CC BY
43
ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ЭНЕРГОТЕХНОДОГИИ
УДК 621.928.8:631
В.И. Чарыков, И.И. Копытин, А.А. Евдокимов, А.А. Митюнин
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЖЕЛЕЗООТДЕЛИТЕЛИ ДЛЯ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
В статье рассматриваются процессы электромагнитного сепарирования на основе двух типов сепараторов. Приводится классификация сепараторов двух серий: УСС (установка сухой сепарации) и УМС (установка мокрой сепарации). Рассматриваются основные технологические характеристики электромагнитных железоотделителей с последующим описанием самого процесса сепарирования. Показаны схемы силового действия электромагнитной силы на металлические частицы и разделение магнитной и немагнитной фракции в жидкой и сухой среде. Анализ полученных результатов показывает, что данные конструкции железоотделителей соответствуют положениям, обеспечивающим требования к содержанию металлических частиц в сыпучих и жидких продуктах.
Ключевые слова: электромагнитное сепарирование, электромагнитная сила, концентраторы магнитного поля, механическая сила, рабочая зона, магнитная индукция, продукты износа, ферромагнитные свойства, суспензия, механические примеси, сила сопротивления, центробежный поток.
The electromagnetic separation processes on the basis of two types of separators are considered in the article. The separator classification of two series such as IDS (the installation for dry separation) and IWS (the installation for wet separation) is given. The basic technological characteristics of the electromagnetic iron separators with the subsequent description of the separation process are considered. The schemes of electromagnetic force power action on the metal particles, and the magnetic and nonmagnetic fraction division in the liquid and dehydrated medium are shown. The received result analysis shows that the given designs of iron separators correspond to the statements providing the requirements to the metal particle availability in the dry and liquid products.
Key words: electromagnetic separation, electromagnetic force, magnetic field concentrators, mechanical force, work area, magnetic induction, wear products, ferromagnetic properties, slurry, mechanical impurities, resistance force, centrifugal flow.
Введение. В агропромышленном комплексе мероприятия по улучшению качества продукта по фактору металловключений разрабатываются с учетом анализа качества полученной продукции и возможности улучшения экономических условий ведения хозяйства, в частности внедрением в производство устройств электромагнитной сепарации сыпучих и жидких материалов.
Производство качественной продукции предопределяет обеспечение перерабатывающих отраслей АПК высокотехнологичными машинами и оборудованием^].
Цель исследования. Повышение эффективности электромагнитной очистки сухих (сыпучих) и мокрых (жидких) сельскохозяйственных продуктов на основе разработки новых методов и средств.
Задачи исследования:
1. Разработать, изготовить и внедрить в сельскохозяйственное производство электромагнитные желе-зоотделители серии УСС для сепарации сухих сыпучих продуктов.
2. Разработать, изготовить и внедрить в сельскохозяйственное производство электромагнитные желе-зоотделители серии УМС для очистки жидких продуктов.
V.I. Charykov, 1.1. Kopytin, А.А. Evdokimov, А.А. Mityunin
ELECTROMAGNETIC IRON SEPARATOR FOR THE AGRICULTURAL COMPLEX
(Вестниц, ХрасТЛУ- 2012. №6
Методы исследования. В основе процесса электромагнитного сепарирования заключена способность металломагнитной примеси под воздействием электромагнитного поля, создаваемого электромагнитами, преодолеть сопротивление движущего потока и удержаться от смывания этим потоком на поверхности рабочего органа.
В железоотделителях, разработанных в Курганской государственной сельскохозяйственной академии, разделение немагнитной и магнитной фракций происходит в процессе свободного падения разрыхленной сепарируемой смеси (рис. 1) в вертикальной рабочей зоне.
Для предотвращения смывания метапломагнитных частиц с рабочей поверхности сепаратора были разработаны устройства, повышающие величину магнитной индукции как непосредственно на рабочей поверхности сепаратора, так и в рабочей зоне. Эти устройства получили название концентраторов магнитного поля.
