охлаждение устройств для электромагнитного перемешивания

Формула изобретения

1. Способ охлаждения устройства для электромагнитного перемешивания жидких металлов, содержащего ярмо с выступающими магнитными полюсами и электрическими обмотками, установленными на магнитных полюсах, характеризующийся тем, что обмотки располагают в немагнитных теплопроводящих корпусах, заполненных диэлектрической феррожидкостью, создают магнитное поле с градиентами плотности магнитного потока в обмотках, обеспечивающими магнитное давление в феррожидкости достаточное, по меньшей мере, для создания потока, направленного от периферии внутрь обмотки.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что феррожидкость имеет диэлектрические свойства, которые соответствуют электрическому удельному сопротивлению, по меньшей мере, около 10⁹ Ом·м.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что феррожидкость имеет намагниченность насыщения в диапазоне от около 50 до около 200 Гс и температуру Кюри от около 500 до около 300°С.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что корпуса выполняют из немагнитной нержавеющей стали.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что на внутренней стороне передней и задней стенок корпусов выполнены канавки для облегчения потока феррожидкости внутри корпусов.

6. Способ по любому из пп.1-5, характеризующийся тем, что жидким металлом является сталь.

7. Устройство электромагнитного перемешивания металлов, характеризующееся тем, что оно содержит цилиндрический корпус, имеющий продольную формующую трубу (14) для приема расплавленного металла, внутреннюю стенку, расположенную на расстоянии от формующей трубы и образующую канал для потока охлаждающей жидкости, узел, окружающий внутреннюю стенку, расположенный на расстоянии от нее и от наружной стенки и содержащий ярмо (24), магнитные полюса (22) и электрические обмотки (18), установленные на каждом из магнитных полюсов (22), при этом электрические обмотки расположены в закрытых немагнитных теплопроводящих корпусах (20), заполненных диэлектрической феррожидкостью, кольцевую стенку, разделяющую цилиндрический корпус на нижнюю большую камеру, в которой расположены закрытые немагнитные теплопроводящие корпуса (20), и на верхнюю меньшую камеру, при этом во внутренней стенке выполнены входное отверстие, соединенное с нижним концом нижней камеры для прохождения потока охлаждающей жидкости в канал, и выходное отверстие, соединенное с верхним концом верхней камеры, входное отверстие для прохождения охлаждающей воды, соединенное с верхним концом нижней камеры, и выходное отверстие для прохождения охлаждающей воды, соединенное с верхней камерой.

8. Устройство электромагнитного перемешивания металлов по п.7, характеризующееся тем, что на внутренней стороне передней и задней стенок корпусов (20) выполнены канавки (28) для облегчения потока феррожидкости внутри корпусов (20).

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится, в целом, к электромагнитным устройствам, создающим магнитные поля со значительным пространственным градиентом, и, в частности, к охлаждающим системам для устройств электромагнитного перемешивания жидких металлов.

Уровень техники

Обычно обмотки электромагнитных устройств со сравнительно большой входной мощностью охлаждают жидкостями, такими как масла или вода, которые удаляют тепло, возникающее в обмотках за счет омических потерь. Механизм удаления тепла из обмоток таких устройств основывается на тепловой конвекции или на принудительном потоке жидкости. Последний подход использовался для охлаждения устройств электромагнитного перемешивания (сокращенно называемых далее EMS-устройств), широко применяемых в металлообрабатывающей промышленности. Эти EMS-устройства охлаждаются водой, подаваемой под давлением из отдельного источника, или водой, используемой для охлаждения литейной формы.

