CC BY
12
УДК 621.928
В.И. Чарыков1, А.А. Евдокимов2, В.А. Новикова1
ОЦЕНКА СИЛОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
УСТАНОВКИ УМС - 4M
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т.С. МАЛЬЦЕВА», КУРГАН, РОССИЯ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА - ЮГРЫ «СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»,
СУРГУТ, РОССИЯ V.I. Charykov1, А.А. Evdokimov2, V.A. Novikova1 EVALUATION OF THE POWER CHARACTERISTICS OF THE MAGNETIC FIELD
INSTALLATION UMS - 4M 1 FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BYT.S. MALTSEV», KURGAN, RUSSIA BUDGETARY INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION OF KHANTY-MANSI AUTONOMOUS OKRUG - YUGRA
"SURGUT STATE UNIVERSITY", SURGUT, RUSSIA
Виктор Иванович Чарыков
Victor Ivanovich Charykov
доктор технических наук, профессор
Александр Андреевич Евдокимов
Aleksandr Andreevich Evdokimov кандидат технических наук [email protected]
Валентина Александровна Новикова
Valentina Aleksandrovna Novikova кандидат технических наук, доцент [email protected]
Аннотация. Повышающиеся требования к разработке и производству электромагнитных сепараторов, к их эффективности и экономичности, требуют внедрения в процесс разработки сложных программных комплексов для расчёта и оптимизации их конструкции. Целью исследований является установление основного фактора, влияющего на степень очистки технологической жидкости от металлических примесей. При этом используется трехмерная модель электромагнита с концентратором. Решение задачи расчета магнитной системы методом конечных элементов сводится к нескольким последовательным шагам: созданию геометрии модели; заданию нагрузок и граничных условий; построению сетки конечных элементов и решению задачи. Расчет магнитной системы сепаратора УМС - 4M выполнен при плотности тока в обмотках катушек 1,4 А/мм2. Элемент сепаратора представляет собой П-образный электромагнит с одной обмоткой и расположенными в верхней части полюсными наконечниками в виде зигзага. Замыкание магнитного потока осуществляется через концентратор магнитного поля, выполненный в виде сеток, располагающихся над полюсными наконечниками. В результате экспериментальных исследований установлено, что величина магнитной индукции в рабочем канале зависит от наличия концентратора магнитного поля. Анализ теоретических расчетов величины магнитной индукции в рабочей зоне электромагнитного сепаратора показал, что при наличии концентраторов величина магнитной индукции увеличивается в 4,1 раза.
Ключевые слова: электромагнитная установка, сепаратор, магнитная индукция, концентратор, рабочая зона, распределение.
Abstract. The increasing requirements for the design and production of electromagnetic separators, their efficiency and cost-effectiveness, require the introduction of complex software systems in the development process to calculate and optimize their design. The aim of the research is to establish the main factor affecting the degree of purification of the process fluid from metal impurities. In this case, a three-dimensional model of an electromagnet with a hub is used. The solution of the problem of calculating the magnetic system by the finite element method is reduced to several successive steps: creating the model geometry; assignment of loads and boundary conditions; building a finite element mesh and solving a problem. Calculation of the magnetic system of the UMS - 4M separator was performed at a current density in the coil windings of 1.4 А/ mm2. The separator element is a U-shaped electromagnet with one winding and pole tips located in the upper part in the form of a zigzag. The magnetic flux closure is carried out through a magnetic field concentrator made in the form of grids located above the pole pieces. As a result of experimental studies, it was found that the magnitude of the magnetic induction in the working channel depends on the presence of a magnetic field concentrator. An analysis of theoretical calculations of the magnitude of the magnetic induction in the working area of the electromagnetic separator showed that in the presence of concentrators, the magnitude of the magnetic induction increases by 4.1 times.
Keywords: electromagnetic installation, separator, magnetic induction, concentrator, work zone, distribution.
