Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_11219
.pdf
отработанных газов, либо подаваться из вспомогательных котлов или других действующих установок.
Для того чтобы установка могла работать при любой нагрузке, от холостого хода до максимальной нагрузки, и
одновременно обеспечивать достаточный запас для компенсации любых изменений условий эксплуатации,
температуры на входе в газовую турбину, условий на входе воздуха и подачи охлаждающей среды, которые
могут произойти, требуется лишь сравнительно небольшое изменение распределения мощности между
отдельными валами или передача небольших объемов мощности с одного вала на другой.
Для запуска достаточно, если электродвигатель или паровая турбина способны вращать компрессор на
низкой скорости.
Электродвигатель или паровая турбина будут составлять лишь небольшую часть мощности газовой турбины.
В случае электрического соединения потери в двигателе составляют лишь незначительную величину, которая
более чем компенсируется свободой компоновки газотурбинной установки, особенно при использовании
промежуточного подогрева.
В случае использования паровых турбин для распределения мощности между отдельными валами
достаточное количество пара для удовлетворения потребности 70 может быть получено за счет тепла
отработанных газов. Пар, как правило, генерируется при давлении немного выше атмосферного и
конденсируется в вакууме после турбины. 75 Некоторые примеры применения данного изобретения показаны
на прилагаемых чертежах (рисунки 2-5).
На рис. 2 показана схематическая компоновка установки М, где балансировка установки 80 достигается путем
передачи мощности от одного вала к другому посредством электрического соединения.
На рис. 2 выбран простейший случай, включающий 85 одноцилиндровый компрессор 1, теплообменник 7, в
котором тепло отводится от выхлопных газов турбины для предварительного нагрева воздуха перед
сгоранием, и двухцилиндровую турбину, при этом цилиндр высокого давления 4 приводит в действие
генератор 5 и возбудитель 8, а цилиндр низкого давления 6 приводит в действие компрессор 1. К валу
компрессора присоединен электродвигатель с регулируемой скоростью 9. Электроэнергия для привода
двигателя 95 поступает от генератора 5.
Стрелками на чертежах показано направление потока воздуха и газов через различные компоненты
установки.
При показанной схеме для сгорания используется лишь 100% воздуха. Этот воздух поступает в воздуховод
10, снабженный заслонкой 11, и смешивается с топливом, подаваемым по трубе 3. Сгорание происходит при
температуре 105°C, необходимой для получения хорошего сгорания, и осуществляется в камере 12, из
которой продукты сгорания выходят через отверстия 13. Оставшаяся часть воздуха поступает в воздуховод
110 14, снабженный заслонкой 15, проходит через рубашку 16, окружающую камеру 12, и смешивается с
продуктами сгорания в выходных отверстиях 13.
Затем этот воздух и продукты сгорания проходят вокруг перегородки 17, так что перед поступлением в зону
высокого давления образуется однородная по температуре смесь.
Турбина, конечно.
Компоновка установки должна быть выполнена таким образом, чтобы турбина низкого давления, как правило,
выдавала немного меньше, но никогда не больше мощности, чем требуется для привода компрессора при
всех нагрузках, с учетом колебаний температуры на входе в турбину, параметров воздуха и подачи
охлаждающей среды, если воздух охлаждается во время сжатия.
Разница между потребляемой мощностью компрессора и выходной мощностью турбины низкого давления,
которая обычно имеет небольшие размеры, обеспечивается двигателем. Потребляемая мощность,
разумеется, будет меняться в зависимости от нагрузки и условий эксплуатации, как уже говорилось ранее.
Подогрев газов между турбиной высокого и низкого давления, как правило, приводит к такому повышению
тепловой эффективности установки, что оправдывает его применение. Такой повторный нагрев может быть
осуществлен путем подачи продуктов сгорания из камеры 12 в соединительную трубу 20 между турбиной
высокого и низкого давления в соответствии с заявкой на патент № 547 от 1933 г. (серийный номер 412970)
через трубу, обозначенную пунктирными линиями на рис. 2.
Однако для получения максимальной выгоды от такого повторного нагрева крайне важно, чтобы
адиабатическое падение температуры было примерно одинаковым в обоих цилиндрах, и, следовательно,
выходная мощность была одинаковой.
Однако компрессор, как правило, будет поглощать более половины всей доступной энергии, если не будут
приняты значительно более высокие температуры на входе в турбину, чем это практически осуществимо при
использовании известных материалов, с учетом разумного срока службы деталей, подверженных
воздействию высоких температур.
Благодаря настоящему изобретению, очевидно, становится возможным осуществлять такой повторный
нагрев в наиболее подходящей с термодинамической точки зрения точке и соответствующим образом
распределять адиабатическое тепловое падение.
