МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
METALLURGICAL DEVICE

Изобретение относится к металлургическому устройству, в частности к литейной установке, прокатному стану или конвейерной установке, содержащему по меньшей мере одну деталь машины, вращающуюся вокруг оси, причем на или в детали машины расположен энергопотребитель, имеющий электрическое соединение с источником энергии, причем источник энергии выполнен в виде генератора, без возможности относительного вращения соединенного с вращающейся деталью машины, причем помимо этого генератор механического соединения с металлургическим устройством не имеет, причем генератор имеет корпусной элемент, на котором в месте, находящемся на радиальном расстоянии от оси, расположена по меньшей мере одна эксцентричная масса.
В современных металлургических установках, таких как литейная установка, прокатный стан или конвейерная установка, все чаще возникает необходимость в оснащении компонентов установки датчиками для регистрации рабочих параметров. Для этого большинство датчиков, используемых в указанных установках, нуждаются в электропитании, которое обычно обеспечивается от электросети, батареи или аккумулятора. Если рабочие параметры необходимо регистрировать при вращающихся деталях, то в большинстве случаев приходится полагаться либо на аккумуляторное, либо на батарейное питание, или необходимо подавать энергию во вращающуюся систему, используя различные технические вспомогательные средства, например, подавать энергию через скользящие контакты или индуктивным способом.
Примеры оснащения датчиками систем, часто подшипников качения, раскрыты в DE 19944652 А1, ЕР 2952870 A1, DE 60225514 Т1 и ЕР 1292831 В1.
В WO 2009/080178 А2 показана система для печатной машины, для электропитания которой применяется генератор, который использует движения детали установки, путем преобразования энергии преобразуя их в электрическую энергию.
Другие аналогичные решения показаны в DE 19910197 C1, CN 103302112 В и KR 1209006 В1.
Устройство вышеназванного типа известно из DE 102007035453 А1. Другие решения показаны в US 3828600 А и US 2016/261168 А1.
Недостатком известных систем передачи энергии, прежде всего, является высокая нагрузка из-за суровой, загрязненной окружающей среды в районе металлургической установки. Соответственно, затраты, необходимые для того, чтобы используемые устройства выдерживали указанные условия окружающей среды, сравнительно высоки. Конечно, указанные условия также отрицательным образом приводят к более высокой подверженности к ошибкам используемых элементов.
Кроме того, соответственно высоки затраты на техническое обслуживание, что влечет за собой большие расходы.
Еще один недостаток состоит в том, что для технического облуживания вращающуюся систему необходимо выключить. Это приводит к слишком высоким эксплуатационным расходам. Монтаж и демонтаж элементов для передачи энергии при вращающихся компонентах невозможен.
В случае батарейного питания недостатком является то, что батареи необходимо регулярно заменять. Если применяются аккумуляторы, их необходимо регулярно заряжать. В этой связи еще одним недостатком является то, что для этого необходимо остановить вращающуюся деталь. Это ведет к повышенным эксплуатационным расходам. Еще один недостаток состоит в том, что батареи необходимо устанавливать так, чтобы они были доступны снаружи, иначе заменить их невозможно. Из-за суровой, загрязненной окружающей среды в районе металлургической установки это требует больших затрат.
Поэтому в основе изобретения стоит задача, предложить такое металлургическое устройство вышеназванного типа, в частности литейную установку, прокатный стан или конвейерную установку, чтобы энергопотребитель, несмотря на суровые условия окружающей среды, мог в течение длительного времени снабжаться энергией, и при этом можно было избежать вышеуказанных недостатков.
Решение этой задачи в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что генератор содержит два металлических диска, расположенных параллельно друг другу и на аксиальном расстоянии друг от друга, причем между металлическими дисками расположено множество колец катушек, расположенных на опорном элементе, причем металлические диски являются составной частью корпусного элемента, причем корпусной элемент при помощи подшипников установлен с возможностью вращения относительно вращающейся детали машины, а опорный элемент соединен с вращающейся деталью машины без возможности вращения относительно нее.
При этом деталь машины может представлять собой ролик для транспортировки литьевого или прокатываемого материала.
Энергопотребитель может содержать датчик. Он также может содержать передающее устройство для передачи сигнала.
Генератор может содержать электронное управление/регулирование для управления/регулирования отдаваемой энергии.
Дополнительно генератор может содержать накопитель энергии, например, в виде аккумулятора или конденсатора.
Генератор может представлять собой генератор с аксиальным или радиальным потоком.
Соответственно предлагаемое решение рассчитано на то, чтобы производить энергию предпочтительно внутри вращающегося компонента металлургической установки, для чего в деталь устанавливается генератор. Генератор использует вращательное движение вращающейся детали, чтобы производить необходимую энергию. В качестве генератора предпочтительно используется генератор с аксиальным или радиальным потоком, но также возможно использование генератора любого другого типа.
Соответственно, так как связи корпуса генератора с внешней, неподвижной системой отсчета не существует, упор против проворачивания снаружи обеспечен быть не может. Поэтому в соответствии с изобретением корпус жестко соединен с вращающейся деталью машины. Металлическое диски, вместе с многополюсным магнитным диском установленные в корпусе с возможностью вращения, оснащены эксцентричной массой, которая под действием силы тяжести может вращаться относительно корпуса.
Обмотки катушек с соответствующими соединениями для системы управления энергопотреблением вращаются вместе с вращающейся деталью, т.е. относительно вращающейся детали они неподвижны. Благодаря электрической конструкции генератора, а именно, в отношении числа его катушек, числа обмоток, числа постоянных магнитов и т.д., и благодаря механической конструкции, а именно в отношении массы эксцентрично расположенного груза, диаметра генератора и т.д., генератор может быть оптимизирован в отношении генерируемой мощности для любых диапазонов частоты вращения.
