Pages Navigation Menu
Submit scientific paper, scientific publications, International Research Journal | Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ЭЛ № ФС 77 - 80772, 16+

Download PDF ( ) Pages: 98-101 Issue: №1 (20) Part 1 () Search in Google Scholar
Cite

Cite


Copy the reference manually or choose one of the links to import the data to Bibliography manager
Charykov V.I. et al. "ELECTROMAGNETIC SEPARATOR OF UMS – 1M: FROM MATHEMATICAL MODEL TO THE DESIGN". Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal (International Research Journal) №1 (20) Part 1, (2014): 98. Sat. 08. Feb. 2014.
Charykov, V.I., & Kopytin, I.I., & Yakovlev, A.I., & (2014). ELEKTROMAGNITNYY SEPARATOR UMS -1M: OT MATEMATICHESKOY MODELI DO KONSTRUKCII [ELECTROMAGNETIC SEPARATOR OF UMS – 1M: FROM MATHEMATICAL MODEL TO THE DESIGN]. Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal, №1 (20) Part 1, 98-101.
Charykov V. I. ELECTROMAGNETIC SEPARATOR OF UMS – 1M: FROM MATHEMATICAL MODEL TO THE DESIGN / V. I. Charykov, I. I. Kopytin, A. I. Yakovlev // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. — 2014. — №1 (20) Part 1. — С. 98—101.

Import


ELECTROMAGNETIC SEPARATOR OF UMS – 1M: FROM MATHEMATICAL MODEL TO THE DESIGN

Чарыков В.И.1, Копытин И.И.2, Яковлев А.И. 3

1Доктор технических наук, профессор,

2доцент,

3аспирант,

Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С.Мальцева

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ  СЕПАРАТОР  УМС -1М: ОТ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДО КОНСТРУКЦИИ

Аннотация

В статье приведен пример математического моделирования процесса очистки жидких (мокрых) продуктов от металлических примесей в неоднородном магнитном поле рабочей зоны сепаратора УМС-1М. Приведена конструкция сепаратора и его технические характеристики.

 Ключевые слова: моделирование, магнитное поле, сепаратор, металлические примеси, конструкция.

Charykov V.I. 1, Kopytin I.I.2, Yakovlev A.I.3

1Doktor technical sciences, professor,

2dotsent,

3aspirant,

Kurgan State Agricultural Academy name T.S. Maltseva

ELECTROMAGNETIC SEPARATOR OF UMS – 1M: FROM MATHEMATICAL MODEL TO THE DESIGN

Abstract

In article the example of mathematical modeling of process of cleaning of liquid (wet) products from metal impurity in a non-uniform magnetic field of a working zone of a separator of  UMS-1M is given. The design of a separator and its technical characteristics is given.

Keywords: modeling, magnetic field, separator, metal impurity, design.

Строительство подстанций, линий электропередач высокого и низкого напряжений для нужд народного хозяйства требует большого количества высококачественных электроизоляционных материалов, обладающих повышенными электрическими и механическими свойствами.

В наибольшей степени этим высоким требованиям соответствует фарфор, считающейся наилучшим электроизоляционным материалом. При применении его с этой целью единственное препятствие – трудность в обогащении составляющих фарфора.

В технологической схеме  по производству электротехнического фарфора магнитная сепарация производится дважды: после воздушного сепаратора, а также после процеживания шликера (устойчивая суспензия).

Для очистки шликера применяют магнитные и электромагнитные сепараторы. По сравнению с традиционными методами очистки (кислотным, щелочным, адсорбционным, контактным, ионообменным) магнитный метод более прост. Он не требует реагентов, имеет в 2-5 раз большую скорость очистки.

Принцип очистки. Шликер  течет тонким слоем “h” вдоль наклонного желоба  сепаратора (рис.1) длиной “ι” и шириной “a“. В желобе при помощи концентраторов создается неоднородное магнитное поле. Эффективность сепарации зависит от скорости течения жидкости и магнитного поля желоба. Критерий эффективности выражается в следующем виде:

10-08-2018 16-09-49                                                      (1)

где: t1 – время притяжения частиц, с;

t2 – время нахождения частицы в желобе при движении ее вдоль оси “ОХ” на расстояние “ι”, с.

Для использования критерия (1) необходимо знать закон движения частицы вдоль осей “ОХ” и “ОY“.

10-08-2018 16-11-15

1- желоб; 2- концентратор; 3- металлическая частица

Рис. 1 – Принципиальная схема силового взаимодействия в электромагнитном сепараторе

Движение частицы вдоль оси “ОХ”.  При установившемся режиме через любое поперечное сечение желоба с поперечным сечением S = ha за одну секунду будет протекать одно и то же количество шликера:

10-08-2018 16-12-24                                              (2)

где: r ж – плотность масла, кг/м3;

V – скорость течения масла, м/с.

Так как длина желоба равна “ι”, то время нахождения частицы в желобе при движении ее вдоль оси “ОХ“, будет:

10-08-2018 16-13-21                                                      (3)

Движение частицы вдоль оси “ОY“. При движении частицы вдоль оси “ОY” на частицу действуют две силы: магнитная сила, создаваемая магнитным полем в желобе и на концентраторах, и сила сопротивления движению частицы, создаваемая продуктом. Всем реальным жидкостям присуща вязкость или другими словами внутреннее трение. Вязкость проявляется в том, что возникшее в жидкости движение после прекращения действия причин, его вызвавших, постепенно прекращается. Опытами установлено, что при малых числах Рейнольдса Re, т.е. при небольших скоростях движения, сопротивление среды можно определить с помощью формулы Стокса:

10-08-2018 16-14-06                                                             (4)

где: rr – характерный для поперечного сечения тела размер. Для тела круглой формы, т.е. для шара “rr” – радиус шара, м;

v – скорость движения тела в жидкости, м/с.

