авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Ферровихревой аппарат для обеззараживания жидкого свиного навоза

На правах рукописи

Адошев Андрей Иванович ФЕРРОВИХРЕВОЙ АППАРАТ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЖИДКОГО СВИНОГО НАВОЗА Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ставрополь - 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ставропольский государственный аграрный университет» (ФГОУ ВПО СтГАУ)

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Ивашина Александр Валентинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Воронин Сергей Михайлович кандидат технических наук, доцент Жданов Валерий Георгиевич

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Электроавтоматика», г. Ставрополь

Защита состоится «» 2011 г. в часов на заседании диссерта ционного совета ДМ 220.001.01 при Федеральном государственном образо вательном учреждении высшего профессионального образования «Азово Черноморская государственная агроинженерная академия» (ФГОУ ВПО АЧГАА) по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина, (ауд. 201, корпус 5).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО АЧГАА.

Автореферат разослан «» 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Н.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы состоит в том, что про изводство свиноводческой продукции на промышленной основе, сопровож дающееся эксплуатацией свиноводческих ферм, вызывает серьезные пробле мы, связанные с накоплением и использованием больших объемов жидкого навоза.

Технология переработки и последующей утилизации навоза в значи тельной мере определяется способом его уборки из свиноводческих помеще ний. При наиболее распространенном на фермах гидросмыве навоза проис ходит значительное разбавление его водой и превращение в малоконцентри рованные навозные стоки, объем которых в пять и более раз превышает количество исходного навоза и, соответственно, затраты на его обработку.

При этом существенно увеличиваются также сроки выживания в нем возбу дителей инфекционных болезней и яиц гельминтов в таких количествах, что становится необходимым постоянное обеззараживание всего получаемого на ферме навоза независимо от ветеринарного благополучия хозяйства. Тради ционные способы хранения и использования подстилочного навоза оказыва ются неприемлемыми для жидкого навоза, получаемого на свинофермах, не только по экономическим, но и по санитарно-гигиеническим соображениям в связи с угрозой загрязнения окружающей среды и распространения инфекций среди людей и животных.

Важным для практики является выбор наиболее эффективного метода обеззараживания навоза и наиболее простого устройства его осуществления.

В связи с этим необходимо создание установок, позволяющих проводить обеззараживание жидкого навоза в необходимых количествах.

Есть основание полагать, что наиболее перспективным методом обез зараживания жидкого свиного навоза является воздействие вихревым слоем ферромагнитных частиц.

Целью данной работы является обоснование параметров ферровихре вого аппарата, обеспечивающего эффективное обеззараживание жидкого свиного навоза в вихревом слое ферромагнитных частиц.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- теоретически обосновать конструкцию и экспериментально проверить параметры ферровихревого аппарата для обеззараживания жидкого свиного навоза;

- установить зависимость между основными факторами, воздействую щими на процесс обеззараживания жидкого свиного навоза, и результатом обеззараживания;

- исследовать влияние вихревого слоя ферромагнитных частиц на жид кий свиной навоз и обосновать применение вихревого слоя ферромагнитных частиц для обеззараживания жидкого свиного навоза;

- провести экономическую оценку применения ферровихревого аппара та для обеззараживания жидкого свиного навоза.

Объектом исследований является процесс обеззараживания жидкого свиного навоза в ферровихревом аппарате.

Предметом исследований является зависимость числа колоний общей микробной обсемененности жидкого свиного навоза от параметров и режи мов работы ферровихревого аппарата.

Методы исследований базируются на элементах теории проектирова ния электрических машин аксиальной и радиальной конструкции, методах регрессионного анализа с применением современного программного обеспе чения и компьютерной техники. При экспериментальных исследованиях ис пользованы микробиологические методы по выживаемости санитарно показательных (индикаторных) микроорганизмов, инструкции по лаборатор ному контролю очистных сооружений на животноводческих комплексах.

Эксперименты проводились на разработанном стенде для исследования элек тромагнитных характеристик ферровихревого аппарата.

Научную новизну результатов исследований представляют:

- уточненная методика расчета параметров аксиального ферровихрево го аппарата для обеззараживания жидкого свиного навоза;

- установленные зависимости количества колоний микроорганизмов, оставшихся в навозе после обеззараживания в ферровихревом аппарате, от массы, конфигурации и размеров ферромагнитных частиц;





- научно обоснованные параметры ферровихревого аппарата аксиаль ного исполнения с применением вихревого слоя ферромагнитных частиц.