В соответствии с наиболее часто используемым способом, поток охлаждающей воды заполняет объем пространства, в котором размещены катушки перемешивания, при этом извлекается тепло с внешней стороны отдельных проводов катушечных обмоток. На фиг.1 и 2 показан вариант выполнения такой охлаждающей системы, обычно используемой в EMS-устройствах при непрерывной отливке стальных сутунок и криц. Устройство 7 для электромагнитного перемешивания расположено внутри узла 1 формы для непрерывного литья, который содержит вертикальную форму 2, которая принимает расплавленный металл и которая окружена EMS-устройством 7. Поток 3 воды входит в обмотки 5 устройства для электромагнитного перемешивания у нижней части обмоток и проходит наверх в пространство 8, предусмотренное между отдельными проводами 9, затем, как показано на фиг.2, поток 3 выходит из верхней части обмотки. В такой системе охлаждения изоляция обмоток находится в прямом контакте с водой. Поскольку необработанная вода имеет довольно большую электрическую проводимость, то необходима химическая обработка воды для уменьшения электрической проводимости до приемлемых уровней и/или усиление изоляции проводов для исключения микроскопических пор в изоляции с целью предотвращения возможности прямого контакта между медным проводом и водой, которое приводит к эрозии меди и возможному выходу из строя устройства. Кроме того, как надежная изоляция проводников, так и ограничение напряжения необходимы для исключения короткого замыкания между довольно плотно упакованными обмотками, поскольку охлаждающая вода, даже с уменьшенной электропроводностью, является плохой изолирующей средой. На практике ни один из указанных выше подходов, т.е. уменьшение электрической проводимости воды или улучшение электрической изоляции, например, с помощью смолы, лака или аналогичных соединений, не обеспечивает гарантированную надежность катушек перемешивания.

Другой подход к охлаждению обмоток водой состоит в использовании полого проводника для изготовления обмоток. В полых обмотках охлаждающая вода протекает внутри проводника, в то время как электрическая изоляция снаружи остается сухой. Охлаждающую воду в этом случае также подвергают обработке для исключения электролитической реакции, приводящей к образованию отложений на внутренних стенках трубчатых проводников. Указанные выше системы водяного охлаждения для наружного или внутреннего охлаждения обмоток содержат замкнутый контур подачи воды, снабженный насосами, фильтрами, измерительными приборами и т.д., которые увеличивают расходы на приобретение и эксплуатацию систем электромагнитного перемешивания.

Новая концепция охлаждения электромагнитных устройств с помощью жидкостей, которые имеют магнитные параметры, стала известна в 1960-е годы (смотри R.E.Rosensweig, Феррогидродинамика, Cambridge University Press, 1985). Взаимодействие между магнитными полями и магнитными жидкостями приводит к образованию механической силы, которая приводит жидкость в движение. Это свойство магнитной чувствительности используют во многих практических применениях, включая охлаждение электромагнитных устройств.

В патенте США №5898353 описано использование магнитной жидкости для конвекционного охлаждения распределительного трансформатора. Градиент магнитного поля, создаваемый трансформатором, создает тип циркуляции в магнитном поле, который охлаждает обмотки трансформатора, погруженные в жидкость.

В патенте США №5863455 описаны способы охлаждения электромагнитных устройств, включая мощные трансформаторы, с помощью магнитной коллоидной жидкости, которая имеет улучшенные изолирующие и охлаждающие свойства. Патент относится к электромагнитному устройству, содержащему средства для создания электромагнитного поля, тепла и стабильной коллоидной изолирующей жидкости, находящейся в контакте с устройством. Магнитная жидкость при указанном применении имеет насыщение намагниченности около 1-20 Гаусс. Электромагнитным устройством, относящимся к этому патенту, служил силовой трансформатор.

К уровню техники относятся также патенты США №№4506895, 4992190 и 5462685.

Несмотря на этот известный уровень техники, устройства для электромагнитного перемешивания, применяемые в металлообрабатывающей промышленности и, в частности, для непрерывного литья стали, остаются охлаждаемыми водой, за исключением устройств с очень ограниченной входной мощностью, которые могут быть охлаждаемыми воздухом. К системам водяного охлаждения предъявляют специальные требования, которые предполагают наличие оборудования для обработки воды, измерительных устройств для контролирования и поддержания их свойств, специальные требования к целостности изоляции, требования специального оборудования (например, насосов, фильтров, трубопроводов и т.д.), что приводит к тому, что надежность и параметры устройств для перемешивания оказываются зависимыми от указанных выше параметров и оборудования. Эта зависимость может и часто подвергается опасности за счет дефектов изготовления устройств, используемых материалов, неправильной работы оборудования или ошибок обслуживающего персонала.

