Научная статья на тему 'Сравнительная оценка магнитных систем электродинамических сепараторов'

Сравнительная оценка магнитных систем электродинамических сепараторов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
140
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ СЕПАРАЦИЯ / МАГНИТНАЯ СИСТЕМА / ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ / ПОЛЮСНЫЙ ШАГ / ЭЛЕКТРОМАГНИТ / ELECTRODYNAMIC SEPARATION / MAGNETIC SYSTEM / PERMANENT MAGNET / POLE STEP / THE ELECTROMAGNET

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Бондарь И.М., Дударев К.Г.

Для разделения электропроводных и неэлектропроводных немагнитных материалов применяются электродинамические сепараторы с постоянными магнитами и электромагнитами. Одним из путей интенсификации процесса разделения является повышение напряженности магнитного поля в зоне сепарации. При разделении мелких классов крупности возникает проблема уменьшения полюсного шага магнитной системы, что снижает воздействие магнитного поля на разделяемые материалы. В связи с этим назрела необходимость в проведении исследований по созданию высокоэффективных магнитных систем.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Бондарь И.М., Дударев К.Г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Comparative evaluation of magnetic systems electrodynamic separators

For the separation of conductive and non-conductive non-magnetic materials are used electrodynamic separators with permanent magnets and electromagnets. One of the ways of intensification of the process of separation is to increase the magnetic field strength in the separation zone. When separation of fine fractions, the problem arises of reducing the pole pitch of the magnetic system, which reduces the influence of magnetic field on shared materials. In this regard, there is a need to conduct research on the development of highly efficient magnetic systems.

Текст научной работы на тему «Сравнительная оценка магнитных систем электродинамических сепараторов»

Сравнительная оценка магнитных систем электродинамических сепараторов

И.М. Бондарь, К.Г. Дударев

Ростовский государственный строительный университет

Аннотация: Для разделения электропроводных и неэлектропроводных немагнитных материалов применяются электродинамические сепараторы с постоянными магнитами и электромагнитами. Одним из путей интенсификации процесса разделения является повышение напряженности магнитного поля в зоне сепарации. При разделении мелких классов крупности возникает проблема уменьшения полюсного шага магнитной системы, что снижает воздействие магнитного поля на разделяемые материалы. В связи с этим назрела необходимость в проведении исследований по созданию высокоэффективных магнитных систем.

Ключевые слова: электродинамическая сепарация, магнитная система, постоянный магнит, полюсный шаг, электромагнит.

Основным преимуществом индукторов с постоянными магнитами по сравнению с индукторами электромагнитного возбуждения является отсутствие скользящих контактов. Бесконтактные индукторы с постоянными магнитами отличаются высокой надежностью в работе, имеют простую конструкцию, не потребляют энергию на возбуждение. К недостаткам бесконтактных индукторов следует отнести: низкие регулировочные свойства, связанные с трудностями изменения магнитного потока постоянных магнитов; сравнительно высокую стоимость при использовании редкоземельных элементов; зависимость магнитных свойств от температуры [1-4].

Проведем сравнение индукторов с постоянными магнитами и индукторов с электромагнитным возбуждением. В качестве оценочного критерия примем удельную магнитную энергию, создаваемую индукторами в рабочем зазоре. При стабилизированных магнитах, без учета насыщения стальных участков и потоков рассеяния (Вм = В5 = уН§), напряженность магнитного поля в воздушном зазоре определяется из совместного решения

уравнений линии возврата [5] и МДС [6]:

Удельная энергия в абсолютных единицах измерения, создаваемая магнитом в рабочем зазоре:

Напряженность магнитного поля в воздушном зазоре сепаратора с электромагнитами при аналогичных допущениях:

„ _ &ОВ _ "дш--7 ~~Г"'

(3)

где: / - плотность тока в обмотке возбуждения; - суммарная

площадь меди витков обмотки возбуждения на один полюс.

Удельная магнитная энергия, создаваемая электромагнитом в рабочем зазоре:

Щзм - -

(4)

При одинаковых диаметрах индукторов и замене электромагнитов постоянными магнитами с тем же конструктивным коэффициентом полюсного перекрытия ар = Ьэм/т = Ьм/т площадь, занимаемая проводниками обмотки возбуждения Бси на один полюс, не превышает половины площади свободного пространства между полюсами магнитов 5св (рис. 1). Принимая, что Бси = 5св и учитывая, что длина средней силовой линии в магните [7,8]

:

а половина площади межполюсного пространства

запишем выражения (2) и (4) в виде

Откуда отношение удельных магнитных энергий в воздушном зазоре сепараторов с электромагнитным индуктором и с постоянными магнитами:

Рис. 1. - Модель индукторов с постоянными магнитами и электромагнитами

На рис. 2 показаны зависимости Ж&м / от геометрических размеров индуктора при коэффициенте полюсного перекрытия ар = 0,65, рабочем зазоре 8 = 0,3 мм и числе пар полюсов 2р = 4-1-12.

Указанные зависимости рассчитаны для индуктора, содержащего либо обмотку возбуждения с плотностью тока J = 5 А/мм , либо постоянный магнит, имеющий прямолинейную кривую размагничивания с остаточной индукцией Вг = Вв = 1,0 Тл и магнитной проницаемостью возврата = Область предпочтительного применения постоянных магнитов определяется условием Ж§эм / Щм < 1.

