к.т.н. Антонов С.Н.

ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет

Моделирование магнитной системы двухкатушечного аппарата магнитной обработки вещества в программном комплексе ElCut

Аппарат магнитной обработки вещества (рисунок 1) содержит: две половины магнитного корпуса 1 и 2, между ними для герметизации магнитного каркаса катушки 3 и намагничивающих катушек 4 и 5 от влаги предусмотрена резиновая прокладка 6. Магнитный каркас катушки 3 имеет тонкие стенки 7, 8 и утолщения 9 и 10, выполненные в виде тороидальных колец; а также магнитопровод 11, который отделяет катушки 4 и 5 друг от друга. Для защиты от влаги магнитный каркас катушки 3 отделен от половинок магнитного корпуса 1 и 2 при помощи резиновых прокладок 12, 13.

Рисунок 1 – Устройство двухкатушечного

аппарата магнитной обработки воды

Аппарат магнитной обработки воды (рисунок 2) работает следующим образом. При подаче постоянного или переменного тока на намагничивающие катушки 4, 5 образуются магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, силовые линии которых замыкаются следующим образом: для магнитного потока Ф₁: половинка магнитного корпуса 1 – магнитопровод 11 – магнитный каркас катушки 3; для магнитного потока Ф₂: половинка магнитного корпуса 2 – магнитопровод 11 – магнитный каркас катушки 3.

Рисунок 2 – Принцип работы двухкатушечного аппарата магнитной обработки воды

Тонкие стенки 7, 8 представляют значительное магнитное сопротивление для магнитных потоков Ф₁ и Ф₂. В результате поток Ф₁ разделяется на потоки: Ф_1.1 – паразитный магнитный поток, замыкающийся по тонкой стенке 7, поток Ф_1.2 – паразитный магнитный поток в объеме намагничивающей катушки 4, поток Ф_1.3 – полезный магнитный поток, выпучивающийся в сторону обрабатываемого вещества. Поток Ф₂ разделяется на потоки: Ф_2.1 – паразитный магнитный поток, замыкающийся по тонкой стенке 8, поток Ф_1.2 – паразитный магнитный поток в объеме намагничивающей катушки 5, поток Ф_1.3 – полезный магнитный поток, выпучивающийся в сторону обрабатываемого вещества.

Движущееся с произвольной скоростью вещество многократно пересекает силовые линии магнитных потоков Ф_1.3 и Ф_2.3 и подвергается физическому воздействию.

Степень воздействия зависит от напряженности магнитного поля, создаваемого намагничивающими катушками 4, 5, осевого размера тонких стенок 7, 8. Кроме того, в соответствии с законом Кирхгофа для магнитных цепей в магнитопроводе 11 магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ могут иметь встречное или одинаковое направление, тем самым они усиливают или ослабляют магнитные потоки Ф_1.3 и Ф_2.3, тем самым изменяя степень физического воздействия на обрабатываемое вещество.

По сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями предлагаемый аппарат магнитной обработки вещества имеет ряд преимуществ:

– за счет разделения намагничивающих катушек значительно усилен рабочий магнитный поток, что позволяет уменьшить значение приложенного напряжения и повысить эффективность магнитной обработки вещества;

– внесение тонких стенок и утолщений в виде тороидальных колец уменьшает стоимость и трудоемкость изготовления аппарата магнитной обработки вещества;

– универсальность аппарата магнитной обработки вещества достигается возможностью регулирования напряженности магнитного поля путем изменения тока в катушках.

Для оптимизации магнитной системы двухкатушечного аппарата магнитной обработки вещества будем использовать два фактора (рисунок 3):

Первый – α угол скоса полюса (Х1).

Второй – β длина тонкой стенки (Х2).

Рисунок 3 – Форма полюсов магнитной системы: α – угол скоса полюсов;

β – длина тонкой шунтирующей стенки

Комбинации условий двухфакторного эксперимента представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Комбинации условий двухфакторного эксперимента

№ п/п	Х1	Х2
1	+	+
2	+	–
3	–	+
4	–	–

Далее необходимо провести описание поверхности отклика, то есть определение коэффициентов уравнения регрессии методом крутого восхождения [1]. Суть метода состоит в следующем. Фиксируем фактор Х2 и начинаем движение от угла 10⁰ до 90⁰ с шагом 10⁰. Фиксируем фактор Х1, изменяя длину тонкой стенки от 0 до 80 мм с шагом 10 мм для одной катушки. Параллельно будем изменять длину тонкой стенки 0 до 80 мм с шагом 10 мм и для второй катушки, таким образом, общая длина тонкой вставки будет в два раза больше.

В результате получается матрица исследований, представленная в таблице 2

Таблица 2 – Матрица проведения исследований

для двухкатушечного аппарата

α βх2	10	20	30	40	50	60	70	80	90
0
10
20
30
40
50
60
70
80

Исходя, из полученной матрицы следует, что необходимо произвести расчет восьмидесяти одной конструкции магнитной системы.

Для систематизации расчетов применим следующую структуру условного обозначения аппаратов магнитной обработки воды (рисунок 4).

Рисунок 4 – Структура условного обозначения аппаратов магнитной обработки воды

Расчет будем проводить, используя программный комплекс ELCUT [2].

Результатом расчета магнитной системы АМОВ является картина магнитного поля (рисунок 5).

Рисунок 5 – Картина распределения силовых магнитных линий

АМОВ – 50.2.10.50.5.1

Результат расчета аппаратов с различной геометрией магнитной системы показал что:

– при разделении намагничивающей катушки на две части с общим магнитопроводом в зоне обработки появляется два магнитных потока одинаковых по значению и противоположных по направлению;

– увеличивается длина зоны обработки воды;

– в два раза увеличивается значение конструкционного модуля.

Литература

1. Маневич Ш.С. Простейшие статистические методы анализа результатов наблюдений и планирования экспериментов. – Казань, 1970. – 106 с.

2. Антонов С.Н. Проектирование магнитных систем электротехнических устройств: учебное пособие / С.Н. Антонов, Д.Е. Кофанов; СтГАУ. – Ставрополь: АГРУС, 2011. – 240с.