CC BY
10
Казымов Иван Максимович, старший преподаватель, bahek1995@mail.ru, Россия, Барнаул, Алтайский государственный технический университет имени И. И. Ползунова,
Компанеец Борис Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, kompbs@mail.ru, Россия, Барнаул, Алтайский государственный технический университет имени И. И. Ползунова,
Боярков Дмитрий Андреевич, старший преподаватель, dmitrij.bojarkov@gmail.com, Россия, Барнаул, Алтайский государственный технический университет имени И. И. Ползуно-ва,
Михайлов Илья Игоревич, инженер-программист, Россия, Барнаул, ООО «ДиБиЭй»
JUSTIFICATION OF THE CHOICE OF THE CONTROL INFLUENCE IN THE ORGANIZATION OF MAINTENANCE AND REPAIR OF ELECTRIC EQUIPMENT
I.M. Kazymov, B.S. Kompaneets, D.A. Boyarkov, I.I. Mikhailov
The purpose of this study is to justify the choice of control action on electrical equipment in the organization of maintenance and repair. This study is based on an analysis of the applied approaches to organizing the repair of electrical equipment. The study showed that the use of an integrated approach to determining the amount of control action in risk-based maintenance and repair management systems leads to an increase in the effectiveness of repair work. The developed decision-making algorithm makes it possible to significantly simplify the organizational part of the process of forming the repair programs of electric grid companies by formalizing the decision-making process.
Key words: maintenance and repair, power supply system, electrical network, decision-making algorithm, risk-based approach, repair of electrical equipment.
Kazymov Ivan Maksimovich, senior lecturer, bahek1995@mail. ru, Russia, Barnaul, Altai State technical University,
Kompaneets Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, head of department, kompbs@mail.ru, Russia, Barnaul, Altai State technical University,
Boyarkov Dmitry Andreevich, senior lecturer, dmitrij.bojarkov@gmail.com, Russia, Barnaul, Altai State technical University,
Mikhailov Ilya Igorevich, software engineer, Russia, Barnaul, LLC «DBA»
УДК 621.3.0
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-486-492
ИССЛЕДОВАНИЕ АППАРАТА ВИХРЕВОГО СЛОЯ КАК ГЕНЕРАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Г.В. Селиверстов, Д.П. Титов
В статье рассматривается изучение работы аппарата вихревого слоя в генераторном режиме. Излагается методика исследования. Описывается опытная установка. Приводятся области рабочих режимов. Анализируется достигнутый коэффициент полезного действия.
Ключевые слова: генераторный режим, опытная установка, область рабочих режимов, коэффициент полезного действия, аппарат вихревого слоя.
Аппарат вихревого слоя (АВС) классического варианта (рис. 1) состоит из индуктора 1, статора, который создает вращающееся магнитное поле необходимой мощности [1].
486
Внутри статора установлена труба 2, в которую загружаются рабочие элементы 3 из стали в форме цилиндров. При подаче на индуктор 1 трехфазного переменного тока возникает вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с рабочими элементами, в результате чего эти элементы с большой скоростью вращаются в трубе, интенсивно соударяясь. При этом они взаимодействуют с обрабатываемой средой.
Проведенные исследования [2, 3] работы аппаратов вихревого слоя показали бесперспективность использования классического варианта для измельчения сырья из-за малого значения коэффициента использования энергии ротором (порядка 0,1-1%). Это связано с несовершенством передачи энергии электромагнитного поля [4] как ферромагнитным элементам, так и металлическому ротору, работающему с большим зазором между ротором и индуктором.
Наличие вращающегося ротора внутри аппарата при обратимости электрической машины подразумевает получение генераторного режима [4, 5, 6]. Генераторный режим работы отличается тем, что привод ротора осуществляется моментом, подводимым из вне. Поэтому момент, снимаемый с ротора ограничивается не самим АВС, а агрегатом приводящим ротор.
Другой положительной особенностью генераторного режима работы аппарата является то, что установка в состав которой он входит перестает потреблять сетевое электричество, более того появляется возможность электрическую энергию вырабатывать как побочный продукт.
В связи с этим исследование генераторного режима имеет большое значение для дальнейшего совершенствования АВС.
Для исследования генераторного режима [3] создана лабораторная установка (рис. 2).
Установка (рис. 2) представляет собой индуктор 2 смонтированный в корпусе 8, который заполняется охлаждающим маслом 9. Внутрь индуктора помещается труба 7, в этой трубе в зоне индуктора образованна рабочая зона К. На фланцах трубы закрепляются опоры 6, на которых вращается ротор 1, вывешенный на валу 5. Ротор легко меняется, что обеспечивает проведение экспериментов с различными диаметрами роторов. Если есть необходимость проведения замеров с ферромагнитными элементами, то они помещаются в активную зону К. Отражатели 4 препятствуют разлету ферромагнитных элементов и позволяют им оставаться в активной зоне К. Ротор приводится электродвигателем 15, через соединительную муфту 14. Электродвигатель 15 может вращаться с различной частотой посредством того, что питание электричеством осуществляется частотным преобразователем.
