CC BY
18
2. Glebov, V. P. (1979). Zhelezookisnye otlozhenija i ih vlijanie na nadezhnost' kotlov sverhkriticheskogo davlenija. Moscow, 41.
3. Sanduljak, A. A. (2005). Sovershenstvovanie rezhimov i sistem magnitnoj ochistki tehnologicheskih sred dlja preduprezhdenija chrezvychajnyh situacij pri jekspluatacii jenergeticheskogo oborudovanija. Moscow.
4. Kirichenko, V. S., Zaharova, G. P., Durachenko, L. I. (1974). O metodah opredelenija form zheleza v vodah tep-lojenergeticheskih ustanovok (TJeU). Barnaul, 37-38.
5. Sandulyak, A.V., Yatskov, N. M., Shepel, N. I. (1985). Metodika kontrolja magnitnyh svojstv osadkov pri ochistke gidkostej. Himija i tehnologija vody , 7 (2), 61-63.
6. Mankin, I. I. (1977). Fiziko-himicheskie processy v parovodjanom cikle jelektrostancij. Jenergija, 256.
7. Griazev, A. M. (1972). Issledovanie povedenija okis-lov zheleza v sushhestvujushhih fazah voda-pap i ih vlijanie na opganizaciju vodnogo pezhima teplojenepgeticheskih ustanovok. Moscow, 18.
8. Sandulyak, A. V., Fedotkin, I. M. (1983). Magnitnoe obezzhelezivanie kondensata. Moscow: Jenergoatomizdat, 83.
9. Sandulyak, A. V. (1988). Magnito-fil'tracionnaja ochistka zhidkostej i gazov. Moscow: «Himija», 136.
10. Sandulyak, A. V., Dakhnenko, V. L., Klepach, N. I. (1989). Sovershenstvovanie uzla ochistki v magnitnyh fil'trah. Himicheskaja tehnologija, 5, 40-45.
11. Muradova, R. A. (2006). Voprosy jelektromag-nitnogo fil'trovanija tehnologicheskih zhidkostej na osnove osazhdenija zhelezosoderzhashhih chastic v vysokogradi-entnom magnitnom pole. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij i jenergeticheskih ob#edinenij SNG. Jenergetika: mezhdunarodnyj nauchno-tehnicheskij i proizvodstvennyj zhurnal, 3, 85-91.
12. Korhov, O. Ju. (1988). Razrabotka konstrukcij i rezhimov raboty magnitnyh fil'trov dlja ochistki kondensatov jelektrostancij s cel'ju povyshenija ih jeffektivnost. Dnepropetrovsk.
13. Ershova, V. A. (2007). Issledovanie harakteristik rabochih zon magnitnyh ochistnyh apparatov kak sredstv preduprezhdenija chrezvychajnyh situacij v uslovijah korrozii i iznosa oborudovanija. Moscow.
Рекомендовано до публкаци д-р техн. наук Кортеннком Я. М.
Дата надходження рукопису 23.04.2015
Дахненко Валерш Леошдович, доцент, кандидат техшчних наук, кафедра машин i апарапв xiMiHHHx та нафтопереробних виробництв, Нацюнальний техшчний ушверситет Укра1ни «Кшвський полiтехнiчний шститут», пр. Перемоги, 37, м. Ки1в, Укра1на, 03056 E-mail: [email protected]
УДК 621.187.125
DOI: 10.15587/2313-8416.2015.42629
ДО КОМПОНОВКИ РОБОЧО1 ЗОНИ ЕЛЕКТРОМАГН1ТНОГО Ф1ЛЬТРА ВЕЛИКО! ПРОДУКТИВНОСТ1
© В. Л. Дахненко
ВирШуеться задача визначення основних параметргв робочо1 зони електромагнтного фыьтра великоi продуктивностi у поеднанш 1з умовами намагтчування сорбцшног насадки. Описаний взаемозв'язок ро-зташування насадки магнтного фыьтра по вiдношенню до намагнiчуючоi системи, визначеш залежно-стi мiж параметричними характеристиками фшьтрацшно'1 зони та основними характеристиками ви-користання магнтного поля
Ключовi слова: солено1д, фшьтруюча насадка, магттна iндукцiя, ефективтсть
The problem of determining the main parameters of the working area of the electromagnetic filter with high productivity combined with the terms of the magnetization of sorption nozzle is solved. Relationship of arrangement of nozzle of the magnetic filter towards magnetizable system is described, relationship between parametric performance filtration area and the main characteristics of the use of the magnetic field are defined Keywords: solenoid, filter cap, magnetic induction, efficiency
1. Вступ
Одним з важливих показнишв ефективносп, надшносп й довгов1чност1 роботи теплоенергетично-го обладнання е стутнь чистоти теплоноая в1д р1з-ного роду домшок. 1хня наявшсть у теплоносп приводить до утворення в1дкладань на теплообм1нних поверхнях, що пог1ршуе теплопередачу, а для паро-водяних тракт1в котлоагрегат1в ця причина, е най-б1льш уразливою ланкою технолопчно! схеми елект-ричних станц1й.
