Электромагнитный усилитель вихрей с ферромагнитными частицами

Электромагнитный вихревой усилитель с ферромагнитными частицами ( устройство вихревого слоя, электромагнитная мельница ) состоит из рабочей камеры (трубопровода) диаметром 60–330 мм, расположенной внутри индуктора с вращающимся электромагнитным полем . ^{[ 1 ]} Рабочая камера содержит цилиндрические ферромагнитные частицы диаметром 0,5–5 мм и длиной 5–60 мм в количестве от десятков до нескольких тысяч штук (0,05–20 кг) в зависимости от размеров рабочей камеры усилителя. ^{[ 2 ]}

История усиления электромагнитных вихрей

Электромагнитные устройства с вихревым слоем были предложены в 1967 г. Д. Д. Логвиненко и О. П. Шеляковым. ^{[ 1 ]} Монография «Интенсификация технологических процессов на устройствах с вихревым слоем», написанная этими авторами, показала эффективное применение этих устройств в:

смешивание жидкостей и газов ^{[ 3 ]}
смешивание сыпучих материалов ^{[ 4 ]}
сухое измельчение твердых частиц (микросмола) ^{[ 5 ]}
измельчение и диспергирование твердых веществ в жидких средах
активация поверхности вещества ^{[ 3 ]}
осуществление химических реакций
изменение физических и химических свойств веществ

В результате этих исследований данные усилители нашли свое применение во многих исследованиях и разработках.

Физические процессы в электромагнитных вихревых усилителях

Интенсификация технологических процессов и химических реакций достигается за счет интенсивного перемешивания и диспергирования, акустической и электромагнитной обработки, высокого местного давления и электролиза обрабатываемых компонентов. Электромагнитные устройства с вихревым слоем с ферромагнитными элементами ускоряют реакции в 1,5-2 раза; сократить расход реагентов и электроэнергии на 20%. ^{[ 6 ]} Эффект измельчения достигается за счет движения ферромагнитных частиц и их свободного столкновения друг с другом, а также вынужденного столкновения частиц с телом. Степень помола 0,5 мкм (при исходном размере 20 мм). В настоящее время действительно существуют электромагнитные устройства с вихревым слоем с ферромагнитными элементами (сам Д. Д. Логвиненко спроектировал и изготовил более 2000 штук), их принцип также реализован в некоторых технологических линиях.

Промышленное применение электромагнитных усилителей вихрей

Примерами промышленного применения этих устройств для интенсификации процессов являются:

приготовление пищевых эмульсий
приготовление многокомпонентных суспензий с вулканизующими и гелеобразующими веществами ( серой , оксидом цинка , сажей, каолином, кремнефтористым натрием) при производстве латексной губки; Получение суспензий диоксида титана, используемых в качестве матирующего агента для химических волокон.
очистка сточных вод от кислот, щелочей, шестивалентного хрома соединений , никеля , железа , цинка , меди , кадмия , других тяжелых металлов, цианистых соединений и других загрязнений ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}
производство смазок и эмульсий
бурового раствора подготовка ^{[ 9 ]}
приготовление керосина в водных эмульсиях, силиконе , резине , латексе и т.д.

Электромагнитный вихревой усилитель измельчает и перемалывает уголь , ^{[ 10 ]} глиноземсодержащий , шлак , кварцевый песок, технические , целлюлоза , мел , древесная мука алмазы фторопласты и др. Также его можно использовать для обеззараживания отходов сельскохозяйственного животноводства.