Разница между потребляемой мощностью компрессора и выходной мощностью турбины низкого давления,
как показано на рис. 2, обеспечивается за счет энергии, поступающей из баллона высокого давления через
генератор и электродвигатель.
Запуск установки осуществляется путем подачи питания на двигатель из внешнего источника. В этом случае
компрессор сможет подавать воздух под пониженным давлением, достаточным для запуска камеры сгорания
и, следовательно, турбины высокого давления.
Изобретение в равной степени применимо и в случае, когда турбины, приводящие в движение компрессор и
обеспечивающие внешнюю работу, работают параллельно, то есть обе работают на газах с одинаковым
начальным давлением. Это показано на рис. 3, где в остальном расположение аналогично описанному ранее
на рис. 2.
Номера ссылок на рис. 3 совпадают с номерами на рис. 2.
На рис. 4 в схематическом виде показан пример использования пара, генерируемого за счет тепла в
выхлопных газах газотурбинной установки, для получения желаемого распределения мощности между
отдельными валами установки.
На рис. 4.1 обозначен компрессор. Сжатый воздух проходит через теплообменник 7, где часть тепла
отработавших газов турбины рекуперируется для предварительного подогрева сжатого воздуха перед его
поступлением в камеру сгорания 2, которая может быть любого подходящего типа. 70 Газы из камеры
сгорания (смешанные с дополнительным избыточным воздухом) подаются в турбину высокого давления 4,
которая приводит в движение генератор 5 и возбудитель 8. Газы, совершившие 75 работ во время
расширения в цилиндре высокого давления и, следовательно, охладившиеся, возвращаются в камеру
сгорания или ее часть при более низком давлении и повторно нагреваются либо путем 80 дальнейшего
сгорания, либо путем подачи газов непосредственно из камеры сгорания в основной поток, как описано ранее,
либо путем пропускания газов через поверхностный подогреватель 30, расположенный в камере сгорания 85.
После повторного нагрева газы подаются в турбину низкого давления 6, которая приводит в движение
компрессор 1. Отработанные газы от турбины низкого давления сначала проходят через теплообменник 7, где
часть их теплосодержания поглощается для предварительного нагрева воздуха. Дополнительное тепло
рекуперируется из отходящих газов в паровом котле 18 и экономайзере 19, после чего 95 газов
выбрасываются в атмосферу.
Сплошные пунктирные линии со стрелками указывают на поток воздуха и газов через растение.
Паровой котел работает при сравнительно низком давлении.
Пар используется для выработки электроэнергии в двух турбинах 20 и 21, установленных на удлинениях
валов газовых турбин, и отводится в общий конденсатор 22.
Подача пара к паровой турбине регулируется регулятором скорости 23.
Подача пара к паровой турбине 21 на валу газовой турбины высокого давления и генератора 110
регулируется регулятором давления 24. Регулятор давления удерживает впускной клапан или клапаны пара в
турбине 21 закрытыми до тех пор, пока давление пара на входах в турбину не превышает заданное значение,
и открывает их, когда это значение превышено. При такой компоновке турбина 21 будет использовать только
то количество пара, которое имеется сверх потребности компрессорной турбины 20 (120).
Это насос, который подает конденсат обратно в котел.
Паровые и водопроводные трубы показаны толстыми линиями, стрелки указывают направление потока.
Запуск электростанции осуществляется путем подачи пара в турбину 20. Пар для этой цели может подаваться
из внешнего источника, например, из вспомогательного котла 130 413 697 или из котла 18, для чего в котле
может быть предусмотрено соответствующее вспомогательное устройство для сжигания топлива.
Турбина 20 способна вырабатывать мощность, необходимую для того, чтобы компрессор подавал воздух
пониженного давления, достаточный для запуска камеры сгорания 2, а затем и турбины высокого давления.
В приведенных выше примерах газовые турбины показаны как однопоточные и осевые, но и без
дополнительных примеров ясно, что изобретение в равной степени применимо к любому типу турбин, будь то
однопоточные или многопоточные, осевые или радиальные, одно- или двухпоточные.
Однако следует отметить, что при использовании системы двойного вращения в сочетании с данным
изобретением можно создать очень простую установку, содержащую всего один турбинный цилиндр. Это
показано на рис. 5, где представлена схематическая компоновка такого завода.
На рис. 5 1 обозначает компрессор, а 7 — теплообменник, в котором тепло от выхлопных газов турбины
рекуперируется для предварительного подогрева сжатого воздуха перед его поступлением в камеру сгорания
2. 8 — система подачи топлива. Газы, выходящие из камеры сгорания, расширяются через двойную
вращающуюся турбину 4, которая приводит в движение на одном валу генератор 5 с возбудителем 8, а на
другом валу — компрессор 1. К валу компрессора 11 прикреплен электродвигатель 9, получающий питание от
генератора 5, для обеспечения надлежащего распределения работы между компрессором и генератором.
Подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы заявляем, что
то, что мы заявляем, это: 1. Газотурбинная установка для производства электроэнергии, включающая в себя
компрессорную установку, средства для нагрева сжатого воздуха и турбинную установку, имеющую по
меньшей мере два вала для привода компрессорной установки и производства электроэнергии, в которой
электроэнергия передается от одного вала к другому посредством электрогенераторов, соединенных с одним
или несколькими валами для производства электроэнергии, и электродвигателей, соединенных с одним или
несколькими валами компрессорной установки.
2.
Газотурбинная установка для производства электроэнергии, включающая в себя компрессорную установку,
средства для нагрева сжатого воздуха и турбинную установку, имеющую по меньшей мере два вала для
привода компрессорной установки и для производства электроэнергии, в которой паровые турбины
соединены с двумя или более валами установки, а распределение мощности между валами изменяется путем
регулирования подачи пара к турбинам.
3.
Газотурбинная установка для производства
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_413698.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=413698&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB413698A
[]
ЗАПАСНОЙ ЭКЗЕМПЛЯР
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата подачи заявки: январь. 19, 1933. № 1814/33. 413,698 -^ Полный левый угол: дек. 27, 1933.
Окончательная версия принята к публикации: 19 июля 1934 года.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Улучшения, связанные с вакуумными печами.
Мы, Гарольд Сметхерст, из 147, за плавку с интервалом в один или два часа - Виктория Роуд, Фаллоуфилд,
Манчестер, безгазовая медь, никель, сталь и тому подобное 55 в графстве Ланкастер, Франи под давлением,
скажем, 10³ или 10¹·мм., Джедмунд Банкрофт, из 19, Делейн Роуд, для производства которого необходимо
i-. В городе Манчестер, графство Ланкастер, имеется металлическая печная камера или корпус, снабженный
по меньшей мере одним отверстием, которое можно многократно относительно быстро закрывать и
герметизировать от вакуума, или, другими словами, корпус печи должен состоять из металлических частей,
соединенных между собой, легко изготавливаемых с помощью высокотемпературных уплотнений, которые
производит британская компания Westminster. Настоящим заявляем о характере данного изобретения.
Проблема также возникает в следующем: предотвращение выделения окклюдированного газа на внутренних
поверхностях плавильных камер и других внутренних печей, обеспечивающих температуру не менее
нескольких сантиметров, при достаточно высокой для плавления обычных или полупроводниковых металлов,
таких как медь, никель и сталь. Очевидно, что полностью исключить выделение газа на относительно очень
больших поверхностях, которые должны подвергаться воздействию вакуума, и это считалось
нецелесообразным. До настоящего времени в плавильных печах для металлов, указанных выше, для
предотвращения выделения газа путем охлаждения деталей циркуляцией охлаждающей жидкости только
умеренно высокого давления, а именно от нескольких сантиметров до нескольких миллиметров.
Более того, само по себе внедрение жидкостного охлаждения представляет множество проблем. Дзюр. Арвей
Иенстеллер предложил ряд мер. Дальнейшие проблемы, очевидно, возникают при работе в условиях
высокого вакуума и высокочастотной индукции, и в частности в печах, где давление было снижено до одной
тысячной миллиметра при заливке расплавленного металла в форму и подаче электрического
нагревательного тока на расстояние 85 метров или меньше, так что газообразный электрический ток
поступает в камеру печи. Дополнительные проблемы, возникающие между витками нагревательной катушки и
других внутренних элементов оконного проема, заключаются в том, что предварительные проводники не
срабатывают при надлежащем отводе паров металла, поступающих в печь. Такой насос для откачки воздуха
из печи и предотвращение нагрева на 90 градусов были разработаны специально для предотвращения
нежелательного вихретокового нагрева при спекании и других видах термической обработки. Частота
электропитания относительно высока, а редкие металлы – относительно высока.
Относительно небольшие количества, обычно небольшого веса. В целом, основной целью нарушений
является содержание одного фунта веса. Печь представляет собой высокотемпературную электрическую
печь. Камера представляла собой стеклянную колбу, расположенную по центру, способную производить
сравнительно большое количество слитков, каждый весом около нескольких фунтов, из практически не
содержащей газов меди, никеля, железа или подобных материалов, или различных других материалов.
Вводные провода были изготовлены из сплавов.