Раскрытие изобретения

Для преодоления недостатков водных систем охлаждения, используемых в устройствах для электромагнитного перемешивания, было установлено, что, согласно данному изобретению, эффективность охлаждения и рабочие параметры устройств для электромагнитного перемешивания можно улучшить за счет использования магнитной жидкости в качестве охлаждающей и изолирующей среды.

Согласно данному изобретению, создан улучшенный способ охлаждения обмоток устройства для электромагнитного перемешивания, в котором в качестве хладагента используют коллоидную магнитную жидкость с изолирующими свойствами, которая в последующем называется феррожидкостью. Обмотки устройства для электромагнитного перемешивания охлаждаются посредством движения феррожидкости, которая приводится в движение магнитной конвекцией, вызываемой электромагнитным полем, создаваемьм устройством. При подаче энергии в электромагнитное устройство, за счет градиента плотности магнитного потока, создаваемого устройством, в феррожидкости возникает разностное давление, приводящее к образованию потока магнитной конвекции феррожидкости в направлении области меньшего давления между отдельными витками. Согласно другому аспекту данного изобретения, создано устройство для выполнения этого способа.

Поток феррожидкости рассеивает тепло, возникающее внутри витков за счет омических потерь, и транспортирует тепло к внутренним стенкам оболочки. Наружные стенки охлаждаются потоком воды.

За счет устранения специального источника подачи охлаждающей воды и связанного с ним оборудования, система охлаждения устройства для электромагнитного перемешивания упрощается, что приводит к снижению затрат на приобретение и эксплуатацию по сравнению с водяной системой охлаждения.

Любая возможность контакта между витками, проводящими электрический ток, и электропроводящей охлаждающей средой, т.е. водой, исключается.

За счет использования магнитной изолирующей жидкости, улучшается перенос тепла с обмоток в охлаждающую среду за счет уменьшения электрической изоляции обмоток. Это уменьшение изоляции можно осуществлять посредством уменьшения толщины изоляции и/или использования изолирующих материалов с лучшей теплопроводностью, что часто связано с уменьшением электрического удельного сопротивления.

Дополнительно к этому, обеспечивается возможность использования повышенной плотности тока в обмотках до, примерно, 15 А/мм² или выше, что становится возможным за счет улучшенного отвода тепла от обмоток и уменьшенной возможности короткого замыкания витков в диэлектрической жидкости.

Использование феррожидкости увеличивает срок службы электромагнитного устройства, поскольку присущие коллоидной феррожидкости изолирующие и магнитные свойства остаются неизменными в течение очень длительного времени, продолжительностью в несколько лет. В противоположность этому, единственный сбой в работе водной системы охлаждения может приводить к повреждению или выходу из строя обмоток электромагнитного устройства.

Согласно данному изобретению, обмотки устройства для электромагнитного перемешивания расположены внутри герметичного корпуса, установленного на выступающих магнитных полюсах железного ярма. Корпус изготовлен из немагнитной нержавеющей стали или другого немагнитного материала с подходящей хорошей теплопроводностью и заполнен феррожидкостью, которая имеет изолирующие, т.е. диэлектрические, свойства. Обмотки полностью погружены в феррожидкость. Снаружи корпус охлаждается потоком воды, которая используется для охлаждения литейной формы или подается из другого источника.

Феррожидкость состоит из несущей жидкости с диэлектрическими свойствами, например, синтетического или минерального масла, и микроскопических магнитных частиц, размерами в несколько нанометров, которые распределены в жидкости. Частицы диспергированы внутри жидкости с образованием коллоидной суспензии. Специальное покрытие предотвращает агломерацию частиц. Эти типы коллоидных магнитных жидкостей обычно называются феррожидкостями и подробно описаны во многих публикациях, например, патентах США №№5462685 и 5863455.

