Исследование смесителя с магнитоожиженным слоем ферротел Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 663.91522 DOI 10.24411/2078-1318-2020-12129

Доктор техн. наук М.М. БЕЗЗУБЦЕВА (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected]) Канд. техн. наук В.С. ВОЛКОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected])

ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕСИТЕЛЯ С МАГНИТООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ ФЕРРОТЕЛ

На предприятиях АПК процесс перемешивания предназначен для интенсификации показателя однородности гетерогенных систем [1, 2]. Перемешивание считается обязательной составляющей в аппаратурно-технологических системах переработки рецептурных смесей в готовую продукцию [3, 4]. Высококачественное смешивание материала возможно при использовании электрических перемешивающих приборов с магнитоожиженным слоем ферротел [5, 6].

Цель исследования - сформулировать технические требования к проектированию энергоэффективных смесителей с магнитоожиженным слоем ферротел.

Материалы, методы и объекты исследований. Исследования основаны на фундаментальных положениях теории формирования сцепляющего усилия между ферроэлементами цилиндрической формы в их магнитоожиженном слое при воздействии эдектромагнитных полей различной природы. Объектом исследования являются физико-механические процессы в рабочих камерах электромагнитных мешалок.

Результаты исследований. На рисунке 1 представлена классификация мешалок, построенная на нетрадиционном признаке, - способе формирования усилия для сдвигового и вращательного смещения слоев перерабатываемого материала в магнитоожиженном слое ферротел [7].

На основании анализа работы электромагнитных смесителей с магнитоожиженным слоем ферротел сформулированы основные технические требования к разработке метода организации процесса смешивания материалов: использование энергии электрического поля; внедрение в качестве перемешивающих составляющих ферромагнитных цилиндров; обеспечение выхода продукта с высокими показателями качества; проведение процесса при наименьших расходах энергии; проектирование аппаратов для широкого спектра перерабатываемых смесей с различными физико-химическими и реологическими свойствами.

Разработаны два типа классификаций мешалок с магнитоожиженным слоем ферротел (рис. 2 и рис. 3).

При прохождении магнитного потока перемешивающие тела организуются в структурные кластеры, сцепляющие плоскости, ограничивающие камеру обработки продукта. При условном смещении данных плоскостей, эти структуры переориентируются. Перемешивающие тела получают кинетическую энергию и перемещаются в рабочей камере аппарата. Процесс целенаправленной переориентации перемешивающих составляющих в структурных группах сопровождается созданием многоточечных контактных взаимодействий между рабочими органами и перемешиваемым продуктом. Кинетические параметры процесса зависят от интенсивности перемещения перемешивающих составляющих в магнитоожиженном слое [8]. В разработанном методе применена механическая энергия, поступающая от приводного электродвигателя, а также энергии поля, создаваемого в камере обработки продукта регулируемым электрическим током, пропускаемым по обмотке (или обмоткам) управления. Достижение наибольшего технологического эффекта обеспечено переменой полярности импульсов тока, питающих обмотку управления ОУ [9].

Рис. 1. Классификация мешалок с магнитоожиженным слоем ферротел

Рис. 2. Классификация мешалок по форме исполнения рабочей камеры

Рис. 3. Классификация мешалок по способу формирования сдвигового смещения слоев

перерабатываемого материала

На рисунке 4 представлены структурные кластеры из ферромагнитных составляющих:

Рис. 4. Процесс формирования процесса перемешивания: а - при действии импульсов тока +1у; б - при действии импульсов неизменного тока —1у

На рисунке 5 изображены варианты временных диаграмм импульсов тока в ОУ.

к+!у

t, сек

а

б

Рис. 5. Режимы работы мешалки с магнитоожиженным слоем ферротел: Та - время следования импульсов; t„ - продолжительность воздействия импульса

При вращательном движении мешалки (ферроэлемента) цилиндрической формы напряженность поля имеет вид:

где

н„ _ _ н,

и

Н = НА + Н ± ё±,

параллельная и перпендикулярная составляющие вектора

(1)

н

нп = н бш^, н 1 = н соб^.

