Контент-платформа Pandia.ru:     2 872 000 материалов , 128 197 пользователей.     Регистрация


Исследование распределения магнитного поля в дисковом сепараторе с магнитной системой спирального типа (стр. 1 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3
 просмотров


УДК 621.318

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ДИСКОВОМ СЕПАРАТОРЕ С МАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ СПИРАЛЬНОГО ТИПА

И. А. Шведчикова, М. А. Земзюлин

Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля

кв. Молодежный, 20-а, г. Луганск, 91034, Украина. Е-mail: ishved@

Предложена новая конструкция дискового магнитного сепаратора для очистки сыпучих материалов с магнитной системой спирального типа. Обосновано, что размещение постоянных магнитов по спирали повышает эффективность разгрузки извлеченных ферромагнитных включений. Выполнен численный расчет трехмерного магнитного поля и магнитной силы в рабочей зоне с учетом реальной конструкции сепаратора. Установлено, что распределение магнитной индукции в воздушном зазоре существенно зависит от конфигурации магнитных систем. Показано, что при низкой высоте подвески сепаратора над слоем сыпучего материала наиболее эффективной следует считать магнитную систему с максимальным числом полюсов. Приведены результаты предварительных расчетов поля для различных геометрических соотношений активной части и массы постоянных магнитов. Результаты исследования могут быть использованы для выбора оптимальных параметров магнитной системы сепаратора.

Ключевые слова: магнитный сепаратор, постоянный магнит, магнитное поле, метод конечных элементов.

ДОСЛІДЖЕННЯ РОЗПОДІЛУ МАГНІТНОГО ПОЛЯ У ДИСКОВОМУ СЕПАРАТОРІ З МАГНІТНОЮ СИСТЕМОЮ СПІРАЛЬНОГО ТИПУ

І. О. Шведчикова, М. О. Земзюлін

Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

кв. Молодіжний, 20, м. Луганськ, 91034, Україна. Е-mail: ishved@

Запропоновано нову конструкцію дискового магнітного сепаратора для очищення сипучих матеріалів з магнітною системою спірального типу. Обґрунтовано, що розміщення постійних магнітів по спіралі підвищує ефективність розвантаження вилучених феромагнітних включень. Здійснений чисельний розрахунок тривимірного магнітного поля магнітної сили в робочій зоні з урахуванням реальної конструкції сепаратора. Встановлено, що розподіл магнітної індукції у повітряному проміжку суттєво залежить від конфігурації магнітних систем. Доведено, що при низькій висоті підвіски сепаратора над шаром сипучого матеріалу найбільш ефективною слід вважати магнітну систему з максимальною кількістю полюсів. Наведено результати попередніх розрахунків поля для різних геометричних співвідношень активної частини і маси постійних магнітів. Результати дослідження можуть бути використані для вибору оптимальних параметрів магнітної системи сепаратора.

Ключові слова: магнітний сепаратор, постійний магніт, магнітне поле, метод скінченних елементів.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Для очистки тонкоизмельченных сыпучих немагнитных материалов (песка, карбид-кремниевой массы, смесей фарфорового производства, каолина, стекольной шихты, сахара, муки и т. д.) от ферромагнитных включений нашли применение дисковые магнитные сепараторы [1]. Основным конструктивным элементом таких устройств является вращающийся диск с установленной на нем магнитной системой.

В рабочем режиме дисковые магнитные сепараторы обычно размещаются над ленточным транспортером или виброплатформой с очищаемым сыпучим материалом. Процесс извлечения ферромагнитных включений происходит при их попадании в рабочую зону сепаратора с высокоградиентным магнитным полем.

Мелкодисперсные сыпучие материалы располагаются на перемещаемой поверхности тонким слоем, поэтому для извлечения ферромагнитных примесей часто используются устройства на постоянных магнитах. С появлением высококоэрцитивных магнитов типа Nd-Fe-B относительно низкой стоимости преимущества магнитного принципа возбуждения стали еще более ощутимыми. Магнитные сепараторы, в сравнении со своими электромагнитными аналогами, отличаются несколько меньшей глубиной извлечения, поэтому, как правило, устанавливаются в непосредственной близости от поверхности сыпучего материала, подлежащего сепарации [2, 3].

Известные конструкции дисковых магнитных сепараторов характеризуются невысокой эффективностью процесса разгрузки извлеченных ферромагнитных примесей, что приводит к следующим негативным последствиям:

-  необходимости остановки рабочего процесса сепарации (при ручной очистке поверхности магнитов от ферромагнитных включений) [4];

- росту массогабаритных характеристик магнитносепарирующих устройств; увеличению высоты подвески над транспортирующим органом и, как следствие, к снижению эффективности очистки (при использовании дополнительных разгрузочных приспособлений, например, немагнитных экранов большого диаметра) [2, 3, 5].

Указанные недостатки отсутствуют в новой конструкции дискового сепаратора со спиральной магнитной системой [1, 6], предложенной авторами статьи и представленной на рис. 1.

В новой конструкции сепаратора (рис. 1) магнитная система выполнена в виде спирали Архимеда с чередованием полярности полюсов магнитов, как в радиальном направлении, так и в направлении разворачивания спирали. При этом между соседними витками спирали, образующими ее шаг, сохраняется одно и то же расстояние. Такая конфигурация магнитной системы обеспечивает самоочистку поверхности разгрузочного немагнитного диска, обеспечивая перемещение извлеченных ферромагнитных частиц в рабочем режиме по поверхности диска в радиальном направлении (вдоль скребка) до их полного отпадания в приемник для ферромагнитных продуктов (на рис. 1 не показан).