Магнитные свойства феррожидкости зависят от концентрации магнитных частиц и характеризуются количественно степенью намагниченности насыщения М, выражаемой в Гауссах, которая определяется как максимально достижимый магнитный момент на единицу объема жидкости. Поскольку магнитные свойства феррожидкости зависят также от температуры, то намагниченность насыщения феррожидкости уменьшается при повышении температуры. Таким образом, предпочтительно применять феррожидкость для охлаждения EMS-устройства с температурой Кюри, т.е. температурой, при которой магнитная напряженность приближается к нулю, при достижении максимальной рабочей температуры конкретной обмотки (обычно 150-250°С).

Феррожидкость с такими характеристиками обеспечивает наиболее сильную конвекцию, поскольку более холодная феррожидкость в нижней части обмоток всасывается за счет притяжения в зоны, смежные с магнитными полюсами, которые имеют наиболее сильное магнитное поле. По мере продвижения феррожидкости вверх через обмотки, ее температура повышается и магнитная напряженность падает, что упрощает выход жидкости из верхней части обмоток. Нагретый поток жидкости выходит из верхней части обмотки и протекает вниз между наружным слоем витков и внутренними стенками корпуса, которые охлаждаются водой снаружи. В результате, поток охлажденной феррожидкости возвращается в нижнюю часть корпуса, и повторяется цикл охлаждения.

Наведенная конвективная теплопередача происходит за счет уменьшения плотности жидкости при увеличении температуры, т.е. естественной конвекции. Однако она играет относительно небольшую роль в общем процессе охлаждения. Естественная конвекция начинает преобладать над магнитным притяжением жидкости, лишь когда магнитное поле становится слабым, что обычно происходит при подаче слабого тока в катушки, или при приближении температуры жидкости к точке Кюри в верхней части обмотки перед выходом жидкости из обмоток.

Феррожидкость, предпочтительно, имеет диэлектрические свойства, которые соответствуют электрическому удельному сопротивлению, по меньшей мере, около 10⁹ Ом·м. Такое электрическое сопротивление позволяет уменьшить и, в принципе, полностью удалить электрическую изоляцию проводников, что облегчает перенос тепла от обмотки к феррожидкости.

Феррожидкость, предпочтительно, имеет намагниченность насыщения в диапазоне от около 50 до около 200 Гс, более предпочтительно, у верхнего конца этого диапазона. Феррожидкость, предпочтительно, имеет температуру Кюри в диапазоне от около 500°С до около 300°С, более предпочтительно, вблизи нижнего конца этого диапазона.

Согласно данному изобретению, нет прямого контакта между водой и обмотками, проводящими электрический ток, что исключает необходимость использования специально обработанной воды с очень небольшой электрической проводимостью и использования прочной электрической изоляции для обмоток. Феррожидкость движется самостоятельно для обеспечения достаточной скорости удаления тепла с обмоток и передачи тепла через охлаждаемые водой оболочки из нержавеющей стали.

Краткое описание чертежей

На чертежах изображено:

фиг.1 - устройство для электромагнитного перемешивания, расположенное в блоке узла формы для непрерывного литья, в соответствии со способом охлаждения обмоток с помощью подаваемого снаружи потока воды, согласно уровню техники;

фиг.2 - разрез устройства для электромагнитного перемешивания, согласно фиг.1, показывающий узел обмоток на железном ярме;

фиг.3 - устройство для электромагнитного перемешивания, расположенное в узле формы для непрерывного литья, согласно одному варианту выполнения данного изобретения;

фиг.4 - разрез узла устройства для электромагнитного перемешивания, согласно фиг.3, с обмотками, охлаждаемыми феррожидкостью;

фиг.5 - смоделированная на компьютере схема распределения плотности магнитного потока в вертикальной части обмоток узла устройства для электромагнитного перемешивания, согласно фиг.3;