Практическую значимость имеют:

- разработанный ферровихревой аппарат для обеззараживания жидкого свиного навоза (патент, полезная модель), обеспечивающий равномерное магнитное поле в рабочей зоне и повышенную магнитную индукцию;

- полученные регрессионные модели результата обеззараживания при изменении массы ферромагнитных частиц в рабочей зоне ферровихревого аппарата (во время работы аппарата), диаметра ферромагнитных частиц и ко эффициента отношения длины ферромагнитной частицы к ее диаметру, поз воляющие проводить инженерные расчеты параметров аппарата.

На защиту выносится:

- зависимость числа колоний микроорганизмов в жидком свином наво зе после обеззараживания его в ферровихревом аппарате от массы, конфигу рации и размеров ферромагнитных частиц;

- параметры и конструкция ферровихревого аппарата аксиального ис полнения с применением вихревого слоя ферромагнитных частиц, для обез зараживания жидкого свиного навоза;

- методика обоснования основных электромагнитных параметров фер ровихревого аппарата для обеззараживания жидкого свиного навоза;

- уравнение регрессии результата обеззараживания, при изменении массы ферромагнитных частиц в рабочей зоне ферровихревого аппарата (во время работы аппарата), диаметра ферромагнитных частиц и коэффициента отношения длины ферромагнитной частицы к ее диаметру.

Реализация результатов работы. Ферровихревой аппарат для обезза раживания жидкого свиного навоза внедрен в СПК «колхоз «Терновский»» Труновского района Ставропольского края для обеззараживания жидкого навоза на свинофермах хозяйства.

Уточненная методика расчета параметров ферровихревого аппарата применяется в учебном процессе кафедры ЭиЭЭО ФГОУ ВПО СтГАУ при изучении дисциплины «Электрические машины», ферровихревой аппарат применяется в учебном процессе кафедры ПЭЭСХ ФГОУ ВПО СтГАУ при изучении дисциплины «Электротехнология».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО СтГАУ (2005…2010 г.г.), Российской научно-практической конференции «Физико-технические про блемы создания новых экологически чистых технологий в агропромышлен ном комплексе» СтГАУ (2005 г.). По результатам исследований опубликова но 11 статей, в том числе 2 в журналах ВАК, получен 1 патент РФ на изобре тение и 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает: введение, пять глав, общие выводы, список литературы и приложения. Работа изложена на 190 страницах, включая 50 рисунков, 8 таблиц, библиографический список из 134 наименований и 32 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, цель, задачи и методы ис следований. Сформулированы научная и рабочая гипотезы диссертационного исследования, краткое содержание работы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, а также основные научные положения, выносимые на защиту. Приведены сведения о внедрении результатов иссле дований, апробации, публикациях, структуре и объеме работы.

В первой главе «Переработка жидкого свиного навоза» рассмотрены биологические, химические и физические методы обеззараживания жидкого свиного навоза (или его отдельных фракций).

Есть основание полагать, что наиболее перспективным направлением является обработка жидкого навоза магнитным полем, которая дает высокий технико-экономический эффект, так как отпадает необходимость в реагент ном хозяйстве, сокращается объём осадка и облегчается эксплуатация очист ных сооружений. Причина положительных эффектов объясняется изменени ем структуры воды и взвеси под действием магнитного поля.

Добавление ферромагнитных частиц, примесей или использование реа гентов, обладающих ферромагнитными свойствами, значительно улучшает результаты обработки жидкого навоза в магнитном поле. Ферромагнитные частицы по своей природе отличаются от примесей, находящихся жидком навозе свиноводческих предприятий. Воздействие магнитного поля на них вызывает дополнительные изменения в водных системах, связанных в первую очередь с созданием однородного поля внутри электромагнитного устройства.



Если ферромагнитные частицы поместить в реакционную камеру, по мещенную в устройство, создающее в рабочей зоне этой камеры вращающее ся электромагнитное поле, то они приходят в сложное движение, создавая вихревой слой.

Реакционная камера аппаратов вихревого слоя (рисунок 1) представ ляет собой трубу из немагнитного ма териала 1, установленную в расточке индуктора цилиндрической формы 2, помешенного в корпус 3. При помощи индуктора 2 в рабочей камере генери руется вращающееся электромагнит ное поле. Рабочими телами являются ферромагнитные частицы 5, вращаю Рисунок 1 - Обобщенная щиеся под воздействием поля в рабо конструкция аппаратов вихревого чей зоне сменной вставки из немаг слоя нитного материала 4.

