Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СЕПАРАТОРОВ С БЕГУЩИМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Работа №101629

Тип работы

Авторефераты (РГБ)

Предмет

электроэнергетика

Объем работы23
Год сдачи2011
Стоимость250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
190
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение
Основное содержание работы
Заключение
Публикации

работы. Для решения ряда технологических задач в области вторичной цветной металлургии находит применение электродинамическая сепарация - метод разделения немагнитных материалов, использующий силовое взаимодействие магнитного поля индуктора с вихревыми токами, наведенными этим полем в проводящих предметах или частицах. Электродинамические сепараторы используются для извлечения металлов из различных сыпучих смесей; для сортировки лома и отходов цветных металлов по сортам и крупности при подготовке к металлургическому переделу; для обогащения алюминиевых шлаков и т.п. Во всех указанных случаях достигается комплексный эколого-экономический эффект, поскольку возвращаются в переработку вторичные металлы, появляются возможности утилизации неметаллических фракций отходов, улучшается качество выплавляемых металлов и сплавов, уменьшается вредное воздействие на окружающую среду металлургических процессов.
В мировой практике для решения указанных задач чаще всего используются электродинамические сепараторы с бегущим магнитным полем, в которых извлекаемые металлические предметы играют роль вторичного элемента (ВЭ) индукционной электрической машины. Наиболее близким аналогом такого сепаратора является линейный асинхронный двигатель с коротким ВЭ. В зависимости от решаемой технологической задачи для возбуждения бегущего магнитного поля используются трехфазные линейные индукторы, либо вращающиеся цилиндрические индукторы с постоянными магнитами или электромагнитами.
К сожалению, в нашей стране технологии и установки электродинамической сепарации не получили достаточного распространения, поскольку зарубежное оборудование дорого, а предлагаемые рядом отечественных производителей установки имеют узкие области применения и не всегда работоспособны. Востребованность рассматриваемых технологий делает актуальными исследования и разработку электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем. Такие разработки ведутся в Уральском государственном техническом университете - УПИ (ныне Уральском федеральном университете), Южно-Российском государственном техническом университете и ряде других организаций. В последние годы разработаны математические модели и методики расчета сепараторов, спроектированы и созданы первые промышленные установки электродинамической сепарации для обработки металлосодержащих отходов. Опыт разработки и эксплуатации электродинамических сепараторов показывает необходимость дальнейшего развития теории таких устройств и совершенствования их конструкций для повышения эффективности сепарации. В частности остаются трудности при сепарации мелких фракций металлов (с крупностью кусков менее 40 мм), а также материалов с малой удельной электропроводностью (например, алюминиевых шлаков). В данной работе предлагается решение указанных вопросов за счет совершенствования конструкций магнитной системы сепараторов с вращающимися индукторами, а также за счет рационального выбора конструкции и параметров механических частей установок, отличающихся, прежде всего, способом подачи сепарируемых материалов и отвода продуктов разделения. Основные исследования, результаты которых представлены в работе, выполнялась в рамках госбюджетной НИР «Разработка научных основ и моделирование энергосберегающих индукционных электротехнологических и электромеханических систем», а также по заказу ряда предприятий (НПФ «Металл-комплект», г. Каменск-Уральский; НПФ «Полимер-Про» (г. Москва), ОАО «Уралпрогресс» (г. Екатеринбург - Асбест) и др.
Область исследования можно определить как специальные электрические машины и электромеханические устройства технологического назначения.
Объектом исследования являются электродинамические сепараторы с бегущим магнитным полем на основе трехфазных линейных индукторов и вращающихся цилиндрических индукторов с постоянными магнитами (электро-магнитами).
Цель диссертационной работы: Создание энергоэффективных устройств электродинамической сепарации для сбора и обработки лома и отходов вторичных цветных металлов.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
1. Разработка и апробация математической модели электродинамических сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами при наличии дополнительных элементов магнитопровода.
2. Исследование влияния конструкции и размеров дополнительных элементов магнитопровода на характеристики магнитного поля в зоне сепарации и на показатели электродинамического сепаратора.
3. Разработка методик расчета электродинамических сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил.
4. Исследование влияния конструкции и параметров механической части устройств электродинамической сепарации на энергетические характеристики сепараторов.
5. Получение практических рекомендаций по разработке электродинамических сепараторов, предназначенных для обработки мелкой фракции металлосодержащих отходов и сепарации материалов с малой электропроводностью.
6. Создание опытных образцов электродинамических сепараторов, их экспериментальные исследования, включая апробацию конкретных технологических операций по заказам предприятий.
