25 сентября 2016г.
Исследовано распределения магнитного поля по радиусу и высоте в рабочей камере гидроциклона с радиальным магнитным полем. Экспериментально была исследована напряженность магнитного поля в рабочей камере гидроциклона. Полученные данные были сравнены с теоретическими. Доказано, что регрессионная модель достаточно точно отображает реально существующее поле.
Введение
В статье приведены экспериментальные исследования распределения магнитного поля по радиусу и высоте в рабочей камере гидроциклона с радиальным магнитным полем.
Постановка проблемы:
Одним из способов очистки вязких сред являются аппараты инерционного типа. Благодаря их простоте, дешевизне, высокой эффективности и производительности данные устройства нашли широкое применение в многих отраслях промышленности и сельского хозяйства [2]. В последнее время с целью повышения эффективности улавливания механических примесей применяют наложение полей электрической природы [4,5]. Одним из таких устройств является магнитный гидроциклон, представленный на рис. 1.
Основная часть
Одним из важнейших параметром любого устройства для очистки вязких сред от магнитных примесей является величина и распределение магнитного поля в рабочей камере; для расчета сил коагуляции и магнитной силы, действующей на частицу или флокулу, необходимо знать напряжённость магнитного поля в каждой точке рабочей камеры [3].
Распределение магнитного поля в гидроциклоне с внешним полем можно
приближенно рассчитать по следующей формуле [1]:
Т.к. поле в таком гидроциклоне чаще всего создается статором от электродвигателя,
которое исследовано очень подробно, то останавливаться более подробно на этом случае не
будем.
Модель изменения напряженности радиального магнитного поля в рабочей камере по радиусу гидроциклона можно
вычислить по формуле [7]:
Для проверки зависимостей в лабораторных условиях испытывался циклон (диаметр
циклона dц=0,24 м: высота цилиндрической части 0,4 м; число витков соленоида W1 =
119; W2 = 315 витков, провод - ПЭВ 1х5; I=0,40А; остальные конструктивные размеры оп- ределялись согласно методике
расчета циклонов
НИИОГАЗа для
ЦН-II) [6].
Магнитное поле в сепарационной
зоне циклона создавалось соленоидом, установленным под крышкой циклона.
Соленоид питали постоянным током от 0÷40 А.
Магнитное поле в сепарационной зоне измерялось теслаамперметром Ф 4354/1
в различных сечениях
по радиусу и высоте цилиндрической части. На рис.2 б приведены зависимости напряженности магнитного поля H от высоты циклона hц , измеренные на внешней поверхности выходной
трубы
и внутренней поверхности корпуса циклона.
Абсолютные значения H на расстоянии hц= 0,2м (середина) при различных IW изменяются незначительно и составляют в среднем 0,4+0,7x104 А/м (50/90Э), что
достаточно для коагуляции частиц.
Аналогично был испытан электромагнитный циклон d = 350 мм (рис.3).
Распределение магнитного поля в сепарационной зоне циклона аналогично
лабораторному, явно выражено в зависимости от IW, по абсолютному значению значительно выше, чем в лабораторном. Это объясняется тем, что корпус аппарата и
выходная труба были выполнены с толщиной стенок 12мм, что позволило уменьшить
потоки рассеяния и улучшить общую характеристику магнитопровода - корпус - крышка - выходная труба. На большей части высоты циклона hц (0,4-1,6м ) поле постоянно, по абсолютной величине; оно достигает 1,8×104 А/м (до 200 Э) и достаточно для коагуляции
ферромагнитных частиц.
Полученные экспериментальным путем данные были проверены с теоретическими
исследованиями на основе формулы (4). Полученные результаты представлены на рис. 4. В качестве начальных и конечных значений напряженности поля брались максимальное и
минимальное значение полей (без учета небольшого искривления поля в нижней части и
неточностями при измерениях). Коэффициент корреляции между экспериментом и теорией
представлен в таблице 1.
Таблица 1 – Коэффициент корреляции между экспериментом и теорией
Точка
измерения
|
Ток
в катушке, А
|
24
|
20
|
12
|
4
|
Точка А
|
0,983
|
0,955
|
0,981
|
0,973
|
Точка Б
|
0,764
|
0,855
|
0,967
|
0,949
|
Как мы можем видеть из таблицы 1, формулами (3) можно пользоваться с высокой точностью.
Выводы:
В работе проанализирована математическая модель, отображающая изменение
напряженности магнитного поля в рабочей камере гидроциклона. Экспериментально была исследована напряженность магнитного поля в рабочей камере
гидроциклона. Полученные данные были сравнены с теоретическими. В большинстве случаев,
коэффициент корреляции между экспериментом и теорией не был меньшим 0,95, что является
высокой
степенью сходства.
Список
литературы
1.
Chen
G. Design and analysis of magnetic hydrocyclone : A thesis submitted for the degree of Master of Engineering / Gang Chen – Monreal : Department of Mining and Metallurgical Engineering
McGill University, - 1989.
– 129 p.
2.
Авдеев Б. А. Анализ
воздействия магнитного
поля на процесс сепарации в гидроциклонах / Б.
А. Авдеев
//
Технический аудит
и
резервы
производства. – Харьков,
2013. - № 5/4(13). - С. 45-47.
3.
Авдеев Б. А. Численное решение задачи о коагуляции
двух частиц в потоке текучей
среды
в
полярных координатах
/
Б. А. Авдеев,
Е.
П.
Масюткин, В.И. Просвирнин // Известия высших
учебных заведений.
Северо-Кавказский регион.
Технические
науки. – Новочеркасск, 2014.
- №4(179). – С. 13-17.
4. Авдеев Б.А. Повышение эффективности очистки
моторного масла в судовых дизелях путем применения магнитных гидроциклонов : Монография / Б.А. Авдеев. – Ульяновск
: Зебра, 2016. – 151 с.
5.
Железняк А.А. Метод повышения
энергетической эффективности теплоотвода
замкнутой системы охлаждения в неопределенных условиях эксплуатации судна /
А.А.
Железняк,
В.В. Ениватов,
А.А. Масленников /
Вестник астраханского государственного
технического университета, серия морская техника и технология, 2016. – №1.
– с. 60-71.
6.
Просвирнин В. И. Теоретическое
и экспериментальное обоснование кинетики процессов и параметров электромагнитных устройств очистки железосодержащих дисперсных сред в агропромышленном комплексе : дис. докт. техн. наук : 05.20.02 / В.
И. Просвирнин ; МИМСХ. - Мелитополь,
1992. - 286 с.
7.
Просвирнин В.И. Модель
распределения радиального
магнитного поля в гидроциклоне / В.И. Просвирнин, С.П. Голиков, Б.А. Авдеев // Вестник Херсонского
национального технического
университета. – Херсон : ХНТУ, 2013. – № 1(46). – С.
300-304.