Анализ электромагнитных мельниц

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО СПбГАУ

Анализ электромагнитных мельниц

Лебедев А.Н.

В патентных материалах представлены различные конструктивные решения мельниц с движущимся магнитным полем, в которых отражены попытки усовершенствования всех основных частей электромагнитных мельниц (ЭМИ) и вихревых электромагнитных аппаратов (ВЭА), предназначенных для тонкого диспергирования материалов различного целевого назначения. Основными направлениями повышения эффективности работы электромагнитных мельниц являются:

• совершенствование систем индуцирования магнитных полей,

• использование в одном аппарате магнитных полей различной природы,

• усложнение геометрической формы рабочей камеры и мелющих тел.

Технологические эффекты обеспечиваются в них созданием наиболее предпочтительных для разрушения материалов силовых и энергетических условий за счет активизации движения мелющих тел, сообщения им наиболее рациональной скорости и траектории перемещения в объемах обработки продукта.

Достаточно широко представлены устройства, в которых диспергирующее усилие формируется воздействием на размольные элементы противоположно направленных бегущих магнитных полей, полей с изменяющейся по ходу движения продукта интенсивностью и чередующейся в смежных зонах рабочей камеры полярностью магнитного потока [1,2,3]. Процесс измельчения интенсифицируется в них в результате увеличения числа и силы прямых ударов, введения дополнительных процессов перемешивания и гомогенизации, повышения турбулентности потоков в камере измельчения, а также усиления нагрузок по мере масштабного упрочнения частиц.

В связи с отсутствием методик проектирования создаются устройства, в которых аналогичные технические эффекты достигаются различными сочетаниями их конструктивных признаков. Так, активизация движения мелющих тел в осевом направлении обеспечивается в измельчителях путем расположением электромагнитов по винтовой линии вокруг рабочей камеры [4]. Аналогичная траектория перемещения ферромагнитной загрузки может быть достигнута в мельнице за счет чередования источников магнитных полей с противоположным направлением вращения.

С целью равномерного распределения диспергирующих сил, предотвращения "останова" и краевых эффектов в центральной части ВЭА выполняют роторные побудители, поверхность которых образована волнообразной кривой или оснащена лопастями, расположенными по винтовой линии [5]. Крутящий момент побудителя вызван действием вращающегося магнитного поля, индуцируемого в нем вихревые токи. При его вращении осуществляется разрушение дисков из размольных тел, что повышает технологический эффект измельчения материалов.

Предотвращению образования застойных зон также способствует выполнение рабочей камеры с возможностью ее свободного перемещения с эксцентриситетом между кольцевым индуктором-статором и центральным валом, жестко закрепленным на оси устройства. Аналогичные эффекты нарушения установившегося движения мелющих тел и более полное использование объема рабочей камеры достигаются введением в аппаратурное оформление мельниц с вращающимся магнитным полем дополнительных электромагнитных систем. Все эти устройства находятся в стадии технических предложений. Можно полагать, что при правильном выборе материалов их рабочих элементов и научно-обоснованном проектировании электромагнитных систем, они обеспечат интенсификацию процесса измельчения. Между тем, достижение технических эффектов, способствующих повышению эффективности разрушения материалов, влечет за собой усложнение конструкции устройства, а также рост его энерго- и металлоемкости.

Особое внимание при проектировании измельчителей уделяется технологической и экономической проблемам их изготовления. С этой точки зрения наиболее рациональными являются устройства, использующие серийно изготавливаемые электромагнитные системы.

Магнитное поле в камерах измельчения может быть выполнено в виде цилиндрических трубок с использованием статора асинхронного двигателя. Размольные элементы вибрируют у стенок трубок с частотой, близкой к частоте вращения магнитного поля. Причем каждая частица, совершая магнитострикционные колебания, является излучателем акустических колебаний. Все эти факторы приводят к быстрому диспергированию и перемешиванию обрабатываемого продукта.

Между тем, для получения магнитных индукций больше, чем 0,06 Тл, использовать статор серийных трехфазных электрических машин не представляется возможным из-за малого сечения паза, которое не обеспечивает необходимых и достаточно высоких линейных нагрузок. В этой связи при создании мельниц с высокой энергонапряженностью силовых контактов используют электромагнитные системы специального конструктивного исполнения (в виде контуров, статоров многофазного магнитного поля и т.д.). Источник вращающихся магнитных полей может быть выполнен с несколькими, имеющими общие обмотки сердечниками, смещенными на угол, необходимый для получения от соседних полюсов сердечников, в каждый момент времени попарно чередующихся по полярности магнитных полей. Такая конструктивная мера в совокупности с другими признаками (например, выполнение размольных тел в виде призм с заостренными основаниями) обеспечивает уменьшение износа рабочей камеры и снижение гидравлического сопротивления диспергирующих элементов движению обрабатываемого материала (вяжущих растворов).

Проблема намола решается в электромагнитных мельницах различными способами [6]. Размольные тела выполняются со специальными покрытиями, камера измельчения изготавливается с футеровкой или плавающей (вращающейся вместе с магнитным полем) и т.д.