фиг.6 - графическое представление примера средних магнитных и гравитационных давлений в феррожидкости при различных значениях входного электрического тока;

фиг.7 - графическое представление воздействия точки Кюри феррожидкости на температуру обмотки при изменяющихся значениях электрического тока;

фиг.8 - схема расположения термопар в обмотке, используемой в экспериментальных испытаниях узла устройства для электромагнитного перемешивания, согласно фиг.3;

фиг.9 - график экспериментально полученных температур обмотки в условиях варианта выполнения №1, указанного ниже;

фиг.10 - график профилей температуры в обмотке, измеренных в условиях варианта выполнения №3, указанного ниже; и

фиг.11 - график соотношения между максимальной температурой в обмотке и входным электрическим током в условиях варианта выполнения №3.

Осуществление изобретения

На фиг.3 и 4 схематично показано устройство для электромагнитного перемешивания, расположенное внутри узла 10 корпуса формы, установленной в машине непрерывного литья (не изображена), согласно одному варианту выполнения изобретения. Как показано на фиг.3 и 4, статор 12 устройства для электромагнитного перемешивания расположен вокруг литьевой формы 14, которая содержит отверждающийся расплав 16, который непрерывно заливается и выводится из формы 14. Обмотки 18 заключены в корпуса 20 из нержавеющей стали, которые установлены на ярко выраженных (выступающих) полюсах 22, показанных на фиг.4. Выступающие полюса 22 являются частью железного ярма 24 устройства для электромагнитного перемешивания, и эти два компонента вместе образуют статор 12 устройства для электромагнитного перемешивания. Литейная форма 14 и устройство для перемешивания, включающее корпуса 20 из нержавеющей стали для катушек и статор 12 устройства для электромагнитного перемешивания, охлаждаются потоком 26 воды, используемым для охлаждения формы 14.

Все указанные выше компоненты, т.е. железное ярмо, обмотки, выступающие полюса и корпуса из нержавеющей стали, составляют узел устройства для электромагнитного перемешивания. Корпус 20 обмоток отделяет обмотки 18 от воды 26, охлаждающей форму. Поскольку эти корпуса находятся на пути как магнитного поля, создаваемого устройством для электромагнитного перемешивания, так и теплового потока, выделяемого обмотками, то они изготовлены из немагнитного, теплопроводного материала с относительно большим электрическим удельным сопротивлением. Немагнитная нержавеющая сталь является таким материалом, который можно использовать. Корпуса 20 обмоток имеют канавки 28 на внутренней стороне передней и задней стенок. Канавки 28 облегчают поток феррожидкости 30, которая заполняет корпуса 20 так, чтобы обеспечить полное погружение обмоток 18.

Феррожидкость 30 принудительно вводится в нижнюю часть обмоток 18 через специально предусмотренные отверстия 31 под действием давления, создаваемого градиентом напряженности магнитного поля. Внутри обмоток 18 феррожидкость 30 проходит вверх внутри каналов 32, образованных между отдельными проводами 34 обмоток, как показано в увеличенном масштабе в разрезе по линии А-А (смотри фиг.4). Поток феррожидкости выходит из обмоток 18 через специально предусмотренные отверстия 33 в верхней части обмоток 18. После выхода из обмоток феррожидкость 30 проходит вниз внутри канавок 28. Внутри обмоток 18 феррожидкость 30 поглощает тепло, исходящее из обмотки за счет омических потерь. Тепло удаляется из снижающегося потока феррожидкости через стенки корпуса 20, которые охлаждаются снаружи потоком 26 воды.

Согласно данному изобретению, способ охлаждения устройства для электромагнитного перемешивания с помощью феррожидкости особенно пригоден для устройств высокой мощности, поскольку существенная часть входной мощности создает тепло за счет электрического сопротивления обмоток. Удаление резистивного тепла из обмоток катушек является главным предварительным условием для длительной работы любого электрического устройства, включая устройство для электромагнитного перемешивания. Наиболее важным признаком данного изобретения является то, что перенос тепла осуществляется без какого-либо прямого контакта между обмотками, проводящими электрический ток, и водой.