вставлен в резиновую пробку, которая была съемно соединена с горловиной герметичной металлической
камеры печи, имеющей печной колбу. Изобретение включает в себя вакуумный съемный элемент. Следует
понимать, что жидкостная охлаждающая рубашка на такой печи не может быть адаптирована для всей
поверхности и выполнена с открытым отверстием для вставки и извлечения тигля, крышка или дверца для
указанного отверстия, которая предпочтительно снабжена каналом жидкостного охлаждения и легкосъемным
вакуумным уплотнением с камерой печи, индукционная катушка, которая предпочтительно охлаждается
жидкостью, и опорный элемент, также предпочтительно охлаждаемый жидкостью, по крайней мере, для тигля.
Предпочтительно тигель j0 выполнен с разливочным отверстием в основании, которое может быть закрыто
или открыто с помощью затвора, который может приводиться в действие в вакууме извне камеры печи,
причем указанный затвор предпочтительно охлаждается жидкостью.
Изобретение также включает в себя вакуумируемую камеру печи, удобно изготовленную из металла и
предпочтительно охлаждаемую жидкостью, имеющую отверстие для вставки и извлечения тигля, крышку или
дверцу для этого отверстия, которая предпочтительно охлаждается жидкостью и снабжена легкосъемным
вакуумным уплотнением с цепью печи, опору, предпочтительно охлаждаемую жидкостью, для указанного
тигля, индукционную катушку, в которую может быть помещен указанный тигель, держатель (предпочтительно
охлаждаемый жидкостью) для формы и средства, позволяющие расплавленному содержимому тигля
поступать в указанную форму внутри камеры печи. Предпочтительно, держатель формы устанавливается на
дополнительной крышке или дверце, которая также охлаждается жидкостью и предназначена для закрытия
дополнительного отверстия камеры печи через легкосъемное вакуумное соединение.
Изобретение также включает в себя камеру металлической печи с возможностью отвода воздуха, имеющую
множество отверстий и охлаждаемую жидкостью рубашку практически по всей своей поверхности, а также
подходящую для каждого отверстия крышку или дверцу с охлаждаемой жидкостью, снабженную
легкосъемным вакуумным уплотнением, причем по меньшей мере одна из указанных крышек или дверц несет
или имеет соединенное с ней одно внутреннее устройство. В некоторых случаях действительно удобно, чтобы
большая крышка или дверь имели перфорацию, аналогично вырезанную в меньшей крышке или двери. Таким
образом, может быть относительно небольшая крышка или устройство, предназначенное для каждого из
следующих элементов, в зависимости от обстоятельств: (а) простое смотровое отверстие или устройство для
обеспечения ручного доступа к определенному устройству, такому как паровая перегородка; (б) смотровое
окно для расплавленного металла в тигле, предпочтительно с сублимационным коллектором, описанным
ниже; (в) механизм подачи расплава через разливочный затвор или подобное устройство, как указано выше.
(d) держатель, как указано выше, для заливки, формы и (e) вводные проводники для катушки индуктора.
В качестве примера, иллюстрирующего практическую реализацию изобретения, камера печи может включать
в себя основной вертикальный цилиндрический стальной элемент с рубашкой, закрытый сверху и снизу 70
относительно большими дискообразными крышками или дверцами с водяным охлаждением и имеющий
боковые отверстия следующим образом: (1) боковая трубка, закрытая на конце съемным диском и имеющая
трубку, идущую вниз, для соединения с вакуумным насосом, причем указанная боковая трубка содержит
паровой дефлектор, и (2) отверстие, закрытое крышкой или дверцей, несущей механизм управления
разливочным затвором 80.
Большая верхняя крышка или дверца имеет отверстие, закрываемое небольшой крышкой или дверцей с
смотровым окном, упомянутым выше в пункте (b), и, при необходимости, также имеет предохранительный
клапан взрыва 85, в то время как большая нижняя крышка или дверца имеет отверстия, закрываемые
небольшими крышками или дверцами с держателем формы и вводными проводниками соответственно.
Легкосъемные вакуумные уплотнения 90 предпочтительно выполнены, как описано ниже.
Для обеспечения тщательного и практически равномерного охлаждения внутренних поверхностей и с целью
поддержания их, насколько это возможно, при температуре атмосферного воздуха, в первую очередь,
рубашка основной части откачиваемой камеры печи снабжена перегородкой, лопаткой или эквивалентным
устройством, которое заставляет жидкость двигаться зигзагом или, предпочтительно, по спиральной
траектории, а во вторую очередь, крышки или дверцы, нуждающиеся в охлаждении, снабжены каналами
встречного потока кругового типа.
