Исследовано распределения магнитного поля по радиусу и высоте в рабочей камере гидроциклона с радиальным магнитным полем. Экспериментально была исследована напряженность магнитного поля в рабочей камере гидроциклона. Полученные данные были сравнены с теоретическими. Доказано, что регрессионная модель достаточно точно отображает реально существующее поле.

Введение

 В статье приведены экспериментальные исследования распределения магнитного поля по радиусу и высоте в рабочей камере гидроциклона с радиальным магнитным полем.

Постановка проблемы:

 Одним из способов очистки вязких сред являются аппараты инерционного типа. Благодаря их простоте, дешевизне, высокой эффективности и производительности данные устройства нашли широкое применение в многих отраслях промышленности и сельского хозяйства [2]. В последнее время с целью повышения эффективности улавливания механических примесей применяют наложение полей электрической природы [4,5]. Одним из таких устройств является магнитный гидроциклон, представленный на рис. 1.

Основная часть

 

Одним из важнейших параметром любого устройства для очистки вязких сред от магнитных примесей является величина и распределение магнитного поля в рабочей камере; для расчета сил коагуляции и магнитной силы, действующей на частицу или флокулу, необходимо знать напряжённость магнитного поля в каждой точке рабочей камеры [3].

Распределение   магнитного   поля    в    гидроциклоне   с    внешним   полем    можно приближенно рассчитать по следующей формуле [1]:

Т.к. поле в таком гидроциклоне чаще всего создается статором от электродвигателя, которое исследовано очень подробно, то останавливаться более подробно на этом случае не будем.

Модель изменения напряженности радиального магнитного поля в рабочей камере по радиусу гидроциклона можно вычислить по формуле [7]:

Для проверки зависимостей в лабораторных условиях испытывался циклон (диаметр циклона dц=0,24 м: высота цилиндрической части 0,4 м; число витков соленоида W1 = 119; W2 = 315 витков, провод - ПЭВ 1х5; I=0,40А; остальные конструктивные размеры оп- ределялись согласно методике расчета циклонов НИИОГАЗа для ЦН-II) [6].

Магнитное поле в сепарационной зоне циклона создавалось соленоидом, установленным под крышкой циклона. Соленоид питали постоянным током от 0÷40 А.

Магнитное поле в сепарационной зоне измерялось теслаамперметром Ф 4354/1 в различных сечениях по радиусу и высоте цилиндрической части. На рис.2 б приведены зависимости напряженности магнитного поля H от высоты циклона hц , измеренные на внешней поверхности выходной трубы и внутренней поверхности корпуса циклона.

Абсолютные значения H на расстоянии hц= 0,2м (середина) при различных IW изменяются незначительно и составляют в среднем 0,4+0,7x104 А/м (50/90Э), что достаточно для коагуляции частиц.

Аналогично был испытан электромагнитный циклон d = 350 мм (рис.3). Распределение магнитного поля в сепарационной зоне циклона аналогично лабораторному, явно выражено в зависимости от IW, по абсолютному значению значительно выше, чем в лабораторном. Это объясняется тем, что корпус аппарата и выходная труба были выполнены с толщиной стенок 12мм, что позволило уменьшить потоки рассеяния и улучшить общую характеристику магнитопровода - корпус - крышка - выходная труба. На большей части высоты циклона hц (0,4-1,6м ) поле постоянно, по абсолютной величине; оно достигает 1,8×104 А/м (до 200 Э) и достаточно для коагуляции ферромагнитных частиц.

Полученные экспериментальным путем данные были проверены с теоретическими исследованиями на основе формулы (4). Полученные результаты представлены на рис. 4. В качестве начальных и конечных значений напряженности поля брались максимальное и минимальное значение полей (без учета небольшого искривления поля в нижней части и неточностями при измерениях). Коэффициент корреляции между экспериментом и теорией представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Коэффициент корреляции между экспериментом и теорией

 

Точка   измерения	Ток в катушке, А
	24	20	12	4
Точка А	0,983	0,955	0,981	0,973
Точка Б	0,764	0,855	0,967	0,949

Как мы можем видеть из таблицы 1, формулами (3) можно пользоваться с высокой точностью.

 Выводы:

В работе проанализирована математическая модель, отображающая изменение напряженности магнитного поля в рабочей камере гидроциклона. Экспериментально была исследована напряженность магнитного поля в рабочей камере гидроциклона. Полученные данные были сравнены с теоретическими. В большинстве случаев, коэффициент корреляции между экспериментом и теорией не был меньшим 0,95, что является высокой степенью сходства.

 

 

Список литературы

 

 

1.    Chen G. Design and analysis of magnetic hydrocyclone : A thesis submitted for the degree of Master of Engineering / Gang Chen – Monreal : Department of Mining and Metallurgical Engineering McGill University, - 1989. – 129 p.

2.    Авдеев Б. А. Анализ воздействия магнитного поля на процесс сепарации в гидроциклонах / Б. А. Авдеев // Технический аудит и резервы производства. – Харьков, 2013. - № 5/4(13). - С. 45-47.

3.    Авдеев Б. А. Численное решение задачи о коагуляции двух частиц в потоке текучей среды в полярных координатах / Б. А. Авдеев, Е. П. Масюткин, В.И. Просвирнин // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – Новочеркасск, 2014. - №4(179). – С. 13-17.

4.    Авдеев Б.А. Повышение эффективности очистки моторного масла в судовых дизелях путем применения магнитных гидроциклонов : Монография / Б.А. Авдеев. – Ульяновск : Зебра, 2016. – 151 с.

5.    Железняк А.А. Метод повышения энергетической эффективности теплоотвода замкнутой системы охлаждения в неопределенных условиях эксплуатации судна / А.А.  Железняк,  В.В.  Ениватов,  А.А.  Масленников  /  Вестник  астраханского государственного технического университета, серия морская техника и технология, 2016. – №1. – с. 60-71.

6.    Просвирнин В. И. Теоретическое и экспериментальное обоснование кинетики процессов и параметров электромагнитных устройств очистки железосодержащих дисперсных сред в агропромышленном комплексе : дис. докт. техн. наук : 05.20.02 / В. И. Просвирнин ; МИМСХ. - Мелитополь, 1992. - 286 с.

7.    Просвирнин В.И. Модель распределения радиального магнитного поля в гидроциклоне / В.И. Просвирнин, С.П. Голиков, Б.А. Авдеев // Вестник Херсонского национального технического университета. – Херсон : ХНТУ, 2013. – № 1(46). – С. 300-304.