磁致热热风炉的制作方法

热风炉、冶金设备、蒸发器、蒸发与结晶设备、干燥设备、加热器、预热器、取暖器、供热供暖、新能源、节能减排、磁能利用。

背景技术：

磁力耦合技术的发展，使能量转化变得简单而高效，磁致热热风炉正是利用磁力耦合技术将机械能转化为热能。

本人先前曾提出永磁灶、永磁热水杯、风热器和电动磁热器等技术方案，可在中华人民共和国国家知识产权局检索，以供参考。

现在冶金工业常用的热风炉为蓄热式热风炉，利用煤气燃烧产生的热量蓄热，将鼓风加热到高炉需要的温度。热风炉供给高炉的热量约占炼铁生产耗热的25％，这里存在着巨大的节能减排潜力。此外，蒸发与结晶设备、干燥设备等需要的热量来源也存在着节能减排的空间。

磁致热热风炉加热的物质既可以是风，又可以是水，利用其生产出的热风、热水、高温水蒸汽等来满足应用需求。对于磁致热热风炉的动力来源可最大限度的利用可再生的清洁能源，如风能，采用多种能源互补，最大限度的节能减排，保护人类的生存环境。

磁致热热风炉的磁力耦合制热系统使用永磁制热时，系统高效且简单实用，而且现在磁性材料、耐高温合金材料、强磁场等技术发展很快，这都对磁致热热风炉的发展应用形成一个巨大的促进。

技术实现要素：

本发明针对冶金工业常用的热风炉，提出了磁致热热风炉的解决方案，以此来满足节能减排的应用需求。磁致热热风炉不仅仅可以生产热风，还可以生产热水、高温水蒸汽等，以此来满足冶金设备、蒸发与结晶设备、干燥设备、供热供暖设备等装置的热能需求。

磁致热热风炉由基础制热单元、供热管道和动力驱动系统等组成，具体应用时可以采用闭环控制或开环控制，以便远程自动控制或人为控制。基础制热单元由磁力耦合制热系统、炉箅子等组成，当基础制热单元处的供热管道的通径较小时，可以不使用炉箅子。磁力耦合制热系统由转子和定子组成，转子和定子产生磁力耦合实现能量转化，转子上装有磁块固定盘或磁块固定筒，定子上装有感应盘或感应筒，磁块固定盘或磁块固定筒用来形成相对旋转磁场，感应盘或感应筒用来形成感应磁场，转子和定子的相互作用可看作是相对旋转磁场和感应磁场的相互耦合，并因此实现能量转化，获得热能。

根据基础制热单元的结构不同，磁致热热风炉可分为盘式磁致热热风炉和筒式磁致热热风炉。

附图说明

图1所示为磁致热热风炉的基础制热单元的一种结构方案，采用盘式磁力耦合制热系统和正方形供热管道，磁力耦合制热系统的感应盘与供热管道同体，采用四组盘式磁力耦合制热系统。图中标号1为动力输入轴，标号2为磁块固定盘，3为感应盘，4为炉箅子，此种方案中的感应盘3、炉箅子4和供热管道做成一体。图1中上方为主视图，下方为a-a视图。

图2所示为磁致热热风炉的基础制热单元的又一种结构方案，采用盘式磁力耦合制热系统和矩形供热管道，磁力耦合制热系统的感应盘与供热管道同体，采用一组盘式磁力耦合制热系统。图中标号1为动力输入轴，标号2为磁块固定盘，3为感应盘，4为炉箅子，此种方案中的感应盘3、炉箅子4和供热管道做成一体。图2中上方为主视图，下方为b-b视图。

图3所示为磁致热热风炉的基础制热单元的又一种结构方案，采用筒式磁力耦合制热系统和筒形供热管道，磁力耦合制热系统的感应筒与供热管道同体，沿轴向采用两组筒式磁力耦合制热系统，可采用一组或多组。图中标号5为动力输入齿轮，标号2为磁块固定筒，3为感应筒，4为炉箅子，此种方案中的感应筒3、炉箅子4和供热管道做成一体。图3中上方为主视图，下方为c-c视图。此种方案可由空心轴电机直接驱动磁块固定筒2旋转(电机的空心传动轴和磁块固定筒联结在一起)，从而省去动力输入齿轮5，也可由动力机械经齿轮传动驱动。

图4所示为磁致热热风炉的基础制热单元的又一种结构方案，采用盘式磁力耦合制热系统和矩形供热管道，磁力耦合制热系统的感应盘与供热管道同体，采用两组盘式磁力耦合制热系统，供热管道采用分体式结构以适应热膨胀，从而延长基础制热单元的使用寿命。图中标号1为动力输入轴，标号2为磁块固定盘，3为感应盘，4为炉箅子，7为连接板，8为隔热屏障，9为真空杜瓦保温外壳。此种方案中的感应盘3、炉箅子4和供热管道做成一体，并对磁块固定盘2做了隔热防护和冷却措施。图4中上方为主视图，下方为d-d视图。