Феррожидкость по существу становится жидким магнитом, когда взвешенные в ней сверхмикроскопические частицы намагничиваются магнитным полем, в то время как диэлектрическая матрица феррожидкости обеспечивает хорошие изолирующие свойства. Намагничивание конкретной феррожидкости зависит от концентрации, размера магнитных частиц и силы магнитного поля. Намагниченность достигает насыщения при определенном уровне интенсивности магнитного поля.

В то же время намагниченность феррожидкости также зависит от температуры. При повышении температуры жидкости намагниченность уменьшается и становится нулевой при температуре Кюри. Эта двойная зависимость намагниченности от силы магнитного поля и температуры является основополагающей причиной способности феррожидкости облегчать конвективный перенос тепла из обмоток устройства для электромагнитного перемешивания. Холодная феррожидкость втягивается внутрь обмоток за счет градиента давления, созданного градиентом плотности магнитного потока, и внутрь различных мест обмотки. Градиент магнитного давления определяется формулой:

Р_М= В ,

где Р_М является градиентом магнитного давления,

В - градиент плотности магнитного потока,

- усредненная по полю намагниченность феррожидкости.

Феррожидкость проходит внутри каналов, образованных между проводами обмотки из зоны низкого магнитного давления в зоны высокого магнитного давления, которое действует в качестве притягивающей силы.

На фиг.5 показан пример распределения плотности магнитного потока в вертикальном поперечном сечении обмоток вблизи магнитного полюса (показана лишь половина поперечного сечения). Как показано, плотность магнитного потока увеличивается в зонах 100-102 в направлении средней плоскости вертикальной части обмотки. В то же время, плотность потока является относительно низкой в зоне 104 у низа и верха вертикальной части, что увеличивает градиент магнитного давления и, следовательно, поток феррожидкости в обмотке. Поскольку температура феррожидкости повышается по мере прохождения к верхнему концу обмотки, то намагниченность уменьшается и жидкость больше не так сильно притягивается к обмоткам, что облегчает выход потока жидкости. Изменение гравитационной плотности феррожидкости при увеличении температуры приводит к естественной конвекции, которая происходит в том же направлении, что и магнитно - индуцированная конвекция. Эти два градиента давления, соотношение которых показано на фиг.6, облегчают поток жидкости через обмотки. Как показано на фиг.6, при увеличении электрического тока увеличиваются как магнитная, так и гравитационная составляющие градиента давления, но магнитное давление увеличивается с намного большей скоростью и становится первичной силой движения феррожидкости даже при относительно низком уровне электрического тока. Комбинированное действие как магнитной, так и естественной конвекции на градиент давления в жидкости также показано на фиг.6.

Поскольку давление жидкости в каналах обмотки зависит от магнитного взаимодействия между феррожидкостью и магнитным полем, то уменьшение намагниченности феррожидкости с температурой играет ключевую роль в обеспечении условий, благоприятных для движения жидкости и общей эффективности охлаждения обмоток.

Поэтому предпочтительно иметь феррожидкость с температурой Кюри, близкой к максимальной рабочей температуре обмоток. Магнитные свойства феррожидкости в этом случае сильно уменьшаются при повышении температуры, что облегчает выход жидкости. Такая феррожидкость приводит к увеличению потока через обмотку, отвода тепла и, следовательно, уменьшению температуры обмоток, как показано в качестве примера на фиг.7.

Как показано на фиг.7, феррожидкость с температурой Кюри 327°С (обозначенная как Т_С2), может поддерживать температуру обмотки, приблизительно, 125°С при входном электрическом токе 300 А, что на 60°С ниже, чем можно получить с помощью феррожидкости с температурой Кюри 590°С (обозначенной как T_С1). Указанные выше принципиальные положения были подтверждены в ходе экспериментов, проведенных со следующими вариантами выполнения данного изобретения.