Вопросы электромеханики и приборостроения

К основным параметрам, характеризующим вращающееся магнитное поле, создаваемое трехфазным индуктором в рабочей зоне аппарата в отсутствие ферромагнитных частиц, относятся: число пар магнитных полюсов, угловая скорость их вращения; ^{[ 11 ]} величина и скорость вращения годографа вектора магнитной индукции, который в реальных устройствах представляет собой эллипс с эксцентриситетом, увеличивающимся при приближении к поверхности рабочей камеры. ^{[ 12 ]} Магнитные свойства вихревого слоя целесообразно характеризовать усредненными по объему величинами; удобным параметром для энергетического контроля работы вихревого слоя является его плотность мощности. ^{[ 13 ]}

Приборы АВС-100, АВС-150 и др. (русская кириллическая аббревиатура: АВС ) ^{[ 1 ]} ориентированы на равномерное распределение ферромагнитных частиц по всей рабочей зоне и имеют биполярный индуктор. ^{[ 11 ]} При разработке индуктора для этих устройств в качестве аналога была выбрана явнополюсная конструкция индукционных вращателей из жидкой стали. Выбор конструкции явнополюсного индуктора был связан, главным образом, с упрощенной технологией изготовления, удобством эксплуатации, ремонта и охлаждения. ^{[ 13 ]}

В центральной части рабочей области этих устройств магнитное поле в отсутствие ферромагнитных частиц близко к однородному: годограф вектора магнитной индукции в этой области близок к кругу, совпадающему с ним в центре рабочая зона этих устройств; ^{[ 12 ]} модуль вектора магнитной индукции составляет примерно 0,12 Тл (в различных устройствах от 0,1 до 0,15 Тл); угловая скорость его вращения составляет 314 радиан в секунду, что соответствует скорости вращения 3000 об/мин.

В рабочем вихревом слое модуль усредненного вектора магнитной индукции достигает значений 0,2 Тл и отстает от напряженности внешнего поля на определенный фазовый угол. ^{[ 13 ]}

Удельная мощность вихревого слоя в различных режимах для этих устройств составляет от 0,1 до 1,5 кВт на кубический дециметр рабочей площади. ^{[ 13 ]}

Устройства имеют двухконтурное масловодяное охлаждение, силовые конденсаторы для компенсации реактивной мощности индуктора и питание от сети 380В, 50Гц. Другие конструктивные особенности устройств подробно описаны в монографии. ^{[ 1 ]}

В дальнейшем линейка этих и подобных устройств была освоена, модифицирована и расширена другими производителями и разработчиками. ^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}^{[ 16 ]} В настоящее время в устройствах используются как явнополюсные индукторы, так и индукторы с распределенными обмотками, аналогичные статорам электродвигателей; используются разные типы охлаждения, разные типы силовых конденсаторов. При необходимости в состав устройства входят силовые преобразователи напряжения и частоты питающей сети. Совершенствуются также методы контроля и управления работой вихревого слоя и технологических линий на его основе. ^{[ 15 ]}