Методы исследования и достоверность результатов: В теоретической части диссертационной работы использовались методы теории электромагнитного поля и теории электрических машин . Математическая модель электродинамического сепаратора с вращающимся цилиндрическим индуктором построена на основе решения полевых задач в двухмерной постановке. Расчеты сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил базируются на решении уравнений движения и уравнений энергетического баланса извлекаемых проводящих тел. Основные результаты получены на основе вычислительных экспериментов с использованием возможностей математических пакетов П1сы1 и МаФсас! и физических экспериментов на опытных образцах сепараторов и индукторов, созданных в лаборатории. Достоверность математических моделей и результатов расчетов проверялась сравнением с экспериментальными данными.
Научная новизна:
1. С учетом особенностей электромагнитных процессов в электродинамических сепараторах на базе вращающихся цилиндрических индукторов с дополнительными элементами магнитопровода обоснован выбор их математической модели, основанной на решении полевых задач в двухмерной постановке.
2. Выявлены закономерности распределения магнитного поля в активной зоне рассматриваемых сепараторов при установке дополнительного обратного магнитопровода и магнитных шунтов. Показано, что при рабочих зазорах более 5 мм влияние высших гармоник поля на электромагнитное усилие извлечения не превышает 5-7%.
3. На основе решения уравнений движения и уравнений энергетического баланса для извлекаемых проводящих тел разработаны методики расчета сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил для различных типов индукторов и способов подачи сепарируемых материала.
4. Выявлены закономерности изменения требуемого удельного электромагнитного усилия при изменении параметров механической части сепаратора.
Практическая ценность:
1. Разработана методика электромагнитного расчета сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами и дополнительными элементами магнитопровода. Выполнена апробация методики путем сопоставления с данными экспериментов, показавшего хорошее качественное и количественное совпадение зависимостей (погрешности расчета электромагнитного усилия в широком диапазоне изменения параметров не превышают 15-20%)..
2. Для усиления магнитного поля в активной зоне сепараторов с вращающимися индукторами предложены конструкции, имеющие дополнительные элементы магнитопровода (обратный магнитопровод и (или) магнитные шунты). Показано, что их применение ведет к существенному (в несколько раз) увеличению электромагнитного усилия извлечения.
3. Теоретически и экспериментально показано влияние размеров дополни-тельных магнитопроводов и магнитных шунтов на характеристики сепараторов (прежде всего, на удельное электромагнитное усилие).
4. Выполнены исследования сепараторов с различными типами индукторов и способов подачи сепарируемых материалов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил. Показаны пути снижения требуемых удельных электромагнитных усилий и повышения эффективности сепараторов за счет выбора параметров механической части установок.
5. В результате исследований определены требования к электродинамическим сепараторам, предназначенным для обработки мелких фракций отходов и материалов с низкой электропроводностью. Показано, что наиболее эффективно применение сепараторов с вращающимися индукторами, создающими бегущее магнитное поле повышенной частоты (100 - 800 Гц).
6. Созданы опытные образцы электродинамических сепараторов с разными типами индукторов, на которых выполнены экспериментальные исследования и проведена апробация ряда технологий, в том числе по заданию предприятий.
Реализация работы: Основные рекомендации, полученные в работе воплощены в опытных установках электродинамической сепарации, созданных в лаборатории УГТУ-УПИ, и предоставлены заинтересованным предприятиям. В частности, результаты исследований установок для разделения лома медных сплавов по сортам переданы в НПФ «Металл-Комплект» (г. Каменск- Уральский). Предприятию «Полимер-Про» (г. Москва) переданы результаты расчетов и экспериментов на имеющихся в лаборатории установках, доказывающие возможность отделения частиц алюминиевой фольги от дробленых пластиковых отходов и предложения по созданию сепараторов. По заказу пред-приятия «Уралпрогресс» (г. Асбест) выполнены исследования по обогащению алюминиевых шлаков, определены параметры, требуемые для разработки сепараторов. Созданные установки и методики расчета используются также в учебном процессе кафедр «Электрические машины» и «Электротехника и электро-технологические системы» УГТУ-УПИ (УрФУ), прежде всего при выполнении УИРС и НИРС, в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и докладывались на научно-технических конференциях:
1. 12-я Международная НТК «Электромеханика, электротехнологии. электротехнические материалы и компоненты» (Украина, Алушта; 2008).
2. Международная НТК «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (Екатеринбург; 2007, 2011).
3. Международная НТК «Успехи современной электротехнологии» (Саратов, 2009).
4. Международная НТК «Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах» (Севастополь, Украина, 2010).
5. Международная НПК «Инновационная энергетика - 2010» (Новосибирск, 2010).
6. Всероссийская НТК «Актуальнее проблемы энерго- и ресурсосберегающих электротехнологий» (Екатеринбург; 2006, 2011).
7. Всероссийская НПК «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург; 2010).
8. Всероссийская НПК «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург; 2004, 2006, 2008).
9. Межвузовская НПК «Автоматизированные информационные и электроэнергетические системы» (Краснодар, 2010).
10. НПК «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» (Екатеринбург; 2003-2010).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 24 печатных работ, в том числе в изданиях рекомендованных ВАК - 5.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти основных разделов, заключения и содержит 129 страниц текста, включает 73 рисунка, 5 таблиц, список литературы из 89 наименований.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!