0 20 40 60 0 20 40 60 80 100

Т, мм Д, мм

Рис. 2. - Сравнение эффективности различных способов возбуждения

Так как при сравнении электромагнитного способа возбуждения и постоянных магнитов был принят ряд допущений, а выбранный критерий оценки не является всеобъемлющим, то зависимости на рис. 2 не могут рассматриваться как кривые, устанавливающие границы применимости постоянных магнитов. Однако они позволяют сделать качественный вывод о том, что преимущества способа возбуждения от постоянных магнитов возрастают с уменьшением диаметра индуктора и увеличением числа пар полюсов [9, 10].

На рис. 3 показан алгоритм расчета относительной удельной магнитной энергии с использованием базы данных «Электротехнические материалы». Принятые обобщения а1, а2, ..., К, х, у - носят обобщенный характер, что делает разработанную систему (при наличии в ней нескольких режимов работы) пригодной для использования в различных предметных областях. Кроме того, предварительное задание «шага» позволяет получать и сравнивать сепараторы, имеющие разные способы возбуждения и геометрические размеры.

Рис. 3. - Алгоритм расчета относительной удельной магнитной энергии в зависимости от геометрии сепаратора

Литература

1. Плетнёв С. В. Магнитное поле: свойства, применение // Питер: Гуманистика, 2004. - 624 с.

2. Буль О.Б. Магнитные цепи, поля и программа. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов // М.: Академия, 2005. -336 с.

3. Дударев К.Г., Бондарь И.М., Демченко О.А. Инновационные технологии профилактики пожаров в электрических сетях // Инженерный вестник Дона, 2012, Номер 4 (часть 2) URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1375.

4. Игнатьев В.К., Станкевич Д. А. Дефектоскопия стальной проволоки методом тензорной магнитной топологии // Инженерный вестник Дона, 2012, Номер 2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/786.

5. David K. Cheng. "Field and Wave Electromagnetics". - Addison-Wesley Educational Publishers, 2008. - 272 p.

6. Пятин Ю.М. Постоянные магниты // М.: Энергия, 1980. - 488 с.

7. David K. Cheng. "Fundamentals of Engineering Electromagnetics". -Prentice Hall, 1992. - 495 p.

8. Бондарь И.М. Электротехника и электроника // М.: ИКЦ «МарТ»; Ростов н/Д: «Феникс», 2010. - 340 с.

9. Бондарь И.М., Дударев К.Г. Влияние формы электропроводных частиц на процесс извлечения цветных металлов из твердых бытовых отходов. В сб.: Тезисы докладов международной научно-практической конф.: Строительство-2011. Институт экономики и управления Изд-во РГСУ, Ростов-на-Дону, 2011. - С. 46-47.

10. Бондарь И.М., Дударев К.Г., Слюсаренко К.А. Исследование комбинированных процессов и схем извлечения ценных компонентов из исходного сырья в магнитных полях. В сб.: Тезисы докладов международной

научно-практической конф.: Строительство-2013. Изд-во РГСУ, Ростов-на-Дону, 2013. - С. 114-116.

References

1. Pletnev S. V. Magnitnoe pole: svoystva, primenenie [Magnetik field: properties and applications]. Piter: Gumanistika, 2004. 624 р.

2. Bul' O.B. Magnitnye tsepi, polya i pro gramma. Metody rascheta magnitnykh sistem elektricheskikh apparatov [Magnetic circuits, fields, and program. Methods of calculation of magnetic systems of electrical apparatus]. M.: Akademiya, 2005. 336 р.

3. Dudarev K.G., Bondar I.M., Demchenko O.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, № 4 (chast' 2) URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1375.

4. Ignat'ev V.K., Stankevich D.A. Defektoskopiya stal'noy provoloki metodom tenzornoy magnitnoy topologii. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, № 2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/786.

5. David K. Cheng. "Field And Wave Electromagnetics". Addison-Wesley Educational Publishers, 2008. 272 p.

6. Pyatin Yu. M. Postoyannye magnity [Permanent magnets]. M.: Energiya, 1980. 488 p.

7. David K. Cheng. "Fundamentals of Engineering Electromagnetics". Prentice Hall, 1992. 495 p.

8. Bondar' I.M. Elektrotekhnika i elektronika [Electrical and electronics]. M.: IKTs «MarT»; Rostov n/D: «Feniks», 2010. 340 p.

9. Bondar' I.M., Dudarev K.G. Vliyanie formy elektroprovodnykh chastits na protsess izvlecheniya tsvetnykh metallov iz tverdykh bytovykh otkhodov. V sb.: Tezisy dokladov mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konf.: Stroitel'stvo-2011. Institut ekonomiki i upravleniya Izd-vo RGSU, Rostov-na-Donu, 2011, рр. 46-47.

10. Bondar, 1.М., Dudarev К.О., Slyusarenko К.А. Issledovanie kombinirovannykh protsessov i skhem izvlecheniya tsennykh komponentov iz iskhodnogo syr,ya v magnitnykh polyakh. V sb.: Tezisy dokladov mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy ^п^: Stroitel,stvo-2013. Izd-vo RGSU, Rostov-na-Donu, 2013, рр. 114-116.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.