Опора тигля предпочтительно представляет собой относительно большой блок изоляционного материала,
такого как стеатит или другой огнеупорный материал, который не будет чрезмерно выделять газ во время
работы. Такой блок имеет центральное отверстие и опирается на охлаждаемый жидкостью металлический
опорный элемент в форме шайбы (110), который поддерживается поперечными балками внутри камеры печи.
Конструкция опорного элемента предотвращает циркуляцию вихревых токов внутри него. Изоляционный блок
имеет на своей верхней поверхности радиальную канавку, в которой возвратно-поступательно перемещается
разливочный затвор, состоящий из охлаждаемого водой стержня i7hieli, предназначенного для закрытия
центрального разливочного отверстия в дне тигля 120. Указанный стержень предпочтительно состоит из
тугоплавкого металла с хорошей теплопроводностью, такого как материал, иногда называемый
вольфрамово-медным сплавом, который напоминает суспензию вольфрама-125 в меди. Указанный затвор
крепится к горизонтальному рабочему стержню в виде концентрических трубок, имеющих кольцевое
пространство между ними, так что охлаждающая жидкость может циркулировать через них снаружи печи к
разливочному затвору и внутри него.
Указанный приводной стержень проходит через дискообразную, легко снимаемую крышку или дверцу, как
указано выше, и снаружи крепится к головке, которая снабжена винтом и гайкой или другим механизмом
возвратно-поступательного движения. К головке и крышке присоединены концы гибкой металлической
сильфонной трубки, благодаря чему поддерживается вакуумная поверхность оболочки во время работы
разливочного затвора.
Предпочтительно, чтобы под литниковым затвором находилась наклонная поверхность, которая может
скользить по вертикально регулируемому подшипниковому элементу, таким образом, чтобы при перемещении
затвора в закрытое положение он слегка поднимался, плотно закрывая отверстия, а при перемещении
затвора в открытое положение он опускался, отходя от тигля.
В некоторых случаях, в качестве защиты от разрушения тигля, его можно поместить во второй, больший по
размеру тигель, а пространство между тиглями заполнить циркониевым песком, который будет спекаться
металлом, если внутренний тигель разрушится во время плавки.
Индукционная катушка, предпочтительно прямоугольного трубчатого сечения, может быть установлена на
вертикальных опорных стержнях из подходящего изоляционного материала, поддерживаемых охлаждаемым
жидкостью опорным элементом. Концы такого индукторного масла соединены с вводными элементами
следующим образом, что является важной особенностью изобретения.
Два вводных элемента выполнены в виде соосных металлических трубок с относительно большим кольцевым
пространством между ними, а разделяет это пространство третья металлическая трубка, которая приварена
своими концами к самой внешней трубке. Такие вводные элементы предпочтительно располагаются
вертикально и выходят через одну из относительно небольших крышек или дверей, которые легко снимаются,
а именно, через отверстие в нижней дискообразной крышке или двери основной камеры печи. Указанная
относительно небольшая крышка или дверца выполнена в удобной форме фланцевой трубки,
предназначенной для крепления с помощью установочных винтов или шпилек во фланце к большой
дискообразной крышке или дверце и приваривания к самой внешней входной трубке. Нижние концы
промежуточной и внутренней трубок изолированы друг от друга и герметично соединены вакуумным
элементом с помощью изоляционного материала и, при необходимости, соответствующего герметизирующего
вещества. Эти трубки в своих верхних концах разделены изолирующим кольцом.
Следует понимать, что конструкция такова, что охлаждающая жидкость для индуктивной катушки течет в
одном направлении во внутренней из вводных трубок и в другом направлении в кольцевом пространстве
между внешней и промежуточной трубками, в то время как внутреннее кольцевое пространство может быть
подвержено воздействию вакуума печи.
Опора или держатель формы удобно интегрированы с относительно небольшой, легко снимаемой крышкой
или дверцей и, что выгодно, имеют снаружи двойную спиральную канавку, которая закрыта приваренным
полым цилиндром, образующим извилистый или мелкораздельный канал для охлаждения жидкости.
Предпочтительно между формой и трубчатой опорой прокладывается слой из 7 листов медной сетки или
продольно гофрированного листа, чтобы обеспечить относительное расширение и хороший путь для отвода
тепла.
Каждая из трубок жидкостного охлаждения для шайбообразной металлической опоры тигля может быть
удовлетворительно пропущена через основную цилиндрическую часть камеры печи следующим образом.
Конец указанной трубы № 8 припаян к короткой трубе с наружной резьбой, к наружному концу которой может
быть приварена или припаяна труба для наружного соединения шланга.
