CC BY
48
Конечно, существует множество методов GMA: метод охвата полей, метод систематического полевого покрытия, метод морфологического ящика и др. [1,2]. Однако, как само морфологическое поле, так и оценки, помещенные в матрицу перекрестной согласованности [2-4], представляют собой довольно четкий «контрольный след», который делает процессы оценки неотъемлемыми от GMA и относительно прослеживаемыми и даже воспроизводимыми. Эти и другие методы GMA будут использованы автором в дальнейших исследованиях, проводимых при создании новых технических решений и модернизации существующих [5-6].
Список литературы
1. Морфологический анализ. [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Морфологический анализ (дата обращения: 10.05.2022).
2. Fritz Zwicky. Discovery Invention, Research Through the Morphological Approach. McMillan, 1969. 276 p.
3. Ritchey T. General Morphological Analysis // Swedish Morphological Society 2002 (revised 2013). 10 p.
4. Ritchey T. Acta Morphologica Generalis Vol. 1 No. 2 (2012).
5. Панфилов В.А. Проектирование, конструирование и расчет техники пищевых технологий: Учебник. СПб.: Изд-во «Лань», 2013. 912 c.
6. Технология производства макаронных изделий. [Электронный ресурс] URL: https://itexn.com/7418 tehnologiia-proizvodstva-makaronnyh-izdelii.html (дата обращения: 10.05.2022).
Китанина Татьяна Игоревна, магистрант, tanyakitanina35@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
IMPROVING THE SCREW PASTA PRESS USING SOME METHODS OF MORPHOLOGICAL ANALYSIS
T.I. Kitanina
The paper considers the use of morphological methods of Zwicky in the modernization and creation of new technical solutions on the example of a screw pasta press.
Key words: general morphological analysis, Fritz Zwicky, morphological matrix method, new technical solutions, screw presses.
Kitanina Tatiana Igorevna, master, tanyakitanina35@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.3.0
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-614-619
ОСОБЕННОСТИ АППАРАТОВ ВИХРЕВОГО СЛОЯ
Г.В. Селиверстов, С.А. Мотевич, Ю.О. Вобликова
В статье рассматриваются вопросы особенностей устройства аппаратов вихревого слоя. Рассмотрено устройство системы охлаждения, системы подачи обрабатываемого продукта и системы питания электрическим током. Определяются направления совершенствования этих аппаратов.
Ключевые слова: аппарат вихревого слоя (АВС), особенности конструкции, индуктор, система охлаждения, система подачи обрабатываемого продукта, рабочая камера.
Аппарат вихревого слоя представляет собой пример лабораторно-технологического оборудования для осуществления химических процессов с повышенным качеством. Качество процессов обеспечивается путем осуществления их в вихревом слое, создаваемым этим аппаратом. Вихревой слой- это хаотическое движение ферромагнитных элементов во вращающемся магнитном поле, которое как приводит эти элементы в движение, так и удерживает в рабочей камере. Ферромагнитные элементы представляют собой куски магнитного материала, обычно имеющие цилиндрическую форму длиной 5-20 мм и диаметром 1,5-3 мм. В вихревом слое осуществляется сложное взаимодействие с обрабатываемым продуктом из-за комплекса различных факторов: измельчение твердых веществ в жидких и дисперсионных средах (за счет механического движения ферромагнитных элементов), активация поверхности частиц твердых веществ (за счет электрических полей и процесса электролиза), изменение физических и химических свойств веществ (за счет электрических и магнитных полей).
По характеру обрабатываемого продукта аппараты вихревого слоя могут осуществлять жидко-фазные и гетерогенные процессы [1], при этом обрабатываются жидкости и пульпы. Также могут осуществляться процессы перемешивания сухих сыпучих материалов [2]. Вне зависимости от характера продукта цикл работы может быть непрерывным и циклическим.
614
Принципиально для обеспечения протекания вышеперечисленных процессов необходимо наличие следующих частей установки: аппарат вихревого слоя, система питания аппарата электричеством и управления его работой, система охлаждения и система подачи обрабатываемого продукта.
Конструктивно АВС состоит из следующих частей (рис. 1). Корпус 1 представляющий собой полый цилиндр из немагнитного материала помещенный внутрь индуктора 2, который создает вращающееся магнитное поле [3-6]. Индуктор расположен в металлическом кожухе 3, который образует объем для охлаждающей жидкости, а также является экраном, предохраняющем персонал от воздействия электромагнитного поля. В кожухе есть вход 4 для подвода электрической энергии. Внутри корпуса расположена цилиндрическая втулка, являющееся рабочей камерой аппарата, внутри которой вращаются ферромагнитные частицы 5.