Тогда моменты вращения и вектор момента вращения ферромагнитного ферроэлемента можно описать выражениями:

м; = (ня - кпм'п )(м-1), м1 =(н ± - ^м1 )(м-1),

Мр = мо М • Н ]=мо (мяёя + м ± е±) • (н11ё11 + н ± е±)=

= мо (//Н 1 - м 1Н// Х( • ё±)

1 = дг0

При значениях угла вращения ^ _ момент имеет максимальное значение:

(2)

м

вр.шах

Мо

2 н ^ (1-1)

1 + Мп (м-1) 1 + М±(м-1)

(3)

м

Средний момент вращения равен:

2 пЦ , , м , Н2У(м-1)

вр

ср =- 0\мврМ|^ = Мо

п

1 + Нп (м-1) 1 + N ±(м -1)

(4)

Перемешивание продукта осуществляется в магнитоожиженном слое ферромагнитных мешалок цилиндрического исполнения. Затраченная на перемешивание мощность при №м количестве ферроэлементов выражается как:

р = n

2Пм вр\

ср

т

(5)

1

1

1

1

Таким образом, затраты мощности являются функцией от наполнения рабочей камеры магнитоожиженным слоем ферротел (ферроэлементами).

Если пренебречь перепадом концентраций по горизонтальной поверхности центральной и периферийной зон камеры, то для описания процесса выравнивания концентраций справедливо следующее равенство:

ё2 (()= 1

ЕХР

дЯ 41

(я2 - г2)

Учтены граничные условия

е1 = ^ е2 = .. = =... = = 0при т= 0. (6)

Период достижения заданной степени однородности поля концентраций по радиусу рабочей камеры определяется по формуле:

г= 2

2а2рюр (ц/1 + ц +1) (7)

Выявлено, что при изменении полярности ферроэлемент в рабочей камере совершает

о 2ж

вращательное движение. Тогда в формуле 7 величина может быть заменена на ос = ——

р т

(здесь о с — частота вращения ферромагнитного элемента).

Уровень достижения однородности консистенции оценивается коэффициентом однородности С, %. При полном смешивании С = 100%.

Выводы. Результаты исследований использованы при проектировании новых конструкций мешалок с магнитоожиженным слоем ферротел, обеспечивающих снижение энергоемкости продукции при высоких показателях интенсивности и эффективности [10].

Литература

1. Баранцева Е.А. Моделирование и оптимизация процессов смешивания сыпучих материалов: автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.17.08. - Иваново, 2010. - 262 с.

2. Borischnikova S.V. The application of two-stages technology for feeding particulate solids / S.V. Borischnikova, V. F. Perschin, A. G. Tkachev // Summaries of 12 th International Congress of Chemical and Process Engineering, 1996. - V.6. - P.73.

3. Митрофанов А.В. Математическая модель кипящего слоя непрерывного действия // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2012. - №10. Т-53. - С. 96-98.

4. Волков М.В. Таршис А.И. Исследование смесителя сыпучих материалов открытого типа с лопастями // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2013. - №11. Т-56. -С.117-119.

5. Вершинин И.Н., Вершинин Н.П. Аппараты с вращающимся электромагнитным полем. -Сальск-Москва: Передовые технологии XXI века, 2007. - 368 с.

6. Мищенко М.В., Боков М.М., Гришаев М.Е. Активация технологических процессов обработки материалов в аппаратах с вращающимся электромагнитным полем // Фундаментальные исследования. - 2015. - № 2-16. - С. 3508-3512. - URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37809 (дата обращения: 12.04.2020).

7. Bezzubceva M.M. Theoretical researches of working process electromagnetically mechanoactivations of the product in the magnetoliquefied layer ferrotel // European Journal of Natural History. - 2017. - № 2. - С. 10-12.

8. Оборин П.А., Хрипченко С.Ю. Генерация течения жидкого металла и перенос пассивной примеси в прямоугольной полости бегущим магнитным полем // Вычислительная механика сплошных сред. - 2013. - №2. Т. 6. - С. 207-213. DOI: 10.7242/1999-6691/2013.6.2.24

9. Беззубцева М.М., Волков В.С. К вопросу исследования режимов работы электромагнитных смесителей // Международный журнал экспериментального образования. - 2015. - № 9. -С.117-119.

