CC BY
20
5. Патент на изобретение №2638904. Способ измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трёхфазных трансформаторах и четырёхпроводных линиях электропередачи / Ф.Д. Косоухов, А.О. Филиппов, Н.В. Васильев, Н.Ю. Криштопа, З.Р. Галиева, А.С. Паутов. Зарегистрировано 18 декабря 2017 г.
Literatura
1. Vasil'ev N.V. Snizhenie poter' elektricheskoj energii v seti 0,38 kV, obuslovlennyh nelinejnost'yu teplichnyh obluchatel'nyh ustanovok putyom modernizacii puskoreguliruyushchej apparatury: dis. ... kand. tekhn. nauk. - SPb., 2008. - S. 136.
2. GOST 32144-2013. Elektricheskaya energiya. Sovmestimost' tekhnicheskih sredstv elektromagnitnaya. Normy kachestva elektricheskoj energii v sistemah elektrosnabzheniya obshchego naznacheniya. - M.: Standartinform, 2014.
3. Drekhsler R. Izmerenie i ocenka kachestva elektroenergii pri nesimmetrichnoj i nelinejnoj nagruzke / Per. s cheshsk. - M.: Energoatomizdat, 1985. - 112 s.
4. Kosouhov F.D., Vasil'ev N.V, Kuznecova E.S. Novye nauchnye napravleniya v energosberezhenii v tryohfaznyh transformatorah i chetyryohprovodnyh liniyah pri nesimmetrichnoj, nelinejnoj i reaktivnoj nagruzkah // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2017. - №2(47) - S. 300 - 309.
5. Patent na izobretenie №2638904. Sposob izmereniya poter' moshchnosti ot nesinusoidal'nyh tokov v tryohfaznyh transformatorah i chetyryohprovodnyh liniyah elektroperedachi / F.D. Kosouhov, A.O. Filippov, N.V. Vasil'ev, N.YU.Krishtopa, Z.R. Galieva, A.S. Pautov. Zaregistrirovano 18 dekabrya 2017 g.
УДК 663.91522 DOI 10.24411/2078-1318-2019-12135
Доктор техн. наук М.М. БЕЗЗУБЦЕВА (ФГБОУ ВО СПбГАУ, mysnegana@mail.ru) Канд. техн. наук В.С. ВОЛКОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, vol9795@yandex.ru)
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДИСПЕРГАТОРАХ
На современном этапе научного развития тема разработки энергоэффективных диспергаторов, обеспечивающих высокую энергетическую эффективность и селективность процесса измельчения сельскохозяйственного сырья, является актуальной. Как показала практика, известные в настоящее время диспергаторы с механическим способом формирования диспергирующих нагрузок не отвечают современным требованиям производства как по высокому значению энергоемкости готового продукта, так и по низким качественным показателям [1]. Одним из основных требований, предъявляемых к качеству продукции во многих производствах, является монодисперсность фракционного состава [2, 3, 4]. Механические диспергаторы не обеспечивают условий селективного (избирательного) измельчения материала, что требует введения в аппаратурно-технологические системы переработки сырья дополнительного оборудования — классификаторов. Это усложняет схему процесса измельчения при одновременном снижении показателей энергоэффективности предприятий и повышении стоимости готовых изделий. В последние годы интенсивно развивается направление по созданию диспергаторов, использующих энергию электромагнитных полей для формирования диспергирующих нагрузок [5]. Эти аппараты отличаются высокой локальной интенсивностью воздействия на частицы материала при минимальных затратах энергии. Дальнейшее развитие этого направления на
базе теоретических и фундаментальных исследований физико-механических процессов диспергирования в магнитоожиженном слое ферротел позволит создать энергоэффективные аппараты для предриятий АПК.
Цель исследований - теоретические основы формирования условий измельчения материалов в электромеханических диспергаторах, обеспечивающих повышение селективности и энергоэффективности процессов переработки сырья растительного и животного происхождения.
Материалы, методы и объекты исследования. Объектом исследования являются электромеханические диспергаторы. К предмету исследования относятся закономерности формирования равномерного силового поля в рабочих объемах электромеханических диспергаторов.