Предпочтительно непосредственно с генератором объединена система управления энергопотреблением, немедленно обеспечивающая регулируемое питающее напряжение, например, для встроенного датчика.
Преимущество системы со встроенным генератором, оборудованной таким образом, заключается, прежде всего, в том, что отсутствует риск разрушения вследствие внешних воздействий (грязь, влажность, механические нагрузки), так как генератор, как предпочтительно обеспечено, установлен внутри вращающегося компонента.
Генератор генерирует достаточно энергии всегда, когда она необходима, т.е. когда деталь вращается.
Отдельная зарядка аккумулятора или замена батарей больше не требуется.
Предлагаемая система может быть интегрирована уже во время повторной сборки, так что никаких последующих расходов не возникнет.
На чертежах представлен пример осуществления изобретения. На чертежах изображено:
фиг. 1: схематичный вид спереди (если смотреть в направлении оси вращающейся детали машины) генератора, находящегося в поворотном соединении с вращающейся деталью машины (на этом чертеже не показана) металлургического устройства;
фиг. 2: вид сбоку, соответствующий фиг. 1; и
фиг. 3: вид сборку генератора, представленного в одном из возможных конкретных вариантов осуществления, соответствующий фиг. 1.
На фиг. 1 и фиг. 2 сначала число схематично показан принцип конструкции предлагаемого изобретением источника энергии в виде генератора 2. Генератор 2 служит в качестве источника энергии для потребителя электроэнергии, который не показан. Предусмотрено, что вращение детали 1 машины (см. фиг. 3) металлургической установки используется для генерирования энергии, которой снабжается потребитель электроэнергии, при этом речь идет, например, о датчике, регистрирующем определенные рабочие параметры и, например, посредством передающего блока передающего их в приемный блок, при помощи которого контролируются указанные рабочие параметры.
Как видно из чертежей, показанных на фиг. 1 и 2, генератор состоит из двух металлических дисков 5 и 6, в направлении оси а расположенных параллельно друг другу, но на некотором расстоянии друг от друга. С каждым из металлических дисков 5, 6 соединен многополюсный магнитный диск 14 или, соответственно, 15.
Между двумя магнитными дисками 14, 15 расположено множество колец 7, 8, 9, 10 катушек, находящихся в поворотном соединении с вращающейся деталью машины (подробно это показано на фиг. 3).
Когда деталь машины вращается и, соответственно, вместе с ней вращаются и кольца 7, 8, 9, 10 катушек, при их прохождении мимо магнитных дисков 14, 15 индуцируется электрическое напряжение, используемое для снабжения потребителя электроэнергии.
Конкретная техническая реализация генератора 2 схематично показана на фиг. 3. Вращающаяся деталь 1 машины, здесь схематично показанная в виде вала, при эксплуатации металлургической установки вращается вокруг оси а. Это вращение используется для выработки электрической энергии с помощью генератора 2.
С деталью 1 машины без возможности относительного вращения соединен опорный элемент 11, служащий опорой для колец 7, 8, 9, 10 катушек. Корпусной элемент 3 содержит два боковых металлических диска 5 и 6, а также многополюсные магнитные диски 14 и 15, расположенные с воздушным зазором относительно опорного элемента 11 или, соответственно, колец 7, 8, 9, 10 катушек. Металлические диски 5, 6 и, следовательно, весь корпусной элемент 3 посредством двух подшипников 12, 13 установлены с возможностью вращения на детали 1 машины. Кроме того, показаны две эксцентричные массы 4, расположенные на корпусном элементе 3.
Следовательно, при вращении детали 1 машины вместе с ней вращается опорный элемент 11 с кольцами 7, 8, 9, 10 катушек; благодаря эксцентричным массам 4, таким образом, который был пояснен выше, предотвращается совместное вращение корпусного элемента 3, хотя по отношению к окружению он не закреплен.
Следовательно, генератор 2 может быть расположен, например, внутри вращающегося вала металлургической установки, чтобы из вращения вала вырабатывать электрическую энергию.
Таким образом, предпочтительно предусмотрено два многополюсных магнитных диска 14, 15, которые посредством двух металлических дисков 5, 6 (действующих в качестве железных пластин ярма) образуют замкнутый магнитопровод. В воздушном зазоре между магнитными дисками расположен опорный элемент 11 с кольцами 7, 8, 9, 10 катушек. Число катушек связано с числом магнитных полюсов магнитных дисков. При этом число магнитных полюсов может варьировать; предпочтительно на магнитном диске находится от 4 до 20 магнитных сегментов (магнитных полюсов).
Воздушный зазор между поверхностью колец катушек и магнитными дисками предпочтительно составляет приблизительно 0,5 мм.
В остальном геометрические размеры генератора могут быть согласованы с условиями эксплуатации, т.е. особенно в отношении вопроса о том, сколько существует места для монтажа генератора 2. Примером места для монтажа в валу металлургической установки является диаметр 150 мм и осевая длина 200 мм. В случае такого места для монтажа без проблем можно реализовать генератор, обеспечивающий при вращении вала мощность приблизительно 250 мВт.
Благодаря конструкции, сравнительно компактной в осевом направлении, при необходимости в осевом направлении рядом друг с другом также можно установить более одного генератора.
Перечень ссылочных обозначений:
1 вращающаяся деталь машины
2 источник энергии (генератор)
3 корпусной элемент
4 эксцентричная масса
5 металлический диск
6 металлический диск
7 кольцо катушки
8 кольцо катушки
9 кольцо катушки
10 кольцо катушки
11 опорный элемент
12 подшипник
13 подшипник
14 многополюсный магнитный диск
15 многополюсный магнитный диск
а ось
r радиальное направление