VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

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 экспериментально-статистического анализа. При этом технологический эффект в результате действия перечисленных факторов обеспечивается только при их уз­коспециа­лизированном конструктивном ис­полнении.

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 профессорско-преподавательского 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.

Код для цитирования: Скопировать