Существующие цилиндрические аппараты (аппараты вихревого слоя, аппараты и установки активации процессов) позволяют интенсифицировать целый ряд технологических процессов за счет комплексного воздействия на обрабатываемые вещества интенсивного перемешивания и диспергирования, акустической и электромагнитной обработки, трения, высоких локальных давлений, электролиза.

Недостатками аппаратов вихревого слоя, а также аппаратов и устройств, созданных на их основе для обеззараживания жидкого навоза, яв ляются: низкие энергетические показатели из-за большого немагнитного за зора по диаметру индуктора;

электромагнитное поле в рабочей зоне нерав номерно - индукция внутри рабочей зоны у ее стенок значительно больше, чем вдоль центральной оси, что ухудшает качество обеззараживания навоза и способствует потерям энергии;

концентрация ферромагнитных частиц, а, следовательно, и качество обеззараживания навоза по радиусу рабочей зоны неоднородны - максимум у ее стенок и минимум вдоль ее оси, что требует применения нескольких аппаратов, для обеззараживания навоза в потоке;

ин тенсивный износ ферромагнитных частиц и внутренней поверхности рабочей зоны.

В связи с этим возникла необходимость создания аппарата, позволяю щего устранить указанные недостатки, при равной производительности и сниженных массе, габаритах и стоимости устройства.

Во второй главе «Теоретическое исследование ферровихревого аппа рата» проведено обоснование конструкции создаваемого ферровихревого ап парата, дано описание устройства и принципа его работы, обоснованы глав ные размеры, параметры обмотки, зубцовой зоны индуктора и магнитной цепи аппарата.

Обычно применяемые шихтованные сердечники аппаратов вихревого слоя в ряде случаев имеют сниженные магнитные свойства (повышены удельные потери, снижена магнитная индукция) в сравнении с исходными свойствами электротехнической стали, поэтому часто их эксплуатационные характеристики не соответствуют расчетным. При принятой механизиро ванной укладке обмоток в цилиндрических аппаратах достигнута высокая степень улучшения коэффициента заполнения паза проводом, когда даль нейшее улучшение практически невозможно. Кроме того, для последующе го повышения нагревостойкости изоляции требуется применение специ альных дорогостоящих мероприятий. С учетом перечисленных проблем возникает необходимость повышения технического уровня электрических аппаратов.

Более рациональным в этом случае представляется использование ап паратов с аксиальной формой активной части.

В предлагаемой конструкции ферровихревого аппарата (рисунок 2), присутствуют конструктивные элементы, наличие которых отвечает основ ным требованиям реализации возможностей вихревого слоя. К таким элемен там, в первую очередь, относятся: электромагнитная система (индуктор) - в нашем случае для создания вращающегося электромагнитного поля исполь зуется индуктор аксиального, а не цилиндрического (аппараты вихревого слоя, установки активации процессов) исполнения;

ферромагнитные части цы, приводимые во вращение магнитным полем;

магнитное поле замыкается через аксиальный магнитопровод;

рабочая зона, ограниченная внутренней поверхностью крышки реакционной камеры и защитным кожухом аксиаль ного магнитопровода из немагнитного материала.

Ферровихревой аппарат работает следующим образом.

После подачи напряжения на обмотку в ней возникает переменный ток, создающий переменный магнитный поток, который проходит в аксиальном направлении от магнитопровода индуктора через рабочую зону рабочей ка меры и замыкается по расположенному аксиально магнитопроводу. После этого магнитный поток возвращается через рабочую зону и замыкается по магнитопроводу индуктора. В рабочей зоне возникает вращающееся элек тромагнитное поле, увлекающее за собой ферромагнитные частицы.

Исходный жидкий навоз (рисунок 3, а) из подводящего патрубка рабо чей камеры попадает во внутреннюю часть «А» рабочей зоны рабочей каме ры, условно ограниченную внутренним диаметром магнитопровода индукто ра. В этой части плотность вихревого слоя ферромагнитных частиц незначи тельна, так как они попадают сюда после столкновения с другими частицами и с рабочими поверхностями рабочей камеры. Под напором вновь посту пающего исходного навоза обрабатываемый навоз поступает на участок «Б» рабочей зоны рабочей камеры, условно ограниченный внешним и внутрен ним диаметрами магнитопровода индуктора.