Указанная трубка ввинчивается и припаивается снаружи к гайке, которая также имеет наружную резьбу,
зацепленную за внутреннюю резьбу в боковой стенке основной камеры печи или за короткую трубку,
проходящую через рубашку, при этом указанная гайка 9 также припаяна снаружи. Подобная конструкция
позволяет сравнительно легко и быстро демонтировать и при необходимости заменить указанные
охлаждающие трубы. 100 Смотровое окно для содержимого тигля предпочтительно устанавливается на
верхней части сублимационной конденсационной трубки или коллектора. Предпочтительно, чтобы устройство
имело жидкостное охлаждение и устанавливалось в съемной небольшой крышке или дверце, которая может
быть герметизирована с помощью такого материала, как воск или битум, в дополнение к свинцовой или
аналогичной прокладке. Трубка для сублимации включает в себя две перевернутые воронкообразные
мембраны 110, предпочтительно из меди для уменьшения потерь от вихревых токов, разного диаметра,
обеспечивающие необходимое пространство оболочки, причем эти две мембраны скреплены вместе сверху и
снизу, а внешняя мембрана 1j5 закреплена в перфорации небольшой крышки или дверцы.
К верхнему внешнему концу внутреннего воронкообразного элемента прикреплен металлический
дискообразный элемент, имеющий небольшое центральное смотровое отверстие и канал для жидкостного
охлаждения, а на верхней части дискообразного элемента с шлифованными поверхностями установлен
другой металлический дискообразный элемент, также имеющий небольшое центральное смотровое
отверстие, который снаружи закрыт кварцевым диском, герметично запечатанным воском или подобным
материалом. Два дискообразных элемента имеют углубления на смежных поверхностях, образуя между ними
плоскую, но относительно широкую камеру 130 441g, 6 98, в которой перемещается в горизонтальной
плоскости на вертикальном эксцентриковом шпинделе прозрачная кварцевая перегородка. Шпиндель имеет
внешнюю рукоятку и промежуточную коническую часть, выточенную в коническом отверстии в верхнем
металлическом дискообразном элементе, а вакуум поддерживается вокруг шпинделя с помощью масла или
смазки с низким давлением паров, например, имеющей зарегистрированную торговую марку «Apiezon». Два
металлических дискообразных элемента могут быть аналогичным образом герметично соединены друг с
другом, чтобы защитить их от вакуума.
Конструкция такова, что пары металла из тигля будут в значительной степени предотвращены от попадания
на вращающуюся вбок перегородку с помощью охлаждаемой жидкостью сублимационной трубки, в то время
как если крышка будет закрыта парами, чистые участки этой перегородки могут быть приведены в поле зрения
путем совершения указанных внешних вращательных движений с небольшим углом.
Следует отметить, что верхняя из двух металлических дискообразных деталей легко снимается для мытья
окон.
Следует отметить, что практически любую часть печи, даже если она имеет вакуумное соединение с другой
частью, можно сравнительно легко демонтировать и заменить за относительно короткое время. Однако в
процессе обычной эксплуатации потребуется лишь снять большую верхнюю дискообразную крышку или
дверцу цилиндрической камеры печи, а именно для извлечения тигля и замены его другим, содержащим
плавящийся металл, и снять относительно небольшую крышку или дверцу, несущую держатель формы, а
именно для извлечения металлического слитка.
Легкоразборные вакуумные соединения, за исключением уже описанных, предпочтительно изготавливаются
следующим образом:
Один из элементов снабжен или образован по периметру канавкой практически прямоугольного сечения,
основание которой облицовано прокладкой из свинца или другого сжимаемого твердого материала, имеющего
пренебрежимо малое давление пара и практически не впитывающего влагу. Для этой цели может
использоваться листовой материал, состоящий из спрессованной зернистой пробки. Однако на такой
материал, как и на свинец, нельзя полностью полагаться в плане поддержания необходимого вакуума, даже
если прокладка сильно сжата между стыковочными поверхностями.
Другой элемент выполнен или снабжен выступающей частью или фланцем, имеющим плоскую наружную
поверхность, предназначенную для входа в указанный выше паз, или же указанный другой элемент может
изначально обладать такой выступающей частью, например, в случае полого цилиндра, который должен быть
закрыт диском с каждого конца. Предусмотрены средства для стягивания элементов таким образом, чтобы
прокладка сжималась между двумя сопрягаемыми поверхностями, а также предусмотрен внешний масляный
канал, благодаря которому при заливке масло будет контактировать с атмосферной стороной прокладки и
заполнять ее слоем масла, который, хотя и необходим, должен быть относительно небольшим, например,
одним или двумя дюймами.
