CC BY
6
Л и т е р а т у р а
1. Патент 2138886 RUS. Способ определения саморазряда свинцового аккумулятора/ М.Д. Маслаков, В.В. Колосовский В.В. Опубл. 20.07.1998.
2. Skachkov Yu.V., Kolosovskij V.V., Belousov O.A. Ways of fuel cells voltage improvement //Электротехника
- 2003 - № 8 - С. 46-50.
3. Skachkov Yu.V., Kolosovskii V.V., Belousov O.A. Increasing fuel - cell voltage. Russian Electrical Engineering
- 2003-Т. 74. № 8 - С. 55-58.
4. Колосовский В.В., Жуланов В.П., Галкин С.В. и др. Определение саморазряда свинцово-кислотных аккумуляторов косвенным методом// Морской вестник. - 2008.- № 2. - С. 65.
УДК 621.318.38 Доктор техн. наук М.М. БЕЗЗУБЦЕВА
(СПбГАУ, [email protected]) Аспирант К.Н. ОБУХОВ
(СПбГАУ, [email protected])
МЕТОД РАСЧЕТА МАГНИТОПРОВОДА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕХАНОАКТИВАТОРОВ С ФОРСИРОВАННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
Электромагнитные механоактиваторы, форсированное охлаждение, схема замещения, насыщение магнитопровода, намагничивающая сила, магнитодвижущая сила, магнитный поток, магнитная индукция
Электромагнитные механоактиваторы (ЭММА) большой мощности нуждаются в форсированном охлаждении циркуляцией охлаждающего агента при помощи встроенного или имеющего независимый привод вентиляторов. Для тяжелых тепловых режимов работы предложена система принудительного охлаждения. В этой системе охлаждающий воздух продувается по специальным каналам в теле наружного корпуса и внутреннего цилиндра устройства. В каналы воздух нагнетается при помощи вентиляторов, имеющих независимый привод. Пропускаемый по каналам воздух обеспечивает достаточную эффективность охлаждения наполнителя рабочего объема и обмотки управления, обтекаемой током. В рассматриваемой схеме охлаждения применены две системы воздухопровода [1, 2, 3].
Последовательность расчета предлагаемой системы принудительного охлаждения сводится к составлению вентиляционной схемы и схемы замещения; определению расхода воздуха, необходимого для охлаждения; расчету аэродинамического сопротивления воздухопровода; построению характеристики Нв = р(@е) воздухопровода (И - напор; Qe - расход воздуха); расчету
напорного элемента и построение его характеристики Н Н = р(@е); определению действительного
расхода воздуха ЭММА и заключению о соответствии основных параметров рассчитанной системы охлаждения требованиям, поставленным в задании на проектирование [4, 5].
На рис. 1 (а, б). представлены схемы двух воздухопроводов, в которых необходимый напор охлаждаемого воздуха создается отдельными напорными элементами. Системы отличаются только протяженностью отдельных участков. Поэтому для них справедлива схема замещения, составленная аналогично схемам замещения для электрических цепей, вид которой представлен на рис. 1 (в). Система принудительного охлаждения А, имеющая каналы для охлаждающего воздуха в непосредственной близости от места выделения потерь скольжения, является более эффективной по сравнению с системой принудительного охлаждения Б, кроме того, она предпочтительнее системы Б , так как нижние каналы последней проходят под обмоткой управления в центральной части внутреннего цилиндра устройства, ферромагнитный материал которого может быть близок к насыщенному состоянию. По этой причине систему Б целесообразно выполнять лишь в случае крайней необходимости.
Рис. 1. Схемы воздухопроводов ЭММА:
а - схема воздухопровода А; б - схема воздухопровода Б; в - схема замещения
Выполнение в магнитопроводе в непосредственной близости от рабочего объема каналов для прохождения охлаждающего воздуха не вызовет существенного увеличения габаритных размеров устройства, так как те части магнитопровода, где расположены каналы, ненасыщенные в магнитном отношении [6].
В зонах расположения каналов появляются участки с переменными, изменяющимися по нелинейному закону площадями сечений. В данном случае необходимо проверять насыщение магнитопровода в узком сечении, образованном перемычками (рис. 2). Для этого надо располагать методами расчета намагничивающей силы (н.с.) для проведения по ним магнитного потока.
С целью упрощения конечного выражения для расчета магнитодвижущей силы (м.д.с.) таких участков магнитопровода и зависимости для определения индукции в узком сечении перемычек сделаем следующие допущения:
- считаем, что магнитный поток проходит только по стали перемычек между каналами;
- пренебрегаем изменением ширины перемычек с изменением диаметра элемента участка, учитывая лишь изменение ширины перемычек, обязанное сферической форме сечения каналов [4, 7, 8].
Последнее допущение позволяет схематически представить элемент магнитопровода с каналами так, как это показано на рис. 2.
Рис. 2. Участки магнитопровода ЭММА с вентиляционным и каналами
Индукция Вп в сечении п-п перемычки определяется по формуле:
Ф
Вп , (1)
п тl Ь
п
где Фх - магнитный поток, проходящий по рассчитываемому участку; т - число каналов или перемычек;
Ь - осевая длина рабочей поверхности внутреннего цилиндра устройства; 1п - расстояние между каналами. Преобразуем формулу (1), выразив 1п через основные геометрические параметры ЭММА и диаметр каналов ёк. Длина окружности /о, проходящей через центры каналов, определена выражением
10 = п(0 + 2Н0 + 2дк + ёк ),
где ёк - диаметр каналов, (ёк + 1п = —);
т
Но - ширина рабочего объема. Полагая достаточным (с точки зрения механической прочности) размещение каналов на
расстоянии дк от рабочего объема, получаем выражение для определения величины
I = ж(р + 2Н0 + 2дк ) + ёк (п — т)
п
т
С учетом изложенного выражение для определения индукции в сечении п-п имеет вид:
Ф
В =_ х__(2)
п [п(Б + 2Н0 + 2дк)+ ёк (п — т )]Ь
Величины Фх, Вп Ь, Но, дк, входящие в формулу (2), либо указываются в задании, либо
определяются на основании исходных данных с учетом опыта расчета и проектирования электромагнитных устройств. Тогда, задаваясь числом т или величиной диаметра каналов ёк, можно определить соответственно ёк или т, удовлетворяющих уравнению (2), для принятых величин Фх, Вп ,0, Ь, Но, дк . Формула (2) может также служить для проверки магнитного состояния в том случае,
если на основании вентиляционного расчета определены ёк и т.