Рисунок 2 - Ферровихревой аппарат:

1 - корпус;

2, 3 - патрубки для подвода и отвода охлаждающей среды;

4 - крышки корпуса;

5 - патрубки корпуса;

6 - реакционная камера;

7 - цилиндрический корпус реакционной камеры;

8, 9 - крышки реакционной камеры;

10, 11 - подводящий и отводящий патрубки реакционной камеры;

12 - рабочая зона;

13 - ферромагнитные частицы;

14 - аксиальный магнито провод;

15 - кожух аксиального магнитопровода;

16 - система креплений;

17 - магнитопровод индуктора;

18 - обмотка В шихтованном магнитопроводе индуктора принимаемой конструкции каждый слой магнитного материала разделен слоем изоляции. В этом случае каждый слой магнитопровода можно условно рассматривать как элементар ный участок полюса, создающий поток со своими силовыми линиями.

Путь, который проходит каждая силовая линия магнитного поля от магнитопровода индуктора к расположенному аксиально магнитопроводу и обратно (рисунок 3, б) на участке «Б» рабочей зоны рабочей камеры, являет ся равно-ограниченным и значительно меньше пути, преодолеваемого сило выми линиями в аппаратах цилиндрического исполнения. Следовательно, электромагнитное поле, создаваемое этими линиями, является более одно родным, а значение магнитной индукции и плотность вихревого слоя (во время работы аппарата) максимальны.

В объеме участка «Б» происходит основная обработка навоза.

Рисунок 3 - Принципиальная схема работы ферровихревого аппарата Ферромагнитные частицы в вихревом слое стремятся к образованию отдельных элементарных слоев (рисунок 3, б), расположенных на расстоянии друг от друга вдоль силовых линий магнитного поля. Проскок частиц из слоя в слой возможен за счет их столкновений и под напором поступающего об рабатываемого жидкого навоза. Так как электромагнитное поле на участке «Б» рабочей зоны рабочей камеры является однородным, то ферромагнитные частицы не притягиваются к рабочим поверхностям рабочей камеры, а рав номерно распределяются по всему объему участка вдоль силовых линий маг нитного поля, что исключает проскок исходного навоза необработанным, при непрерывном ведении технологического процесса. Разрушение поверхностей крышки рабочей камеры и кожуха аксиального магнитопровода происходит, в основном, не за счет удара, а за счет трения о них слоя частиц, так как ам плитуда и сила удара в таких условиях минимальны.

Однородное электромагнитное поле в вихревом слое участка «Б» поз воляет удерживать основную массу ферромагнитных частиц и препятствует их проскоку на участок «В» (рисунок 3, а), условно ограниченный внешним диаметром магнитопровода индуктора и внутренней поверхностью цилин дрического корпуса рабочей камеры.

После участка «В» обработанный навоз (рисунок 3, а), обтекая поверх ность кожуха аксиального магнитопровода, через отводящий патрубок рабо чей камеры подается для дальнейшего использования.

Площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром цилиндри ческого корпуса рабочей камеры и наружным диаметром кожуха аксиального магнитопровода не меньше площади сечения подводящего патрубка рабочей камеры, благодаря чему не происходит потери напора обрабатываемого жид кого навоза в рабочей камере, препятствуя, при этом, выносу ферромагнит ных частиц потоком обработанного навоза.

Улучшение энергетических показателей аксиального ферровихревого аппарата по сравнению с аппаратами цилиндрического исполнения происхо дит благодаря уменьшению немагнитного зазора между магнитопроводом индуктора и аксиальным магнитопроводом, что приводит к уменьшению магнитодвижущей силы магнитной цепи и намагничивающего тока ферро вихревого аппарата, благодаря чему возрастает его cos и уменьшаются по тери в обмотке магнитопровода индуктора.

Далее приведена последовательность расчета параметров индуктора исходной модели ферровихревого аппарата [6, 7] с использованием методи ки, применяемой для аксиальных асинхронных электродвигателей средней и малой мощности (воздушный зазор () равен 0,5…1 мм) со ссылками на ме тоды проектирования аппаратов цилиндрического исполнения.

