Конструкции электролизера

Работал в Энергетическом институте А Н СССР, руководя лабораторией электромеханики. Предложил новые схемы асинхронных двигателей с улучшенными пусковыми характеристиками, новые конструкции электрических машин, способы улучшения коммутации машин постоянного тока и пр. Автор учебников по машинам постоянного тока, асинхронным двигателям и коллекторным машинам.

Два эти изобретения как бы завершали длительный (с 1830 года) этап поисков рациональной конструкции электрических машин.

Когда трудом поколений изобретателей были созданы удачные конструкции электрических генераторов, осталось только найти способ их вращения, чтобы механическая энергия преобразовывалась в электрическу!о. Понадобилось создать двигатель, способный сразу Же, без промежуточных устройств, приводить во вращение с большим числом оборотов ротор генератора.

Создаваемые конструкции электрических машин должны гарантировать минимальные общие затраты как при производстве, так и при эксплуатации. Конструкторы электродвигателей недостаточно учитывают практические режимы их работы, которые значительно отличаются от режимов, искусственно создаваемых в лабораториях электротехнических заводов и институтов при испытании электродвигателей. Запасы надежности, закладываемые в электродвигатели, должны учитывать долговечную их эксплуатацию с минимумом ремонтов и простоев при любых практических общепринятых режимах работы.

Сравнение весов основной конструкции электрических вагонов в кг!

Исследования в области электромагнетизма непосредственно предшествовали созданию электрических машин. Вслед за открытием Фара-деем в 1821 г. взаимного вращения магнитов и проводников были созданы первые конструкции электрических двигателей. В 1824 г. английский фи-

Развитие техники электропередачи после 1891 г., т. е. после сооружения первой линии высокого напряжения трехфазного тока между Лауфе-вом и Франкфуртом, характеризовалось непрерывным ростом напряжения, мощности и протяженности линий передачи. Для повышения этих параметров возникла необходимость в решении новых, все более сложных научных и инженерных задач. Конструкции электрических машин, трансформаторов, линейных устройств и коммутационной аппаратуры — все претерпевало существенные изменения при переходе на более высокие уровни напряжения.

Значительным шагом в разработке электротермических устройств-стали опыты английского инженера В. Сименса, получившего в 1878— i879 гг. несколько патентов на свои конструкции электрических печей*

17. Алексеев А. Е., Конструкции электрических машин, Госэнергоиздат, 1958.

5. А л е к с е е в А. Е. Конструкции электрических машин. Госэнергоиздат, 1958.

Как было указано в гл. 9, электролизеры соединяются последовательно в большие группы — (серии) и подключаются к кремниевой преобразовательной подстанции (КПП). Число ванн на серии зависит от конструкции электролизера и величины напряжения, которое может обеспечить КПП, и достигает 200 шт. Все конструктивные элементы электролизеров надежно изолированы от земли и заземленных конструкций, но проведение технологических операций по обслуживанию ванн приводит к полным или частичным замыканиям ванн на землю и возникновению токов утечки, которые могут достигать значительных величин [7]. Токи утечки проходят по подземным сооружениям (трубопроводы, железобетонные конструкции, оболочки кабелей и пр.), их выход во влажный грунт сопровождается электрохимической коррозией, которая разрушает вышеуказанные сооружения и способствует возникновению аварий. Подробно вопросы, связанные с токами утечки, рассмотрены в работах [4, 7]. Нарушение изоляции электролизеров приводит к тому, что одновременное прикосновение к конструкциям, находящимся под потенциалом серии, и к заземленным предметам вызывает протекание электрического тока через тело человека. По данным [1], сила тока выше 0,1 А является смертельной для человека, и поэтому безопасным

В процессе электролиза растворов, содержащих ионы Сг3+, соединения Сг (VI) оказывают вредное влияние. Это требует усложнения конструкции электролизера и разделения диафрагмой или мембраной анодного и катодного пространства, так как шестивалентные ионы хрома (Сг6+) в основном образуются в результате химического взаимодействия с озоном, выделяющимся на аноде. Применение новых оксидных материалов, имеющих высокое перенапряжение для реакции образования соединений Сг (VI), позволило резко снизить выход по току Сг6+ и избежать конструктивного усложнения электролизера.

тролита, формы и конструкции электролизера; D — средняя плотность тока, А/см2; / — междуполюсное расстояние, см.

Рис. 80. Схема конструкции электролизера с самообжигающимся анодом и боковым устройство; 3 — анодная ошиновка; 4 — механизм перемещения анода; 5 — укры

На рис. 86 сжематично представлена конструкция современного электролизера этого типа. В настоящее время работают промышленные серии электролизеров с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом на силу тока от 60 до 140 кА. Анодная плотность тока электролизеров этой системы составляет 0,7— 1,0 А/см2, расход электроэнергии от 22,0 до 14,5 тыс. кВт-ч/т. На начало 1975 г. около 20% алюминия производилось электролизерами этой конструкции.

Переход.на применение электролизеров повышенной мощности (свыше 100 кА) с непрерывными самообжигающимися анодами привел к разработке другой системы токоподвода — при помощи штырей, запекаемых в анод сверху. Электролизеры с такой системой анодного устройства, известные под названием электролизеров с верхним токопо-дводом, стали широко применяться в промышленности с пятидесятых годов нашего века. Эта система позволила увеличить единичную мощность электролизеров и значительно упростить их обслуживание, что обеспечило рост производительности труда. На рис. 87 дана схема современной конструкции электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токопод-водом. С 50-х до 70-х годов подавляющее большинство вновь вводимых электролизных корпусов в алюминиевой промышленности оборудовалось электролизерами этого типа. Единичная мощность

Рис. 87. Схема конструкции электролизера с самообжигающимся анодом и верхним то анодное устройство; 3 — горелка газосборной системы; 4 — анодная ошиновка; 5 — меха

В настоящее время работают серии электролиза на силу тока от 100 до 225 кА, оборудованные электролизерами с предварительно обожженными анодами. Имеются опытные электролизеры на силу тока свыше 260 кА, при этом плотность тока в анодном массиве составляет 0,65—0,75 А/см2, а расход электроэнергии 13,2—14,5 кВт-ч/т. На рис. 88 представлена схема современной конструкции электролизера с самообжигающимися анодами. Начиная с середины 70-х годов, большинство вновь вводимых электролизных корпусов оборудуется электролизерами этого типа.

Рис. 88. Схема конструкции электролизера с

Ошиновка является токонесущим элементом конструкции электролизера и делится на две части — анодную и катодную. Электролизеры, располагаемые рядами один за другим, соединяются токопроводами из алюминиевых шин различного сечения и включаются в электрическую цепь последовательно: катодные шины одного электролизера соединены с анодными шинами другого. Группа электролизеров, объединенная в одну цепь, называется серией.

Стояние между ним и стенками паза соответствовали размерам на рабочем чертеже монтируемого электролизера и были одинаковыми для всех секций. Закрепление катодного стержня в блок производится «впотаи»: стержень не должен доходить до конца паза на расстояние 80—100 мм (в зависимости от конструкции электролизера). При изготовлении секций из нескольких подовых блоков расстояние между ними в секции должно быть в пределах 35—45 мм.