Униполярная машина Советский патент 1982 года по МПК H02K31/04 

(5) УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА

Изобретение относится к униполярным электрическим машинам с жидкометаллическим токосъемом и может быть использовано, например для электроли за алюминия и меди,для питания импул сных устройств электрофизической и геоэлектроразведочной аппаратуры,работающих на больших токах, в постоян ном или импульсном режимах. Известно устройство, содержащее два жидкометаллических токосъемных устройства, расположенных на разных уровнях. Токосъемные устройства пред ставляют собой У-образные кольцевые зазоры tl . Однако для работы устройства требуется два жидкометаллических контура, что усложняет конструкцию. Известно также устройство, представляющее собой дис-ковую униполярную машину с ферромагнитопроводом и вертикальным валом, размещенным снизу ротора. Токосъемные устройства. расположены на периферии ротора и In центре. В неподвижном центральном электроде имеется наклонная выемка для ввода и .вывода жидкого металла.t2}. Недостатком этого устройства также является необходимость двух жидкометаллических контуров. Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является униполярная машина с жидкометаллическими токосъемными устройствами, расположенными на разных диаметрах, которые соединены между собой каналами. Каналы соединяют входные и выходные отверстия токосъемных устройств. Эта конструкция проще за счет замены двух жидкометаллических контуров одним 3. Однако в устройстве не обеспечивается устойчивая работа токосъемных устройств, а это ведет к снижению надежности машины. Объясняется это следующим образом. Работа жидкометаллического токосъемного устройства предполагает образование в нем жидкометаллического кольца, которое удерживается за счет центробежных сил. Так как токосъемные устройства находятся на разных диаметрах, то жидкий метал в каналах, соединяющих их, приобретает за счет вращения ротора радиальное давление. Это давление примерно на два порядка больше того, которое удерживает в равновесии жидкий метал в токосъемном устройстве и поэтому он с большой скоростью двигается в соединяющих каналах, опустошая осево токосъемное устройство, а при входе с большой скоростью в периферийное токосъемное устройство, жидкий метал уходит из него, препятствуя образованию устойчивого жидкометаллического кольца в периферийном токосъемном устройстве. В результате нарушается устойчивая работа униполярной машины и снижается ее надежность.

Целью изобретения является повышение надежности униполярной машины путем обеспечения устойчивости жидкого металла в котосъемных устройствах.

Поставленная цель достигается тем, что в роторе между входом в периферийное токосъемное устройство и выходными отверстиями соединяющих каналов выполнена кольцевая проточка, а входные отверстия соединяющих каналов расположены на расстоянии от оси ротора меньшем наружного диаметра неподвижного электрода осевого токосъемного устройства.

На фиг. 1 приведена униполярная машина, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1.

Устройство состоит из ротора 1, установленного на валу 2 в опорах 3 и расположенного в магнитном поле индуктора k. В роторе на разных диаметрах расположены жидкометаллически токосъемные устройства - осевое 5 и периферийное 6, соединенные между собой соединяющими каналами 7 с входными и выходными отверстиями 8 и 9, и кольцевое проточкой 10. В неподвиж ном электроде 11 осевого токосъемного устройства 5 имеется входной канал 12 для подачи жидкого металла, а в неподвижном электроде 13 выходной канал I для выхода жидкого металла. Соединяющие каналы 7 и отверстия 8 и 9 равномерно расположены RO окружности ротора.

Устройство работает следующим образом.

При вращении ротора 1 в магнитном поле индуктора между электродами 11 и 13 возникает электродвижущая сила. Жидкий металл подается через входной канал 12 и поступает в осевое токосъемное устройство 5, заполняет его до уровня входных отверстий 8, расположенных на расстоянии от оси ротора, меньшем наружного диаметра неподвижного электрода осевого токосъемного устройства. Затем жидкий металл под действием центробежных сил из токосъемного устройства 5 поступает во входные отверстия 8 соединяющих каналов .7 проходит по этим каналам и через выходные отверстия 9 попадает в кольцевую проточку 10 и за счет центробежных сил поступает а периферийное токосъемное устройство 6, равномерно заполняет его, образуя устойчивое жидкометаллическое кольцо, которое удерживается центробежными силами. Слив жидкого металла осуществляется чере выходной канал It. Входной канал 12 выходной 14 подсоединяются к жидкометаллическому контуру, в котором они электрически разомкнуты друг от друга любым из известных способов.

Чтобы обеспечить заполнение жидким металлом и осевого токосъемного устройства, выход жидкого металла из него осуществляется не из области с максимальной линейной скоростью, как это делается в известном устрой-, стве, а на некотором расстоянии от этой области, ближе к оси ротора. В этом случае в осевом токосъемном устройстве сохраняется устойчивое жидкометаллическое кольцо, а в соединяющие каналы 7 попадает только тот жидкий металл, который подается чере входной канал 12, образуя вначале устойчивое кольцо в осевом токосъемном устройстве. Из соединяющих каналов 7 жидкий металл поступает в кольцевую проточку 10. Так как с ростом радиуса кольцевой проточки растет ее площадь поперечного сечения, то жидкий металл не может сохранить непрерывность потока и разделяется на отдельные капли. Поскольку кольцевая проточка непрерывна в азимутальном направлении, то капли жидкого металла движутся в азимутальном направлении только за счет сил трения с ростом, уменьшая тем самым свою азимутальную

скорость. Кроме того, при движении в кольцевой проточке на капли жидког металла действует сила Кориолиса,которая еще более уменьшает азимутальную скорость капель, а следовательно и радиальное давление, с которым они поступают в периферийное токосъемное устройство, тем самым способствуя устойчивости жид 1ометаллического кольца. Кроме того, такая подача жидкого металла в периферийное токосъемное устройство обеспечивает равномерное поступление его вдоль всей длины,токосьемного устройства, что также способствует образованию устойчивого жидкометаллического кольца. Повышение устойчивости жидкометаллических колец в обоих токосъемных устройствах приводит к увеличению надежности работы униполярной машины.в целом, так как токосъемные устройства являются самыми сложными и важными элементами униполярной машины.

Предлагаемая униполярная машина предназначена для геоэлектроразведки полезных ископаемых и может быть использована как модель для изучения работы жидкометаллического токосъемного устройства в магнитном поле Результаты ее исследования и эксплуатаЦии позволяют проектировать более мощные униполярные машины для электролиза цветных металлов и т.д., что

позволяет получить большой экономический эффект.

Формула изобретения

Униполярная машина, содержащая на разных диаметрах ротора жидкометаллические токосъемные устройства - осевое и периферийное и соединяющие их каналы, расположенные:внутри ротора отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения устойчивости жидкого металла в токосъемных устройствах, в роторе между входом в периферийное то косъемное устройство и выходными отверстиями соединяющих каналов выполнена кольцевая проточка, а входные отверстия .соединяющих каналов расположены на расстоянии от оси ротора, меньшем наружного диаметра неподвижного электрода осевого токосъемного устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР № i 27At2, кл. Н 02 К 31/01, 1972.