CC BY
301
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СЕПАРАТОРОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ КОРМОПРОИЗВОДСТВА
В.И. Чарыков, А.И. Яковлев
Аннотация. В статье, на примере использования электромагнитных полей в различных технологических процессах АПК, рассматривается применение электромагнитных сепараторов серии УСС, разработанных в Курганской государственной сельскохозяйственной академии, для очистки от металлических примесей сухих сыпучих сельскохозяйственных продуктов.
Ключевые слова: электромагнитное поле, электромагнитный сепаратор, металлические примеси.
К настоящему времени накоплен значительный экспериментальный и теоретический материал, посвященный применению электромагнитного поля в сельском хозяйстве. Так во многих трудах ученых и практиков отмечается эффективность магнитной обработки воды. Использование омагниченной воды может дать прибавку урожая от 10 до 40%[1]. Получен положительный эффект от выпаивания животным омагниченной воды и обработки кормов магнитным полем. Прирост молодняка при этом увеличивается на 10-15%[2]. С применением омагниченной воды отмечены положительные результаты при рассолении почв. Постоянные магниты и электромагниты используются для удаления магнитных включений из сыпучих и жидких материалов. На комбинатах хлебопродуктов, элеваторах, мелькомбинатах электромагнитные сепараторы применяются для того, чтобы защитить мукомольное, дробильное и другое оборудование от поломок из-за попадания в исходный продукт металлических включений (болтов, гаек, гвоздей, проволоки) главным образом при его перегрузках, перевозках и движении продукта по технологической цепочке. Недопустимо так же наличие ме-таллопрмесей в готовом продукте: муке, комбикорме, сенаже и др.
Стандартами установлены предельно допустимые нормы наличия металлопримесей в готовом продукте, например, в муке - не более 3мг/кг сухого вещества, в комбикорме - не более 20-30 мг/кг, в мясокостной муке
- не более 200мг/кг.
Попадание металлопримесей вместе с кормом в пищевод животных приводит к болезням, снижению удоев, производительности, привесов, а иногда и гибели скота. На откормочной ферме на 10 тыс. голов в течение года из кормов удаляют до 180 кг металлических частиц. Ущерб, нанесенный хозяйствам в целом по стране, никем не оценен, но он, безусловно, значителен. Авторами многих работ проведены исследования эффективности предпосевной обработки в магнитном поле семян пшеницы, ячменя, овса, риса, моркови, редиса, сахарной свеклы, картофеля. Практически во всех экспериментах имело место увеличение всхожести, энергии прорастания, массы и высоты проростков.
Проводились похожие опыты на курах, выращиваемых в прмышленном птицеводстве. Птиц поили водой, обрабатываемой магнитным полем. У цыплят яичного направления опытной группы превышение массы стало наблюдаться к 120 дню. Рассмотренные основные направления использования магнитного поля в АПК могут быть дополнены другими примерами.
Рассмотрим более подробно применение магнитного поля для очистки сухих сыпучих сельскохозяйственных продуктов от металлических примесей. Магнитный метод отчистки основан на использовании различных магнитных свойств материалов, подлежащих разделе-
нию. Отделение металломагнитных частиц происходит в рабочей зоне электромагнитного (магнитного) сепаратора. В основе принципа магнитной сепарации лежит эффект взаимодействия частиц металломагнитных материалов с внешним магнитным полем. Сила взаимодействия описывается выражением:
V дв
в„
+ дв ■ е
2 .х
(1)
где Втах- максимальное значение магнитной индукции в рабочей зоне сепаратора, Тл; Втш- минимальное значение магнитной индукции, Тл; х- расстояние от точки измерения до полюса сепаратора, м; йи- конструктивная постоянная; Уг - объем частицы, м3;
Втт +ДВ = Вшах .
В общем виде уравнение движения металломагнитного тела в магнитном поле сепаратора имеет вид
+ та + тд , (2)
где т - масса тела, кг;
а - ускорение частицы, м/с2; д - ускорение свободного падения, м/с2.
Сила сопротивления движению частицы в рабочем слое выражается в следующем виде:
^ = КуРБу , (3)
3
где V - скорость частицы, м/с;
р - плотность среды, кг/м
£ - площадь проекции тела на плоскость перпендикулярную направлению движения, м2;
К -коэффициент сопротивления, м/с.
Кроме коэффициента сопротивления К необходимо учитывать также такие факторы, как влажность смеси (К1), сыпучесть смеси (К2). С учетом этих коэффициентов силу сопротивления можно записать в виде:
= КК2. (4)
Таким образом, повышение эффективности процесса удаления магнитных примесей требует разработки оборудования с магнитными системами, создающими высокоиндуктивное магнитное поле.
По конструкции магнитные и электромагнитные сепараторы подразделяются как навесные, просыпные и барабанные.
Просыпные магнитные сепараторы, разработанные в Курганской сельскохозяйственной академии, по способу получения магнитного поля могут быть на постоянных магнитах ферритовых или редкоземельных, с использованием электромагнитов или комбинированные. В просыпных электромагнитных сепараторах для получения неоднородного магнитного поля используются концентраторы магнитного поля.