Зал1зоокисн1 дом1шки у конденсат! становить основну долю забруднень води, що надходить у кот-ли [1, 2]. Вони е причиною вщкладань на теплооб-м1нних поверхнях, що приводить до перегр1ву ст1нок
труб на 100-140 °С вище температури чисто! труби 1 може досягати 600-650 Т. Ця обставина приводить до перевитрати палива й зростання ризику розриву поверхонь нагр1вання [2].
2. Аналiз лгтературних даних i постановка проблеми
Основна частина зал1зоокисних дом1шок мае магнггосприйнятлив1 властивост1 [2-4], що дозволяе застосувати для !х вилучення магн1тне поле. Метод реал1зуеться за допомогою пристро!в, що називають-ся магн1тними ф1льтрами, в яких як робочий орган (сорбцшного об'ему) використовуеться намагн1чува-на гранульована насадка [3, 5], яка намагшчуеться
системою, що знаходиться, як правило, поза об'емом насадки i вщокремлена вiд середовища, що очища-еться. Робота пристрою грунтуеться на силовш маг-нiтнiй взаемоди мiж намагтченими гранулами насадки i частинками. На рис. 1 наведена схема соленоидного типу магнггного ф№тру, в якому намагнiчення насадки здшснюеться солено1дною електромагшт-ною котушкою [3, 5, 6], в якому основним робочим органом е намагшчена насадка, ^зь яку фшьтруеть-ся середовище. II сорбцiйнi властивостi залежать, в основному, вщ рiвня II намагшчування [3, 5, 6].
__ _ _
оооооооооо
сссссссссс
сссссссссс
сссссссссс
сссссссссс
сссссссссс т
сссссссссс 1 _
оооооооооо
оооооооооо
сссссссссс
\
сссссссссс
cöccoooooo ■
f ™ ™ ™
2 3 у D № 4
Рис. 1. Схема соленоидного магнитного фильтра: 1 - корпус, 2 - котушка намагтчуванпя, 3 - насадка, 4 -патрубки
Така, здавалося б оптимальна, конструкщя мае суттевий недолiк. Виявилось, що енергiя поля не ви-користовуеться у повнiй мiрi з-за впливу розмагш-чуючого чинника, наявшсть якого обумовлена геоме-тричними розмiрами. Так, для пiдвищення продуктивности зазвичай, збiльшувалася площа прохвдного перетину вузла очищения за рахунок зб№шення дiа-метру (D) (рис. 1), що приводить до зниження ввдно-шення довжини котушки L (2), що намагшчуе (i насадки 3), до ее дiаметру D.
При пониженнi L/D неминучi втрати поля. Так, при вщносному вщносному габаритi котушки солено1да Ьк/Бк<1 середне значення напруженосп поля складае до 70 % ввд потенцiйно досяжного значення напруженосп поля за рахунок розаяння поля коротким соленоидом в оточуюче середовище [7, 8].
Вщносне "вкорочування" (за рахунок зростан-ня D) насадки, що ф№труе, перетворюючи II на короткий, квазюущльний магнетик iз властивим для нього високим значенням розмагнiчуючого чинника. Внаслщок чого знижуеться середня магнина iндукцiя насадки В у порiвняннi зi значенням ц^е! iндукцiI Во, що досягаеться при намагнiченi вщносно довгого зразка.