1. Выполнен патентно-библиографический обзор и показана актуальность разработки устройств электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле, применяемых на различных стадиях заготовки и производства вторичных цветных металлов. Обоснована необходимость совершенствования сепараторов с целью повышения их эффективности, в первую очередь, сепараторов, предназначенных для обработки мелких фракций лома цветных металлов (с размерами менее 40 мм) и для обработки материалов с низкой электропроводностью.
2. Проанализированы особенности электромагнитных процессов в электро-динамических сепараторах с вращающимися цилиндрическими индукторами и дополнительными элементами магнитной системы (обратный магнитопровод и (или) магнитные шунты) и обоснован выбор их расчетной модели. Разработана методика электромагнитного расчета таких сепараторов, сочетающая численные методы расчета магнитных полей сложной конфигурации (пакет Б1сн1) и расчет электромагнитных усилий по аналитическим выражениям, полученным при решении более простой задачи в двухмерной постановке. При этом исходной величиной для расчета электромагнитного усилия является амплитуда индукции магнитного поля в месте расположения проводящей пластины, определяемая при расчете поля.
3. Выполнена проверка достоверности рассчитываемых характеристик сепаратора на основании сравнения с экспериментальными данными ряда лабораторных установок, показавшая, что в широком диапазоне изменения параметров погрешности расчетов электромагнитных усилий не превышают 15-20%.
4. Показаны возможности усиления магнитного поля в активной зоне сепараторов за счет установки дополнительных элементов магнитной цепи (обратного магнитопровода и (или) магнитных шунтов), приводящего к увеличению электромагнитного усилия извлечения в несколько раз. Проанализированы искажения магнитного поля при наличии дополнительных элементов магнитной цепи, показано, что для исследованных сепараторов при расстояниях от поверхности индуктора более 5 мм, характерном для работы реальных устройств, возмущение усилия от действия высших гармоник не превышает 5-7%. Дана оценка влияния размеров дополнительного магнитопровода и магнитных шунтов на характеристики сепараторов.
5. Показано, что применение дополнительных элементов магнитопровода позволяет использовать при сепарации меньшие рабочие частоты магнитного поля. Отмечено, что при малых размерах проводящих тел (Ь< 40 мм) и низкой электропроводности экстремумы зависимостей Ат(/) достигаются при частотах выше 400 Гц.
6. Обоснована необходимость системного подхода к расчету электродинамических сепараторов как сложного электромеханического устройства с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил. Показано изменение характера механических сил сопротивления при изменении способов подачи и отвода сепарируемых материалов. Предлагается проектирование сепараторов выполнять на основе взаимосвязанных электро-магнитного расчета и расчета процессов массопереноса, в простых случаях сводимого к решению уравнений движения извлекаемых проводящих тел.
7. На основе решения уравнений движения и уравнений энергетического баланса для извлекаемых проводящих тел разработаны методики расчета сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил для различных типов индукторов и способов подачи сепарируемых материала. Выявлены закономерности изменения требуемого удельного электромагнитного усилия при изменении параметров механической части сепаратора. Показаны пути снижения удельных электромагнитных усилий для сепараторов, предназначенных для обработки мелких фракций и материалов с низкой электропроводностью.
8. При непосредственном участии автора созданы опытные образцы
электродинамических сепараторов с различными типами индукторов, на которых выполнен большой объем экспериментальных исследований и проведена апробация ряда технологий, в том числе по заданию предприятий - заказчиков.
Основная часть исследований выполнялась в интересах заинтересованных предприятий для оценки возможностей реализации ряда технологических операций (сортировка медьсодержащих сплавов, извлечение металла из отходов, обогащение алюминиевых шлаков). Результаты исследований и предложения по созданию промышленных образцов сепараторов переданы на предприятия: НПФ «Металл-комплект», г. Каменск-Уральский; НПФ «Полимер-Про», г. Москва; ОАО «Уралпрогресс», г. Асбест.
Кроме того, созданные установки и методики расчета используются в учебном процессе кафедр «Электрические машины» и «Электротехника и электротехнологические системы» УГТУ-УПИ, прежде всего при выполнении УИРС и НИРС, в курсовом и дипломном проектировании.



