VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

На кафедре «Энергообеспечение производств в АПК» СПбГАУ разработан экспериментальный стенд для проведения экспресс анализа загрязненности технологических сред ферропримесями (рис.1). В схему стенда включен электромагнитный плотномер (ЭПЛ), принцип действия которого основан на способе формирования силового (сцепляющего) усилия в магнитоожиженном слое ферромагнитных частиц [1,2,3].

Рис. 1. Схема стенда для исследования загрязненности технологических сред ферропримесями

Электромагнитный плотномер имеет датчик 2, содержащий два горизонтально-расположенных коаксиальных цилиндра: неподвижного наружного 5 и подвижного внутреннего 6. Наружный цилиндр выполнен полым из ферромагнитного материала. Посреди внутренней части расположен кольцевой паз 11, в котором размещена обмотка управления (ОУ) 4. ОУ подключена к источнику постоянного тока (на рис. не указан). Внутренний цилиндр 6, установленный на валу 1, также выполнен из ферромагнитного сплава и имеет на своей поверхности рёбра 7. Рёбра расположены вдоль образующих цилиндра в два ряда и распределены по его окружности. Ряды друг от друга находятся на расстоянии ширины кольцевого паза 11. Вал 1 закреплён в подшипниковых щитах 8. С одной стороны вал при помощи устройства 16 соединён с приводом 14, а с другой стороны на вал последовательно установлены диск 17 и маховик 18. При помощи диска 17 фиксируется «останов» вала 1. Маховик 18 предназначен для увеличения время выбега вала 1. В пространство между наружным 5 и внутренним 6 цилиндрами через отверстие 3, расположенное в верхней части неподвижного цилиндра 5, заливается контролируемая технологическая среда, которая содержит как механические примеси, так и ферромагнитные частицы. Температура жидкости в процессе определения плотности фиксируется при помощи датчика температуры 12 по индикатору 19. Частота вращения подвижного цилиндра 6 устанавливается по индикатору 21, который получает сигнал от тахометра 15, закрепленного на валу двигателя (привода) 14. В нижней части подшипникового щита 8 выполнено отверстие 13 для слива контролируемой жидкости из объёма 9. Устройство 16, разрывающее связь между валом 1 и приводом 14, соединено с секундомером 20. Секундомер 20 фиксирует время от момента отключения привода 14 до полного прекращения вращения вала 1 с диском 17 и маховиком 18.

По достижению заданных значений частоты вращения вала 1 и температуры жидкости, находящейся в объёме 9, вал 1 отсоединяется от привода 14 при помощи устройства 16 с одновременным включением секундомера 20. Секундомер определяет время вращения вала 1 по инерции (выбег) до полной остановки. Момент полной остановки фиксируется по диску 17. Время вращения вала 1 с цилиндром 6 по инерции характеризует степень загрязнения технологической среды примесями. Для определения и оценки наличия в технологической среде ферромагнитных частиц, характеризующих износ деталей, необходимо после первого исследования пробы выполнить второй опыт. При этом через обмотку управления 11 пропускается постоянный ток от источника питания, который при известном его значении и определённом количестве витков создаёт в зазоре между поверхностью неподвижного наружного цилиндра 5 и вершинами рёбер 7 на внутреннем подвижном цилиндре 6 определенное значение индукции постоянного по знаку электромагнитного поля. Температуру исследуемой среды устанавливают при помощи графического и табличного значений вида (загрязнённость технологической среды) при n=f(t) (рис.2).

Рис. 2. Зависимость n=f(t)

Величина, характеризующая сокращение времени выбега, позволяет оценить степень загрязнённости технологической среды примесями и ферромагнитными частицами 10. Качественную оценку можно выполнить, располагая заранее подготовленными при лабораторных исследованиях таблицами или соответствующими графическим зависимостями, связывающими между собой (при прочих заданных условиях) величину сокращения времени выбега при загрязнении жидкости механическими примесями и при наличии магнитного поля, и загрязнении жидкости ферромагнитной составляющей.

С помощью обмотки управления 11 на неподвижном цилиндре 5 легко устанавливать в объёме испытываемой технологической среды необходимое значение индукции и при прочих равных условиях выявлять в нём наличие ферромагнитных частиц, производя сравнительную количественную оценку. Увеличение махового момента вала 1 достигается установкой на его валу маховика 18, что позволяет расширить шкалу времени выбега, улучшая условия и точность отчета показаний. В зависимости от полученного результата графической зависимости времени выбега от загрязнённости жидкости примесями вообще и ферромагнитными в частности, можно осуществлять выбор оптимальной технологической схемы оборудования, режимов технологии очистки жидкости по степени загрязненности.

В настоящее время проведены всесторонние испытания экспериментального стенда, результаты которых подтвердили правомерность теоретических предпосылок [1,2,3]. На основании полученных результатов проводятся работы по проектированию промышленного образца ЭПЛ для экспресс анализа загрязненности технологических сред ферропримесями.

Литература

1. Беззубцева М.М., Волков В.С., Зубков В.В. Исследование аппаратов с магнитоожиженным слоем // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6 (часть 2). – стр. 258-262

2. Bezzubtzeva M.M., Volkov V.S., Gubarev V.N. THE PHYSICAL AND MECHANICAL PROCESSES STUDY IN FERRO-BODIES’ MAGNETO – LIQUEFIED LAYER OF ELECTROMAGNETIC MECHANO – ACTIVATORS (EMMA). International Journal Of Applied And Fundamental Research. – 2013. – № 2 – URL: www.science-sd.com/455-24425 (16.11.2013)

3. Беззубцева М.М. Электромагнитный способ диагностики загрязненности технологических сред: монография. – СПб: Изд-во СПбГАУ, 2009. – 130 с.