图5所示为磁致热热风炉的又一种结构方案，与图2所示方案的区别是其加装了热负荷机械调节机构11，图5中热负荷机械调节机构11采用电机驱动滚珠丝杠组件(由螺母、钢球、丝杠等关键零件组成)，丝杠和电机外壳同体，滚珠丝杠组件可以用滑动丝杠组件(由螺母、丝杠组成)或行星滚柱丝杠组件(由螺母、滚柱、丝杠等关键零件组成)或沟槽凸轮组件(由沟槽凸轮、滚子、滚子固定轴等关键零件组成)代替，滑动丝杠组件、滚珠丝杠组件、行星滚柱丝杠组件和沟槽凸轮组件均为回转直线运动可逆转化部件，其性能各有特色，可根据需求选用。图5中热负荷机械调节机构11中的电机可以通过装配在中心传动轴上的高速回转导电接头6来连通电路，也可以在热负荷机械调节机构11中的电机的端面上(电机采用薄饼形)装配电刷和滑环来连通电路。

图6所示为磁致热热风炉的又一种结构方案，与图2所示方案的区别是其加装了热负荷机械调节机构，图6中的热负荷机械调节机构采用回转支承30来隔离磁块固定盘2高速旋转的影响，通过对回转支承30的静止部分施加作用力来使磁块固定盘2沿轴向滑动，改变磁场耦合间隙，从而改变磁力耦合制热系统的热负荷。图中标号31为辅助滑动筒，标号32为辅助支承筒。对回转支承30的静止部分施加作用力，可以通过滑动丝杠组件、滚珠丝杠组件、行星滚柱丝杠组件或沟槽凸轮组件等回转直线运动可逆转化部件，也可以通过齿轮齿条传动机构，或者使用曲柄滑块机构，既可手动操作又可电动操作。

图7所示为磁致热热风炉的基础制热单元的又一种结构方案，采用筒式磁力耦合制热系统和筒形供热管道，与图3所示方案的区别是其可以对磁力耦合制热系统进行热负荷调节(使磁块固定筒2向减弱磁力耦合特性的方向滑动)。图中标号5为动力输入齿轮，标号2为磁块固定筒，3为感应筒，4为炉箅子，15为滑动丝杠组件的丝杠。图7所示的基础制热单元的热负荷调节同样可以使用滑动丝杠组件、滚珠丝杠组件、行星滚柱丝杠组件或沟槽凸轮组件等回转直线运动可逆转化部件(类似图5所示)，也可以使用回转支承来隔离磁块固定筒高速旋转的影响(类似图6所示)，然后再手动操作或电动操作。

图8所示为磁致热热风炉的热负荷机械调节机构11采用沟槽凸轮组件的一种方案示意图，图中标号11-1为滚子，标号11-2为沟槽凸轮，滚子固定轴和电机外壳同体。

图9所示为磁致热热风炉的热负荷机械调节机构11采用滑动丝杠组件的一种方案示意图，图中标号11-2为滑动丝杠组件，标号11-8、11-9为齿轮，电机经齿轮传动驱动周向均布的滑动丝杠组件11-2。

图10所示为高速回转导电接头，采用模块化结构，滑环的数量根据需要确定，图中所示为三个滑环(可为六个或任意个)，连通三根导线，中间环6-3、防护层6-2、防护层6-4、防护层6-7采用电绝缘材料，6-5为电刷，6-6为滑环(镶嵌于防护层6-7内)，6-8为微调弹簧(用来平衡接触压力)，6-9为导线，6-12为轴承。图10中滑环内接电刷，外接外部电源。高速回转导电接头以电刷和滑环作为动态接触，也可以将电刷和滑环反装，由电刷内接滑环，外接外部电源。

图11、图12、图13、图14所示为电动调速专用高速回转接头，采用模块化串联结构，可串联任意通道，图11、图12中所示为三通道，其内转子由螺栓6-29联结各部分，然后和回转接头的外转子装配组成一个整体，其内转子高速转动，其外转子静止不动，以连接外部电源。两端密封环6-20、6-21可采用碳化钨、石墨等材料，中间有电线进出部分的6-5、6-7、6-8、6-24、6-25可采用电绝缘材料，6-22采用电接触材料，6-23采用电绝缘材料镶嵌电接触材料的组合结构，6-14为弹簧，用来平衡接触压力，弹簧处的导向销6-15对弹簧起导向限位作用，防止高速回转时弹簧在离心力作用下失效。电动调速专用高速回转接头可用来取代高速回转导电接头，电动调速专用高速回转接头比高速回转导电接头具有更好的防水、防尘和防爆性能，但其结构复杂，制造困难，经济性差。

图15所示为磁块固定盘的示意图，n极和s极永磁体交替排列，磁极方向平行于盘的轴向。磁块固定筒的结构类似于磁块固定盘，n极和s极交替排列的永磁体布置在磁块固定筒的圆周方向上，磁极方向垂直于筒的轴向。