Введение. В составе современных электротехнических и электротехнологических комплексов широкое применение находят электротехнические устройства, предназначенные для магнитной сепарации. Методы магнитной
сепарации используются в промышленном производстве, сельском хозяйстве, нефтепереработке, медицине, как правило, для пылеочистки, водоочистки, очистки технологических жидкостей, сыпучих материалов, нефти, ГСМ
Вестник Курганской ГСХА №3,2019 Технические науки 79
от металлических примесей. На сегодняшний день отечественные производители градообразующих отраслей промышленности постепенно переходят на использование нового поколения технологического оборудования, которое, наряду с более высокими технико- экономическими и эксплуатационными показателями, в сравнении с традиционно использовавшимся оборудованием, являются более чувствительными к загрязнениям и предъявляют более жесткие требования к процессу их эксплуатации, ввиду чего классические подходы к использованию и регенерации технологических жидкостей теряют свою актуальность и требуют разработки и внедрения новых технических комплексов и технологических решений [1].
Основным направлением совершенствования магнитной очистки является увеличение силовой характеристики магнитного поля В, повышение неоднородности магнитного
поля, а также увеличение площади воздействия магнитного поля на очищаемое сырье. Одним из путей достижения указанных качеств является использование и оптимизация концентраторов магнитного поля [2,3].
Целью работы является исследование факторов, определяющих величину силовой характеристики в рабочей зоне электромагнитной установки.
Задачи исследования:
1 Установить основные факторы, влияющие на степень очистки технологической жидкости в межполюсном пространстве электромагнитной установки.
2 Исследовать неоднородность магнитного поля в рабочей зоне электромагнитной установки без концентраторов и с концентраторами.
Методика. С целью изучения процесса очистки технологической жидкости от металломагнитных включений
ОБМ ОТКА
/\/\/\ (Г4^4^] (Г4^4^]
ПЕРЕМЫЧКА (СТАНЬ)
Рисунок 1 - Магнитная система сепаратора
электромагнитным способом, в лаборатории кафедры «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» Курганской ГСХА имени Т.С. Мальцева была разработана и изготовлена экспериментальная установка электромагнитного сепаратора под условным названием УМС-4М.
Результаты. Основными факторами, влияющими на степень очистки технологических жидкостей от металло-магнитных включений, являются величина магнитной индукции (силовой характеристики) магнитного поля и неоднородность последнего.
На первом этапе был произведен расчет магнитного поля сепаратора без концентраторов. Эскиз магнитной системы сепаратора для расчета магнитного поля представлен на рисунке 1.
Элемент сепаратора представляет собой П-образный электромагнит с одной обмоткой. Направление тока во всех катушках сепаратора одинаковое.
Для расчета магнитного поля методом конечных элементов [4] предполагается использовать двухмерную модель с планарной симметрией (протяженность как сердечников, так и обмоток в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа, предполагается бесконечной, реально можно принять глубину примерно 100 мм). Расчет выполнен при плотности тока в обмотках катушек 1,4 А/мм2. Распределение магнитного поля показано на рисунке 2.
Рисунок 2 - Магнитное поле сепаратора без концентратора
На рисунке 3 показана зависимость магнитной индукции (нормальная к плоскости полюсных наконечников компонента) от высоты (расстояние от центрального зубца полюсного наконечника с катушкой, линия У - V на рисунок 2).
На втором этапе был произведен расчет магнитного поля сепаратора с концентратором из стальных пластин. В рабочей зоне установки устанавливаются сетки-пластины толщиной 0.5 мм. Первая пластина располагается параллельно плоскости полюсных наконечников таким обра-
зом, что ее центр находится на расстоянии 1 мм от зубцов магнитной системы сепаратора. Остальные пластины параллельно, центры пластин - на расстоянии 2.5 мм друг от друга. Распределение нормальной составляющей магнитной индукции по высоте от центрального зубца полюсного наконечника с катушкой показано на рисунке 4 [5-10].