Расчет аппаратов начинают с определения главных размеров: среднего диаметра индуктора Dср и активной длины зазора l (рисунок 4). Размеры Dср и l связаны с мощностью, угловой скоростью и электромагнитными нагрузка ми выражением машинной постоянной:

2P Dср l, (1) k b k o 1 AB где Dср - средний диаметр активной поверхности;

l - активная длина;

Р' - расчетная мощность;

А - ли нейная нагрузка на среднем диа метре;

В. - магнитная индукция в зазоре;

1 - угловая скорость;

, kb и kо1 - коэффициенты уплощения, Рисунок 4 - Схема активной формы кривой поля и обмоточный. части аксиального аппарата В начальный период расчета аппарата все величины, входящие в (1), кроме угловой скорости вращения, неизвестны. Поэтому расчет проводят, за даваясь на основании имеющихся рекомендаций значениями электромагнит ных нагрузок (А и В), коэффициентов (, kb и kоб), и приближенно опреде ляют расчетную мощность Р'. Остаются два неизвестных (Dср и l), однознач ное определение которых без дополнительных условий невозможно.

Поскольку свойства аксиальных аппаратов в значительной степени зависят от отношения внешнего и внутреннего диаметров активных по верхности, геометрический параметр а, равный Dвш/Dвт, целесообразно принять в качестве основной координаты, необходимой для определения главных размеров: среднего диаметра индуктора Dср и активной длины зазора l.

В аксиальном аппарате средний диаметр и активную длину можно выразить через значения диаметров (Dвш и Dвт) (рисунок 4):

Dср 0,5( Dвш Dвт );

(2) l 0,5( Dвш - Dвт ).

Размер Dвт определяется минимально допустимым, исходя из воз можности размещения внутренней лобовой части индуктора и подводящего патрубка рабочей камеры:

Dвт 2 Dн.п.п, (3) где Dн.п.п - наружный диаметр подводящего патрубка рабочей камеры.

Изменение температурного поля магнитопровода незначительно при изменении отношения диаметров активной части в следующих пределах:

1,5 a 3. (4) Поэтому размер внешнего диаметра магнитопровода индуктора не должен выходить за пределы диапазона:

Dвш ( 3...6 )D н.п.п. (5) В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследо ваний по определению эффективности обеззараживания жидкого свиного навоза в вихревом слое ферромагнитных частиц» приведены результаты обеззараживания по представленной методике, получено уравнение регрес сии второго порядка, показывающее общую микробную обсемененность жидкого свиного навоза, прошедшего обработку в ферровихревом аппарате в зависимости от массы ферромагнитных частиц в рабочей зоне ферровихрево го аппарата (m) и отношения длины ферромагнитных частиц к их диаметру ().

Уравнение регрессии второго порядка, показывающее общую обсеме ненность жидкого свиного навоза, прошедшего обработку в ферровихревом аппарате, в зависимости от массы ферромагнитных частиц в рабочей зоне ферровихревого аппарата (m), диметра этих частиц (d) и отношения длины частиц к их диаметру () было получено после проведения трехфакторного эксперимента по определению эффективности обеззараживания жидкого свиного навоза в вихревом слое ферромагнитных частиц.

Качество обеззараживания определялась путем посева образца, про шедшего обработку в вихревом слое ферромагнитных частиц, на питатель ную среду и выражалось в количестве колоний микроорганизмов, находя щихся в навозе после обработки в ферровихревом аппарате (рисунок 5).

а) б) в) Рисунок 5 - Колонии микроорганизмов, выросшие на питательном агаре:

а - до обработки;

б, в - после обработки в ферровихревом аппарате В результате проведения опытов были получены экспериментальные данные, представленные в таблице 1.

Таблица 1 - Количество колоний микроорганизмов, выросших на питатель ном агаре после обработки свиного навоза в ферровихревом аппарате Значение факторов Количество Значение факторов Количество Номер Номер выживших выживших опыта опыта m, г = l/d d, мм m, г = l/d d, мм колоний колоний 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 70 10 1,2 39 15 110 12,5 1,6 2 70 10 1,4 45 16 110 15 1,2 3 70 10 1,6 52 17 110 15 1,4 4 70 12,5 1,2 35 18 110 15 1,6 5 70 12,5 1,4 40 19 150 10 1,2 6 70 12,5 1,6 46 20 150 10 1,4 7 70 15 1,2 47 21 150 10 1,6 8 70 15 1,4 53 22 150 12,5 1,2 9 70 15 1,6 61 23 150 12,5 1,4 10 110 10 1,2 18 24 150 12,5 1,6 11 110 10 1,4 20 25 150 15 1,2 12 110 10 1,6 23 26 150 15 1,4 13 110 12,5 1,2 15 27 150 15 1,6 14 110 12,5 1,4 Применение прикладной программы для ЭВМ «STATISTICA» при об работке экспериментальных данных позволило получить уравнение регрес сии второго порядка:

Y 295,9005 2,2375 m 23,8778 0,0033 m (6) 0,0091 m 2 1,0222 2.