图16所示为磁致热热风炉的一种应用方案示意图，采用9组基础制热单元串并联，由电机驱动。磁致热热风炉使用基础制热单元的数量可根据具体需求设计，其阵列方案可采用立体化多层阵列串并联使用。基础制热单元的驱动可以使用电机、内燃机、外燃机、风力驱动系统等多种方式，可以混合使用。

图17所示为垂直轴风力驱动系统的一种方案示意图，垂直轴风力驱动系统的风轮的旋转面平行于风轮的旋转轴，风轮的叶片可以采用升力型叶片或阻力型叶片，常见的风轮形式有darrieus型风轮、savonius型风轮、风杯型风轮、涡轮型风轮等多种形式，垂直轴风力驱动系统依靠风力产生机械能从而驱动磁力耦合制热系统，为了使磁力耦合制热系统在最佳转速范围内工作，垂直轴风力驱动系统还可以加装动力传动变速系统，垂直轴风力驱动系统的制动装置可置于低速轴、高速轴或其它中间轴上，制动装置可以选用钳式制动器、带式制动器等多种形式。图中风轮2-1的叶片采用达里厄型直叶片，叶片的形式多变，有多种形式，可灵活选用。达里厄型叶片为升力型叶片，而萨沃尼斯型叶片为阻力型叶片，升力型叶片(常用的翼型叶片有naca翼型系列、seri翼型系列、nrel翼型系列、risф翼型系列和ffa-w翼型系列等)和阻力型叶片(萨沃尼斯型、风杯型、涡轮型、平板型和马达拉斯型等)的形式多样，不能一一列举，各种形式的叶片也可混合使用。

图18所示为水平轴风力驱动系统的一种方案示意图，水平轴风力驱动系统的风轮的旋转面垂直于风轮的旋转轴，水平轴风力驱动系统依靠风力产生机械能从而驱动磁力耦合制热系统，为了使磁力耦合制热系统在最佳转速范围内工作，水平轴风力驱动系统还可以加装动力传动变速系统，水平轴风力驱动系统的制动装置可置于低速轴、高速轴或其它中间轴上，制动装置可以选用钳式制动器、带式制动器等多种形式，为使叶片与风向保持合理的角度，须增加偏航系统，此外，为了得到稳定的功率输出，还可以增加变桨系统，实时改变叶片的角度，对于小型水平轴风力驱动系统可不要变桨系统、偏航系统，直接利用简单的尾翼(又名偏航器)依靠风力作自适应旋转调整。

图19所示为曲柄滑块机构的原理图，标号3-1为滑块，标号3-2为连杆，标号3-3为曲柄。

磁致热热风炉的磁力耦合制热系统使用的感应盘或感应筒从原理上讲至少应包括感应板和屏蔽板两部分，当两部分采用相同的材料时，可直接融为一体，适当控制板的厚度即可。感应盘或感应筒必须根据需求选用合适的耐高温的导体材料，而耐高温的导体材料不一定能具有屏蔽磁的特性，这时便可以把磁屏蔽措施放在供热管道外的隔热屏障的外面(根据产品具体使用的情况来设计)，如果漏磁不会对其它设备造成影响，感应盘或感应筒也可以不使用磁屏蔽措施。

磁致热热风炉的基础制热单元使用磁力耦合制热系统的数量和其结构可根据需要灵活设计，并且磁力耦合制热系统的各种结构类型均可采用加装热负荷机械调节机构的方法来调节其热负荷(如图5、图6、图7所示)。

具体实施方式

磁致热热风炉研制的目的是为了节能减排、保护环境，所以其基础制热单元的驱动应尽量使用风力驱动系统(风力机驱动)，再辅以电机驱动等驱动方式，混合使用，以闭环自动控制为主，人为开环控制为辅。现在的钢铁冶金工厂大多建设在海边或矿山等风力资源丰富的地方，充分利用风能，可以很好的减少污染物排放，减少对不可再生能源的依赖。

磁致热热风炉可以作为预热炉、蓄热式加热炉或连续性加热炉使用，对于现在的冶金工艺流程作一些合适的改造，可以很好的提高高炉经济效益。磁致热热风炉不仅可以用于冶金工业，还可以用于其它行业的供热供暖。

磁致热热风炉所包含的各组成零部件，现代工业制造技术均可加工制造。磁块、电机、滚珠丝杠组件、滑动丝杠组件和行星滚柱丝杠组件等均可由专业厂商配套生产，其它零部件机加工、模具成形、焊接即可。

磁致热热风炉要想成功应用，必须具备以下条件：(1)制热能力标定——建立完备的测试台架，以完成系列化产品的标定。(2)动平衡检测——旋转部件必须达到相关标准规定的动平衡要求，以达到必要的安全可靠性。(3)材料——磁致热热风炉的一些零件的工作环境很特殊，必须根据具体工况采用合适的材料。(4)保温措施——磁致热热风炉的外壳可增设保温层，以防止过多的热量损失。