Введение
1. Обзор публикаций и патентов по теме исследования 9
1.1 Способы и устройства МГД-перемешивания расплавов 9
1.2 Методики проектирования электрических машин 14
1.3 Выводы по разделу 16
2. Математическое моделирование электромагнитных процессов в МГД-
перемешивателе 17
2.1 Общие замечания и постановка задачи 17
2.2 Одномерная модель электромагнитного поля МГД-перемешивателя .. 18
2.3 Схема замещения и параметры МГД-перемешивателе 27
2.4 Двухмерная электромагнитная модель МГД-перемешивателя с
продольным краевым эффектом 31
2.5 Выводы по разделу 33
3. Экспериментальное определение параметров МГД па промышленном
образце 34
3.1 Конструкция индуктора МГД-перемешивателя 34
3.2 Измерение магнитных потоков и параметры схемы замещения 36
3.3 Определение электромагнитной мощности и комплексного
сопротивления обмоток индуктора 38
3.4 Инженерная методика проектирования МГД-перемешивателей 39
3.5 Выводы по разделу 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 48
В настоящее время электротехнологические комплексы с линейными индукционными машинами нашли широкое применение в различных областях науки и техники. Наибольшее распространение получили электромагнитные насосы, дозаторы, дроссели, перемешиватели. Основными областями применения линейных индукционных машин являются атомная энергетика, металлургия, химическая промышленность, техника физического эксперимента. В данной выпускной квалификационной работе мы рассмотрим линейную индукционную машину - магнитогидродинамический (МГД) перемешиватель жидких металлов. Основным функциональным назначением МГД-перемешивателя является:
o обеспечение однородности температуры и химического состава по всему объему ванны миксера или объема печи;
o ускорение растворения твердой шихты в расплаве;
o растворение тяжелых металлических компонент расплава
По принципу действия МГД-перемешиватель представляет собой линейную индукционную машину, которая является аналогом асинхронных электрических машин. Электромеханические устройства являются основными источниками и потребителями электроэнергии. Поэтому одной из задач автоматизированного проектирования данных устройств является поиск новых вариантов конструкции, для этого необходимы инженерные методики расчета. Особенно актуально это в условиях современного рынка, когда возрастает спрос на мелкие партии и даже штучные экземпляры устройств, рассчитанных на конкретные специфические условия эксплуатации.
Линейные индукционные машины (ЛИМ) применяют в металлургии для бесконтактного силового воздействия на расплавы металлов с целью их транспортировки, управления скоростью литья металла из миксеров и печей в кристаллизаторы, перемешивания с целью гомогенизации расплавов по химическому составу, температуре и других технических операций. Условия применения определяют большую величину зазора между индуктором и рабочим телом, что вызвано необходимостью размещения между ними теплоизоляции. Значительные рабочие зазоры между индуктором и расплавом приводят к конструктивным особенностям индукторов МГД-перемешивателя, то есть большим абсолютным величинам полюсных шагов и, как следствие, малому числу пар полюсов. Ограниченные размеры индуктора приводят к появлению пульсирующей составляющей магнитного поля и вызывают проявление ярко выраженных поперечного и продольного краевых эффектов в рабочем теле. Усиливается влияние эффекта переноса мощности между фазами на работу машины. Перечисленные факторы обусловливают особые требования, предъявляемые к разработке ЛИМ металлургического назначения и методикам их проектирования.
В связи с этим задача разработки проектирования установки является актуальной.
Целью выпускной квалификационной работы является создание инженерной методики проектирования МГД-перемешивателя жидких металлов.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести обзор методик проектирования линейных индукционных машин.
2. Составить электрическую схему замещения МГД-перемешивателя.
3. Произвести расчет электромагнитного поля МГД-перемешивателя.
4. Определить параметры электрической схемы замещения.
5. На базе эксперимента с промышленной моделью перемешивателя определить его электрические параметры схемы замещения.
6. На основании анализа решения двухмерных задач оценить влияние продольного краевого эффекта на характеристики МГД-перемешивателя.
7. На основе расчетных и экспериментальных данных предложить инженерную методику проектирования МГД-перемешивателя.
Объектом исследования является МГД-перемешиватель расплава в плавильных печах и миксернах.
Предметом исследования является методика проектирования МГД- перемешивателя.
1. Обзор публикаций и патентов показал, что в качестве индукторов МГД-перемешивателей используется односторонняя линейная индукционная машина, устанавливаемая под днищем или с боковой стороны печи.
2. Конструкция обмоток МГД-перемешивателя должна предусматривать достаточную прочность при питании больших токов низкой частоты и возможность воздушного охлаждения.
3. При проектировании конкретного МГД-перемешивателя, на основании исходных данных заказчика, необходимо определить геометрические размеры устройства и его электроэнергетические характеристики.
4. В результате решения одномерной задачи получены параметры схемы замещения МГД-перемешивателя, которые определяются, в основном, двумя величинами: коэффициентом добротности е и относительным зазором О / т .
5. В результате решения двухмерной задачи получены параметры схемы замещения, которые определяются большим количеством параметров и учитывают наличие продольного краевого эффекта и дискретное распределение токовой нагрузки.
6. На основании полученных решений одномерной и двухмерной задач получены коэффициенты, позволяющие учесть влияние продольного краевого эффекта и дискретного распределения нагрузки на характеристики МГД- перемешивателя.
7. На промышленном МГД-перемешивателе определены главные магнитные потоки, магнитный поток пазового и лобового рассеяния и параметры схемы замещения МГД-перемешивателя.
8. Предложена инженерная методика электрического расчета МГД- перемешивателя жидких металлов.
