БЛОК НАГРЕВА КОЛПАКОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

Полезная модель относится к электротермическому оборудованию, в частности к нагревателям газонаполненных электрических печей сопротивления, предназначенных для термической обработки изделий электронной техники и иного назначения с повышенными требованиями к параметрам температурного поля.
Из уровня техники известен блок нагрева рабочей камеры водородной электропечи для пайки деталей электровакуумных приборов (Л.Т. Александрова и др. «Технологическое оборудование электровакуумного производства», М., Госэнергоиздат, 1962 г., рис. 15-30, стр. 182-183).
Конфигурация блока нагрева представляет собой решетку, смонтированную из молибденовой проволоки U-образной формы, концы которой вставлены в отверстия основания и закреплены винтами. В верхней части решетки нагревательная проволока прикреплена к связям, выполненным также из молибдена. Решетка разделена на три электрически изолированных между собой сектора по числу фаз.
Недостатками известного нагревательного устройства является быстрое разрушение проволоки в верхней части решетки по причине отсутствия жесткой связи в этом месте и неравномерность нагрева вследствие непосредственного контакта проволоки с водоохлаждаемыми токоподводящими кольцами.
Наиболее близким аналогом заявленного технического решения по большинству одинаковых с ним существенных признаков (прототип) является нагревательное устройство для электропечей сопротивления по патенту на полезную модель RU №48686, опубликованному 27.10.2005. Известное устройство представляет собой блок нагрева, выполненный в виде каркаса из плоских колец, закрепленных друг над другом на металлических стойках. В отверстия колец установлены U-образные нагреватели из молибденовой проволоки, которые находятся в подвешенном состоянии, образуя рабочую камеру. Нижние концы нагревателей соединены перемычками, образуя последовательную электрическую цепь, разделенную на электрически изолированные друг от друга сектора по числу фаз. На нижнем кольце закреплены токовводы. Входные концы каждого сектора соединены с токовводами через гибкую развязку, которая выполняет функцию токопроводящего элемента.
Недостатком прототипа является:
- массивность и сложность конструкции (три плоских кольца, скрепленных шестью стойками, шесть токовводов, сложная форма изоляторов);
- инерционность нагрева и, как следствие, неравномерность распределения теплового поля в рабочей камере из-за экранирования средним плоским кольцом поверхности излучения нагревателей;
Задачей полезной модели является создание простой и надежной конструкции блока нагревателей пространства рабочего камеры электрических печей для термической обработки изделий электронной техники и иного назначения с повышенными требованиями к параметрам температурного поля.
Технический результат полезной модели заключается в упрощении ее конструкции, получении наиболее открытой поверхности излучения нагревателей в пространство рабочей камеры печи, что в конечном итоге обеспечит равномерность ее нагрева.
Поставленная задача может быть реализована, а ее технический результат может быть достигнут посредством заявленного технического решения полезной модели - блока нагрева колпаковой электрической печи сопротивления, содержащей плоское кольцо с отверстиями, равномерно расположенными по окружности, опирающееся через изоляторы на тоководы, вертикальные U-образные нагреватели, нижними концами установленные в отверстия плоского кольца через изоляторы и соединенные друг с другом перемычками, опирающимися на последние, образуя последовательную электрическую цепь в фазе, и цилиндрический экран, жестко прикрепленный скобами к плоскому кольцу.
Верхняя часть U-образных нагреватели в зоне изгиба соединена с кольцом из изоляторов, выполненных в виде трубок, равномерно нанизанных на кольцеобразный держатель, и расположенных за границей внешнего контура нагревателей, сохраняя их геометрию.
Цилиндрический экран закреплен на периферии нижней поверхности плоского кольца с зазором относительно периметра внешнего контура нагревателей.
Сопоставительный анализ существенных признаков заявленной полезной модели в сравнении с ее предшественниками свидетельствует, что из известного уровня техники на дату подачи заявки не выявлено устройство того же назначения, что и заявленная полезная модель, в которой бы применялась вся совокупность приведенных в независимом пункте формулы и раскрытых в описании существенных признаков, что означает соответствие заявленной полезной модели критерию «новизна».
В целом же, предложенная совокупность существенных признаков обеспечивает возникновение у заявленного блока нагрева новых свойств, позволяющих реализовать поставленную задачу, что подтверждает следующее наличие причинно-следственных связей между ними и техническим результатом полезной модели, а именно:
- плоское кольцо имеет отверстия, расположенные равномерно на одном диаметре, опирается через изоляторы на тоководы, вертикальные U-образные нагреватели установлены через изоляторы в отверстия плоского кольца, соединены друг с другом перемычками, опирающимися на изоляторы (т.е. отсутствуют стойки каркаса, количество тоководов уменьшено в два раза, нет верхнего и среднего плоских колец), что существенно упрощает конструкцию блока нагрева и способствует увеличению поверхности излучения нагревателей;
- связь верхней части нагревателей с кольцом из изоляторов в виде трубок равномерно нанизанных на кольцеобразный держатель, обеспечивает жесткость конструкции и геометрию нагревателей, а расположение кольца изоляторов с наружной стороны нагревателей оставляет открытой поверхность излучения нагревателей в рабочее пространство;
- размещение цилиндрического экрана с зазором за периметром внешнего контура нагревателей уменьшает потери тепла, т.е. снижает инерционность нагрева рабочей камеры электропечи;
Конструкция блока нагрева проста, ее изготовление не представляет серьезных конструкторско-технологических или производственных трудностей, что свидетельствует о соответствии полезной модели также и критерию «промышленная применимость».