Рис. 1. Схема силового взаимодействия в сепараторах УСС
Принцип действия магнитного сепаратора УСС. В рабочем зазоре движется свободным падением сыпучая смесь. На нее действуют следующие силы (рис.1): вдоль оси оу- сила тяжести тд и аэродинамическая сила сопротивления движению воздушной среды - Ру. В горизонтальном положении действуют силы: магнитная сила Рм и сила сопротивления движению частицы в смеси Если за время Ь частица пройдет
путь по вертикали у = /), а по горизонтали за время \г- путь х = I, то частица в этом случае осядет на полюс сепаратора. Следовательно, основное условие выделения металломагнитной частицы из смеси [2,3]
< ^
(1)
В сельскохозяйственных технологиях электромагнитной сепарации подвергаются автотракторные масла, смазочно-охлаждающие жидкости, которые в процессе работы загрязняются продуктами износа, обладающими ферромагнитными свойствами.
Принцип действия сепаратора УМС (рис. 2).
А у
А р.
-©—©—©—©—©-
1
■©—©—©-
г
-©—©—©-
У РУ
Рис. 2. Схема силового взаимодействия в сепараторе УМС: 1 - желоб; 2 - концентратор;
3 - металлическая частица
Жидкость течет тонким слоем Ь вдоль наклонного желоба 1 длиной & и шириной а. В желобе создается магнитное поле, концентраторами которого являются пружины 2 и стенки желоба 1. Эффективность сепарации зависит от скорости течения жидкости и магнитного поля желоба. Критерий эффективности выражается в следующем виде:
<*2, (2)
где и - время притяжения частицы, с;
¿2 - время нахождения частицы в желобе при движении ее вдоль оси "ох" на расстояние £, с [2,3].
Методика исследования распределения магнитной индукции в межполюсном пространстве.
Линии магнитной индукции или (магнитный поток) проходят через наконечники полюса и концентраторы магнитного поля. Исследования распределения магнитной индукции производились и рассчитывались для железоотделителей серии УССи УМС.
Измерения магнитной индукции (6) в рабочей зоне проводятся миллитеслаамперметром типа Ф4354/1, который предназначен для измерения магнитной индукции постоянных магнитных полей. Этот прибор имеет миниатюрный германиевый датчик, который позволяет производить измерения магнитной индукции в межполюсных зазорах размером от 1 мм и выше.
Измерения магнитной индукции в рабочей зоне проводятся с различными полюсными наконечниками при различных значениях расстояния между ними, а также на различных глубинах от верхней грани полюсного наконечника. Измерения магнитной индукции по ширине рабочей зоны производятся с интервалом через 2 мм. Положение датчика прибора в межполюсном зазоре фиксируется при помощи специального штатива с микрометрическим приспособлением (рис. 3).
2
0 ь 4 8 12 16 20 24 28 32 36 1 1 1 1 1 1 \у 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 м 1 1 1 1 1 1 1 1 1 гттН ^ /
4/ 1 /
шшш \\\\\\\\\\\\\\\\\\
Рис. 3. Рамка для держателя датчика измерения магнитной индукции
В подвижном гнезде этого приспособления закрепляется держатель датчика. Подвижное гнездо перемещается в рамке 2 микрометрическим винтом 3. Величина перемещения гнезда с датчиком фиксируется по линейной миллиметровой шкале 4.
Измерения магнитной индукции производятся в положениях переключателя пределов измерения 300 и 600 мТл. Основная погрешность прибора при этих пределах измерения не превышает 2,5%.
Межполюсное пространство делится на блоки (УСС-4), а блоки на зоны, и снимаются показания магнитной индукции в определенных точках (рис. 4).
<Вестниц, 'КрасГЯ'У- 2012. №6
Рис. 4. Распределение точек измерения магнитной индукции в межполюсном зазоре
141 128 127 135 128
Рис. 5. Распределение магнитной индукции в первом блоке
Расчетные значения магнитной индукции мы получаем следующим образом. Известно, что магнитная индукция в межполюсном пространстве электромагнитного сепаратора будет изменяться по экспоненциальному закону [3]
В = В -АВ
шах ^^
1-е
(3)
где 8тах - максимальное значение магнитной индукции, Тл; Вт\п - минимальное значение магнитной индукции, Тл; Х\ - расстояние от точки измерения до полюса, м; £/„ - конструктивная постоянная.
АВ = Втях-Вт -т. (4)
дг, х_
в = Вт„ - А5(1 - = Втт + АВе~"- . <5>
По данным расчетов для электромагнитного железоотделителя УСС -4 йп- — ~-= 3.33 мм.