3 2 6 5 1
Рис. 1. Конструктивная схема АВС
Индуктор 2, создающий вращающееся магнитное поле, является магнитной системой аппарата и может быть выполнен в двух вариантах, явнополюсным и неявнополюсным [7, 8].
Хронологически явнополюсные индукторы появились раньше, так как обладают лучшей технологичностью при изготовлении пластин сердечников обмоток. Эти индукторы состоят из шести катушек, расположенных концентрично рис.1 Основной геометрической характеристикой индуктора является отношение длины к диаметру. В [9] показано что при l/d = 0,3 ток явнополюсного индуктора меньше, чем неявнополюсного. При больших значениях этого соотношения меньший ток потребляет неявно-полюсной индуктор. Применение неявнополюсных индукторов, показанных на рис. 2, стало возможным благодаря широкому распространению асинхронных электродвигателей. Поэтому в современных АВС l/d лежит в пределах 0,8...1,2, что обеспечивает низкое значение потребляемого тока. Охлаждаются описанные индукторы трансформаторным маслом, которое изолирует обмотки от пробоя.
Есть попытки использования магнитных систем скважных глубинных насосов рис. 3. АВС сделанный на базе такого индуктора имеет l/d порядка 5.8. В таких насосах применяется обмотка из толстого провода с изоляцией из ПВХ, так как охлаждается такой насос той же водой, которую он и перекачивает.
Потребляемый ток такого индуктора велик и АВС с таким индуктором имеет высокое значение потребляемого тока. Охлаждаются такие АВС водой, и при отрицательных температурах необходимо применения антифриза, что удорожает эксплуатацию такой установки.
Рис. 2. Неявнополюсной индуктор АВС
615
Рис. 3. Статор глубинного насоса
Система охлаждения аппарата вихревого слоя (рис. 4) состоит из насоса 1, радиатора 2, вентилятора 3, соединительных трубопроводов 4, расширительного бака 5, аварийной системы перегрева 6 и фазоотделителя 7. Насос обеспечивает циркуляцию хладагента между АВС 5 и радиатором 2, тем самым забирая тепло от обмоток и отдавая её радиатору. Вентилятор 3 обеспечивает продувание воздуха через радиатор охлаждения, тем самым охлаждая последний. При повышении температуры хладагент увеличивается в объеме, и его избыток направляется в расширительный бак 5. При перегреве срабатывает датчик аварийной системы перегрева 6, и установка выключается. Фазоотделитель отделяет паровую и газовую составляющую охлаждающей жидкости и направляет её в расширительный бачок. Как было указано выше, самым подходящим хладагентом является трансформаторное масло, так как оно не электропро-водно и не замерзает.
С точки зрения электрической машины АВС представляет асинхронный электродвигатель, лишенный ротора, постоянно потребляющий ток холостого хода. Потребляется в основном реактивная мощность и cosq>=0,04.. .0,06. Такие условия делают затруднительной работу напрямую от сети.
Рис. 5. Система охлаждения АВС
В старых системах питания запитка осуществлялась через трансформатор, понижающий напряжение, для ограничения тока. Мощность при этом как раз устанавливается трансформатором. Для повышения cos9 в цепь параллельно включаются конденсаторы. Частота при таком способе запитки АВС остается постоянной и равна частоте питающего тока. С появлением частотных преобразователей вопрос запитки электричеством АВС поднялся на новый уровень. Работа частотного преобразователя осуществляется в два этапа. Сначала получаемый сетевой ток выпрямляется для последующего преобразования в переменный ток произвольной частоты. При этом характеристики производимого переменного тока могут быть любые, с произвольным сочетанием частоты F, напряжения U и максимального тока I. Это позволяет подобрать оптимальные значения этих параметров для конкретного режима работы АВС. Дополнительно в частотном преобразователе есть функция защиты, что позволяет исключить аварийные случаи работы установки. Низкий cos9 также компенсируется при работе через частотный преобразователь.
Системы подачи обрабатываемого продукта могут быть различного исполнения и конструктивное оформление зависит от конкретного случая. Но в большинстве случаев при непрерывной обработке продукт подается в жидких и гетерогенных формах [1]. Принципиально при этом система состоит из следующих элементов, показанных на рис. 7. Емкость исходного продукта 1, емкость добавляемого продукта 2, бак-усреднитель 3 с мешалкой, дозаторы (насосы) 4, АВС 5 и емкость обработанного продукта 6. Работает такая система следующим образом. Из емкости 1, продукт дозатором подается в бак-усреднитель, где к нему добавляется в нужном количестве добавочный продукт, при этом в баке осуществляется перемешивание для получения равномерного распределения компонентов смеси. Далее перемешанные продукты подаются дозатором в АВС, где осуществляется полное взаимодействие обрабатываемых продуктов. Затем прореагировавшие продукты накапливаются в емкости 6.