Анализ уравнения показал, что коэффициенты диаметра проявили себя незначимыми для большинства опытов. В связи с этим диаметр ферромаг нитной частицы можно исключить из числа факторов, так как его величина не оказывает существенного влияния на результат обеззараживания.

В четвертой главе «Экспериментальные исследования ферровихрево го аппарата и анализ результатов» представлены результаты исследования электромагнитных характеристик ферровихревого аппарата и необходимые условия для правильного выбора рабочего зазора аппарата.

Ферровихревой аппарат с параметрами магнитопровода индуктора и аксиального магнитопровода, рассчитанными по предложенной методике, при величине рабочего зазора (), равной 40 мм, имеет значение магнитной индукции в рабочем зазоре (В) ниже рекомендованного (0,15…0,2 Тл). Вели чина намагничивающего тока (I) превышает номинальный ток (Iн) в 5…6 раз.

Это свидетельствует о том, что его габариты взяты меньшими, чем следова ло, так как не учтена возможность размещения на внутреннем диаметре под водящих патрубков реакционной камеры.

Структурная схема экспериментального стенда (рисунок 6) включает в себя следующие основные элементы: исследуемый ферровихревой аппарат, измерительные цепи, плату аналого-цифрового преобразователя, сопряжен ную с ЭВМ, статическую (величина рабочего зазора) и динамическую (масса ферромагнитных частиц в рабочей зоне) нагрузки.

Рисунок 6 - Структурная схема экспериментального стенда В ходе эксперимента при помощи прикладных программ для ЭВМ бы ли сняты осциллограммы токов в обмотках индуктора магнитопровода фер ровихревого аппарата (рисунок 2) в зависимости от величины рабочего зазо ра (m = 0, рисунок 7) и от массы ферромагнитных частиц в рабочей зоне m ( = 40 мм, рисунок 8).

Анализ осциллограмм токов показал, что амплитуда пускового тока не значительна и превышает амплитуду номинального тока не более чем на 36% как при изменении величины зазора, так и при изменении массы частиц в ра бочей зоне. Форма токов свидетельствуют о том, что гармоники высших по рядков проявляются лишь при пуске и длительность их проявления не пре вышает 10 периодов (рисунки 7, 8, а). В рабочем режиме гармоники высших порядков не проявляются (рисунки 7, 8, б).

Ферровихревой аппарат представляет собой трехфазную симметрич ную нагрузку (токи по фазам равны). Поэтому, подключение его к симмет ричной сети не ухудшает показатели качества электроэнергии.

б) а) Рисунок 7- Осциллограммы токов в обмотках ферровихревого аппарата в зависимости от величины рабочего зазора (m = 0, = 40 мм):

а - режим пуска;

б - рабочий режим б) а) Рисунок 8 - Осциллограммы токов в обмотках ферровихревого аппарата в зависимости от массы ферромагнитных частиц в рабочей зоне ( = 40 мм, m = 150 г): а - режим пуска;

б - рабочий режим Важным условием эффективности работы ферровихревого слоя, а, сле довательно, и ферровихревого аппарата является однородность магнитного поля на участке «Б» рабочей зоны (рисунок 3, а). Одним из основных пара метров магнитного поля ферровихревого аппарата является величина маг нитной индукции на холостом ходу, т.е. при условии отсутствия ферромаг нитных частиц.

В ходе эксперимента миллитес ламетром были измерены средневы прямленные значения магнитной ин дукции на участке «Б» рабочей зоны аппарата, при отсутствии в ней ферро магнитных частиц.

Значения магнитной индукции измеряли в контрольных точках у по верхностей индуктора магнитопровода и аксиального магнитопровода, поша гово увеличивая расстояние между Рисунок 9 - Схема расположения ними (рисунок 9). контрольных точек После измерения усредненные значения В занесли в таблицу 2.