В научно-технических разработках, связанных с вопросами электромеханики устройств рассматриваемого класса, иногда используется компьютерное моделирование индуктора и поведения ферромагнитных частиц. ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]} В работе рассмотрена аналитическая модель силового воздействия кругового вращающегося магнитного поля на магнитную частицу в устройствах с внешним электрическим индуктором с различным числом магнитных полюсов. ^{[ 19 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Логвиненко Д.Д.; Шеляков, ОП (1976). Интенсификация технологических процессов на устройствах с вихревым слоем . Киев: Техника. стр. 144 стр.
^ «Интенсификатор процесса АВС-100. Электромагнитная мельница» .
^ Jump up to: ^а ^б Стила, С. (2017). «Лабораторные исследования индуктора электромагнитной мельницы с источником питания» (PDF) . Эконтекшмод. Международный ежеквартальный журнал . 6 (2): 109–114. ISSN 2084-5715 .
^ US 3869251 , «Устройство для смешивания материалов в реакционном сосуде, содержащее ферромагнитные частицы».
^ Волосевич-Гломб, Марта; Огоновский, Шимон; Фощ, Дариуш (сентябрь 2016 г.). «Строительство электромагнитной мельницы с системой измельчения, классификацией измельченных минералов и системой управления» . 17-й симпозиум IFAC по управлению, оптимизации и автоматизации в горнодобывающей, минеральной и металлоперерабатывающей промышленности MMM 2016, Вена . 49 (20): 256. doi : 10.1016/j.ifacol.2016.10.098 . ISSN 2405-8963 .
^ Оберемок В.М., Никитенко М.И., 2012: Электромагнитные аппараты с ферромагнитными элементами. Интенсификация технологических процессов очистки промышленных сточных вод. – Полтава: ПУЭТ, 318 с. (на украинском языке).
^ Мэй, Фрэнк (1 октября 2017 г.). «Обеззараживание нефтесодержащих сточных вод с использованием устройств электромагнитного вихревого слоя» . ПРОМЫШЛЕННЫЙ ВОДНЫЙ МИР . 17 (5).
^ Мэй, Фрэнк (28 апреля 2018 г.). «Повышение эффективности очистки сточных вод гальванического производства» . www.watertechonline.com .
^ Мэй, Фрэнк (23 апреля 2018 г.). «Повышение эффективности подготовки бурового раствора устройствами вихревого слоя» . Бестраншейная технология .
^ Микорек, Т.; Рейдак, М.; Робак, Дж.; Ружицкий, Г. (2016). «Исследование микронизации каменного угля в электромагнитной мельнице» (PDF) . Промышленные печи и котлы (на польском языке). 4 : 27–33. ISSN 2082-9833 .
^ Jump up to: ^а ^б Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П., Польщиков Г.А., Определение основных параметров вихревых аппаратов // Химическое и нефтяное машиностроение. 1974. Том. 10. Вып. 1, стр. 15-17, [1] .
^ Jump up to: ^а ^б Г.А. Польщиков, П.Б. Жуков. О движении магнитной частицы в аппарате с вихревым слоем, «Химическая технология (республиканский межведомственный научно-технический сборник)», № 22, -, К.: «Техника», 1975, с. 71-80.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Польщиков Г.А., Логвиненко Д.Д., Жуков П.Б., Некоторые вопросы расчета и проектирования устройств с вихревым слоем, НИИХИММАШ, «Оборудование с использованием различных методов интенсификации процессов», выпуск 71, - М, 1975, с.128 -141, УДК 621.929:537.
^ Оборудование для очистки трансформаторного масла GlobeCore, битумное оборудование (американский английский) (16 октября 2017 г.). Дата доступа: 22 сентября 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б Огоновский С. Оперативная оптимизация энергопотребления в установке электромагнитной мельницы. Энергии 2021, 14, 2380, [2] .
^ АВС (Russian). www.apparat-nn.ru.Access date: September 22, 2023.
^ [Калус, Д. Макарчук, О.; Анализ взаимодействия сил рабочих органов электромагнитной мельницы. Przegląd ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, ТОМ 95 № 12/2019, 64-69. https://doi.org/10.15199/48.2019.12.12 ].
^ [Калус, Д. Экспериментальное исследование эффективности электромагнитной мельницы. Прил. наук. 2023, 13, 8717. https://doi.org/10.3390/app13158717 ].
^ Польщиков, Генрих; Жуков, Павел (14 декабря 2023 г.). «Силовое воздействие кругового вращающегося магнитного поля цилиндрического электроиндуктора на ферромагнитную частицу в технологических реакторах» . Технологический аудит и производственные резервы . 6 (1(74)): 34–40. дои : 10.15587/2706-5448.2023.293005 .

[Intensification_of_technological_processes-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Логвиненко Д.Д.; Шеляков, ОП (1976). Интенсификация технологических процессов на устройствах с вихревым слоем . Киев: Техника. стр. 144 стр.

[Process_intensifier_AVS-100-2] «Интенсификатор процесса АВС-100. Электромагнитная мельница» .

[Laboratory_studies_of_an_electromagnetic_mill_inductor-3] Jump up to: ^а ^б Стила, С. (2017). «Лабораторные исследования индуктора электромагнитной мельницы с источником питания» (PDF) . Эконтекшмод. Международный ежеквартальный журнал . 6 (2): 109–114. ISSN 2084-5715 .

[Apparatus_for_intermixing_materials-4] US 3869251 , «Устройство для смешивания материалов в реакционном сосуде, содержащее ферромагнитные частицы».

