CC BY
28
частицы.
Вопрос о применимости формулы (3), полученной для ферровключений-шаров, к фер-ровключениям неправильной формы заслуживает особого внимания.
В качестве исследуемых ферровключений неправильной формы выбраны болт и гайка, их эквивалентные диаметры составляли соответственно 7,7 мм и 7,2 мм. Выбор именно таких ферротел не случаен: подобные ферровключения нередко встречаются в составе уловленных магнитным сепаратором феррочастиц - как элементов и фрагментов крепежа после проведения ремонтных работ оборудования.
Результаты измерений магнитной силы притяжения таких ферротел, как болт и гайка, в пороговой зоне показали, что в наиболее интересующей нас пороговой (высокоградиентной) зоне зависимости В от х, сохраняясь традиционно сходными с соответствующими зависимостями для шаров, тем не менее, располагаются выше модельных зависимостей, отличаясь от них примерно одинаковым коэффициентом кф = 1,1-1,2.
Следовательно, для феррочастиц несферической формы вполне применима полученная формула (3), но с учетом поправочного коэффициента-множителя кф = 1,15:
. й3 „ й3 рп = А—2 = 23,3"—2 (4)
Ь ■ х Ь ■ х
>
которая может использоваться для решения прямых и обратных задач магнитной сепарации.
Работа выполнена при поддержке Гранта Президента Российской Федерации для молодых ученых - кандидатов наук и их научных руководителей (МК-115.2007.08).
Выводы
Получено базовое выражение для определения силы притяжения феррочастиц-шаров различных диаметров в пороговой зоне с точностью до размерного параметра. Получено базовое выражение для определения силы захвата феррочастиц несферической формы.
Характер силового фактора между противостоящими магнитами сепаратора с плоскими стержнями
Ершова В. А., д.т.н., проф. Нюнин Б.Н., к.т.н., доц. Сандуляк А.А.,
д.т.н.. проф. Сандуляк А.В., Пугачева М.Н.
МГТУ «МАМИ»
На основании измерений магнитной индукции в модульном блоке, состоящем из двух противостоящих магнитов, показано, что, во-первых, индукция поля достигает своего минимального значения посредине зазора блока, и, во-вторых, с уменьшением величины самого зазора общий уровень поля повышается. На основании найденных соответствующих зависимостей градиента индукции и силового фактора показано, что их хвостовые участки (порядка 23-27% от величины зазора) сходят на нет, а значения индукции на этих хвостовых участках становятся почти автомодельными, что свидетельствует о наличии провальной зоны между противостоящими магнитами модуля. В результате анализа ферропримесей рабочих сред, как опасного фактора энергообъектов, найдена зависимость для оценки финансового эквивалента снижения риска для энергетических объектов.
В работах [1, 2] с использованием модульного блока, т.е. двух противостоящих (в опытах - параллельно смещаемых относительно друг друга) магнитов проведена оценка характера изменения этой индукции В между ними по мере перемещения измерительного датчика (Холла) вдоль нормального к поверхностям магнитов направления х. При этом были получены экстремальные характеристики В (с минимумом посредине зазора и максимумом на поверхности магнитов), а для случая взаимного сближения противостоящих магнитных элементов отмечены их некоторое сглаживание и рост общего уровня В (за счет суперпозиции полей этих элементов).
Однако индукция В (или напряженность Н = В/ц0ц, где ц0 = 4п-10"7 Гн/м - магнитная
проницаемость вакуума, а ц = 1 - относительная магнитная проницаемость среды-зазора) является лишь одним из параметров, от величины которого зависит сила магнитного захвата феррочастицы, проходящей между противостоящими магнитными элементами.
Вторым, не менее важным, зависимым и по сути - производным от В (или Н) - параметром является неоднородность поля в той или иной точке рабочего зазора; в количественном представлении - это ёВ/ёх = §гаёВ или ёИ/ёх = §гаёН .