Результаты исследования. В электромеханических диспергаторах цилиндрического исполнения [5] интенсивность и селективность процесса измельчения материалов [6] определяется равномерностью распределения ударно-истирающих нагрузок в контактных системах магнитоожиженного слоя ферротел через прослойку перерабатываемого продукта. На основании анализа исследований [6] установлено, что основными факторами, определяющими равномерность распределения нагрузки в рабочих объемах электромеханических диспергаторов цилиндрического исполнения, являются:
- фактор воздействия центробежной силы на ферротела магнитоожиженного слоя (на размольные элементы);
- распределение магнитных силовых линий в рабочей зоне переработки продукта;
- величина магнитной индукции в зоне контактных взаимодействий «размольный элемент - частица продукта - размольный элемент»;
- отсутствие участков аппаратов с насыщенным состоянием стали магнитопровода.
Схема исследуемых рабочих зон электромеханических диспергаторов цилиндрического исполнения представлена на рис. 1.
цилиндрического исполнения:
ёк - элемент рабочего зазора; Я1, Я2 - радиусы цилиндрических образующих рабочего зазора; 2Ь0 - высота рабочего зазора; Ф - магнитный поток, проходящий через элементы диспергатора; 1 и 2 - контуры циркуляции вектора напряженности Н
На рис. 2 приведена схема расчетного элемента рабочего зазора.
Рис. 2. Схема расчетного элемента рабочего зазора
Диаграмма вектора напряженности в исследуемом зазоре электромеханического диспергатора цилиндрического исполнения приведена на рис. 3.
н 1
н 1
Рис. 3. Диаграмма вектора напряженности в исследуемом объеме электромеханического
диспергатора
Магнитный поток Ф, проходящий через элементы устройства, определен формулой:
Ф = и § Н 0 с®к, (1)
Sk р=Я1
где и0 — магнитная проницаемость рабочего зазора.
На основании закона полного тока
§ НсЧс = Жу 1У , (2)
получены следующие выражения для контуров циркуляции вектора напряженности Н:
Н1рК + Н1рК =о > (3)
Н1сРК + Н2срК = ° • (4)
В выражениях (3) и (4) электрический ток, протекающий по обмотке управления, размещенной в корпусе электромеханического диспергатора, идеализирован одним витком ю с нулевым диаметром провода и током г [7]. Также принято допущение, что /ЛК = да (т.е. конструктивные элементы аппарата выполнены из материалов с высоким значением магнитной проницаемости ¡и). При этом магнитный поток входит в поверхность конструктивных элементов диспергатора под прямым углом.
Анализ представленных выражений позволяет сделать вывод, что при принятых допущениях величина напряженности по высоте диспергатора имеет одинаковое значение, то есть магнитное поле в рабочем зазоре исследуемых аппаратов имеет равномерно-радиальную структуру:
Н1СР = Н 2СР = НСР (5)
Выражение для определения среднего значения напряженности в электромеханических диспергаторах цилиндрических конструкций имеет вид:
НСР (6)
2( Я,- Д2)
- СР
21 Я - Я2
На основании закона непрерывности магнитного потока можно записать:
Ф, = 2пЩ0В,. Ф 2 = 2ЛЯ}, В2
(7)
(8) или
Ф, = 2лЩоМоН,; (9)
Ф 2 = 2лЯ21ои0 Н2, (10)
где В1, Н1 — величина индукции и напряженности магнитного поля на наружной поверхности, ограничивающей исследуемый элемент рабочего зазора.
В2, Н2 — величина индукции и напряженности магнитного поля на внутренней поверхности, ограничивающей исследуемый элемент рабочего зазора.
Из анализа выражений (9) и (10) следует, что параметры магнитного поля возрастают по линейному закону в радиальном направлении от внешней к внутренним поверхностям рабочего зазора устройства:
и
В_А_ В ^2
Н 2 _ А, Н1 А2
(11)
Тогда расчетные формулы для определения напряженности Но и индукции Во магнитного поля в любой точке рабочего объема на уровне радиуса р (Я2 < р < Я1) примут вид:
Во =
_ т(А + А - р)
2 2 9
А - А
МоО>1(А + А2 -р)
А - Я
(12) (13)
На участке «I - а», представленном на схеме аппарата (рис. 4), магнитная энергия определена выражениями:
ТТ^-а 1 Г^Г^Г21 Я2 "(А + А -р)2
Жз _ 2^0Ц (- ^ ёрёфёк
^П [ + А2)2 - 2(А + А,) А; - А/2 3
Ж 3 _
1
(А -А) + 4А:-А2) ]
1 + 4 ^ +
/ \2
-а ^оП® I (I - а) А
Ж 3 _-
П
2 1 У
6
1-
2
V А У
(14)
Рис. 4. Схема аппарата с расчетными участками магнитной энергии
С учетом равенства
1 + 4 ^ +
Г \2
( Я2 ^
и0по I (I-а) Я1
Я
V ^ Ч У
1-
2
Г Я2л
Я
=1 и2 2 Э
V м У
индуктивность обмотки управления на исследуемом участке определена формулой:
1
1 л Я 1++
Ь7 = 3 ¡0ПО (/ -а>
Я
/ л2
' Я Л Я
1
1 -
2
' Я'
V Я1 У
(15)
Магнитная энергия на «а» участке равна:
* ^ у12 (Я + Я2 р2
, 1 (Я Г2, |*2а ^2 Жу (Я1 + Я2 -р)2 Л , ,
Жэ = 2¡0 1я2§0 10 -а2(Я2- Я2)2-
2 2 1 + 4 я2 „а ПЖ у1 а Я
Ж Э = ¡0 -
' Я ^
1 V Я1 У
18
1 -
2
' Я
V Я1 У
(16)
Суммарная магнитная энергия на участках «1-а» и «а» определена по формуле:
пЖ II2 (I-^а)1 + 4 Я
2
1 л Я 1 + 4^ +
Ж э = и0
/ Л2
1 V Я1 У
6
1-
2
' Я Л
V Я1 У
(17)
Индуктивность Iэ обмотки управления находится из равенства:
ПЖ111
¡0
I - —а . 3 у
1 + 4 Я + Я
/ \ 2
1 V Я1 У
-Э т2
6
1-
г
ПЖ
-Г Э
Ьэ =¡0
2
л
I —а
V 3 у
2
' Я ' Я1
1 + 4 Я +
Я
2 Ьэ Iу ■
/ \ 2 ' Я '
Я
1
3
2
' Я Л
V Я1 У
2
Магнитный поток Ф, проходящий по корпусу устройства, можно представить в виде:
Ф = 2п//0 R
a WyIyR2
x W I R2
-dx + У y \ (l-a)
Ri R2a Ri R
(19)
Тогда искомое уравнение для вычисления величины магнитного потока примет вид:
Ф = 2жц0
WI RR
У У 1 2
Ri - R
2
L2 V
j a
l--
2
(20)
/
Корпус электромеханических диспергаторов цилиндрического исполнения насыщенный в магнитном отношении участок магнитопровода. С учетом представленных уравнений можно записать:
2жц0
WJR R2
R1 - R
j а
l--
2
= B
Kä
2nR1d
самый
(21)
Тогда искомое уравнение для определения допустимой величины индукции в корпусе диспергатора примет вид:
= WyIyR2 V
К nr>TT
l
а 2
R1 - R
(22)
Вывод. Представленные результаты теоретических исследований строения магнитного поля в рабочих объемах электромеханических диспергаторов позволяют давать практические рекомендации по проектированию энергоэффективных аппаратов, обеспечивающих повышение показателя селективности перерабатываемого сырья сельскохозяйственного назначения.
2
2
в
Литература
1. Ясинский Ф.Н., Гуюмджян П.П., Дмитриева Л.А. Некоторые обобщения экспериментальных исследований ударного разрушения хрупких материалов// XII Бенардосовские чтения: материалы международной научно-технической конференции. -Иваново, 2005. - 147с.
2. Левданский А.Э., Левданский Э.И., Вилькоцкий А.И. Энергосберегающая технология производства крупы // Белорусское сельское хозяйство. - 2002. - №3. -С.41 - 42.
