|
Аппарат с вихревым слоем ферромагнитных элементов Аппарат с вихревым слоем ферромагнитных элементов (аппарат вихревого слоя) — рабочая камера (трубопровод) диаметром 60-330 мм, расположенная в индукторе вращающегося электромагнитного поля. В рабочей зоне трубопровода содержатся цилиндрические ферромагнитные элементы диаметром 0,5-5 мм и длиной 5-60 мм в количестве от нескольких десятков до нескольких тысяч штук (0,05-20 кг) в зависимости от рабочей зоны аппарата[1]. Электромагнитные аппараты с вихревым слоем ферромагнитных частиц были предложены в 1967 г. Д. Д. Логвиненко и О. П. Шеляковым[2]. В монографии «Интенсификация технологических процессов в аппаратах с вихревым слоем», которая была написана этими авторами, показана возможность эффективного использования аппаратов в процессах[3]:
В дальнейшем аппараты данного класса нашли свое развитие в работах многих исследователей[4]. Эффект интенсификации технологических процессов и химических реакций достигается за счет интенсивного перемешивания и диспергирования компонентов, которые обрабатываются, акустической и электромагнитной обработки, высокого локального давления, электролиза и тому подобное. Применение аппаратов с вихревым слоем ферромагнитных частиц позволяет ускорять протекание реакций в 1,5-2 раза, сократить расход реагентов и электроэнергии на 20 %[5]. Эффект измельчения определяется характером движения ферромагнитных элементов в рабочей камере аппарата. Измельчение частиц обеспечивается как свободным их соударением с ферромагнитными элементами, так и в результате стесненного соударения между двумя элементами или элементом и корпусом. Степень измельчения составляет 0,5 мкм (при начальном размере фракции 20 мм)[6]. На сегодня аппараты с вихревым слоем ферромагнитных элементов фактически существуют (только под руководством Д. Д. Логвиненко их было спроектировано и произведено более 2000 штук), а также функционируют технологические линии на их основе[7]. Примерами промышленного применения аппаратов для интенсификации процессов могут быть[8]:
С помощью аппаратов могут измельчаться и доизмельчаться такие вещества, как каменный уголь, алюмосодержащие шлаки, кварцевый песок, технические алмазы, целлюлоза, мел, древесная мука, фторопласты и др. Аппараты используются для обеззараживания, например, продуктов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных[9]. Вопросы электромеханики и конструкция аппаратов. К основным параметрам, которые характеризуют вращающееся магнитное поле, создаваемое трехфазным индуктором в рабочей зоне аппарата при отсутствии ферромагнитных частиц, относятся: число пар магнитных полюсов, угловая скорость их вращения[10]; величина и скорость вращения вектора магнитной индукции, годограф которого в реальных аппаратах представляет собой эллипс с эксцентриситетом увеличивающимся при приближении к поверхности рабочей камеры[11] . Магнитные свойства вихревого слоя, целесообразно характеризовать усредненными по объему величинами[12]. Удобный параметр для энергетического контроля работы вихревого слоя – его удельная мощность[12][13]. Аппараты АВС - 100, АВС - 150 и др.[3] ориентированы на равномерное распределение ферромагнитных частиц по объему рабочей зоны и имеют двухполюсный индуктор[10]. При разработке индуктора к этим аппаратам за аналог выбрана явнополюсная конструкция индукционных вращателей жидкой стали[14]. Выбор явнополюсной конструкции индуктора был связан в основном с упрощенной технологией изготовления, удобством эксплуатации, ремонта и охлаждения[12]. В центральной части рабочей зоны этих аппаратов магнитное поле в отсутствие ферромагнитных частиц близко к однородному: годограф вектора магнитной индукции в этой области близок к окружности, совпадая с ней в центре рабочей зоны аппарата[11]; модуль вектора магнитной индукции равен примерно 0.12Тл (в различных аппаратах от 0,1 до 0,15Тл); угловая скорость его вращения составляет 314 радиан в секунду, что соответствует частоте вращения 3000 об/мин. В работающем вихревом слое модуль вектора усредненной магнитной индукции достигает значений 0,2Тл и отстает от напряженности внешнего поля на некоторый фазовый угол[12] . Удельная мощность вихревого слоя в различных режимах для этих аппаратов составляет от 0,1 до 1,5 Квт на дециметр кубический рабочей зоны[12]. Аппараты имеют двухконтурное масляно–водяное охлаждение, силовые конденсаторы для компенсации реактивной мощности индуктора и предусматривают питание от сети 380В, 50Гц. Другие конструктивные особенности аппаратов подробно описаны в монографии[3]. В дальнейшем линейка этих и подобных им аппаратов была освоена, модифицирована и расширена другими изготовителями и разработчиками[15][16][17]. В настоящее время в аппаратах применяются как явнополюсные индукторы, так и индукторы с распределенной обмоткой, аналогичные статорам электродвигателей; используются различные типы охлаждения, различные типы силовых конденсаторов. При необходимости, в комплект аппарата включают силовые преобразователи напряжения и частоты питающей сети. Совершенствуются также методы контроля и управления работой вихревого слоя, технологических линий на его основе[16]. В научно-технических разработках, связанных с вопросами электромеханики аппаратов рассматриваемого класса, иногда используется компьютерное моделирование индуктора и поведения ферромагнитных частиц[18][19]. Аналитическая модель силового воздействия кругового вращающегося магнитного поля на магнитную частицу в аппаратах с наружным электрическим индуктором с различным числом магнитных полюсов рассмотрена в работе[20] . Иногда для обозначения рассматриваемых аппаратов в зависимости от их назначения применяются другие названия. Например, если основным назначением аппаратов является измельчение материалов, то такие устройства в некоторых источниках называют электромагнитными мельницами с ферромагнитными частицами[16][18][19] т. д. Недавно предложен способ и приведены примеры быстрого инженерного оценочного расчета и анализа характеристик рабочего вращающегося магнитного поля различных цилиндрических индукторов с продольной обмоткой[21] См. такжеПримечания
|