Таблица 2 - Значение В в контрольных точках при различных значениях Магнитная индукция в контрольных точках Среднее, значение мм А Б В Е Ж З И К 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 300 295 325 510 505 440 420 435 403, 6 255 250 275 430 427,5 370 355 367,5 341, 9 220 217,5 240 372,5 370 320 307,5 320 295, 12 190 190 210 325 320 277,5 267,5 280 257, 15 175 172,5 190 295 290 252,5 245 255 234, 18 160 157,5 175 270 265 230 225 232,5 214, 21 147,5 145 160 247,5 245 212,5 207,5 215 197, Продолжение таблицы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 24 137,5 135 150 230 227,5 197,5 192,5 200 183, 27 130 127,5 140 215 212,5 185 180 187,5 172, 30 122,5 120 132,5 202,5 200 175 170 177,5 162, 33 117,5 115 127,5 192,5 190 167,5 162,5 170 155, 36 112,5 110 122,5 185 182,5 162,5 157,5 165 149, 39 110 107,5 120 180 177,5 157,5 155 160 145, 42 107,5 105 117,5 177,5 175 155 152,5 157,5 143, 45 105 102,5 115 175 172,5 152,5 150 155 140, 48 102,5 100 112,5 172,5 170 150 147,5 147,5 137, На основании эксперименталь но полученных значений магнитной индукции на участке «Б» рабочей зо ны аппарата, были построены кри вые, ограничивающие область зави симости величины коэффициента индукции в зазоре (kВ) от величины зазора (рисунок 10). Условием по строения явилось то, что для расчета параметров индуктора исходной мо- Рисунок 10 - Область значений дели ферровихревого аппарата было коэффициента индукции в зазоре в принято значение В = 1 Тл при ве- зависимости от величины рабочего личине зазора = 1 мм. зазора Опыт осуществления технологических процессов в аппаратах вихрево го слоя позволил определить целесообразный интервал индукции от 0,1 до 0,2 Тл. Поэтому величиной, определяющей эффективность работы феррових ревого аппарата, является требуемое (фактическое) значение магнитной ин дукции в зазоре - В.факт.

Величина рабочего зазора в ферровихревом аппарате значительно больше зазоров в стандартных электрических машинах как цилиндрического, так и аксиального исполнений. Поэтому в расчетах ферровихревых аппаратов следует использовать величину В.расч:

В.факт В. расч, (7) kВ где В.факт - требуемое фактическое значение индукции в зазоре;

kВ - ко эффициент индукции в зазоре, зависящий от величины зазора (выби рается из области, ограниченной кривыми (рисунок 10), построенны ми на основе экспериментов) При определении зазора необходимо учитывать, что он должен обеспе чивать непрерывное ведение технологического процесса, исключая возмож ность застоя обрабатываемого материала в рабочей зоне.

Для того чтобы скорость движения навоза в патрубке реакционной ка меры оставалась неизменной, при попадании его в рабочую зону реакцион ной камеры, необходимо выбирать величину рабочего зазора соблюдая усло вие:

rп / 2. (8) Для того чтобы расход жидкого навоза в патрубке реакционной камеры оставался неизменным, при попадании его в рабочую зону реакционной ка меры, необходимо выбирать величину рабочего зазора соблюдая условие:

0,5 rп ( 1 / 2 ), (9) где 1 и 2, соответственно, скорость потока навоза в патрубке реакционной камеры и на входе в рабочую зону реакционной камеры Чрезмерное уменьшение зазора связано с уменьшением объема рабочей зоны реакционной камеры и, как следствие, с уменьшением массы ферромаг нитных частиц в последней, так как Ккр (критический коэффициент - отноше ние объема ферромагнитных частиц в рабочей зоне к объему рабочей зоны, при котором частицы прекращают движение) не может быть превышен. При заниженном значении снижается производительность аппарата и возникает необходимость в применении ферромагнитных частиц с малыми диапазонами значений их длины (l).

Чрезмерное увеличение связано с увеличением объема рабочей зоны реакционной камеры и, как следствие, с увеличением массы ферромагнитных частиц в ней. Но, при этом, чрезмерное увеличение зазора связано со сниже нием значения магнитной индукции в рабочем зазоре (В) - одного из основ ных параметров магнитного поля ферровихревого аппарата. Для поддержа ние рекомендованного значения В, при увеличении, требуется увеличение главных размеров (среднего диаметра и активной длины рабочего зазора (Dср и l)), что влечет за собой рост массогабаритных показателей аппарата.