Корпус установки смонтирован на радиаторе охлаждения 11. Циркуляционный насос 12, обеспечивает циркуляцию масла через радиатор охлаждения 11. Циркуляционный насос 12, обеспечивает циркуляцию масла через радиатор охлаждения 11 и корпус 8. Термометр 10 осуществляет замер температуры охлаждающего масла. Вентиляторы 13 обеспечивают обдув радиатора и съем тепла.
Электрическая схема установки для исследования генераторного режима представлена на (рис. 3).
Задача проводимых опытов заключалась в выявлении закономерностей влияния работы аппарата в генераторном режиме с увеличенным зазором между ротором и статором Н (рис. 2).
На схеме, приведенной на рис. 3 Г - аппарат вихревого слоя, который в данном случае выступает в роли генератора электрического тока. С1, С2,..., Сп - емкости для обеспечения работы генератора автономно от сети, емкости можно подсоединять в произвольном порядке для проведения экспериментов с помощью трехполюсных выключателей К1, К3, ..., Кп. Так же возможно подключение с помощью выключателей К2, К4, Кп+1, внешней нагрузки R1,R2,...,Rn. Амперметр А2 и вольтметр У2 фиксируют параметры тока вырабатываемого генератором.
% 15
I Ротор.
2. Стопор
Л Ферромагнитные-элементы.
и Отражатели
5. Вал ротора
6 Опоры дало ротора
7. Труба
в. Корпус устоиобка
9. Охлаждающее масло.
10. Термометр контроля температуры охлаждающего мосла
II Радиатор охлаждения
12. Циркуляционный насос системы охлаждения
13. Воздушный Вентилятор системы охлаждения
14. Соединительная муфта
15. Приводной электродвигатель.
/(-активная зона Н-зазор между ротором
и индуктором. Н*-}- мм, где О-диаметр испытываемого ротора
Рис. 2. Опытная установка (общий вид)
\',-дольтметр измерявший напряжение но конденсатора* А,-амперметр измерявший силу тока на конденсаторах У2-Оольтметр измерявший напряжение на генераторе . А,-амперметр измеряющий силу токапотредляемого нагрузкой
Г1 - аппарат Вихревого слоя ^ Кг С,.С?.-.Сц - батареи конденсаторов различной емкости. Р,. //¡.-Ян - Внешняя нагрузка различной мощности Кь Л>, К;, л;._ Л» Кн., - трехполосные выключатели осуществляющие комутаиис ёмкостей и Внешней нагрузки.
Рис. 3. Электрическая схема установки 488
Исследования проводились с различными диаметрами роторов, различной емкостью конденсаторов под варьируемой нагрузкой.
В результате сравнения построенных зависимостей определился их типовой характер. Особенности этих построений рассмотрены на примере ротора диаметром 94 с нагрузкой 6 по 95 Вт для емкостей 150 мкФ, 100 мкФ и 50 мкФ (рис. 4).
Как видно из графиков зависимости и от F эта взаимосвязь имеет явно выраженный пик В, В1 и В2, после которого напряжение вырабатываемое машиной, падает вплоть до полного исчезновения. Прослеживается четкая зависимость как величины максимального напряжения, так и частоты при которой это напряжение вырабатывается. Характерной является так же зависимость начала возбуждения А, А1 и А2, от частоты: чем выше емкость, тем раньше начинается возбуждение (появляется напряжение на обмотках) и сама величина напряжения при этом меньше.
Строя огибающую кривую АВ1В2 можно определить область рабочих режимов, т.е. выше величины напряжения, которое ограничивается этой кривой при данной скорости вращения получить не возможно, ни при какой емкости. Анализируя эту зависимость для различных случаев, становится понятен её характер и значения напряжения, которые может развить установка. Это значение ограничивается 600 В при данных емкостях и скоростях вращения ротора.
Диапазон А,А1,А2, определяемый расстоянием от точки А,А1,А2 (начала возбуждения), до точки В, В1, В2, (наивысшего напряжения) является рабочим диапазоном для данной емкости. Это становится понятным при рассмотрении зависимостей КПДэл от F, Рхх от F, Рэл от F.