Об этом свидетельствует, например, выражение для магнитной силы захвата, действующей, в частности, даже на «точечную» (не вносящую возмущение в поле) феррочастицу с магнитной восприимчивостью х и объемом н:
Р = №оХ~н' И ■ §?аёИ =%■ н ■ В ■ ^аёВ / /и0 (1)
Из этого выражения видно, что с точки зрения силового воздействия на феррочастицу оба из обсуждаемых здесь параметров - и Н (или В), и §гаёН (или §гаёВ) - принципиально важны. А наиболее объективным параметром является их произведение: Н-§гаёН или Б-§гаёВ, зачастую называемое магнитным силовым фактором.
В значимости же фактора неоднородности поля как одного из сомножителей более общего силового фактора трудно усомниться. Так, в случае, если §гаёЫ^0 (при создании однородного поля), то величина Н^гаёН^-О, а значит Р^-0, даже при гиперзначениях Н. То же касается и параметров §гаёВ и Б-§гаёВ: если §гаёВ^0, то Б-§гаёВ ^0 и, как следствие, Р^О, каким бы высоким ни было значение Б.
Игнорирование этого полеградиентного принципа может привести к невысокой результативности работы не только сепаратора с низкой, но и высокой интенсивностью поля.
Таким образом, применительно к сепараторам рассматриваемого типа весьма важным является вопрос, стоит ли стремиться к увеличению Н или В, сближая магнитные элементы и выравнивая тем самым кривую Н или В от х (делая поле в зазоре более однородным), или, наоборот, стремиться к большим перепадам Н или В.
С целью получения детальной информации о характере поля между противостоящими магнитами (составляющими модульный блок сепаратора с «плоскими магнитными стержнями») были продолжены начатые ранее опыты [1, 2] по измерению магнитной индукции В в искусственно создаваемых зазорах величиной от Ь = 13 мм до Ь = 33 мм между магнитами конечных размеров. Для проведения опытов применялись широко используемые при создании магнитных сепараторов высокоэнергетичные магниты Кё-Бе-Б диаметром 25 мм и толщиной 10мм (рис. 1). При этом датчик для измерения В (датчик Холла) перемещался внутри зазора от поверхности одного из магнитных элементов вдоль «осевой» линии между магнитными элементами (рис. 1): почти от х = 0 до х = Ь.
Результаты измерений индукции В (в пределах полузазора - вплоть до середины зазора, когда х = Ь/2) приведены на рис. 1 а (при х > Ь/2 характер изменения В оставался таким же, но зеркально симметричным).
Из полученных результатов следуют, прежде всего, два очевидных и уже отмечаемых ранее [1] обстоятельства.
Первое: по мере удаления х от поверхности одного из магнитов индукция поля В убывает, достигая своего минимального значения, естественно, посредине зазора.
Второе: с уменьшением величины самого зазора Ь несколько повышается общий уровень поля в зазоре за счет усиливающейся суперпозиции полей противостоящих магнитных элементов. Одновременно несколько сглаживается перепад между максимальным (у поверхности магнита) и минимальным (в центре зазора) значениями индукции. По сути, происходит некоторое «выравнивание» поля, уменьшение степени его неоднородности (в идеале, при достаточно малом зазоре и сравнительно большой площади полюсов это поле было бы однородным и весьма интенсивным).
Последнее обстоятельство, как это вытекает из сделанного выше анализа, не лучшим образом сказывается на значениях градиента индукции §гаёБ и силового фактора Б-§гаёБ.
Такая качественная оценка подтверждается соответствующими количественными данными: на основании тех же первичных (заметим - нелинейных) зависимостей Б от х
(рис. 1 а). При этом можно даже не прибегать к, казалось бы, вынужденному их графическому дифференцированию - для нахождения и последующего анализа, крайне необходимых здесь зависимостей ёБ/ёх от х.