10. Беззубцева М.М., Волков В.С. Механоактиваторы агропромышленного комплекса. Анализ, инновации, изобретения: монография. - СПб.: СПбГАУ, 2014. - 176 с.

Literatura

1. Baranceva E.A. Modelirovanie i optimizaciya processov smeshivaniya sypuchih materialov: avtoref. dis. ... d-ra tekhn. nauk: 05.17.08. - Ivanovo, 2010. - 262 s.

2. Borischnikova S.V. The application of two-stages technology for feeding particulate solids / S.V. Borischnikova, V. F. Perschin, A. G. Tkachev // Summaries of 12 th International Congress of Chemical and Process Engineering, 1996. - V.6. - P.73.

3. Mitrofanov A.V. Matematicheskaya model' kipyashchego sloya nepreryvnogo dejstviya // Izvestiya vuzov. Himiya i himicheskaya tekhnologiya. - 2012. - №10. T-53. - S. 96-98.

4. Volkov M.V. Tarshis A.I. Issledovanie smesitelya sypuchih materialov otkrytogo tipa s lopastyami // Izvestiya vuzov. Himiya i himicheskaya tekhnologiya. - 2013. - №11. T-56. - S. 117-119.

5. Vershinin I.N., Vershinin N.P. Apparaty s vrashchayushchimsya elektromagnitnym polem. -Sal'sk-Moskva: Peredovye tekhnologii XXI veka, 2007. - 368 s.

6. Mishchenko M.V., Bokov M.M., Grishaev M.E. Aktivaciya tekhnologicheskih processov obrabotki materialov v apparatah s vrashchayushchimsya elektromagnitnym polem // Fundamental'nye issledovaniya. - 2015. - № 2-16. - S. 3508-3512. - URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37809 (data obrashcheniya: 12.04.2020).

7. Bezzubceva M.M. Theoretical researches of working process electromagnetically mechanoactivations of the product in the magnetoliquefied layer ferrotel // European Journal of Natural History. - 2017. - № 2. - S. 10-12.

8. Oborin P.A., Hripchenko S.YU. Generaciya techeniya zhidkogo metalla i perenos passivnoj primesi v pryamougol'noj polosti begushchim magnitnym polem // Vychislitel'naya mekhanika sploshnyh sred. - 2013. - №2. T. 6. - S. 207-213. DOI: 10.7242/1999-6691/2013.6.2.24

9. Bezzubceva M.M., Volkov V.S. K voprosu issledovaniya rezhimov raboty elektromagnitnyh smesitelej // Mezhdunarodnyj zhurnal eksperimental'nogo obrazovaniya. - 2015. - № 9. - S. 117-119.

10.Bezzubceva M.M., Volkov V.S. Mekhanoaktivatory agropromyshlennogo kompleksa. Analiz, innovacii, izobreteniya: monografiya. - SPb.: SPbGAU, 2014. - 176 s.

УДК 631.171:636 DOI 10.24411/2078-1318-2020-12134

Доктор техн. наук, проф. М.А. КЕРИМОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected])

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ КОРМОРАЗДАТЧИКОВ КАК МНОГОСВЯЗНЫХ

ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Эффективность молочного скотоводства, как известно, на 60% определяется кормлением [1, 11]. Технологический процесс кормления животных должен протекать в заданном режиме, т. е. в строгом соответствии с зоотехническими требованиями.

Широкое распространение в молочном скотоводстве получили многофункциональные кормораздатчики, осуществляющие раздачу кормов в виде сбалансированной по питательности кормосмеси. Объединяя такие функции, как измельчение стебельных кормов, смешивание различных компонентов и дозированную выдачу приготовленной смеси на кормовые столы, кормораздатчики обеспечивают значительное сокращение эксплуатационных затрат, своевременность и правильность кормления животных, а также снижают до минимума потери ресурсов [2].

Однако в реальных производственных условиях вероятность пребывания показателей функционирования кормораздатчика в поле технологического допуска не превышает 0,900,95. Причинами неэффективной работы кормораздатчиков как динамических систем являются неопределенность параметров внешней среды, влияющих на работу технологической машины, а также случайный (в вероятностно-статистическом смысле) характер изменений физико-механических свойств компонентов смеси, отклонение