[Construction_of_the_electromagnetic_mill-5] Волосевич-Гломб, Марта; Огоновский, Шимон; Фощ, Дариуш (сентябрь 2016 г.). «Строительство электромагнитной мельницы с системой измельчения, классификацией измельченных минералов и системой управления» . 17-й симпозиум IFAC по управлению, оптимизации и автоматизации в горнодобывающей, минеральной и металлоперерабатывающей промышленности MMM 2016, Вена . 49 (20): 256. doi : 10.1016/j.ifacol.2016.10.098 . ISSN 2405-8963 .

[Electromagnetic_apparatus-6] Оберемок В.М., Никитенко М.И., 2012: Электромагнитные аппараты с ферромагнитными элементами. Интенсификация технологических процессов очистки промышленных сточных вод. – Полтава: ПУЭТ, 318 с. (на украинском языке).

[Decontamination_of_oily_wastewater_using_electromagnetic_vortex_layer_devices-7] Мэй, Фрэнк (1 октября 2017 г.). «Обеззараживание нефтесодержащих сточных вод с использованием устройств электромагнитного вихревого слоя» . ПРОМЫШЛЕННЫЙ ВОДНЫЙ МИР . 17 (5).

[Improving_efficiency_of_electroplating_wastewater_treatment-8] Мэй, Фрэнк (28 апреля 2018 г.). «Повышение эффективности очистки сточных вод гальванического производства» . www.watertechonline.com .

[Improving_the_Efficiency_of_Drilling_Fluid_Preparation_with_Vortex_Layer_Devices-9] Мэй, Фрэнк (23 апреля 2018 г.). «Повышение эффективности подготовки бурового раствора устройствами вихревого слоя» . Бестраншейная технология .

[Badania_mikronizacji_węgla_kamiennego_w_młynie_elektromagnetycznym-10] Микорек, Т.; Рейдак, М.; Робак, Дж.; Ружицкий, Г. (2016). «Исследование микронизации каменного угля в электромагнитной мельнице» (PDF) . Промышленные печи и котлы (на польском языке). 4 : 27–33. ISSN 2082-9833 .

[:3-11] Jump up to: ^а ^б Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П., Польщиков Г.А., Определение основных параметров вихревых аппаратов // Химическое и нефтяное машиностроение. 1974. Том. 10. Вып. 1, стр. 15-17, [1] .

[:0-12] Jump up to: ^а ^б Г.А. Польщиков, П.Б. Жуков. О движении магнитной частицы в аппарате с вихревым слоем, «Химическая технология (республиканский межведомственный научно-технический сборник)», № 22, -, К.: «Техника», 1975, с. 71-80.

[:1-13] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Польщиков Г.А., Логвиненко Д.Д., Жуков П.Б., Некоторые вопросы расчета и проектирования устройств с вихревым слоем, НИИХИММАШ, «Оборудование с использованием различных методов интенсификации процессов», выпуск 71, - М, 1975, с.128 -141, УДК 621.929:537.

[14] Оборудование для очистки трансформаторного масла GlobeCore, битумное оборудование (американский английский) (16 октября 2017 г.). Дата доступа: 22 сентября 2023 г.

[:2-15] Jump up to: ^а ^б Огоновский С. Оперативная оптимизация энергопотребления в установке электромагнитной мельницы. Энергии 2021, 14, 2380, [2] .

[16] АВС (Russian). www.apparat-nn.ru.Access date: September 22, 2023.

[17] [Калус, Д. Макарчук, О.; Анализ взаимодействия сил рабочих органов электромагнитной мельницы. Przegląd ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, ТОМ 95 № 12/2019, 64-69. https://doi.org/10.15199/48.2019.12.12 ].

[18] [Калус, Д. Экспериментальное исследование эффективности электромагнитной мельницы. Прил. наук. 2023, 13, 8717. https://doi.org/10.3390/app13158717 ].

[19] Польщиков, Генрих; Жуков, Павел (14 декабря 2023 г.). «Силовое воздействие кругового вращающегося магнитного поля цилиндрического электроиндуктора на ферромагнитную частицу в технологических реакторах» . Технологический аудит и производственные резервы . 6 (1(74)): 34–40. дои : 10.15587/2706-5448.2023.293005 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]