1. Повышение энергетической эффективности установок электродинамической сепарации / Р.О. Казанцев, Н.Е. Маркин, А.Ю. Коняев и др. // Проблемы и достижения в промышленной энергетике: Труды 3-й научно-практической конференции. - Екатеринбург, 2003, с. 119-121.
2. Создание опытных установок электродинамической сепарации для обработки твердых металлосодержащих отходов / А.Ю. Коняев, Н.Е. Маркин, К.В. Кузнецов и др. // Экологические проблемы промышленных регионов: Сборник материалов Всероссийской НПК. - Екатеринбург: УРО РАН, 2004, с. 319-320.
3. Коняев А.Ю., Кузнецов К.В., Маркин Н.Е. Оценка целесообразности и эффективности электродинамической сепарации твердых бытовых отходов / Энергосберегающие техника и технологии: Сборник докладов 7-й научно-технической конференции. - Екатеринбург, 2004, с. 44-47.
4. Моделирование индуктора электродинамического сепаратора методом конечных элементов с целью оптимизации магнитной системы / К.В. Кузнецов,
A. Ю. Коняев, Н.М. Маркин и др. // Проблемы и достижения в промышленной энергетике: Сборник докладов 4-й научно-практической конференции. - Екатеринбург, 2004, с. 75-78.
5. О расчете электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / И.А. Коняев, К.В. Кузнецов, Н.Е. Маркин, А.Ю. Коняев // Электротехнические комплексы и системы: Межвуз. научн. сб. - Уфа: УГАТУ, 2005, с. 82¬87.
6. Схемы сепарации твердых отходов с универсальными сепараторами металлов / И.А. Коняев, И.В. Кистанов, Н.Е. Маркин, А.Ю. Коняев // Экологические проблемы промышленных регионов: Труды Всероссийской НПК. Екатеринбург, 2006, с. 91-92.
7. Совмещение функций - путь повышения энергоэффективности электро-динамической сепарации / А.Ю. Коняев, Н.Е. Маркин, С.В. Соболев и др. // Энергетика региона, 2006, № 9, с. 27-29.
8. Сепарация металлов из твердых отходов / И.А. Коняев, Н.Е. Маркин,
B. Н. Удинцев, А.Ю. Коняев / Экология и промышленность России, 2006, № 12, с. 8-11.
9. Оценка характеристик электромагнитного сепаратора для сортировки стружки / И.В. Горев, С.В. Копцев, Н.Е. Маркин и др. // Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: Труды Третьей Международной научно-технической конференции. - Екатеринбург, 2007, с. 231-234.
10. Оценка нормальных электромагнитных сил в устройствах электродинамической сепарации / Р.О. Казанцев, А.Ю. Коняев, Н.Е. Маркин, В.Н. Удинцев // Труды 7-й научно-практической конференции «Проблемы и достижения в промышленной энергетике». Екатеринбург: ЗАО «Уральские выставки- 2000», 2007, с. 90-93.
11. Особенности расчета электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / И.А.Коняев, Н.Е.Маркин, С.Л.Назаров, А.Ю.Коняев // Электричество, 2007, № 10, с. 68-72.
12. Коняев А.Ю., Маркин Н.Е. Особенности процессов разделения металлосодержащих отходов при использовании универсальных сепараторов металлов / Экологические проблемы промышленных регионов: Материалы VIII МНТК. - Екатеринбург, 2008, с. 133.
13. Индукционные электрические машины для электродинамической сепарации / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, Н.Е. Маркин, В.Н. Удинцев // Труды XII Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электро-технические материалы и компоненты». - Украина, Алушта, 2008, с. 108-109.
14. Оценка эффективности и областей применения электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, Н.Е. Маркин и др. // Промышленная энергетика, 2009, № 6, с. 16 - 20.
15. Коняев А.Ю., Коняев И.А., Маркин Н.Е. Электродинамическая сепарация в технологиях подготовки лома и отходов цветных металлов // Труды Международной НТК «Успехи современной электротехнологии». - Саратов, 2009, с. 106-109.
16. Оценка характеристик линейных индукционных машин при ограничении размеров вторичного элемента / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, Н.Е. Маркин, С.Л. Назаров // Электричество, 2010, № 4, с. 32-36.
17. Разработка электродинамических сепараторов на базе роторов серийных электрических машин / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, Н.Е. Маркин, С.Л. Назаров // Промышленная энергетика, 2010, № 5, с. 47-51.
18. Характеристики электродинамических сепараторов на базе линейных асинхронных двигателей / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, А.Б. Исангулова, Н.Е. Маркин // Автоматизированные информационные и электроэнергетические системы: материалы 1 Межвузовской научно-практической конференции. - Краснодар, КубГТУ, 2010, с. 29-32.
19. Коняев А.Ю., Маркин Н.Е., Назаров С.Л. Электродинамические сепараторы в технологиях переработки лома и отходов цветной металлургии / Инновационная энергетика 2010: материалы второй научно-практической конференции с международным участием. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010, с. 239-242.
20. Исангулова А.Б., Маркин Н.Е., Коняев А.Ю. К расчету электродинамических сепараторов на основе линейных асинхронных двигателей / Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Екатеринбург: УрФУ, 2010, с. 85-87.
21. Электромеханические устройства в технологиях переработки лома и отходов цветной металлургии / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, Н.Е. Маркин. // Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах: материалы Международной научно¬технической конференции. - Севастополь: СГТУ, 2010, с. 66-67
22. Совершенствование магнитной системы электродинамических сепараторов с вращающимся индуктором / И.А.Коняев, Н.Е.Маркин, А.Ю. Коняев // Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: сб. трудов IV Международной научно-технической конференции. Екатеринбург: УрФУ, 2011, с. 353-357.
23. Багин Д.Н., Коняев А.Ю., Маркин Н.Е. О эффективности электро-динамической сепарации в технологиях вторичной цветной металлургии // Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий: сб. научн. трудов. - Екатеринбург: УрФУ, 2011, с. 193-196.
24. Коняев А.Ю., Маркин Н.Е. Расчет электродинамических сепараторов шкивного типа с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил // Там же, с. 197-202.


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2024 Cервис помощи студентам в выполнении работ