Вариант выполнения №1

Для определения температуры внутри обмоток при разных величинах входного электрического тока и намагниченности феррожидкости, в одну обмотку было заделано пятнадцать термопар, как показано на фиг.8. Имелось три комплекта по пять термопар, при этом каждый комплект имел одну термопару в центре поперечного сечения, и четыре - в серединах его сторон. Поперечные сечения обмотки выбирались следующим образом: одно в середине высоты вертикальной части, т.е. сечение А-А, и по одному в нижней и верхней горизонтальных частях обмотки, как обозначено на фиг.8 сечениями С-С, соответственно, В-В.

На фиг.9 показаны температуры, полученные в вертикальной части обмотки, т.е. в сечении А-А, при разных значениях входного электрического тока и намагниченности феррожидкости. Как показано на фиг.9, при намагниченности 150 и 200 Гс, температура обмотки достигает 200°С при токе 200 А. В этом варианте выполнения, аналогично практике охлаждения обмоток водой, провод имеет многослойную изоляцию. В этом испытании канавки, показанные на фиг.4, были относительно небольшими. Этот вариант выполнения показывает, что дальнейшее увеличение насыщения намагниченности М феррожидкости свыше 150 Гс практически не оказывает влияния на охлаждение обмотки.

Вариант выполнения №2

Сравнение результатов испытаний в соответствии с вариантом выполнения №1 с аналитическими оценками падения магнитного давления показало, что эффект магнитной конвекции использовался не полностью.

Вариант выполнения №1 был модифицирован посредством увеличения поперечного сечения канавок 28 с целью увеличения потока феррожидкости. В результате этого улучшения было достигнуто значительное уменьшение максимальной температуры, что позволило увеличить входной электрической ток до 250 А. Для дальнейшего улучшения охлаждения обмотки толщина изоляции провода была уменьшена.

Вариант выполнения №3

Данный вариант выполнения включает увеличенные канавки 28, согласно варианту выполнения №2, и изоляцию провода с уменьшенной толщиной. Результаты измерения температуры в условиях этого варианта выполнения показаны на фиг.10 и 11. На фиг.10 показаны температуры, измеренные в разных сечениях обмотки при входном токе 300 А и намагниченности насыщения феррожидкости М=200 Гс.

На фиг.11 показана взаимосвязь между максимальной регистрируемой температурой в обмотке (сечение В-В) и входным током. Как показано на фиг.10 и 11, при токе 300 А максимальная температура достигает, примерно, 200°С. Это является значительным улучшением по сравнению с результатами, полученными в вариантах выполнения №№1 и 2, а также по сравнению с рабочей практикой охлаждения обмоток водой. В последнем случае ток ограничивается 200 А. Дальнейшее улучшение охлаждения с помощью феррожидкости может быть получено посредством оптимизации температуры Кюри относительно максимальной рабочей температуры, как показано на фиг.7. Поэтому экспериментальные данные, полученные в третьем варианте выполнения, четко поддерживают основную предпосылку данного изобретения, т.е. что принудительная магнитная конвекция феррожидкости обеспечивает эффективное охлаждение электромагнитных катушек в коммерческих устройствах для электромагнитного перемешивания при одновременном исключении прямого контакта между витками катушек и охлаждающей водой. Охлаждение обмоток устройства для электромагнитного перемешивания с помощью феррожидкости упрощает систему охлаждения, уменьшает стоимость ее приобретения и эксплуатации и увеличивает надежность системы.

Данное изобретение обеспечивает создание улучшенного способа охлаждения электромагнитных катушек посредством исключения любого прямого взаимодействия между проводящими электрический ток обмотками и охлаждающей водой. За счет замены воды диэлектрической, магнитно-активной коллоидной жидкостью, т.е. феррожидкостью, создается сильный магнито-конвективный поток внутри обмоток за счет взаимодействия с магнитным полем, создаваемым устройством для электромагнитного перемешивания. Внутри объема изобретения возможны модификации.