3. Matijevic E. Nanosize Precursors as Building Blocks for Monodispersed Colloids // Коллоидный журнал. - 2001. - Т. 69.- №1. - С. 33 - 42.
4. Аметистов Е.В., Дмитриев А.С. Новая отрасль науки и практики — монодисперсные технологии // Вестник РАН.- 2001.- Т. 71.- №9.- 818 с.
5. Беззубцева М.М., Волков В.С. Механоактиваторы агропромышленного комплекса. Анализ, инновации, изобретения // Успехи современного естествознания. - 2014. - №5 (часть 1). - С. 182 - 183.
6. Беззубцева М.М., Волков В.С. Исследование селективности процесса измельчения в электромагнитных механоактиваторах: монография. - СПб.: СПбГАУ, 2016. - 248 с.
7. Максвелл Д.К. О Фарадеевых силовых линиях. - М., 1907. - 185 с.
Literatura
1. YAsinskij F.N., Guyumdzhyan P.P., Dmitrieva L.A. Nekotorye obobshcheniya eksperimental'nyh issledovanij udarnogo razrusheniya hrupkih materialov. // XII Benardosovskie chteniya. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii. - Ivanovo, 2005.147pp.
2. Levdanskij A.E., Levdanskij E.I., Vil'kockij A.I. Energosberegayushchaya tekhnologiya proizvodstva krupy // Belorusskoe sel'skoe hozyajstvo. - 2002. - №3.-P.41-42.
3. Matijevic E. Nanosize Precursors as Building Blocks for Monodispersed Colloids // Kolloidnyj zhurnal. - 2001. - T. 69.- №1. - P. 33-42.
4. Ametistov E.V., Dmitriev A.S. Novaya otrasl' nauki i praktiki - monodispersnye tekhnologii // Vestnik RAN.- 2001.- T.- 71.- №9.- 818 p.
5. Bezzubceva M.M., Volkov V.S. Mekhanoaktivatory agropromyshlennogo kompleksa. Analiz, innovacii, izobreteniya // Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. - 2014. - №5 (chast' 1). - P. 182 - 183.
6. Bezzubceva M.M., Volkov V.S. Issledovanie selektivnosti processa izmel'cheniya v elektromagnitnyh mekhanoaktivatorah: monografiya. - SPb.: SPbGAU, 2016. 248 s.
7. Maksvell D.K. O Faradeevyh silovyh liniyah. - M., 1907. - 185 pp.
УДК 624.313 DOI 10.24411/2078-1318-2019-12142
Доктор техн. наук А.П. ЕПИФАНОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, emeo.kaf@yandex.ru) Ассистент Д.Б. КРИЛЬ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, bruder_dan@mail.ru)
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ НИЗКОСКОРОСТНЫХ ЛИНЕЙНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МОНОРЕЛЬСОВЫХ
ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
В сельском хозяйстве имеется ряд технологических процессов, в которых рабочий орган агрегата совершает линейные перемещения или возвратно-поступательные движения (ленточные транспортёры, сортировальные машины, зернотранспортёры, кормораздатчики). Как было показано в [1,2,3], для привода рабочих органов в этих механизмах рационально применение линейных асинхронных двигателей (ЛАД). Однако в некоторых процессах (транспортировка, кормораздача, сбор урожая в теплицах) требуется низкая скорость перемещения рабочего органа (транспортного средства).
В настоящее время это достигается путём совмещения вращающегося асинхронного двигателя и различного рода передач (зубчатых, фрикционных, ременных), понижающих скорость (редукторы). Данный способ имеет ряд недостатков: 1) передача тягового усилия трением; 2) пробуксовка отдельных узлов (ведущие ролики, ремни, шкивы); 3) усложнённая кинематическая схема; 4) зависимость коэффициента сцепления от состояния путевой структуры.
Предлагались варианты сельскохозяйственных агрегатов, в которых низкие скорости достигались применением ЛАД (рис. 1). Благодаря конструктивным особенностям, ЛАД, помимо возможности успешного совмещения вторичного элемента (или индуктора) с рабочим органом, лишён недостатков, присущих классическому приводу. Однако низкие скорости приводят к снижению энергетических показателей (r|, COS <р) электродвигателя и механизма в целом.