КПДэл - это отношение вырабатываемой мощности, которую выдает установка во внешнюю сеть к приводной мощности ротора установки, которую фиксирует питающий её частотный преобразователь. Как видно из графика (рис. 4), КПДэл имеет наибольшую величину в момент возбуждения и в пределах рабочего диапазона уменьшается более чем в два раза. Мощность Рэл, отпускаемая на внешнюю нагрузку в пределах рабочего диапазона, увеличивается, а после точек В, В1, В2 начинает падать. При этом приводная мощность Рхх возрастает на всех диапазонах А,А1,А2 и за точками В, В1, В2 продолжает возрастать. В результате получается, что в рабочем диапазоне имеем высокий электрический КПДэл положительный градиент напряжения от частоты и малую приводную мощность. В то же время за рабочим диапазоном будет низкий КПДэл, падающее напряжение и повышенная приводная мощность.
Скольжение S отражает загрузку установки, чем больше скольжение, тем больше нагрузка. Зависимость S от F является линейной.
По вышеприведенным зависимостям осуществляется определение максимальных значений напряжения Umax, и приводной мощности Рхх в зависимости от относительного зазора Н и емкости конденсаторов.
Относительный зазор Н определяется: Н= д р, где D=100 мм - диаметр индуктора, dр - диаметр ротора.
На основе определенных зависимостей построены графики (рис. 5). По этим зависимостям выявляется оптимальная область S по относительным зазорам и подключаемым емкостям. Из этих графиков видно, что 200 мкФ для нашей установки является избыточными вследствие завышенной приводной мощности и пониженного напряжения. Определен так же диапазон зазора Н ротора, который для устройств данного типа не должен превышать 20% от диаметра статора.
Так как исследуется генераторный режим, то представляет интерес зависимость максимального значения КПДэл от зазора Н, которая приведена на рис. 6. Из этого графика видно, что в режиме генератора электроэнергии он способен работать с КПД 40-50%, несмотря на то, что электроэнергия для этого аппарата является побочным продуктом. Так же из графика рис. 6 видно, что при превышении зазором Н величины 20% характеристики устройства резко ухудшаются.
600
500
М
300
200
Зависимость U„ от зазора Н. (экспериментальная/
Зависимость Р„ от зазора Н (экспериментальная!
и [В]
--о К.
; N \ у' 5
"ч \ ч \ \
\ ч ч \
\ 1 ч ч
У — - к --ЗОнкФ
\ \ \ ---5UI ----Ю № 1КФ тФ тФ тФ
к ----200
20
30
р„ И
—
\
V V \ 5 t—
\ \ V ч \ V
V \ : Ч --30 тФ
\ ч к ---501 ----too GO 1КФ пкФ нкФ нкФ
\ \ ----200
v o.w
20 0.60
ОАО
w Н [%]
0.2В d
Рис. 5. Зависимость максимального напряжения Umax и приводной мощности Рх
от относительного зазора Н
iO
20
0
Рис. 6. Зависимость максимального значения КПДэл от относительного зазора Н
490
Полученные результаты показали перспективность предложенного направления совершенствования аппаратов вихревого слоя, которое позволяет использовать этот класс устройств не только как перерабатывающие машины, но и как генераторы электрической энергии.
Список литературы
1. Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах вихревого слоя: Изд. «Техника», 1976. 285 с.
2. Титов Д.П. Работа ротора в аппарате вихревого слоя // Вестник БГТу им. В.Г. Шухова. 2020. №3. С. 114-119.
3. Селиверстов Г.В., Титов Д.П. Исследование работы ротора в аппарате вихревого слоя // Строительные и дорожные машины. 2019. №11. С. 36-40.
4. Жеребцов И.П. Электрические и магнитные цепи. Основы электротехники. Л: Энер-гоатомиздат, 1987. 256 с.
5. Селиверстов Г.В., Титов Д.П. Генераторный режим в работе аппарата вихревого слоя // Известия Тульского государственного. 2020. Вып. 3. С. 387-395.
6. Исследование параметров и характеристик машин с разомкнутым магнитопрово-дом. Под редакцией д-р техн. наук Резина М.Г. Свердловск: УПИ, 1977. 137 с.
Селиверстов Григорий Вячеславович, канд. техн. наук, доцент, s456789@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Титов Дмитрий Петрович, аспирант, titovd1981@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF VORTEX LAYER APPARATUS AS AN ELECTRIC ENERGY GENERATOR
G.V. Seliverstov, D.P. Titov
The article deals with the study of the operation of the vortex layer apparatus in the generator mode. The research methodology is described. A pilot installation is described. The areas of operating modes are given. The achieved efficiency is analyzed.
Key words: generator mode, pilot plant, operating mode range, efficiency, vortex layer apparatus.
Seliverstov Grigory Vyacheslavovich, candidate of technical sciences, docent, s456789@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Titov Dmitry Petrovich, postgraduate, titovd1981@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