Выбор формы рабочих органов электромагнитных измельчителей зависит, прежде всего, от реологических и прочностных свойств обрабатываемого продукта и определяется как рациональными способами их диспергирования (удар, истирание, резание и др.), так и топологией электромагнитного поля, создаваемого в камерах измельчения.

Известны устройства [7,8], в которых в качестве ферромагнитных размольных тел используются диски, конусы, ролики, шары, цилиндры и стержни, а также элементы с изменяющимися под действием магнитного поля формами. Разработаны электромагнитные мельницы [1], в которых рабочий объем измельчителя образован шарообразным и кубическим корпусом, цилиндрическими и конусными поверхностями, внутренней цилиндрической поверхностью статора и наружной поверхностью вращающегося в центральной части ротора. Рабочие емкости в виде коробов или шарообразной формы, заполненные измельчающими элементами и обрабатываемым материалов, перемещаются транспортером в зонах действия магнитного поля в устройствах , предложенных отечественными и японскими разработчиками.

Особое значение при достижении максимальной степени приближения условий проведения процесса измельчения электромагнитными способами со свободными мелющими телами к технологически обоснованным параметрам, принадлежит эффективности управления физико-механическими процессами в слое ферротел рабочих объемов электромагнитных мельниц. Способность этого оборудования реализовывать обоснованную технологию измельчения материалов характеризуется эффективностью регулирования траекторией движения отдельных размольных элементов и их слоев в объемах обработки с обеспечением заданных силовых взаимодействий между этими элементами, магнитным полем и обрабатываемым материалом. Известные способы организации измельчающего усилия, использующие энергию переменного магнитного поля, хотя и обеспечивают энергонапряженный комплексный характер обработки вещества, но не позволяют осуществлять тонкое и надежное управление силовыми, магнитными и энергетическими видами взаимодействий в рабочих объемах электромагнитных мельниц. Отсутствие гибкого регулирования в широком диапазоне условиями подведения энергии к обрабатываемому продукту не позволяет проводить технологический процесс измельчения материалов на оптимальном уровне как с точки зрения энергетических, тепловых и сырьевых затрат, так и с точки зрения достигаемого конечного технологического эффекта. Кроме того, сложная функциональная зависимость между режимно-конструктивными параметрами аппаратов и хаотичность физико-механических процессов в слое ферротел, обусловленная топологией переменного магнитного поля в объемах обработки, практически не поддается аналитическому описанию и затрудняет математическое моделирование типовых рядов мельниц на заданные объемы производства с обеспечением оптимальных технологических параметров. В этой связи разработка новых, исследование и совершенствование известных аппаратурных решений реализации электромагнитных способов измельчения основаны на методах экспериментальностатистического анализа. При этом технологический эффект в результате действия перечисленных факторов обеспечивается только при их узкоспециализированном конструктивном исполнении.

электромагнитный мельница асинхронный двигатель

Литература

1. Беззубцева М.М. Электромагнитные измельчители для пищевого сельскохозяйственного сырья (теория и технолог. возможности). Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Санкт-Петербург, 1997

2. Беззубцева М.М., Волков В.С. Моделирование процесса электромагнитной механоактивации в среде программного комплекса ANSYS. В сборнике: Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГАУ. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. -2011. С. 378-379.

3. Беззубцева М.М., Волков В.С., Загаевски Н.Н. Исследование процесса электромагнитной механоактивации (ЭММА) строительных смесей. В сборнике: Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования материалы научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. Редколлегия: Н.Б. Алати, А.И. Анисимов, М.А. Арефьев, С.М. Бычкова, Ф.Ф. Ганусевич, Г.А. Ефимова, В.Н. Карпов, А.П. Картошкин, М.В. Москалев, М.А. Новиков, Г.С. Осипова, Н.В. Пристач, Д.А. Шишов; главный редактор: В.А. Ефимов, заместитель главного редактора: В.А. Смелик. 2015. С. 435-438.

4. Беззубцева М.М., Платашенков И.С. Методика подбора оптимального усилия в измельчителях ударного способа действия. В сборнике: Технологии и средства механизации сельского хозяйства сборник научных трудов. Министерство сельского хозяйства РФ, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет; главный редактор Л. В. Тишкин. Санкт-Петербург, 2007. С. 10-14.

5. Беззубцева М.М., Мазин Д.А., Зубков В.В.Исследование тепловых характеристик аппаратов с магнитоожиженным слоем // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. -2011. -№ 24. С. 311-315.

6. Голубев П.М., Беззубцева М.М.Критический анализ способов формирования диспергирующего усилия и конструктивных решений мельниц с использованием магнитных полей // Вестник Студенческого научного общества. - 2010.- № 1. С. 342-346.

7. Зубков В. В., Беззубцева М.М.Экспресс-диагностика эффекта намола с использованием методов электротехнологий. В сборнике: Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования Материалы научной конференции профессорскопреподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГАУ. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. 2011. С. 332-334.

8. Bezzubtseva M.M., Ruzhev V.A., Yuldashev R.Z.Electromagnetik mechanoactivation of dry construction mixes // International journal of applied and fundamental research. -2013. -№ 2. С. 24165.

Размещено на Allbest.ru