока. е

Давление, создаваемое магнитным полем волны, пропорционально квадра- ту результирующего вектора плотности тока

42 42 + 2 3 Jjj 1г

(3)

Представл jij и j2 из (1), (2), счита jzo J0, получим

jz -в jj rsinzco,t cos2 KZ + X sin2 KZ + cos KZ sin KZ(sin(6J,- -CDgH + sin(Qi+G)t) + sin2CO tx cos2 KY + cos2W4t sin2 KY + + cos KY sin KY(sin(Wj-6J4)t + + sindSj-CO t)

После усреднени по времени получим

J2

Jo;

(4)

на поверхности токов j,

т.е.

по мере удалени от поверхногти индуктора , л,

т

Н(Х) - Н(0). е

(5)

Из (5) следует, что и магнитное 15 давление будет убывать к периферии от плоскости токов jn, j,, т.е. к периферии от поверхности индуктора.

Рассмотренна система токов, как видно, удовлетвор ет требуемым услови 20 м однородности, изотропности и градиента давлени .

5

0

5

0

В предлагаемом способе осуществл етс контроль за возмущени ми всех направлений благодар двум ортогональным магнитным системам удержани жидких, проводников. Ненаблюдаемых направлений возмуцени не остаетс . Результирующее магнитное поле вл етс вращающимс с реверсом, полем и осуществл ет обегающий контроль. Благодар указанным свойствам предлагаемого способа возмущени удерживаемой поверхности будут меньше, чем у прототипа . Это дает возможность уменьшить зазор между индуктором и удерживаемым проводником, благодар чему можно работать с меньшим значением напр женности пол у поверхности индуктора , т.е. с меньшими плотност ми тока индуктора и потер ми на нагрев. Поскольку соотношение между Н(0) и X (см.формулу (5) носит экспоненциальный характер, выигрыш должен быть су- 5 щественным. Оц может выражатьс в экономии электроэнергии и удешевлении установленного оборудовани . Или при тех же затратах в увеличении производительности и расширении ассортимента обрабатываемых материалов в сторону материалов с большей массовой плотностью и плохой проводимостью, (т.е. полупроводников).

Claims

Формула изобретени

Способ бесконтактного удержани жидких проводников, при котором создают бегущее вдоль удерживаемой поверхности проводника реверсивное электромагнитное поле, отличающий- с тем, что, с целью увеличени производительности и расширени ассортимента удерживаемых материалов, создают вдоль удерживаемой поверх5 6

в

Г

Фиг.1

/ , h

ности второе идентичное и ортогональное первому электромагнитное поле, причем разность частот реверса обоих полей поддерживают большей частоты собственных колебаний массы удерживаемого жидкого проводника.

8

А

Т

7

h

Фиг. 2

В-В