При движении частицы вдоль оси “OY” на нее кроме силы сопротивления среды действуют еще сила тяжести частицы и архимедова сила, равная:

10-08-2018 16-14-56                                                      (5)

где Vr – объем частицы, м3;

r r – плотность частицы, ;

rжид – плотность масла, ;

g – ускорение свободного падения тела, g = 9,81 .

Магнитная сила, действующая на частицу, помещенную в магнитное поле, определяется исходя из знания потенциальной энергии[1]:

10-08-2018 16-15-25                                                                                (6)

где: W – потенциальная энергия, Дж.

Потенциальная энергия магнитного поля, действующая на частицу объемом “V” определяется по следующей формуле[1]:

10-08-2018 16-16-07                                                             (7)

где: Vr – объем частицы, находящейся в магнитном поле, м3;

B – магнитная индукция, Тл;

m0 – магнитная постоянная вакуума, Гн/м;

m – относительная магнитная проницаемость масла, Гн/м.

С учетом формулы (7) магнитная сила, действующая на частицу в магнитном поле, определяется следующем выражением:

10-08-2018 16-17-00              (8)

Значение магнитной силы, действующей в направлении оси  “OY“:

10-08-2018 16-17-54                                        (9)

В окончательном виде  дифференциальное уравнение, описывающее движение частицы, имеет вид:

10-08-2018 16-18-43         (10)

Решение уравнения (10) легло в основу создания электромагнитного сепаратора  УМС -1М.

Установка для мокрой магнитной сепарации УМС- 1М предназначена для удаления металлических включений из суспензии, глазури, шликера и других жидких материалов. Общий вид установки УМС-1М представлен на рисунке 2.

Электромагнитный сепаратор состоит из станины (условно не показана), на которой установлена наклонная магнитная система, содержащая несколько П-образных магнитопроводов 1 с катушками 2, разделенных на две части, установленных на вертикальных частях магнитопровода и включенных согласно, полюсных наконечников 3 и 4, расположенных в одной плоскости и разделенных между собой немагнитными вставками 5, и замыкающей общей нижней плиты 6.

Немагнитные вставки 5 располагаются вдоль оси сепаратора. Полюсные наконечники соседних электромагнитов разделяются между собой немагнитрыми   вставками 7. Рабочие поверхности полюсных наконечников 3 и 4 нижней плиты покрыты листом нержавеющей стали для исключения попадания ржавчины в сепарируемую суспензию. Полюсные наконечники 3 и 4 и нижняя замыкающая плита 6 образуют щелевидный зазор высотой 30 мм закрытый с боков немагнитными стенками 8 и 9. В верхней части плиты, образованной полюсными наконечниками 3 и 4 всех электромагнитов расположено загрузочное устройство 10. Между полюсными наконечниками 3 и 4 и нижней плитой 6 перемещаются две одинаковые бесконечные цепи 12, к которым с равным шагом прикреплены штанги 13 с одетыми на них концентраторами 14 в виде спиралей. Штанги и концентраторы выполнены из магнитомягкого материала.

10-08-2018 16-19-41

Риc. 2 – Электромагнитный сепаратор УМС-1М

Цепи 12 одеты на зубчатые барабаны: натяжной 15, приводной 16 и отклоняющий 17. Привод цепи осуществляется от электродвигателя с редуктором (на схеме  не показан). Установка снабжена ванной 18 для сбора очищенной суспензии, а также кабиной 19, в которой установлены форсунки 20 и 21 для смывания водой металлических частиц с концентраторов 14, штанг 13 и цепей 12. Снизу установлен наклонный поддон 22 для отвода стекающей воды с концентраторов. После смыва вода попадает в сборник 23.

Электромагнитный сепаратор работает следующим образом. При подаче постоянного напряжения на катушки зона сепарации пронизывается магнитным потоком Ф1, который проходит от одного полюсного наконечника к нижней замыкающей плите, а затем от этой плиты к другому полюсному наконечнику, как показано на разрезе. При этом часть магнитного потока Ф2 проходит от одного полюсного наконечника к другому через концентраторы 14 и штанги 13.

Сепарируемая суспензия через загрузочное устройство 10 подается в зону сепарации и растекается равномерным слоем по всей ширине замкнутого наклонного желоба, образованного полюсными наконечниками 3 и 4, нижней плитой 6, а также боковыми стенками 8 и 9. В зоне сепарации магнитные частицы притягиваются к концентраторам 14 и штангам 13. После окончания процесса сепарации, когда прохождение суспензии через сепаратор прекратилось, включают электродвигатель приводного устройства, который через редуктор приводит в движение цепи 12 со штангами 13 и концентраторами 14. Последние выходят из зоны сепарации и поступают в кабину 19, где притянутые е частицы размагничиваются и смываются водой с помощью форсунок 20 и 21, поступая в специальный сборник 23. Очищенная суспензия сливается в ванну 18.

Для обеспечения равномерной подачи суспензии (регулирования толщины слоя), а также для предотвращения перелива суспензии и попадания ее в канализацию в нижнем полюсном наконечнике 4 предусмотрен сборник 11, выполненный в виде поперечной щели по всей ширине наконечника 4 и расположенный выше загрузочного приспособления 10. Излишки материала в случае его неравномерной подачи сбрасывается через сборник 11.

Литература

  1. Сумцов В.Ф. Электромагнитные железоотделители. –М.:Машиностроение, 1981. – 212с.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.