В тех случаях, когда соприкасающиеся поверхности соединения не являются в значительной степени
горизонтальными, и особенно когда они находятся в вертикальной плоскости, как канавка, так и выступающая
часть или фланец дублируются, чтобы обеспечить кольцевой масляный канал между каждой парой
соприкасающихся поверхностей соединения.
В любой конструкции такого уплотнения труба диаметром 85 мм, образующая воздухоотвод, может
сообщаться с самой высокой частью канала, чтобы избежать образования воздушных пробок. Если вакуумное
соединение расположено под углом 90°, а не горизонтально, заправочная труба может быть соединена с
масляным каналом в его самой нижней части. При этом труба может быть снабжена краном для слива масла,
когда соединение собирается отсоединиться.
Следует понимать, что, за исключением случаев, когда указано иное, все части печи изготовлены из металла,
такого как железо или сталь (большинство деталей) и медь (электропроводящие элементы и детали, которые
должны хорошо проводить тепло), а остальные неуказанные вакуумные соединения выполнены сваркой и
твердой пайкой. Для уменьшения потерь от вихревых токов внутренняя поверхность основной камеры печи
предпочтительно покрыта медью.
Относительно небольшая крышка или дверца 105, предназначенная для размещения формы, может иметь
небольшое центральное отверстие, закрытое съемной пробкой, позволяющей вставлять стержень для
подъема формы в держателе или даже слитка в форме, если в ее дне 10 предусмотрено небольшое
отверстие, закрытое конической пробкой.
При желании в камере печи может быть предусмотрено дополнительное смотровое окно, позволяющее
наблюдать за потоком расплавленного металла, текущим из тигля в форму.
Описанная выше печь, т.е. со значительной детализацией, была построена и успешно эксплуатируется для
получения слитков меди массой около 20 л/мин, расплавленных под давлением, составляющим в среднем
менее 10 мм/мин, с током индуктора 1200 ампер при напряжении 600 вольт и частоте 20 000 циклов в секунду.
125 Хотя электрическая индукционная печь была описана достаточно подробно как практический вариант
осуществления изобретения, печи также могут быть сконструированы в соответствии с изобретением, в
котором 130 _7 413,698 расплавляемая заготовка нагревается теплом, излучаемым отдельным нагревателем,
который датирован 8 декабря 1932 года.
Нагрев может осуществляться как индуктивным, так и иным способом с помощью электрического тока. Ф. В. Л.
ТАЛЛ, следует понимать, что многие незначительные модификации могут быть внесены в рамках данного
изобретения. 2, Норфолк-стрит, Стрэнд, Лондон, У. К. Представитель заявителей.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в области вакуумных печей и связанные с ними разработки.
Мы, Гарольд Смет. Рёрст, проживающий по адресу: Виктория Роуд, 147, Фаллоуфилд, Манчестер, графство
Ланкастер; Фрэнк Эндмунд Банк, проживающий по адресу: Делейн Роуд, 19, Витингтон, Манчестер, графство
Ланкастер; Годфри Бернроуз, проживающий по адресу: Линтон, Оунхоуп Авеню, Сейл, графство Честер, все
подданные короля Великобритании; и компания ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES - LIMITED,
проживающая по адресу: Краун Хаус, Олдвич, Вестминстер, британская компания, настоящим заявляем о
характере данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут подробно описаны и
установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к вакуумным печам, обеспечивающим температуру, по меньшей мере,
достаточную для плавления обычных или неблагородных металлов, таких как медь, никель и сталь, в
коммерчески полезных количествах, хотя изобретение не ограничивается каким-либо точным диапазоном
температур.
До настоящего времени в печах для плавки металлов, подобных указанным выше, при минимальном
количестве в несколько фунтов веса вакуум, как правило, был лишь умеренно высоким, а именно давление
составляло от нескольких сантиметров до нескольких миллиметров ртутного столба.
Доктор Харви Рентшлер предложил высоковакуумную высокочастотную индукционную печь, в которой
давление было снижено до порядка одной тысячной миллиметра или ниже, так что газообразные
электрические разряды между витками индукционной нагревательной катушки и другими внутренними
проводниками не возникали во время нормальной работы печи. Такая печь была разработана специально для
спекания и других видов термической обработки огнеупорных и редких металлов в относительно небольших
количествах, обычно в виде небольших фракций весом в один фунт. В одном из вариантов конструкции печи
камера представляла собой стеклянную колбу, внутри которой находилась неизолированная индукционная
нагревательная катушка и огнеупорная подставка для слитка или тигля диаметром около 3 дюймов. Вводные
провода проходили через резиновую заглушку, которая отсоединялась от горлышка колбы печи. Следует
понимать, что такую печь нельзя адаптировать для промышленного производства, скажем, при весе 20-30
фунтов.