Оказывается, что для проведения исчерпывающего анализа вполне достаточно нелинейные зависимости В от х (рис. 1 а) представить в полулогарифмических координатах (рис. 1 б). В этих координатах значительная часть каждой из зависимостей В от х хорошо линеаризуется, подчиняясь тем самым экспоненциальному закону:
Б = 0,4 ехр(-а • х) = 0,4 ехр(-0,004Ь • х) (2)
причем фигурирующий здесь индивидуальный коэффициент а (по сути характеризующий величину «наклона» зависимостей В от х на рис. 1 б) имеет линейную связь с таким геометрическим параметром модуля, как расстояние между поверхностями магнитов Ь (рис. 2), а именно а = 0,004Ь.
Рис. 1. Характер изменения (в пределах полузазора) магнитной индукции в обычных (а) и логарифмических (б) координатах - по мере удаления от центра поверхности одного из двух противостоящих магнитных элементов:
1 - Ъ = 13 мм, 2-6=18 мм, 3 - Ъ = 23 мм, 4 - Ъ = 29 мм, 5 - Ъ = 33 мм.
а, мм
0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0
о
10
20
30
Ь, мм
Рис. 2. Зависимость параметра а, входящего в формулу (2), от величины зазора между поверхностями магнитов (с использованием данных рис. 1 б).
Итак, в связи с нахождением ключевой функциональной зависимости (2) доступными становятся и другие интересующие нас зависимости: ёБ
Б
ёх ёБ
ёх
= \^аёБ\ = 1,6 • 10 ~ 3Ь • ехр(-0,004Ь • х) Б • \&-аёБ\ = 0,64 • 10-3Ь • ехр(-0,005Ь • х)
(3)
(4)
Эти зависимости (отметим, что здесь, как и в предшествующей зависимости, параметры Ь и х - в мм) приведены на рис. 3. Видно, что «выравнивание» поля, вызываемое взаим-
ным сближением противостоящих магнитов, хотя и сопровождается общим ростом индукции В (рис. 1), тем не менее приводит к уменьшению градиента gradB и силового фактора B•gradB поля (рис. 3). Так, по сравнению с рис. 1, на рис. 3 соответственно при х < 7-9 мм и х < 5 мм порядок расположения родственных кривых изменился даже на обратный.
0,016 0,012 0,008 0,004
4
\
/
2 3 \
10 12 14 х,мм
Рис. 3. Характер изменения (в пределах полузазора) градиента (а) и силового фактора (б) магнитного поля по мере удаления от центра поверхности одного из двух противостоящих магнитных элементов: 1 - Ь = 13 мм, 2 - Ь = 18 мм, 3 - Ь = 23 мм, 4 - Ь = 29 мм, 5 - Ь = 33 мм.
Таким образом, при взаимном сближении магнитных элементов, вследствие «выравнивания» поля, условия для захвата частиц (во всяком случае - «точечных», т.е. почти не искажающих воздействующее на них магнитное поле), внутри рабочей зоны ухудшаются.
Еще одной примечательной особенностью представленных на рис. 1 б зависимостей является следующее. Их хвостовые участки (порядка 23-27% от длины каждой из них (а их длина соответствует величине «своего» полузазора), будучи предэкстремальными участками зависимостей В от х, не подчиняются полученной связи (2): значения В становятся на этих хвостовых участках почти автомодельными, весьма слабо зависящими от х. Это значит, что градиент индукции, а стало быть, и силовой фактор, сходят здесь на нет (рис. 3). Следовательно, эта центральная часть зазора между противостоящими магнитами, по сути, является провальной. Ее необходимо либо дополнительно перекрывать, либо располагать под углом к направлению потока очищаемой среды (с тем, чтобы избежать «туннельного» проскока фер-рочастиц, снижающего эффективность работы очистного устройства).
Многочисленные примеры из энергетики и других отраслей промышленности дают основание заключить, что ферропримеси рабочих сред можно квалифицировать как опасный фактор энергообъектов.