Наприклад, при Ь/Б<1; В/Во<0,5, що означае, що в таких "коротких" насадках середне значення iидукцiI поля складае до 50 % ввд потенцшно можли-вого значення (рис. 2).
Рис. 2. Залежтсть вгдносних значень середиьо! магттноГ щдукцп насадки ввд вгдносного габариту соленогда i насадки (з використанням даиих [9])
3. Мета i задачi досл1дження
Тому актуальним е питания розробки економь чних електромагнiтних фiльтрiв велико! продуктив-ностi. Необхгдно визначити рацiональну компоново-чну схему робочо! зони магнггного фГльтра у поед-наннi Гз умовами !! намагнiчувания.
Одним з ршень цГе! проблеми е компонування насадки аналопчно сердечникам у рядГ трансформа-торГв за схемою броньового типу, коли насадка цш-ком оточуе солено!д (рис. 3). У цьому випадку насадка 3 е магттопроводом для замикания магттного потоку, що генеруеться солено!дом 1 i додатковою робочою зоною фшьтра.
4. Методи дослiдження
Дослгдження компоновочно! схеми провадився шляхом експеримеитальних дослгджень Гз отриманням значень магттного потоку в рГзних зонах насадки i пе-рерахунком в шдукцш магттного поля при змш осно-вних компоновочних характеристик: вГдносного габариту солено!да L/D, а також вГдношення площ серце-винно! (усередит солено!да) i наручно! частин насадки SJSC у фшьтрГ броньового типу на вгдиосну шдукцш BJB№ Гз урахуваиням товщину торцевого шару, й того, що розширяеться в дГаметрГ шару насадки Дт « D /4 знаходили у вадповадиосп перетииу серцевинно! части-ни насадки Spc?/4 мшшальному перетииу цього шару ST « ttD\ , оскшьки вш е продовжениям серцевинно! частини насадки (рис. 3).
Рис. 3. Схема короткокотушечного електромагттного фiльтра броньового типу: 1-П-Ш - зони ввдповщно центральна, рiвновiддалена ввд центру й перифери насадки, перифершна
5. Результати дослiджень
Обробка значень Бс/Бд в залежносп ввд змши Ь/Ю i 8н/Бс для компоновочное' схеми (рис. 3) приведенi координатах дефщиту вщносних значень щдукцд магтт-ного поля ввд основних параметрш компоновки (рис. 4)
Рис. 4. Залежност1 дефщиту в1дносних значень щдукцд в серцевиннш частиш насадки: а - в1д в1дносного габариту котушки LID; б - в1д взаемного в1дношения площ наружно! й внутр1шньо! частин насадки SJSc
Обробка значень Вс1Вд в залежност1 в1д зм1ни LID i SJSc дозволило отримати взаемозв'язок параме-тр1в фiльтра й припустимого значения Вн/Вс:
L/D+SJSc=L/D+2,jAH / D =1,25ln(2,2 В/Вн). (1)
За рiвнем намагнiченостi ф1льтруючо! насадки фiльтри броньового типу виграють у порiвияннi з фiльтрами соленоидного типу в 1,9... 1, 5 рази для сшвв1дношень L/D=0,5...1,0. У фшьтрах слiд урахо-вувати перерозподш рiвия намагнiченостi рiзних зон серцевинно! частини насадки. Наприклад, у зонах насадки I, II i III (рис. 3) при малих L/D рiвень намаг-нiченостi рiзний, i в мiру зменшения L/D ця ввдмш-нiсть збiльшуеться (рис. 6). Поблизу котушки значения В</Вд збiльшуеться, а в !! центр1 зменшуеться, що св1дчить про переважне замикания магнiтного потоку по перифершнш зонi серцевинно! частини насадки.
Тому при реальному конструюванш електро-магштних фiльтрiв такого типу iснуе взаемовиклю-чаючi параметри: знижения вiдносного габариту со-лено!да, при якому рiвень намагнiченостi зовнiшньо! частини насадки (BH) наближаеться до аиалогiчного показника насадки внутр1шньо! областi (Вв), але приводить до неоднор1дного намагнiчування об'ему остаиньо! (рис.7). Ця обставина ставить перед необ-
хlднiстю «компенсацп» цього недол1ку змiною iнших технологiчних параметр!в, наприклад, р1зною швид-к1стю фшьтрування в кожи1й зон1 насадки, розд1лив-ши внутр1шню !! частину на роздшеш об'еми перегородками (рис. 6).