На рисунках, иллюстрирующих устройство и работу полезной модели изображено:
- на рис. 1 - общий вид блока нагрева колпаковой электропечи;
- на рис. 2 - вид снизу;
- на рис. 3 - сечение А-A рис. 2;
- на рис. 4 - колпаковая электропечь в сборе с блоком нагрева;
Блок нагрева колпаковой электрической печи (рис. 1,2) содержит плоское кольцо 3 с отверстиями расположенными на одной окружности и на одинаковом расстоянии друг от друга. В отверстия плоского кольца установлены изоляторы 8. U-образньге нагреватели 1 установлены нижними концами в отверстия изоляторов 8 и соединены друг с другом перемычками 5 образуя последовательную электрическую цепь в фазе. Перемычки 5, опираясь на верхнюю часть изоляторов 8, удерживают нагреватели 1 от вертикального смещения. Надежный электрический контакт нагревателей 1 с перемычками 5 обеспечивается посредством резьбовых крепежных элементов 9, 10. Первый и последний нагреватели в фазе имеют увеличенную длину одного из концов. Количество отверстий в кольце 3 определяется количеством нагревателей 1 с кратностью, равной двум. Расстояние (радиус изгиба) между осями двух нагревателей равно расстоянию между двумя смежными отверстиями кольца 3.
Изоляторы 8 (рис. 3) выполнены в виде полых Т-образных втулок. При размещении их в отверстиях кольца 3 они устанавливаются своей торцовой плоскостью на его верхнюю поверхность.
Плоское кольцо 3 опирается через изоляторы 8 на три токовода 7, расположенные симметрично на одном диаметре с нагревателями 1. Тоководы 7 соединены с нагревателями 1 каждой фазы прижимами 11 посредством резьбовых крепежных элементов 9, 10. Нагреватели 1, а также все детали блока нагревателей, кроме изоляторов, выполнены из тугоплавкого металла - молибдена, изоляторы выполнены из мулитокорунда.
В верхней части нагревателей 1 в зоне изгиба крепится кольцо из изоляторов, выполненных в виде трубок 2, нанизанных на кольцеобразный держатель. Изоляторы 2 крепится к каждому нагревателю 1 по отдельности при помощи молибденовой проволоки, навитой вокруг изолятора и нагревателя 1 (на рисунках условно не показано). Сформированное таким образом объемное кольцо из изоляторов обеспечивает геометрию нагревателей, т.е. расположение верхней части нагревателей 1 на одном диаметре, предотвращая их смещение относительно друг друга.
Такая компоновка элементов блока нагрева формирует конфигурацию рабочего пространство печи. При этом диаметр окружности, образованной U-образными нагревателями, является диаметром рабочей зоны камеры нагрева, а длина нагревателей определяет высоту рабочего пространства.
Внутри такого рабочего пространства поверхность излучения нагревателей открыта полностью, причем кольцо изоляторов, вследствие высокой температуры нагрева, осуществляет линейное перемещение совместно с нагревателями 1.
Цилиндрический экран 6, закрепленный на периферии нижней поверхности плоского кольца 3 с зазором относительно периметра внешнего контура нагревателей 1 увеличивает жесткость всей конструкции и отражает энергию излучения в рабочее пространство.
Тоководы 7 блока нагрева (рис. 4) контактируют с охлаждаемыми токовводами 12, установленными через изоляторы 13 в отверстия плиты 14. Токовводы 12 установлены соосно тоководам 7.
Плита 14 имеет водяную рубашку охлаждения. Подача и слив охлаждающей жидкости - воды осуществляется через штуцеры 16. Герметичное соединение фланца колпака 15 печи с плитой 14 обеспечивается резиновым уплотнительным кольцом 17. Экраны 18, 19, размещенные внутри колпака 15, сокращают потери тепла. С целью обеспечения безопасной температуры наружных стенок колпака, - последний имеет водяную рубашку охлаждения.
Электрическая цепь блока нагревателей соединена по схеме треугольник и работает следующим образом.
Трехфазный ток подается на охлаждаемые токовводы 12, поступает на тоководы 8 блока нагревателей и далее от одной фазы к другой протекает по нагревателям 1, соединенным в каждой фазе последовательно друг с другом перемычками 5.
В результате преобразования электрического тока в энергию излучения в рабочем пространстве камеры нагрева печи образуется высокотемпературное, равномерно распределенное тепловое поле.
Использование заявленной полезной модели позволит освоить производство простой и надежной новой конструкции блока нагревателей, применяемой в электрических печах колпакового типа и обеспечить повышенные требования, предъявляемые к параметрам температурного режима рабочего пространства камеры нагрева.