М.д.с., приходящуюся на элемент длины перемычки, можно выразить следующим образом:
ёБ = Иё.
п £
Кривая намагничивания ферромагнитного материала может быть аппроксимирована гиперболической зависимостью между В и И.
Тогда
И = ёBz
2 1—рвх
и, следовательно,
ёБ = ёВ/ ё2. (3)
п 1 — в 1)
Согласно первому допущению магнитный поток постоянен по всей длине перемычки, что позволяет записать
B l L = BZ
max n Z
где Bmax - индукция в сечении n-n ;
Ч 4
dr +1 - 2
K n
1
dK 2
K - z
4
L,
d„ +1 - 2,
K n
K —2
z - ширина перемычки в сечении n-n.
Принимая во внимание, что
B
Bl
dK +l - 2 Kn
dK 2
K z
4
представим уравнение (3) в следующем виде:
dF„ --
la
n max
2
i
d
K
4
- z2 +1(1 -ßB )
n max
(5)
где коэффициенты а и в определяются по методу выбранных точек при помощи формул
а =
ß
= Н1Н 2 (В2 - В1 ) В в2 (Н2 - Н ), Н2 (В2 - В )__и
В2 (Н2 - Н1 ) В1 (Н2 - Н1 )
Произведем дальнейшее преобразование уравнения (5), записав, что
dz = cosq—q>;
а 1 о
У = — i B ;
^ п max
Следовательно,
z = 1 + 2-Ц1 -ßB ).
7 V ' max / d„
dF = Y eosç dy.
z - cos
После ряда преобразований получим выражение для подсчета м.д.с., необходимой для проведения магнитного потока через перемычку [5, 7]:
F
4YZ z +1
-arctgJ-- - Yn.
vz^r
z -1
(6)
Таким образом, предлагаемый метод позволяет получить расчетные данные для проектирования магнитопровода и построения магнитной системы механоактиваторов.
2
Л и т е р а т у р а
1. Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В., Обухов К.Н. Определение сил и моментов, действующих на
систему ферромагнитных размольных элементов цилиндрической формы в магнитоожиженном слое рабочего объема электромагнитных механоактиваторов // Фундаментальные исследования. - 2014. - №11 (ч. 3). - С. 504-508.
2. Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В., Обухов К.Н. Компьютерные технологии в научных исследованиях энергоэффективности потребительских энергосистем АПК // Современные наукоемкие технологии. - 2014. - №10. - С. 71-72.
3. Беззубцева М.М., Платашенков И.С., Волков В.С. Классификация электромагнитных измельчителей для
пищевого сельскохозяйственного сырья // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.-2008. -№10. -С.150-153.
4. Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н. Рекомендации по расчету тепловых режимов аппаратов, реализующих способ формирования силового взаимодействия в магнитоожиженном слое ферротел // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2014. - №8 (ч. 4). - С. 116-117.
5. Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н. Экспериментальные исследования теплового поля в аппаратах с магнитоожиженным слоем//Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. -2014.-№3 (ч. 1).-С.138-139.
6. Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н. Исследование тепловых режимов электромагнитных механоактиваторов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2013. - № 6. - С. 108.
7. Беззубцева М.М., Волков В.С. Рекомендации по проектированию электромагнитных механоактиваторов
// Международный журнал экспериментального образования. - 2014. - № 5. - С. 128-129.
8. Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н. Конструктивная модернизация аппаратов с магнитоожиженным слоем с целью повышения энергоэффективности // Современные наукоемкие технологии. - 2014. - № 6. - С. 68-69.
УДК 62-97 Канд. техн. наук Д.С. АГАПОВ
(СПбГАУ, [email protected])
УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ДЛЯ ЕГО ИНТЕГРАЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
Теплота, температура, интеграция тепловых процессов
Структурная оптимизация технических систем с целью повышения их термодинамического совершенства является важной и актуальной задачей функционирования современных производств различного назначения.
К настоящему времени существует ряд инструментов для интеграции тепловых процессов, организации регенерации теплоты и её утилизации [1-3]. Одним из наиболее эффективных, простых и надёжных является пинч-технология [3, 4-11].
В современных технических объектах различного назначения широко распространены процессы нагревания и охлаждения. Одни процессы являются необходимыми в силу принципа действия объекта, а другие возникают из-за конструктивных особенностей и не являются необходимыми. Как правило, это потери в окружающую среду.
Проблема эффективного использования энергоресурсов является актуальной задачей современных технологий во всех отраслях промышленности, в том числе и сельском хозяйстве. Разработка технических решений по экономии теплоты возможна на основе технологии интеграции тепловых процессов, получившей широкое распространение за рубежом [1-3].
В случае если подвод и отвод теплоты является необходимым условием функционирования объекта, возникает потребность привлекать внешние теплоисточники и теплоприёмники, так называемые тепловые утилиты, или просто утилиты.
При этом целесообразным является применение регенерации теплоты, когда отводимая от части объекта теплота подводится к другой его части, то есть теплота как бы циркулирует в цикле.