В,
0,6 □л
0,2
0
> III /
t fr* —< 1
•О®
О 0,2 0,4 0,6 0,8 1.0UD
Рис. 5. Залежиост1 середн1х в1дносних значень 1ндукц1! в р1зних зонах внутр1шньо! частини насадки в1д в1дносного габариту солено!да: I-III - те ж, що на рис. 1
Рис. 6. Вар1ант конструктивного виконання електромагн1тного ф1льтра броньового типу; 1 - внутршнш корпус; 2 - боков1 корпуси; 3 - солено!д; 4 - коакс1альн1 перегородки, 5 - штуцера подач1; 6 - штуцера ввдводу; 7 - ф1льтруюча насадка
Рис. 7. Схема промислового магнiтного фiльтра броньового типу: 1 - корпус; 2 - соленовдна котушка намагнiчування; 3 - фттруюча насадка; 4, 5 - трубопровода подачi та вiводу очищае мого середовища; 6 - повггропроводи для охолодження котушки
Але для реалiзацii такого рiшення повинно за-безпечуватись автономне фiльтрування в кожнiй з
областей, що забезпечуе швидк1сть фшьтрування, ввдповвдно Ю1, и2, v3, зпдно вщношенням: В1/и1=В2/и2= =Б3/и3, при вщомих Бь В2, Б3, з огляду на вплив и iБ в ефектившсть очищення . Конструкщя додатково ускладнюеться 1 вимагае ршення техшчно! пробле-ми, як забезпечення надшного теплового режиму котушки, повнютю оточено! оболонками 1 насадкою. Остання обставина е не пльки техшчною задачею, але торкаеться проблеми безпеки роботи пристрою.
Спрощення конструкцп шляхом виключення центрального об'ему, оточуючи насадкою лише тшо котушки (рис. 7), а охолодження здшснюеться за ра-хунок додаткових колектор1в.
Реал1зувати очевидш переваги виявилося складною техшчною задачею. Для цього випадку виключаеться малопродуктивний центральний об'ем. Насадкою охоплена сама котушка намагн1чування, утворюючи торопод1бну оболонку (рис. 7). Така схему припускае, що потж магнггного поля, що генеру-еться котушкою "концентруеться" у насадщ.
А тому необхщно визначити р1вень намагшчу-вання запропоновано! зони, адже реал1зац1я очевидно! переваги супроводжуеться шшою складною техшчною задачею. Котушка намагшчування закрита оболонками торопод1бного корпусу 1 насадкою (рис. 7). А це означае, що ефективна робота солено!-да супроводжуеться додатковим нагр1ванням (не пльки з боку теплонос1я), а тому слад визначити ос-новт параметри намагшчування.
Для цього умовно вид1ляемо в насадщ елемен-тарний шар товщиною ёг (г - радус) можна записа-ти, що змша потоку магнггно! щдукцд через елемен-тарний майданчик
d^=Bds.
(2)
Враховуючи, що 1ндукц1я насадки залежить ввд напруженосп магнггного поля (В = И), а враховуючи особливосп намагшчування мана садки магшгних ф1льтр1в в реальному д1апазош поля (Н=30 .. .100 кА/м) В ~ И/, тому
йФ = /икИf • dS.
(3)
Враховуючи, що напружешсть магнггного поля навколо провщника описуеться зв'язком И = ,
2жг
де I - шльшсть ампер1в-витк1в, г - далешсть в1д котушки, а ds=l • dr, тод1 (3)
йФ = jU0 к
I \"f , dr
2п.
¿-f
(4)
тодi потж магнггного поля Ф:
Ч1-f
Ф = М> к [ ^ 1/ (4 - Ч/ ) . (5)
У цьому випадку середня магшгна 1ндукц1я, наведена до площ1 насадки 5 = I • (г2 - г)
. =м ,± Г <- rf
f (Г2 - Г1 )
(6)
Слад мати через, що величина I являе собою кь льшсть ампер1в-витк1в 1=1 а ( - струм живлення, а -
к1льк1сть витюв котушки) або через щшьшсть струму живлення j i загальну струмоведучу площу котушки S:
1 = i-a = j • sn = j •-к3 •SK
(7)
де кЗ - коефщент заповнення проведениям в1кна котушки площею 8К.