за одну плавку с интервалом в один или два часа 65 бесгазовых медных, никелевых, стальных и подобных
материалов под давлением, скажем, 10³ или 10⁴ дюймов, для производства которых необходимо иметь
металлическую печную камеру или корпус, снабженный по меньшей мере одним отверстием, которое 70
может многократно относительно быстро закрываться и герметизироваться от вакуума, или, другими словами,
корпус печи должен состоять из металлических частей, соединенных между собой легкосъемными
высоковакуумными уплотнениями, 75 и такие конструкции сами по себе были сложны в изготовлении.
Проблема также возникает из-за невозможности отвода скопившегося газа с внутренних поверхностей камеры
печи и других внутренних элементов при необходимой температуре и вакууме.
Очевидно, что предварительное удаление газа перед каждым плавлением, при котором необходимо
подвергать воздействию вакуума, является нецелесообразным, и это, по-видимому, было признано
невыполнимым.
Для предотвращения такого выделения газа детали охлаждаются путем циркуляции охлаждающей жидкости,
даже несмотря на то, что в настоящее время доступны высокоскоростные масляные диффузионные насосы
высокого вакуума 90. Более того, само внедрение жидкостного охлаждения сопряжено со многими
проблемами. Разумеется, возникают и другие проблемы, в частности, связанные с заливкой расплавленного
металла в форму 95 и подачей электрического нагревательного тока в камеру печи. Дополнительные
проблемы возникают в связи с установкой смотровых окон, предотвращением попадания паров металла в
вакуумный насос и предотвращением нежелательного вихретокового нагрева при относительно высокой
частоте электропитания.
В целом, основной целью изобретения является высоковакуумная электрическая печь, способная
относительно часто и эффективно производить сравнительно большие количества слитков, каждый весом в
несколько фунтов, из практически не содержащей газов меди, никеля, железа или подобных металлов, а
также различных сплавов.
Изобретение включает в себя вакуумно-герметичную камеру металлической печи, имеющую по меньшей мере
одно отверстие, закрытое металлической дверцей с легкосъемным высоковакуумным уплотнением,
индукционную катушку внутри указанной камеры, способную плавить по меньшей мере 0,10 фунтов металлов,
таких как медь, никель и сталь, в высоком вакууме, и средства для поддержки тигля внутри указанной катушки,
причем все указанные выше элементы (за исключением тигля) имеют отдельные охлаждающие рубашки или
каналы, приспособленные для поддержания всех внутренних поверхностей указанных элементов при
температуре, близкой к атмосферной, или, в любом случае, ниже 100 °C.
Изобретение также включает вакуумную печь, содержащую вакуумно-герметичную камеру, имеющую по
меньшей мере одно отверстие, закрытое дверцей с легкосъемным высоковакуумным уплотнением,
электрический нагревательный элемент, такой как индукционная катушка внутри указанной камеры,
способный плавить в высоком вакууме по меньшей мере несколько фунтов металлов, таких как медь, никель и
сталь, и средства (кроме подводящих проводников для нагревательного элемента) для поддержки тигля
внутри указанного нагревателя на расстоянии от стенок камеры, причем указанные средства поддержки
имеют охлаждающую рубашку или канал для циркуляции охлаждающей жидкости снаружи печи.
Изобретение также включает в себя вакуумно-герметичную камеру металлической печи, имеющую
охлаждающую рубашку практически по всей своей поверхности и имеющую отверстие для установки и
извлечения плавильного тигля, дверцу для указанного отверстия, которая снабжена каналом для охлаждения
жидкостью и легкосъемным высоковакуумным уплотнением с камерой печи, и закрепленный внутри указанной
камеры электрический нагревательный элемент, такой как индукционная катушка, и опорный элемент, также
имеющий канал для охлаждения жидкостью, для плавильного тигля, причем этот опорный элемент отделен и
отличается от подводящих проводников нагревательного элемента.
В настоящем описании и прилагаемых пунктах формулы изобретения термин «охлаждающая оболочка или
канал» означает отдельную оболочку, закрепленную на элементе, или отдельный канал, образованный в нем
таким образом, что охлаждающая жидкость не может попасть в камеру печи во время работы или во время
снятия одной или нескольких дверей с камеры печи.
В соответствии с дополнительной особенностью, под нагревательным элементом расположен держатель для
формы для слитков, а также предусмотрены средства, управляемые или приводимые в действие снаружи
печи, которые позволяют расплавленному содержимому тигля вытекать из отверстия в нижней части тигля в
указанную форму, в то время как камера печи остается вакуумированной. 70 Данная особенность сама по
себе является предметом заявки № 19321/34 (серийный номер).
Соседние файлы в папке патенты