Конструктивная схема рабочей камеры такого аппарата представлена на рис. 7. Обрабатываемый продукт подается через входное устройство 3, проходит через сменную втулку 2 с ферромагнитными элементами и выводится через выходное устройство. Втулка 2 имеет возможность извлекаться из рабочей камеры 1 вместе с ферромагнитными элементами для замены изношенных элементов и самой втулки. Это делается для удобного и быстрого обслуживания аппарата.
Непрерывная подача сыпучих материалов может осуществляться по описанной схеме пневматическим, гравитационным или любым другим способом [10].
Представляет интерес устройство для смешивания порошков в циклическом режиме, которое приводится в [9]. Работает это устройство следующим образом. Необходимое количество ферромагнитных элементов с обрабатываемыми материалами помещается в рабочую емкость. Далее рабочая емкость помещается в индуктор, при этом механизм перемещения рабочей емкости обеспечивает равномерные возвратно-поступательные перемещения рабочей емкости относительно индуктора, тем самым осуществляя обработку материалов ферромагнитными элементами по всему объему рабочей емкости.
На рис. 8 показана установка для обработки материалов в циклическом режиме.
На этой установке отсутствует механизм перемещения рабочей емкости, в этом случае перемещение рабочей емкости относительно индуктора осуществляется за ручку 2 вручную.
Таким образом мы видим, что с момента появления первых аппаратов вихревого слоя в начале 70-х годов прошлого столетия в течении своей полувековой истории они постоянно совершенствуются. Для этого используются все доступные достижения. При этом целью изменения их конструкции является удешевление и улучшение главных параметров, хотя общая схема при этом почти не изменяется, что, конечно, не исключает появления новых конструктивных схем в будущем.
Список литературы
1. Журавлёв А.П., Есауленко В.П., Есауленко С.И. Модификация бензина водой в аппарате вихревого слоя // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. 2004. №9. С. 26-27.
2. Ибрагимов Р.А. и др. Прочность тяжелого бетона на портландцементе, обработанном в аппарате вихревого слоя // Строительные материалы. 2017. №10. С. 28-31.
3. Иванов С.И. Современные малоотходные технологии переработки техногенного сырья // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. 2017. №4(41). С. 2-93.
4. Нгуен В.М., Конюхов Ю.В., Рыжонков Д.И. Исследование влияния электромагнитного поля и энергомеханической обработки на процесс получения наноразмерных порошков металлического кобальта восстановлением водородом // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. №2. С. 96-101.
5. Головейко А.Г. Электромагнитное поле и его взаимодействие с веществом. Минск: Белорус. нац. техн. ун-т, 2006. 82 с.
6. Бухгольц Г. Расчёт электрических и магнитных полей. М.: Изд. иностр. литер, 1961. 712 с.
7. Карасик В.Р. Физика и техника сильных магнитных полей. М.: Наука, 1964. 347 с.
8. Винокуров Б.Б. Измерение параметров магнитных полей и характеристик магнитных материалов. Томский политехн. ин-т. Томск, 1990. 111 с.
9. Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах вихревого слоя. Киев: Изд. «Техника», 1976. 144 с.
10. Войтович В.А. и др. Эффективность применения аппаратов вихревого слоя в процессах измельчения порошковых материалов // Новые огнеупоры. 2017. №10. С. 48-53.
Селиверстов Григорий Вячеславович, канд. техн. наук, доцент, s456789@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Мотевич Светлана Анатольевна, магистрант, veta.m231 @yyandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Вобликова Юлия Олеговна, канд. техн. наук, доцент, инженер-технолог, crazy.girl.yuliya@mail.ru, Россия, Донской, АО «Электромашиностроительный завод»
FEATURES OF VORTEX LAYER APPARATUSES G.V. Seliverstov, S.A. Motevich, Yu.O. Voblikova
The article discusses the features of the device devices of thel vortex layer. The device of the cooling system, the feed system of the processed product and the electric current supply system are considered. The directions of improvement of these devices are determined.
Key words and phrases: device of a vortex layer, design features, inductor, cooling system, feed system of the processed product, working chamber.
Seliverstov Grigory Vyacheslavovich, candidate of technical sciences, docent, s456789@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Motevich Svetlana Anatolyevna, master, veta.m231@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Voblikova Yulia Olegovna, candidate of technical sciences, docent, engineer-technologist, crazy.girl.yuliya@mail.ru, Russia, Donskoy, JSC «Electric Machine-building Plant»