6. Обговорення результат
Дослщження показали, що в1дом1 соленовдш електромагшгш ф1льтри е неефективними для !х ви-користання в технолопчних системах велико! проду-ктивносп (100 м3/год 1 б1льше) з точки зору енерге-тичних витрат.
Компоновочна схема фшьтру броньового типу, 1з розмщенням насадки навколо котушки намагшчу-ванш 1 усього !! внутршнього простору мае суттев1 недол1ки з причин неоднорвдносп намагнiчувания усього об'ему насадки, а також створюе складносл в обслуговуванш пристрою.
Схема компоновки основних елеменпв iз ная-внiстю оболонок, що вщокремлюе котушку намагнi-чування вщ насадки (фiльтр працюе п^д тиском). Тому можна виконувати котушку цилiндроподiбного перетину. Згiдно схеми (рис. 7), з урахуванням останнього уточнения, необхвдний струм для намаг-шчування насадки:
1 = j k3 • жгп
(8)
Для варiанту фiльтруваннi рiдини вздовж витков котушки 3i швидк1стю и, продуктившсть:
Q = и F = иж(г22 - r2) •
(9)
Запропонованi рiвияния е ключовими для тех-нiчного розрахунку основних параметрiв при розроб-щ магнiтного фiльтра велико! продуктивностi для очищення рвдин та газiв ввд зiлiзовмiстких, магнiтних домiшок.
7. Висновки
Виявленi недолiки компоновочних схем вщо-мих електромагнiтних фiльтрiв з точки зору !х про-дуктивностi.
Запропонована схема компоновки магнiтного фiльтру броньового типу iз розташуванням фiльтру-ючо! насадки навколо намагнiчуючо!' котушки.
Отримаш залежиостi для визначення основких габаритних розмiрiв сорбцiйно! зони фiльтра iз узго-дженням характеристик намагнiчуючо!' системи.
Лггература
1. Акользин, П. А. Коррозия металлов котлов. [Текст] / П. А. Акользин. // Итоги науки и техники. Коррозия и зищита от коррозии. ВИНИТИ. - 1986. -Т. 12. - С. 260-296.
2. Манькина, И. И. Физико-химические процессы в пароводяном цикле электростанций. [Текст] / И. И. Манькина. - М.: Энергия, 1977. - 256 с.
3. Сандуляк, А. В. Магнитофильтрационная очистка жидкостей и газов. [Текст] / А. В. Сандуляк. - М.: Химия, 1988. - 137 с.
4. Сандуляк, А. В. Роль магнетита в составе примесей воды при ее магнитной очистке [Текст] / А. В. Сандуляк // Химия и технология воды. - 1985. - Т. 7, № 3. - С. 82-84.
5. Сандуляк, А. В. Магнитное обезжелезивание конденсата. [Текст] / А. В. Сандуляк, И. М. Федоткин. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 87 с.
6. Сандуляк, А. В. Закономерности осаждения же-лезосодежащих примесей конденсата в намагниченной шаровой насадке [Текст] / А. В. Сандуляк, В. З. Кочмар-ский, В. Л. Дахненко // Энергетика. - 1980. - № 8. -С. 56-62.
7. Сандуляк, А. В. Недостатки соленоидных электромагнитных фильтров [Текст] / А. В. Сандуляк,
B. Л. Дахненко // Энергетика. - 1990. - № 3. - С. 63-65.
8. Сандуляк, А. А. Аналитическое описание коэффициента размагничивания разнопористых сердцевин цепочек гранул фильтр-матрицы магнитного сепаратора [Текст] / А. А. Сандуляк // Вестник МГСУ. - 2013. - № 9. -
C. 62-69.
References
1. Akol'zin, P. A. (1986). Korrozija metallov kotlov. Itogi nauki i tehniki. Korrozija i zishhita ot korrozii. VINITI, 12, 260-296.
2. Man'kina, I. I. (1977). Fiziko-himicheskie processy v parovodjanom cikle jelektrostancij. Moscow: Jenergija, 256.
3. Sanduljak, A. V. (1988). Magnitofil'tracionnaja ochistka zhidkostej i gazov. Moscow: Himija, 137.
4. Sanduljak, A. V. (1985). Rol' magnetita v sostave primesej vody pri ee magnitnoj ochistke. Himija i tehnologija vody, 7 (3), 82-84.
5. Sandulyak, A. V., Fedotkin, I. M. (1983). Magnitnoe obezzhelezivanie kondensata. Jenergoatomizdat, 87.
6. Sandulyak, A. V., Kochmarsky, V. Z., Dahnenko, V. L. (1980). Zakonomernosti osazhdenija zhelezosodezhashhih primesej kondensata v namagnichennoj sharovoj nasadke. Jenergetika, 8, 56-62.
7. Sandulyak, A. V., Dahnenko, V. L. (1990). Nedostatki solenoidnyh jelektromagnitnyh fil'tpov. Jenergetika, 3, 63-65.
8. Sandulyak, A. A. (2013). Analiticheskoe opisanie kojef-ficienta razmagnichivanija raznoporistyh serdcevin cepochek gran-ul fil'tr-matricy magnitnogo separatora. Vestnik MGSU, 9, 62-69.
Рекомендовано до публжаци д-р техн.наук Кортенком Я. М.
Дата надходження рукопису 24.04.2015
Дахненко Валерш Леошдович, доцент, кандидат техшчних наук, кафедра машин i апарапв хiмiчних та нафтопереробних виробництв, Нацiональний технiчний унiверситет Украши «Кшвський полiтехнiчний шститут», пр. Перемоги, 37, м. Ки1в, Укра1на, 03056 E-mail: [email protected]
УДК 621.317
DOI: 10.15587/2313-8416.2015.42631
РОЗРОБКА НОВОГО АВТОМАТИЗОВАНОГО П'еЗОГРАВШЕТРА АВ1АЦ1ЙНО1 ГРАВ1МЕТРИЧНО1 СИСТЕМИ
© О. М. Безвесшьна, А. В. Коваль, А. Г. Ткачук, А. О. Захарова, О. Л. Галицький, Д. А. Статкевич
У статт1 розглянуто новий автоматизований п'езогравгметр авгацтно! гравгметричноЧ системи (АГС), який мае быьш1 точтсть (1 мГал) та швидкодт (повтстю автоматизований), нгж в1дом1 на сьогодт-штй день. Описано принцип дИ п'езогравгметра, оснований на ф1зичному явищг прямого п'езоефекту, та виведено його математичну модель. Встановлено, що шляхом тдбору конструктивних параметргв чут-ливого елемента п'езогравгметра можна встановити його власну частоту 0.1 рад/с i уникнути необх1д-ностг використовувати флтр низьких частот у складi автоматизованоЧ АГС
Ключовi слова: п'езогравiметр, авiацiйна гравiметрична система, прискорення сили тяжтня, п'езое-фект, чутливий елемент
A new automated piezoelectric gravimeter of aviation gravimetric system (AGS), which has higher accuracy (1 mGal) and speed (fully automated) than known to date, is considered in this article. The principle of work of the piezoelectric gravimeter which based on the physical phenomenon of direct piezoelectric effect is described and its mathematical model is derived. It is established that by choosing the design parameters of the piezoelectric sensing element ofpiezoelectric gravimeter can set its own frequency of 0.1 rad / s and avoid the need for a low-pass filter in automated AGS
Keywords: piezoelectric gravimeter, aviation gravimetric system, gravity, piezoelectric effect, sensor element
1. Вступ
Вивчення параметрiв гравггацшного поля Землi (зокрема, И гравггацшних аномалш Дg) не-обхвдно в геодези, геофiзики i геодинамщ. На сьо-годшшнш день iнформацiя про гравгацшне поле Землi необхщна в авiацiйнiй i космiчнiй техтщ (корекщя систем шерщально! навтаци ракет, лгга-шв, орбгг космiчних лггальних апарапв), для дос-
лвдження геодинамiчних явищ, для реал1зацп цшей шженерно! геологи, археологи, прогнозу землет-руав i т. д.
Гравiметричнi вимiрювання проводили на зе-мл1, на тдводному човнi, на надводному сyднi i на л1тальному апаратi (ЛА).
Наземш вимiрювання забезпечують найбiльш високу точнють (0.01 мГал). Однак, вони здшсню-