0.15 -п 0.14 -0.13 -
s 0.12 -
о
0.02 -j 0.01 -
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 1 2.5 15.0 17.5 20.0
Расстояние по высоте от центрального зубца полюса с катушкой, мм
Рисунок 3 - Распределение магнитной индукции (нормальная составляющая к плоскости полюсных наконечников) по высоте над зубцом полюсного наконечника с катушкой (линия Y-Y')
Рисунок 4 - Распределение магнитной индукции (нормальная составляющая к плоскости полюсных наконечников) по высоте над зубцом полюсного наконечника (8 сеток-пластин концентратора толщиной 0,5 мм)
Вывод. В установке без концентраторов величина силовой характеристики В, равная 110 мТл, недостаточна для эффективной очистки технологических жидкостей от металломагнитных включений. Неоднородность магнитного поля наблюдается только непосредственно на зубцах сердечника, а в основной рабочей зоне поле носит однородный характер. В электромагнитной установке с концентраторами в виде пластин-сеток магнитная индукция доси-гает 450 мТл, что обеспечивает эффективную очистку технологических жидкостей от металломагнитных примесей.
Список литературы
1 Евдокимов А.А., Чарыков В.И. Очистка смазочно-ох-лаждающих жидкостей на машинно-технологических станциях электромагнитным сепаратором // Достижение науки - агропромышленному производству: материалы LII меж-дунар. науч.-техн. конф. Челябинск: ЧГАА, 2013. С. 253-256.
2 Патент на изобретение №2516608 Российская Федерация. Электромагнитный сепаратор / B.C. Зуев, В.И. Чарыков, А.А.Евдокимов, А.А. Митюнин, И.И. Копытин; заявитель и патентообладатель Курганская ГСХА № 2012147153/03; заявл. 06.11.2012; опубл. 20.05.2014. Бюл. № 14.
3 Патент на полезную модель № 132740 Российская Федерация. Установка электромагнитной сепарации / B.C. Зуев, В.И. Чарыков, А.А.Евдокимов, А.А. Митюнин, И.И. Копытин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Курганская ГСХА № 2012147148/03; заявл. 06.11.2012; опубл. 27.09.2013, Бюл. №27.
4 Чарыков В.И., Евдокимов А.А., Соколов С.А. Теоретический анализ работы электромагнитного сепаратора УМС-4М // Вестник Ульяновской ГСХА. -2014. № 1 (25). - С. 146-152.
5 Буторин В.А., Чарыков В.А. Евдокимов А.А. Электромагнитный сепаратор УМС-4М: от математической модели до конструкции // АПК России. ЮУрГАУ. 2017. Т. 24. № 1. С. 43-49.
List of references
1 Evdokimov А.А., Charykov V.I. Purification of cutting fluids at machine-technological stations by electromagnetic separator//Achievement of science - agricultural production: materials LII int. scientific and technical conf. Chelyabinsk: ChGAA, 2013. Pp. 253-256.
2 Patent for invention No. 2516608 Russian Federation. Electromagnetic Separator / V.S. Zuev, V.I. Charykov, A.A. Evdokimov, A. A. Mityunin, I.I. Kopytin; Applicant and patent holder Kurgan State Agricultural Administration No. 2012147153/03; declared 11/06/2012; publ. 05/20/2014. Bull. Number 14.
3 Utility Model Patent No. 132740 Russian Federation. Installation of electromagnetic separation / V.S. Zuev, V.I. Charykov, A.A. Evdokimov, A.A. Mityunin, I.I. Kopytin; applicant and patent holder FGBOU VPO Kurgan State Agricultural Academy № 2012147148/03; declared 11/06/2012; publ. 09/27/2013, Bull. Number 27.
4 Charykov V.I., Evdokimov A.A., Sokolov S.A Theoretical analysis of the electromagnetic separator UMS-4M // Bulletin of the Ulyanovsk State Agricultural Academy. 2014. № 1 (25). Pp. 146-152.
5 Butorin V.A., Charykov V.A. Evdokimov A.A. UMS-4M electromagnetic separator: from a mathematical model to a design //Agro-Industrial Complex of Russia. SUSAU. 2017. Vol. 24. № 1. Pp. 43-49.