Произведен анализ цепочки причин и следствий, приводящих к опасному температурному состоянию парогенерирующих труб котлоагрегата (вплоть до их разрывов). С учетом временных зависимостей роста массы железоокисных отложений на парогенерирующих трубах котлоагрегатов и сверхнормативного прироста температуры металла труб, угрожающе влияющей на прочность труб, получено выражение для отношения межремонтных периодов эксплуатации парогенератора:
1
(1 -¥)
0,83
(5)
2
т.е. периодов до (т^ и после (т2 =Т1+Аг >Т1) принятия рископонижающих мер, в частности применения магнитного очистного устройства с эффективностью работы у.
Значения т2/т1 и Ат/т1, а, следовательно, и величина финансового эквивалента снижения риска АЯ (в течение годового ресурса времени тгод), устанавливаемая в соответствии с найденным выражением:
AR =
[- U2O -^)0'83
■Notp (6)
Ti
существенно возрастают при повышенных значениях у, где: U и U2 - ущерб (в основном, связанный с ремонтом) до и после принятия рископонижающих мер.
При этом финансовый эквивалент снижения риска для множества энергообъектов Лотр оказывается на 1,5-3 порядка выше самих затрат, что стимулирует разработку и применение именно высокоэффективных очистных аппаратов, из которых действительно более предпочтительными являются магнитные, поскольку ферропримеси обладают ферромагнитными свойствами.
Работа выполнена при поддержке Гранта Президента Российской Федерации для молодых ученых - кандидатов наук и их научных руководителей (МК-115.2007.08).
Выводы
Изучен характер дистанционных зависимостей индукции, ее градиента и силового фактора между противостоящими магнитными элементами сепаратора с плоскими активными стержнями. Найденные функциональные частные и обобщающие зависимости позволили обнаружить автомодельные (провальные) участки силового фактора.
Литература
1. Сандуляк А.В., Сандуляк А. А., Ершова В. А. Жалюзийно-магнитный сепаратор для очистки газодисперсных смесей. - Экология и промышленность России, 2006, с.26-29.
2. Сандуляк А.В., Сандуляк А.А., Нюнин Б.Н. Магнитная очистка сырья для производства пластмассовых изделий. - Тара и упаковка, 2004, №4, с.50-51.
Исследование кинематики процесса радиального выдавливания с «бегущим»
очагом деформации
д.т.н., проф. Калпин Ю.Г., к.т.н., доц. Петров П.А., Петров М.А.
МГТУ «МАМИ»
Изделия типа «стержень с утолщением» могут быть получены обработкой давлением в равной степени как в условиях, соответствующих холодной деформации, так и в условиях полугорячей либо горячей деформации. Использование поперечного выдавливания в технологии штамповки позволяет снизить энергозатраты и устранить возможность разрушения в зоне перехода от утолщения (фланца) к стержневой части изделия. Эффективность технологических процессов поперечного и комбинированного выдавливания обеспечивается, прежде всего, за счет значительного сокращения расхода металла и повышения КИМ (в 1,5—2,5 раза) и снижения трудоемкости последующей механической обработки резанием. Однако, помимо совершенствования технологии набора утолщения, остается актуальным вопрос о способе увеличения деформируемой части стержневой заготовки, а, следовательно, и увеличения конечного соотношения L/D. В статье приводятся результаты экспериментальных исследований процесса радиального выдавливания с «бегущим» очагом деформации изделия типа «стержень с утолщением». Показана принципиальная возможность получения изделий типа «стержень с утолщением» за счет комбинирования в одном инструменте двух технологических схем: высадку и поперечное (радиальное) выдавливание. Выполненные исследования позволили получить количественную оценку изменения высоты утолщения в зависимости от соотношения длины высаживаемой части изделия к ее диаметру, а также в зависимости от композиции используемой технологической смазки. Полученные данные могут быть
