Плоские односторонние линейные индукционные машины с увеличенным рабочим зазором

• Автор: Неверов, Владимир Юрьевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ПЛОСКИЕ ЛИНЕЙНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ МАШИНЫ
С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ РАБОЧИМ ТЕЛОМ
1.1 Принцип действия и назначение плоских линейных индукционных машин
1.2 Физические процессы в индукционной системе “индуктор
плоской ЛИМ — жидкометаллическое рабочее тело”
1.2Л Продольный и поперечный краевые эффекты в ЛИМ
1.2.2 Гидродинамические явления в рабочем теле ЛИМ
1.2.3 Анализ процессов в жидкометаллическом рабочем теле
1.3 Конструктивные особенности плоских ЛИМ металлургического назначения
1.4 Проектирование ЛИМ металлургического назначения
1.5 Обзор научных исследований плоских ЛИМ
1.5.1 Физическое моделирование электромагнитных
процессов в плоских ЛИМ
1.5.2 Математическое моделирование ЛИМ
1.6 Выводы по разделу
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ “ИНДУКТОР
ПЛОСКОЙ ОДНОСТОРОННЕЙ ЛИМ - РАБОЧЕЕ ТЕЛО”
2.1 Постановка задачи и основные допущения
2.2 Математическая модель для анализа электромагнитного поля
2.3 Дифференциальные и интегральные характеристики
плоской трехфазной ЛИМ
2.4 Выводы по разделу
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОСКИХ ЛИМ РАЗНЫХ ТИПОРАЗМЕРОВ ДЛЯ ОДНОГО ИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ
ИСПОЛНЕНИЙ
3.1 Описание экспериментальной установки

3.2 Конструктивные параметры исследуемых физических
моделей плоских трехфазных ЛИМ
3.3 Исследование различных типоразмеров плоских ЛИМ
3.4 Выводы по разделу
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОСКИХ ЛИМ ОДНОГО ТИПОРАЗМЕРА РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ИСПОЛНЕНИЙ
4.1 Описание различных конструктивных
исполнений плоских ЛИМ
4.2 Анализ интегральных характеристик ЛИМ различных конструктивных исполнений
4.3 Выводы по разделу
5 ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПЛОСКОЙ ЛИНЕЙНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ МАШИНЫ
ДЛЯ МГД ПЕРЕМЕШИВАНИЯ РАСПЛАВА АЛЮМИНИЯ
5.1 Постановка задачи оптимизации магнитогидродинамического перемешивателя
5.2 Результаты исследования МГДП
5.3 Применение алгоритма параметрической оптимизации
на основе генетического алгоритма
5.4 Результаты оптимизации режимов плоской ЛИМ
для МГД перемешивания расплава алюминия
5.5 Выводы по разделу
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Основной областью применения плоских односторонних линейных индукционных машин (ЛИМ) с увеличенным рабочим зазором является металлургия /1/. В металлургии ЛИМ используют для бесконтактного силового воздействия на расплавы металлов с целью их транспортировки /2, 3, 4/, управления скоростью литья металла из миксеров и печей в кристаллизаторы /5, 6/, перемешивания с целью гомогенизации расплавов по химическому составу, температуре и других технических операций /7-10/.
Металлургическое назначение ЛИМ определяет большую величину зазора между индуктором и рабочим телом, что вызвано необходимостью размещения между ними теплоизоляции. Большие рабочие зазоры приводят к существенным конструктивным особенностям ЛИМ /11 — 17/. В частности плоские ЛИМ металлургического назначения, из-за большого рабочего зазора имеют большие абсолютные величины полюсных шагов и как следствие малое число пар полюсов. Это в свою очередь вызывает значительные проявления поперечного и продольного краевых эффектов в рабочем теле, а также сильное влияние эффекта переноса мощности между фазами на работу машины, при этом величина пульсирующего магнитного поля сопоставима с величиной бегущего магнитного поля. Все перечисленное предъявляет особые требования к разработке и проектированию ЛИМ металлургического назначения.
Проектирование любой электрической машины, и ЛИМ, в частности, включает в себя выбор материалов отдельных частей машины, выбор и расчет конструктивных параметров элементов конструкции машины, объединение их в конструктивные узлы и общую компоновку всех частей таким образом, чтобы машина по возможности наилучшим образом соответствовала своему назначению и была наиболее экономичной в работе и при изготовлении /18, 19/. Проектирование специальных или уникальных электрических

пература плавления алюминия =660,2 “С. Удельные электропроводности жидкого алюминия и галлия имеют близкие значения 3.66x10-4 и 4.78x
—^— соответственно. Что позволяет сделать вывод о подобии электромаг-Ом ■ м
нитных процессов при силовом воздействии на жидкий, алюминий и галлий посредствам электромагнитного поля. Но добиться при этом выполнения требований точного подобия, кроме электромагнитных еще тепловых и гидродинамических процессов, является практически невозможно. Поэтому, при физическом моделировании устройств для силового воздействия на алюминий и его сплавы речь идет о методе физического моделирования с жидкометаллическим рабочим телом, который позволяет выявить основные, наиболее существенные закономерности процесса без учета второстепенных факторов, хотя в интегральных характеристиках модели эти факторы учитываются.
Константа подобия у физических моделей выбирается из условий удобства изготовления физических моделей и проведения опытов. Использование установок необоснованно больших размеров приводит к усложнению и удорожанию их изготовления и к увеличению расходных материалов, а малые размеры затрудняют наблюдения и измерения. Высокая стоимость технического галлия, например, заставляет уменьшать размеры модели. При этом сохранение соответствия глубин проникновения электромагнитного поля в модели и оригинале приводит к необходимости использования при опытах на физической модели напряжения повышенной, по отношению к оригиналу частоты /49/. При разработке устройств, работающих на пониженной частоте, константа подобия выбирается таким образом, чтобы при физическом моделировании использовать промышленную частоту, что существенно сокращает стоимость модели.
Для соблюдения подобия натуральной и моделирующей установок необходимо выполнить условие:
(1.22)