一种高温超导直流感应加热器的动态演示装置的制作方法

本实用新型涉及一种高温超导直流感应加热器的动态演示装置，属高温超导直流感应加热设备技术领域。

背景技术：

传统的电磁感应加热技术，因其结构简单，环保等优势在钢铁加工工业领域得到了广泛的应用。但是在加热非铁磁材料如铝或铜等材料时，加热器电能利用率就会大大降低。超导直流感应加热是超导电力应用技术和感应加热技术的有机结合，充分利用了超导在直流环境中的低损耗特性，同时结合电磁感应技术，实现铝加工行业中铝挤压环节前的预热工作。相对于传统的交流感应加热技术，则在电能利用率和工件加热的效果方面有巨大优势。

高温超导直流感应加热装置属于重型装备，体积大，目前涉及的兆瓦级高温超导直流感应加热装置，加热功率高于1 MW，被加热工件尺寸：铝合金棒料，最大直径446mm，长度800~1500mm。兆瓦级高温超导直流感应加热装置的占地面积约6000mm×20000mm，超导磁体铁芯的重量约130吨。因高温超导感应加热器体积大，重量大，不适合在教学现场展示，公司展厅、工业展览等场合。

高温超导直流感应加热装置是一个良好的应用方向，尤其是对拥有世界铝型材一半以上产能的中国企业而言,超导应用技术的市场前景非常广阔，进行在铝加工行业中的推广演示过程中，如何有限展现装备的效果，需要一种直观设备来辅助教学。高温超导直流感应器的动态演示装置在教学演示，学术交流过程中，同样具有十分重要的价值，能够生动形象的展示加热器的工作原理、加热过程以及实时状态等。

技术实现要素：

本实用新型的目的是，为了形象展示加热器的工作原理，对高温超导直流感应加热器进行动态演示，本实用新型公开一种高温超导直流感应加热器的动态演示装置。

本实用新型的技术方案如下，一种高温超导直流感应加热器的动态演示装置，包括超导直流感应加热器、真空杜瓦装置、演示装置框架结构、演示装置控制器、演示装置显示界面和检测单元；超导直流感应加热装置和真空杜瓦装置安装在演示装置框架结构中，电控单元控制超导直流感应加热装置的电源供给；检测单元检测超导直流感应加热器工作状态并将结果显示在箱体外的演示装置显示界面。

超导直流感应加热器包括超导线圈、永磁体结构、联轴器、铝棒、Γ型支撑座、支撑座、直流电机；联轴器包括结构相同的第一联轴器和第二联轴器；

所述永磁体结构为山字型；超导线圈绕制在永磁体结构的铁芯上；安装有第一联轴器的Γ型支撑座和安装有第二联轴器的支撑座安装在永磁体结构两旁的支架底板上；第一联轴器和第二联轴器的轴线重合并平行于支架底板水平面；铝棒安装在第一联轴器和第二联轴器之间，位于永磁体结构的磁场中，并随联轴器一同旋转；第一联轴器的另一端连接直流电机的轴身，直流电机安装在支撑底座上，直流电机用于驱动带有铝棒的联轴器转动。

演示装置框架结构包括铝合金支架、保护罩和钢架底座；所述铝合金支架为长方体框架结构，下底部为支架底板，用于安装超导直流感应加热器；带玻璃的保护罩安装在铝合金支架的四周和上方；铝合金支架底板下面为钢架底座，底座内设可抽进抽出的底部抽屉柜，用于安置演示装置控制器。

所述永磁体结构的山字型铁芯由45#中碳钢制成，端部镶箝有磁体；两端铁芯上的磁体分别与中间铁芯上的磁体之间相隔一段可容纳铝棒直径尺寸的间隙；两端铁芯上的磁体分别与中间铁芯上的磁体相对，磁体极性相反。

所述检测单元为红外温度检测仪，所述红外温度检测仪实时监测铝棒的实际温度；红外测温仪通过测量目标发射的红外辐射强度计算出物体的表面温度。

所述红外温度检测仪通过固定支架，安装在直流电机的Γ型支撑座上，在调整被测目标与测量头时确保光路无遮挡。

所述红外温度检测仪的温度检测结果通过演示装置显示界面的LED显示器直接显示，形象直接的反馈铝棒加热的实时温度。

所述演示装置控制器通过控制直流电机实现演示装置展示铝棒旋转启动、加速、恒转速加热、减速动态过程，实现超导直流感应加热过程的动作模拟。

所述超导直流感应加热器的磁场变化频率由被加热铝棒坯料的旋转速度控制实现。

所述演示装置的控制界面包括启动、停止、加速、减速、转速、转速设定和电机转速曲线；控制界面通过wifi接口与动态演示装置控制器连接。

所述真空杜瓦装置，杜瓦装置内放多个超导线圈，用于形象演示高温超导线圈和杜瓦的冷却系统结构。

所述铝合金支架增加开孔，便于演示装置的对流散热；所述保护罩为透明的亚克力罩子，用于铝棒在2000转/分的转速旋转及产生高温的安全防护。

本实用新型的有益效果是，本实用新型通过高温超导直流感应加热器的动态演示装置形象展示加热器的工作原理；演示装置的动态演示，将更加容易理解高温超导直流感应加热器的工作原理。本实用新型通过高温超导直流感应加热器的动态演示装置可实现铝棒加热过程的动态实物展示，包括铝棒旋转启动、加速、恒转速加热、减速等动态过程，能够实现加热过程的动作模拟；高温超导直流感应加热器的动态演示装置可以通过Surface平板的人机交互界面控制，增加了参观客户和演示学生的互动性。本实用新型的高温超导直流感应加热器的动态演示装置具有体积小，重量轻，便于携带等优点。

本实用新型可用于高温超导直流感应加热器的动态演示。

附图说明

图1为本实用新型高温超导直流感应加热器的动态演示装置结构示意图；

图2为本实用新型高温超导直流感应加热器的动态演示装置外观示意图；

图3为本实用新型高温超导直流感应加热器的动态演示装置剖视图；

图4为永磁体的内部结构示意图；

图5为本实用新型动态演示模型的Surface控制界面；

图中，1为第一联轴器；2为第二联轴器；3为直流电机；4为保护罩的铝合金支架；5为亚力克保护罩；6为Γ形支撑座；7为底部抽屉；8为红外温度检测仪；9为真空杜瓦装置；10为超导线圈；11为警示标识“高温危险”；12为永磁结构体；13为支撑座；14为铝棒；15为底座。

具体实施方式

本实用新型的具体实施方式如图所示。

如图1和图3所示，本实施例一种高温超导直流感应加热器的动态演示装置，包括超导直流感应加热器、真空杜瓦装置9、演示装置框架结构、演示装置控制器、演示装置显示界面和检测单元；超导直流感应加热装置和真空杜瓦装置安装在演示装置框架结构中，电控单元控制超导直流感应加热装置的电源供给；检测单元检测超导直流感应加热器工作状态并将结果显示在箱体外的演示装置显示界面。

超导直流感应加热器包括超导线圈10、永磁体结构12、第一联轴器1、第二联轴器2、铝棒14、Γ型支撑座6、支撑座13和直流电机3。

超导线圈10绕制在永磁体结构12的铁芯上；安装有第一联轴器1的Γ型支撑座6和安装有第二联轴器2的支撑座13安装在永磁体结构两旁的支架底板上；第一联轴器和第二联轴器的轴线重合并平行于支架底板水平面；铝棒14安装在第一联轴器1和第二联轴器2之间，位于永磁体结构的磁场中，并随联轴器一同旋转；第一联轴器的另一端连接直流电机3的轴身，直流电机3安装在支撑底座上，直流电机3用于驱动带有铝棒14的联轴器转动。

由多块磁铁和铁芯组成的永磁体结构，形成磁场，在磁体气隙中建立铝棒旋转加热所需的磁场，当被加热铝锭在气隙磁场中旋转时，铝锭切割磁力线，产生感应涡流，实现感应加热。

如图2所示，演示装置框架结构包括铝合金支架4、保护罩5和钢架底座15；所述铝合金支架4为长方体框架结构，下底部为支架底板，用于安装超导直流感应加热器；保护罩5安装在铝合金支架的四周和上方；铝合金支架底板下面为钢架底座15，底座内设可抽进抽出的底部抽屉柜7，用于安置演示装置控制器。铝合金支架4上增加有开孔，便于演示装置的对流散热。保护罩5是透明的亚克力罩，因为铝棒在动态演示过程中，通常以约2000转/分的转速旋转，并且在铝棒温度逐渐升高，考虑高速旋转和高温的安全影响，增加该保护罩5。在动态演示装置中，为形象演示高温超导线圈和杜瓦的冷却系统结构，真空杜瓦装置9用透明亚克力代表冷却系统，杜瓦内部有多个超导线圈10。在永磁体结构外表面设有警示标识“高温危险”11。

如图4所示，永磁体结构12由多块磁铁和山字型铁芯构成。山字型铁芯由45#中碳钢制成，端部镶箝有N35磁体；两端铁芯上的磁体分别与中间铁芯上的磁体之间相隔一段可容纳铝棒直径尺寸的间隙；两端铁芯上的磁体分别与中间铁芯上的磁体相对，磁体极性相反。永磁体结构12用来模拟高温超导磁体形成的磁场，中间气隙的磁场强度约0.5 T，磁体表面磁场为2800Gs。

图5所示为本实施例动态演示模型的Surface控制界面。演示装置的控制界面包括启动、停止、加速、减速、转速、转速设定和电机转速曲线；控制界面通过wifi接口与动态演示装置控制器连接。

本实施例高温超导直流感应加热器的动态演示装置可以实现铝棒加热过程的动态实物展示。该演示装置，可以展示铝棒旋转启动、加速、恒转速加热、减速等动态过程，能够实现加热过程的动作模拟。

本实施例高温超导直流感应加热器的动态演示装置可以实现铝棒加热温度的LED实时显示。通过红外测温仪，并在铝棒上涂上黑色漆，增强温度反射效果。红外测温仪选择便于安装，通过固定安装支架安装在电机座上，满足温度实时监测要求。