В связи с вышесказанным, полагаем, что существует диапазон значений, в котором величина магнитной индукции, масса ферромагнитных частиц и, соответственно, качество обработки исходного жидкого навоза, при принятой производительности аппарата, будут оптимальными. Принимаем величину ра бочего зазора равной ( 0,45...0,55) l. (10) В пятой главе «Расчет основных экономических показателей» опреде лена экономическая эффективность разработанного ферровихревого аппара та. В качестве аналога выбран аппарат УАП, разработанный ООО НПФ ЭКОЛЭНД-2000 (г. Ростов-на-Дону) и имеющий близкие к ФВА производ ственные характеристики.

Технико-экономические расчеты показали, что обеззараживание жид кого свиного навоза ферровихревым аппаратом разработанной конструкции, является экономически более целесообразным по сравнению с установкой активации процессов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ На основании результатов проведенных теоретических и эксперимен тальных исследований сделаны следующие выводы:

1. Электромагнитное поле, создаваемое силовыми линиями, в аппара тах аксиального исполнения является более однородным, чем в аппаратах цилиндрического исполнения. При аксиальном исполнении значение маг нитной индукции и плотность вихревого слоя ферромагнитных частиц (в ра бочей зоне во время работы аппарата), влияющие на качество обеззаражива ния навоза, повышены (Ккр = 0,19, при Ккр = 0,12 у аппаратов цилиндриче ского исполнения).

2. На качество обеззараживания (число колоний микроорганизмов, оставшихся в жидком свином навозе после обработки в вихревом слое фер ромагнитных частиц) оказывают влияние масса ферромагнитных частиц в рабочей зоне ферровихревого аппарата (m) и отношение длины ферромаг нитной частицы к ее диаметру (). Величина диаметра (d) ферромагнитных частиц влияет на качество обеззараживания незначительно.

3. В расчетах ферровихревых аппаратов следует использовать величи ну расчетной магнитной индукции в рабочем зазоре (В.расч), равную отно шению фактической (требуемой) индукции в зазоре (В.факт) к коэффициенту индукции в зазоре (kВ).

4. Ферровихревой аппарат оказывает минимальное негативное воздей ствие на питающую сеть. Амплитуда пускового тока незначительна и пре вышает амплитуду номинального тока не более чем на 36% как при измене нии величины зазора, так и при изменении массы частиц в рабочей зоне.

Гармоники высших порядков проявляются лишь при пуске, и длительность их проявления не превышает 10 периодов. В рабочем режиме гармоники высших порядков не проявляются.

5. Полученное уравнение регрессии результатов обеззараживания жид кого свиного навоза в вихревом слое ферромагнитных частиц ферровихрево го аппарата позволило определить оптимальные значения массы ферромаг нитных частиц (m = 115…140 г) и отношения длины ферромагнитной части цы к ее диаметру ( = 10,5…13), обеспечивающие наиболее эффективную обработку.

6. Предложенная и обоснованная методика расчета параметров ферро вихревого аппарата с аксиальной формой активной части показывает, что ве личина рабочего зазора () определяется производительностью аппарата (Qa), подачей фекального насоса (Qн), массой ферромагнитных частиц (m) в рабо чей зоне и находится в пределах (0,45…0,55)•l.

7. Эффективность предлагаемого ферровихревого аппарата определя ется снижением энергоемкости процесса обеззараживания и подготовки жидкого свиного навоза к использованию в качестве органического удобре ния. Экономический эффект выражается экономией годовых эксплуатацион ных издержек (139200 руб.) и снижением затрат на 1 тону навоза (8,8 руб.).

Чистый дисконтированный доход составляет 303100 руб., срок окупаемости менее 1 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

- в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Адошев, А.И. Ферровихревой аппарат для обработки жидкого навоза / А.И. Адошев // Сельский механизатор №6, 2007. - С. 32 - 33.

2. Адошев, А.И. Опыт моделирования магнитных систем с исполь зованием систем автоматического проектирования / С.Н. Антонов, И.К. Ша рипов, В.Н.Шемякин, А.И. Адошев // Достижения науки и техники АПК, №10, 2010. - С. 84 - 87.

- авторские свидетельства, патенты, информационные карты:

3. Пол. модель 66222 РФ, МПК B01F13/08, A01C3/00. Аксиальный ферровихревой аппарат для обработки жидкого навоза и сточных вод / А.И.

Адошев, В.В. