Электромагнитные процессы в устройствах с произвольной подвижной частью

Моделирование электрического поля электростатического затвора производилось с использованием методики Дейча-Попкова, согласно которой электрическое поле в межэлектродном пространстве в присутствии поля внешней области коронного разряда отличается от поля электродов только масштабом величин напряженности электрического поля при сохранении конфигурации силовых линий. Поэтому в настоящей работе моделирование электростатического поля проводилось только при задании потенциалов электродов. При этом определение усилий, действующих на мелкодисперсную частицу, производится без учета поля объемного электрического заряда, что обеспечивает характеристикам электростатического затвора определенный «запас прочности» так как затвор в этих условиях разрабатывается для заниженных значений тормозящего усилия. Как показали проведенные исследования «запас прочности» может доходить до 15%.

В рамках выполнения настоящей работы было проведено моделирование электрического поля для нескольких конструкций электростатических затворов, результаты исследований использовались при разработке затворов для конкретных условий работы. Ниже приводятся результаты моделирования электрического поля в затворе типа «гребенка-трубы» при изменении положения коронирующей гребенки при формообразующем электроде в форме труб.

Рис. 13

между трубами; D - диаметр труб. На рисунке показаны кривые изменения продольной составляющей напряженности электрического поля при движении вдоль оси симметрии межэлектродного пространства. Кривые соответствуют различным диаметрам формообразующих электродов. Кривая 1 - диаметр 140 мм, кривая 2 - 110 мм, кривая 3 диаметр - 80 мм.

К настоящему времени исследованы достаточно полно три варианта конструкции электростатического затвора: «гребенка-трубы», «труба_спица», «гребенка-сетка». Частицы мелкодисперсной среды, попав во внешнюю область коронного разряда, приобретают отрицательный электрический заряд и движутся вдоль силовых линий, т. е. удаляются при определенных условиях из межэлектродного пространства. Качество затвора тем выше, чем больше продольная составляющая электрического поля на входе в межэлектродное пространство. Требуемая конфигурация силовых линий электрического поля на входе в межэлектродное пространство достигается рациональным выбором геометрии формообразующих электродов. Результаты моделирования электрического поля в затворе типа «гребенка - трубы» позволил сформулировать рекомендации по конструированию затворов этой конструкции: наилучшие результаты по величине и характеру изменения продольной составляющей напряженности электрического поля получаются в случае, когда точки острия коронирующего электрода и точки пересечения перпендикуляров из острия к поверхности формообразующего электрода лежат в вершинах равностороннего треугольника; наличие металлической пластины, подключенной к коронирующим электродам и располагающейся перпендикулярно направлению газопылевого потока, как минимум, максимум в полтора раза увеличивает величину аксиальной составляющей напряженности электрического поля в активной зоне затвора, что приводит к повышению эффективности затвора; наличие дополнительного формообразующего электрода на входе в межэлектродное пространство приводит к увеличению времени прохождения пылевыми частицами внешней области короны, что увеличивает заряд, приобретаемый частицей; на входе устройство должно обязательно иметь раструб или щиток, благодаря которому увеличивается область, в которой имеет место продольная составляющая электрического поля;

В процессе выполнения настоящей работы разработаны, изготовлены и испытаны в производственных и лабораторных условиях более двадцати вариантов конструкций затворов. Апробация затворов в производственных условиях производилась на АО «Братский алюминиевый завод», ОАО «Новоросцемент», ООО «ПК «НЭВЗ». В условиях ОАО «Новоросцемент» два затвора сданы в эксплуатацию на выхлопных отверстиях клинкерных силосов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Электромагнитные процессы в устройствах, изучению которых посвящена настоящая работа отличаются от процессов в классических электромагнитных устройствах, как по параметрам протекания процессов, так и по характеристикам взаимодействия элементов устройства и характеристикам взаимодействия устройства и питающей сети;

2. Проведен анализ влияния особенностей геометрической формы подвижной части, наличия дефектов формы ее, особенностей взаимного положения подвижной и неподвижной частей на электромагнитные процессы: 1) в линейных индукционных устройствах; рассматриваемых устройствах; 2) влияние структуры и геометрических параметров дискретной ферромагнитной среды на процессы в цилиндрических индукционных устройствах;

3. Наиболее характерными особенностями протекания электромагнитных процессов в линейных индукционных устройствах являются следующие: необходимость учета кулоновской составляющей совместно с индуцированной составляющей электрического поля в подвижной части, неравенство чисел полюсов МДС индуктора и МДС подвижной части, несимметрия фазных токов индукторов, в цилиндрических индукционных устройствах неопределенность магнитных свойств дискретной ферромагнитной среды;

4. На основе анализа физики протекания электромагнитных процессов определен состав и форма уравнений электродинамики для математической модели;

5. Разработаны математические модели, алгоритмы и компьютерные средства моделирования электромагнитных процессов в устройствах с произвольными геометрическими и структурными параметрами подвижной части;

6. Для линейных индукционных устройств получены характеристики распределения индуцированных токов в подвижных частях произвольной формы, размеров, несимметричном положении относительно индуктора, наличии дефектов геометрической формы, а также характеристики их силового взаимодействия и характеристики взаимодействия питающей сети и индуктора разработаны рекомендации по выбору режимов работы индукционного насоса для обеспечения движения расплава при неполном заполнении металлопровода как по длине так и по сечению.

7. Разработаны, изготовлены и прошли опытно-промышленную эксплуатацию линейные индукционные устройства для прессового цеха Белокалитвенского металлургического завода.

8. Разработан, изготовлен и испытан в промышленных условиях макетный образец жидкометаллического индукционного насоса в условиях ЗАО «Втормет, Пушкино».

9. Проект жидкометаллического индукционного насоса включен в проект реконструкции плавильной печи на Мценском заводе «Вторцветмет»;

10. Для цилиндрических индукционных устройств с дискретной ферромагнитной подвижной частью выполнены следующие исследования: получены характеристики магнитного поля в рабочей камере устройства с ферромагнитной дискретной подвижной частью, выявлены причины появления «мертвых зон» 1-го и 2-го рода, определены факторы, влияющие на характер распределения элементов дискретной среды в рабочей камере, разработаны рекомендации по конструированию устройств;

11. Разработаны, изготовлены и сданы в опытно-промышленную эксплуатацию диспергаторы для химической лаборатории МГУ, Курьяновской аэрационной станции, лабраторий обработки сточных вод;

12. Разработаны математическая модель и средства компьютерного моделирования электрического поля в электростатических затворах.

13. Получены зависимости величины аксиальной составляющей напряженности электрического поля на входе в межэлектродное пространство.

14. Разработаны, изготовлены и запущены в опытно-промышленную эксплуатацию электростатические затворы на ОАО «Новоросцемент» и в условиях Новочеркасского электровозостроительного завода.

Основные публикации по теме диссертации

1. Володин Г. И. Электромагнитные индукционные и электрические устройства с произвольной подвижной частью. Монография, Новочеркасск, Известия СКНЦ ВШ. 2006, - 120с.

2. Володин Г. И. Математическое моделирование линейного асинхронного электродвигателя с вторичной частью произвольной длины// Изв. вузов «Электромеханика». 2001. № 4-5. С54-57.

3. Володин Г. И. Металлоуловитель цветных металлов на основе двустороннего линейного асинхронного электродвигателя// Изв. вузов «Электромеханика». 1999. № 4. С 16-18.

4. Володин Г. И. Моделирование электромагнитных процессов в линейных индукционных устройствах с нерегулярной подвижной частью// Компьютерное моделирование электромагнитных процессов в физических, химических и технических системах: Материалы IV международного семинара, Воронеж. 2005. С. 83-86.

5. Володин Г. И., Бахвалов А. Ю. Синтез индуктора линейного электродинамического модуля// Изв. вузов «Электромеханика»..2003. № 4. С. 21-24.

6. Володин Г.И., Климов Е. А. Моделирование электромагнитных процессов в линейной асинхронной машине с малым числом полюсов// Изв. вузов «Электромеханика». 2005. № 1. С. 5-7.

7. Боляев. И. П., Золотарев П. А., Володин Г. И. Влияние формы коронок зубцов на дополнительные потери в стали// Изв. вузов «Электромеханика». 1974. № 11. С. 1214-1217.

8. Коломейцев Л. Ф., Володин Г. И., Душенко Н.Г. Расчет магнитного рассеяния путевого элемента одностороннего линейного индукторного двигателя// Изв. Сев.Кав. Науч. центра высш. Шк. Техн. науки. 1984. № 2. С. 88-90.

9. Бахвалов Ю. А., Коломейцев Л. Ф. Бондаренко А.И., Володин Г. И. Моделирование на ЭВМ электрических и магнитных полей в устройствах бесконтактного движения// Изв. вузов «Электромехпаника». 1985. № 1. С. 5 -14.

10. Коломейцев Л. Ф. Володин Г. И., Грибанов П.Ф. Тяговое усилие одностороннего линейного индукторного электродвигателя// Изв. вузов «Электромеханика». 1988. № 7. С. 56-59.

11. Володин Г. И., Подгорный Э. В., Радченко В. Н. Характеристика рынка электродвигателей//Изв. вузов «Электромеханика». 1996. № 3 - 4. С. 88-91.

12. Бахвалов А. Ю., Быкадоров В. Ф., Володин Г. И., Климов Е. А., Нис. Я. З. Формирование эффективной конструкции электростатического затвора// Изв. вузов «Электромеханика». 2005. № 2. С. 64-66.

13. Володин Г.И. Кужеков С.Л., Кужеков С. С. Устройство для диагностирования короткозамкнутых роторов асинхронных электродвигателей// Изв. вузов «Электромеханика». 1997. № 1 - 2. С. 106-108.

14. Коломейцев Л. Ф., Володин Г. И., Лозицкий О. Е. Анализ пульсаций нормального усилия одностороннего линейного индукторного двигателя//Ред. журн. Изв. вузов «Электромеханика». Новочеркасск, 1983. 9 с. Деп. В Информэлектро. 08.09.83. № 297 эт Д83.

15. Володин Г. И., Бахвалов А. Ю. Моделирование магнитных полей в цилиндрических индукционных устройствах с подвижной частью в виде системы многих неравноосных ферромагнитных частиц// Физико-математическое моделирование систем: Материалы международного семинара./ Воронеж. 2004. С. 239-242.

16. Володин Г. И., Бахвалов А. Ю. Моделирование электрических полей в затворах пылевых потоков с коронным разрядом// Физико-математическое моделирование систем: Материалы международного семинара./ Воронеж. 2004. 242-245.

17. Бахвалов А.Ю., Володин Г.И., Гречихин В.В. Математическое моделирование ионно-электронных и электромеханических процессов в электростатических затворах//Материалы 56-ой научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов. «Ученые ЮРГТУ (НПИ) к юбилею университета». Новочеркасск; ОНИКС+. 2007. 207-215.

18. Климов Е. А., Володин Г. И. Моделирование процессов в индукционных машинах специальной конструкции для систем циркуляции расплава вторичного алюминия// Физико-математическое моделирование систем: Материалы международного семинара./ Воронеж. 2004. С. 249-254.

19. Володин Г. И. Ротыч Р. В. Расчет нормальных усилий в металлоуловителе цветных металлов на базе линейного асинхронного электродвигателя// Электротехника и автоматика в строительстве и на транспорте: Межвуз. сб. науч. тр./ РГСУ. Ростов н/Д, 1999. С. 6-11.

20. Володин Г. И. Бахвалов А. Ю. Вращающий момент в линейном асинхронном электродвигателе// Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы: Материалы медународной науч. практ. Конф: Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. Ч.4. С. 5-10.

21. Володин Г. И., Бахвалов А. Ю. Математическая модель для исследования электродинамических усилий в технологических устройствах с бегущим магнитным полем// Развивающиеся интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления: Материалы международной науч.практ. конф. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. Ч. 1. С. 43-48.

22. Володин Г. И. Ротыч Р. В. Постановка задачи расчета электродинамических процессов в линейном электродинамическом модуле с бегущим магнитным полем// Электрооборудование в строительстве и на транспорте: Межвуз. сб. науч. тр./РГСУ. Ростов н/Д, 2002. С. 47-52.

23. Володин Г. И., Золотарев П.А. Влияние скругления углов магнитных сердечников на потери мощности// Электровозостроение:сб.ст. Новочеркасск, 1979. Т. 20. С. 130-145.

24. Володин Г. И., Ротыч Р. В. Ускорительная система с асинхронными линейными электродвигателями для транспортирования алюминиевых труб// Электротехника и автоматика в строительстве и комм. хоз-ве: Сб науч. тр./РГСА. Ростов н/Д, 1993. С. 77-79.

25. Володин Г. И., Ротыч Р. В. Математическая модель для исследования электродинамических усилий металлоуловителя на базе ЛАД// Проблемы рационального использования электроэнергии в строительстве и на транспорте: Тез. докл. регион. науч.практ. конф.. Ростов н/Д: РГСУ, 1999. С. 19-22.

26. Володин Г. И., Бахвалов А. Ю. Синтез индуктора вращающегося магнитного поля активатора с вихревым слоем для обработки сточных вод// II - я Международная научно-практическая конференция Экология: образование, наука, промышленность и здоровье./ Вестник БГТУ им Шухова, 2004. № 8. С. 40-43.

27. Быкадоров В. Ф., Володин Г. И., Нис. Я. З. Электростатический затвор в технологии защиты окружающей среды// II - я Международная научно-практическая конференция Экология: образование, наука, промышленность и здоровье./ Вестник БГТУ им. Шухова, 2004. № 8. С. 167-169.

28. Володин Г. И., Тарасов А. Н., Дуков В. Г. Экспериментальное исследование эффективности металлоуловителей различной конструкции//Интеллектуальный резерв университета: Материалы 48 науч. техн. конф. Студентов и аспирантов ЮРГТУ. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. Сю 56-58.

29. Володин Г. И., Михайлов А. В. Постановка задачи диагностирования воздушного зазора в системе управления электролизом алюминия// Математические методы в технике и технологиях: Сб. трудов ХV междунар. Науч. конф./Тамбов. гос. техн. ун-т. Тамбов, 2002. Т8. Сю 174-178.

30. Коломейцев Л.Ф., Володин Г.И., Бочаров В.И.Пульсации подвесного и тягового усилий одностороннего линейного двигателя// Сб. докл. 3-ей Всесоюзн. Конф. По ВСНТ. Новочеркасск, 1984. № 2. С. 88-90.

31. Боляев И. П., Володн Г. И. Золотарев П. А., Феоктистова Т. И. Влияние формы коронок зубцов на коммутацию электрических машин// Электротехническая пр-сть. Тяговое и подъемно-транспортное Эл. Оборудование. 1974. № 2. С. 216-218.

32. Коломейцев Л. Ф., Бочаров В.И., Володин Г.И. Односторонний линейный индукторный двигатель//Электрические машины и полупроводниковые преобразователи на железнодорожном транспорте: Сб. ст. /МИИТ. М.,1983.Вып. 732. С. 14-17.

33. Бочаров В.И., Коломейцев Л.Ф., Павлюков В.М., Володин Г. И. Линейный индукторный двигатель ля привода и электромагнитного подвеса экипажей ВСНТ// Тез. докл. научн. техн. Семинара по перспективным экспериментальным исследованиям на полигоне «Мармарик - 1», Ереван, 1985. С. 14-16.

34. А.С.1350779 СССР МКИ Н02к 41/03. Линейный синхронный электродвигатель/ Бочаров В. И., Коломейцев Л. Ф., Володин Г. И., Грибанов П. Ф. Заявл. 03.04.85; Опубл. 07.11.87, Бюл. №41.

35. Пат. № 2201030 РФ МКИ Н02k 41/03. Двухкоординатный линейный электродвигатель/Бахвалов Ю. А., Володин Г.И., Нис Я. З.. Заявл. 14.09.2000; Опубл. 20.03.2003, Бюл. №8.

36. Пат. № 2212279 РФ, МКИ 7В03С3/08. Устройство блокирования пылевых потоков/ Быкадоров В.Ф., Борзаковский А.Б., Бахвалов. Ю.А., Володин Г.И., Нис. Я. З. Заявл. 13.06.02; Опубл. 20.09.03., Бюл. № 26.

37. Пат. № 33332 РФ, МКИ 7В03С3/06. Электростатический затвор/ Быкадоров В.Ф, Борзаковский А.Б., Бахвалов Ю.А., Володин Г.И., Нис Я. З.. Заявл. 19.08.02; Опубл. 20.10.03., Бюл. №29.

38. Пат. № 2238902 РФ, МКИ 7В03С3/08. Устройство беспылевой загрузки транспортных средств/ Володин Г.И., Володин Д.Г., Нис. Я.З. Заявл. 15.01.03; Опубл. 27.10.04. Бюл. № 30.

39. Пат. № 45648 РФ МКИ В01F 13/08. Индукционное устройство для перемешивания и измельчения жидких и сыпучих сред/ Володин Г. И., Костюков В. П., Попов Е. А., Рожков В.И, Бахвалов А.Ю. Заявл. 05.12.03; Опубл. 27.05.05. Бюл. № 15.

40. Пат. № 53933 РФ МПКВ01F13/08. Индукционное устройство для перемешивания и измельчения жидких и сыпучих сред/ Попов Е.А., Костюков В.П., Рожков В.И., Бахвалов А.Ю., Володин Г.И. Заявл. 13.07.2004; Опубл. 10.06.2006. Бюл. №16.

41. Пат. № 2283184 РФ МПК В03/С 3/06 Электростатический затвор/ Быкадоров В.Ф., Володин Г.И., Нис Я.З., Климов Е.А. Заявл. 10.03.2005; Опубл. 10.09.2006 Бюл. № 25.

42. Пат. № 2342987 РФ МПКВ01F13/08. Аппарат вихревого слоя/Володин Г.И., Новохацкий И.В., Бахвалов А.Ю. Заявл. 07.03.2007; Опубл. 10.01.2009 Бюл. № 1.

43. Пат. № 2343985 РФ МПК В03/С 3/08 Электростатический затвор/ Володин Г.И., Новохацкий И.В., Климов Е.А. Заявл. 09.07.2007; Опубл. 20.01.2009 Бюл. № 2.

Размещено на Allbest.ru