а 0.300
Определим расчетным путем значения магнитной индукции и сравним их с экспериментальными данными (табл. 3 и 4).
Аналогичным образом все исследования проводятся со всеми типами железоотделителей серии (УСС) и (УМС), с разными концентраторами электромагнитного поля.
Результаты исследований. В таблице 1 приведены технические характеристики электромагнитных железоотделителей серии УСС (установка сухой сепарации).
Таблица 1
Техническая характеристика железоотделителей УСС
Показатель УСС-1 УСС-3 УСС-4 УСС-5М УСС-6
Производительность, т/ч 2 10 20-30 2-5 3
Мощность магнитной системы, кВт 1,8 1,1 1,2 0,8 0,65
Магнитная индукция на концентраторах, мТл 240 150-200 100-150 180-250 150-200
Напряжение питания, В 380 220 380 220 220
Напряжение питания катушки намагничивания, В 280 198 260 198 198
Режим работы Длительный
Габаритные размеры, мм:
длина 1250 620 1155 1154 1000
ширина 1008 900 740 1126 520
высота 840 615 615 1700 _510____
Масса, кг 940 620 900 688
В таблице 2 приведены технические характеристики электромагнитных железоотделителей серии УМС (установка мокрой сепарации).
_____(Вестниц, %]расТДУ- 2012. №6
Таблица 2
Техническая характеристика железоотделителей серии УМС
Показатель УМС-1 УМС-2 УМС-3 УМС-4
Производительность, л/ч 5000 1000 1000 50-100
Мощность магнитной системы, кВт 1,56 0,6 0,34 0,140
Напряжение питания, В 380 220 380 220
Напряжение питания катушек намагничивания, В 260 198 260 198
Магнитная индукция на концентраторах, мТл 200-300 200-300 200-300 200-300
Угол наклона магнитной системы, град 15-20 15-20 15-20 0-45
Габаритные размеры, мм:
длина 2536 1212 512 700
ширина 810 584 450 250
высота 1600 1400 800 650
Масса, кг 1707 342 150 40
Сравнивая экспериментальные и расчетные данные, можно проследить, как меняется магнитная индукция в межполюсном пространстве в зависимости от выбора концентратора магнитного поля. Данные приведены для электромагнитного железоотделителя УСС-1.
Результаты измерения магнитной индукции
Таблица 3
Значения магнитной индукции В, мТл
Значения х1, мм
0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0
190 160 150 145 142 141 140 139,6 139,4
Расчетные значения магнитной индукции
Таблица 4
X,. е"' ДЯе""' В,=Втш+АВе-' , мТл
0 1.00 50.6 190.00 190.00
2.5 0.472366 23.9017 163.30 160.00
5.0 0.223130 11.29038 150.69038 150.00
7.5 0.105399 5.333 144.7332 145.00
10.0 0.049787 2.5192 141.9192 142.00
12.5 0.0235177 1.1900 140.5900 141.00
15.0 0.011109 0.562 139.962 140.00
17.5 0.0052475 0.026552 139.665 139.60
Рис. 6. Зависимость магнитной индукции в межполюсном пространстве: 1 - теоретическая (расчетная);
2 - экспериментальная
На рисунке 6 показана графическая зависимость: расчетная и экспериментальная. Как видно из графика, теоретическая кривая очень близко совпадает с экспериментальной.
Расчет остальных электромагнитных железоотделителей серии УСС и УМС производится аналогично.
Выводы. Результатом проведенных исследовательских работ является разработанный параметрический ряд электромагнитных железоотделителей для очистки сухих и жидких сельскохозяйственных продуктов в технологических процессах агропромышленного комплекса.
Электромагнитные железоотделители внедрены в ряде хозяйств Курганской и Тюменской областей.
Литература
1. Гортинский В.В., Демский А.Б., Борискин М.А. Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях. - М.: Колос, 1973. - 262 с.
2. Зуев B.C., Чарыков В.И. Электромагнитные сепараторы: теория, конструкция. - Курган: Зауралье, 2002.-178 с.
3. Сумцов В.Ф. Электромагнитные железоотделители. - М.: Машиностроение, 1981. - 212 с.