Сыпучий сельскохозяйственный продукт (мука, комбикорм), проходящий сквозь просыпной сепаратор -разрыхляется. Увеличивается эффективная площадь контакта между продуктом и сепаратором, что позволяет эффективно извлекать магнитные примеси из всего объема проходящего материала. Высокоградиентная магнитная система сепаратора позволяет надежно улавливать и удерживать частицы магнитных примесей.
На сегодняшний день широкое применение на перерабатывающих предприятиях находят магнитные и
■е
электромагнитные сепараторы, которые можно классифицировать по пяти признакам:
- по способу создания магнитного поля (постоянными магнитами, электромагнитами, комбинированный);
- по конструкции магнитной системы (разомкнутая, замкнутая);
- по принципу сепарации (на извлечение магнитных включений, на удержание и комбинированные);
- по степени автоматизации (с автоматическим съемом магнитных включений, с ручным съемом);
- по мобильности (передвижные, стационарные).
В настоящее время находят широкое применение магнитные сепараторы, собранные на постоянных магнитах из сплава Nd-Fe-B, как наиболее эффективные. Тип, технические характеристики и конструкция конкретных агрегатов определяются особенностями технологической цепочки, параметрами потока сепарируемого материала, исходным содержанием магнитных примесей и соотношением между исходным и требуемым содержанием примесей согласно ГОСТу.
Примеры применения электромагнитных сепараторов УСС-3М и УСС-5М показаны на рисунках 1 и 2. Линия предназначена для отделения отходов от отрубей, мучек и других мучнистых продуктов, не требующих измельчения. Мучнистое сырье (рисунок 1) из склада сырья поступает в производственный цех и с помощью нории 2 подается на просеивающую машину
3, где очищается от случайных крупных примесей и поступает в электромагнитный сепаратор 4 для отделения металломагнитных примесей. Очищенный продукт направляется в бункера на линию основного дозирования и смешивания [3].
Линия рассыпной травяной муки предназначена для растаривания травяной муки, если она хранится в мешках, очистки от посторонних и металломагнитных примесей. Мешки с травяной мукой (рисунок 2) поступают в мешкорастарочную машину 2 и далее в рассыпном виде с помощью транспортного оборудования 3 и 4 подаются в просеивающую машину 5 для отделения случайной примеси. В электромагнитном сепараторе 6 от травяной муки отделяют металломагнитную примесь. Очищенный продукт поступает в наддозаторный бункер 7.
Техническая характеристика сепаратора УСС-3М
4
Производительность, т/ч Мощность магнитной системы, кВт Напряжение переменного тока, подаваемое на выпрямительное устройство, В Напряжение постоянного тока, подаваемое на катушки намагничивания, В Габаритные размеры, мм Масса, кг
5 - 10
1,0
220
198
620x900x615
620
Рисунок 1 - Линия мучнистого сырья 1 - контейнер; 2- нория; 3 - просеивающая машина; 4 -электромагнитный сепаратор; 5 - наддозаторный бункер
Рисунок 2 - Линия рассыпной травяной муки 1 - мешки; 2 - мешкорастарочная машина; 3 - конвейер; 4 - нория; 5 - просеивающая машина; 6 - электромагнитный сепаратор; 7 - наддозаторный бункер
Следует отметить, что электромагнитный сепаратор УСС-3М может работать и при отсутствии электропитания при использовании для создания неоднородного магнитного поля постоянных магнитов из сплава Nd-Fe-B.
Техническая характеристика УСС-5М
1. Мощность магнитной системы, кВт 0,8
2. Напряжение питания катушки намагничивания
(выпрямленное напряжение), В 198
3. Напряжение однофазного переменного тока,
подаваемое на выпрямительное устройство, В 220
4. Магнитная индукция на концентраторах,
мТл 180 - 250
5. Производительность, т/ч 5-7
6. Режим работы - длительный
7. Габаритные размеры: длина, мм 1154
ширина, мм 1126
высота, мм 1700
8. Масса, кг 688
Электромагнитный сепаратор УСС-5М (рисунок 3), включающий рабочий орган с концентраторами магнитного поля, установленный в межполюсном зазоре электромагнитной системы, ширина которого в верхней части убывает сверху вниз, а в нижней части постоянна, питатель и рассекатель потока, расположенные над межполюсным зазором и приемником продуктов разделения.
Сепаратор содержит магнитопровод 1 с полюсными наконечниками 2, катушки намагничивания 3, выемной блок продуктопровода 4 с укрепленными на внутренних боковых стенках концентраторами глубинной 5 и поверхностной 6 сепарации, клиновидный распределитель материала 7, опорные ролики 8, расположенные на кронштейне 9. Концентраторы 5 глубинной сепарации содержат на боковых поверхностях концентраторы в виде отверстий, а на торцевых - насечку. Под клиновидным распределителем 7 на осях 10, расположенных горизонтально и параллельно полюсным наконечникам 2, шарнирно закреплены полиградиентные элементы, содержащие втулки 12 с возможностью поворота на оси 10, и стержни 11, жестко укрепленные на втулках 12. Угол поворота стержней 11 не превышает 90о. Полюсные наконечники образуют своими внутренними поверхностями в верхней части - конусную щель, симметричную относительно вертикали, переходящую в нижней части в щель постоянного сечения. Выемной блок 4 выполнен по форме межполюсного пространства с возможностью выдвижения его из него на опорные ролики 8 кронштейна 9 для удаления налипших магнитных включений. В
1
нижней части выемного блока концентраторы поверхностной сепарации образуют лабиринтную щель размерами (минимальными) 33х390 мм.
А - А
Электромагнитный сепаратор работает следующим образом.
При подаче напряжения на катушки намагничивания 3, в межполюсном пространстве сепаратора создается магнитное поле. Сепарируемый сыпучий материал клиновидным распределителем 7 подается на боковые стенки выемного блока продуктопровода 4. Благодаря наличию концентраторов поверхностной 6 и глубинной 5 сепарации, металлические частицы удаляются из потока материала, при этом они не сбиваются потоком материала с концентраторов, так как на концентраторах поверхностной сепарации они имеют «укрытия» в виде впадины, расположенной между нижней торцевой гранью вышележащей пластины и боковой плоскостью нижележащей пластины, а на концентраторах 5 глубинной сепарации - внутри отверстий 10. Поворотные концентраторы индукции 11 поворачиваются на осях 10 на угол не более 90о и занимают положение 13 (показано пунктиром) с расположением пластин 11 по направлению магнитных силовых линий, усиливая магнитную индукцию в зоне сепарации. Благодаря наличию поворотных полиградиентных элементов с овальными отверстиями увеличивается извлечение магнитных включений, особенно в центре съемного блока.
При завершении процесса сепарации выемной блок 4 выдвигается из межполюсного пространства на опорные ролики 8 кронштейна 9, после чего происходит размагничивание всех видов концентраторов выемного
блока и удаление налипших на них магнитных включений.
Выполнение симметричной конусной щели в межполюсном пространстве магнитной системы, применение выемного блока из ферромагнитного материала с концентраторами поверхностной и глубинной сепарации на боковых стенках обеспечивают высокую эффективность сепарации при большой производительности установки, надежную и длительную работу.
Эффективность разработанных технологических процессов и технических устройств рассматривается в трех основных аспектах: техническом, экономическом и социальном.
Технический эффект выражался в уровне разработанных способов очистки сухих сыпучих сельскохозяйственных продуктов от металлических примесей и соответствующих технических средств, выполненных на уровне изобретений и являющихся основой для дальнейшего совершенствования технологии сепарации металлических частиц.
Использования нового принципа отделения металлических частиц от сухих сыпучих сельскохозяйственных продуктов привело к созданию параметрического ряда электромагнитных сепараторов, в которых:
- достигнута универсальность, позволяющая использовать установки без замены рабочих органов при минимальном объеме технологических регулировок для очистки практически любых сыпучих и жидких материалов;
- высокая производительность в сочетании с эффективностью, обеспечивающаяся, с одной стороны, рациональным использованием всех компонентов сложного электромагнитного поля, с другой - рациональной конструкцией, как рабочих элементов, так и всех машин в целом.
Экономический эффект достигался за счет:
- повышения эффективности очистки (на 30 и 50%)
и, как следствие, уменьшение количества окончательного брака;
- уменьшения эксплуатационных издержек.
Социальный эффект обеспечивается за счет повышения надежности работы технологических линий по очистке сухих сыпучих сельскохозяйственных продуктов от металлических примесей.
Список использованных источников
1 Ложкина Н.Н., Ларин А.А. Влияние омагниченной воды на развитие растений в водных культурах и почвах// Магнитные поля в биологии, медицине и сельском хозяйстве: тез. докл. 2-й научн.-практ. конф. / под ред. В.Н.Чернова. - Ростов на Дону, 1985. - С. 155 - 156.
2 Волконский Н.А. Применение магнитной активации в сельском хозяйстве // Магнитные поля в биологии, медицине и сельском хозяйстве: тез. докл. 2-й научн.-практ. конф. / под ред. В.Н.Чернова. - С.153 - 154.
3 Оборудование комбикормовых заводов. Справочник / под ред. М.А. Борискина. - М.: Агропромиздат, 1986. - 174с.
4 Сумцов В.Ф. Электромагнитные железоотделители. -М.: Машиностроение, 1981. - 212с.
Информация об авторах
Чарыков Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры электрификации и автоматизации сельского хозяйства Курганской государственной сельскохозяйственной академии имени Т. С. Мальцева, e-mail: viktor52-chimesh@yandex.ru, тел. 89128371500.
Яковлев Алексей Иванович, аспирант ФГБОУ ВПО «Курганская ГСХА».