а) б)

Рисунок 1 – Дисковый сепаратор со спиральной магнитной системой а) общий вид сепаратора; б) вид снизу (1 – ферромагнитный диск; 2 –магниты; 3 – немагнитный разгрузочный диск; 4 – скребок)

Магнитное поле в рабочей зоне сепаратора со спиральной магнитной системой (рис. 1) имеет явный трехмерный характер, что необходимо учитывать при обосновании основных геометрических параметров магнитной системы, в частности, геометрических размеров постоянных магнитов и воздушных зазоров.

Целью настоящей работы является исследование закономерностей пространственного распределения индукции магнитного поля в рабочей зоне дискового сепаратора с магнитной системой спирального типа и предварительный выбор ее основных конструктивных параметров.

МАТЕРИАЛ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для исследования магнитных полей в рабочих объемах электрических машин и аппаратов наибольшее распространение на практике получил метод конечных элементов, для которого известны достаточно доступные программные продукты, позволяющие реализовать его на персональных компьютерах [7-12]. Изучение закономерностей пространственного распределения индукции магнитного поля в рабочей зоне дискового сепаратора новой конструкции выполнено методом конечных элементов с использованием пакета прикладных программ COMSOL Multiphysics 3.5a [7].

Проведены многовариантные исследования магнитных систем дискового сепаратора при варьировании геометрических параметров постоянных магнитов и воздушных зазоров. Следует отметить достаточно высокую трудоемкость таких исследований, поскольку для каждого из вариантов необходимо было не только произвести расчет характеристик, но и построить новую трехмерную модель магнитной системы.

На данном этапе было разработано восемь трехмерных компьютерных моделей дискового магнитного сепаратора новой конструкции (рис. 1) при фиксированных габаритных размерах ферромагнитного диска (диаметр – 700 мм; толщина – 15 мм) (поз. 1, рис. 1), отличающихся геометрическими размерами спиральной магнитной системы. Диаметр диска выбран, исходя из габаритов конвейерных систем, наиболее часто используемых на практике.

На рис. 2 показан фрагмент спиральной магнитной системы дискового сепаратора, содержащий четыре секторообразных магнита, с указанием основных конструктивных параметров: d – воздушный зазор; а – поперечный размер (ширина) магнита; b – расстояние между соседними витками спирали; t – толщина магнитов (принималась неизменной, равной t=12,5 мм). Численные значения конструктивных параметров магнитных систем, задаваемых при моделировании, и расчетные массы постоянных магнитов для каждой из моделей представлены в табл. 1.

Рисунок 2 – Фрагмент спиральной магнитной системы дискового сепаратора

Таблица 1 – Основные конструктивные параметры магнитных систем и расчетные массы магнитов

Номер

модели

d ,

мм

а,

мм

b,

мм

Масса одного магнита, кг

Масса всех магнитов системы, кг

1

25

67,5

51,7

1,628

16,28

2

39,7

30,4

0,888

17,76

3

25,5

19,0

0,469

14,06

4

22,5

16,7

0,481

19,24

5

50

67,5

51,7

1,48

14,8

6

39,7

30,4

0,777

15,54

7

25,5

19,0

0,543

16,28

8

22,5

16,7

0,425

17,02

При построении компьютерных моделей были использованы цельные секторообразные магниты. Технологически секторообразные полюса магнитной системы можно выполнять как цельными, так и составными, собранными из нескольких частей. Отличие этих двух вариантов исполнения полюсов состоит в том, что в цельном полюсе существует единственный результирующий вектор намагниченности, а в системе, собранной из отдельных частей, их несколько [13, 14].

Вариант трехмерной модели дискового магнитного сепаратора с нанесенной на нее сеткой из конечных элементов показан на рис. 3. Воздушное пространство вокруг модели также заполнено сеткой (для наглядности она не показана).

Рисунок 3 – Трехмерная конечноэлементная модель дискового сепаратора

При исследовании распределения магнитного поля во всех конфигурациях магнитных систем задавались следующие характеристики высококоэрцитивного магнитотвердого материала типа Nd-Fe-B: относительная магнитная проницаемость mr=1,06; остаточная магнитная индукция магнитов Вr=1,2 Тл (задавалась вертикальная составляющая, направленная вдоль оси Z, рис. 3). Для ферромагнитного диска (поз. 1 на рис. 1) принято допущение о постоянстве относительной магнитной проницаемости mr материала диска (mr =1000).

Магнитное поле в системе с постоянными магнитами при отсутствии электрического тока описывается системой уравнений Максвелла, которая в магнитостатическом приближении имеет вид [15]:

,

(1)

где – вектор напряженности магнитного поля; – вектор магнитной индукции.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3

Прокомментируйте:

Регистрация
Мы в соцсетях:


Подпишитесь на рассылку:
Посмотрите по Вашей теме:

Небесные светила
то, что мы видим каждый день

Сепараторы

Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалоги
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьер

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказЭкономикаРегионы РоссииПрограммы регионов
История: СССРИстория РоссииРоссийская ИмперияВремя2016 год
Окружающий мир: Животные • (Домашние животные) • НасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШкола
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовМуниципалитетыМуниципальные районыМуниципальные образованияМуниципальные программыБюджетные организацииОтчетыПоложенияПостановленияРегламентыТермины(Научная терминология)

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства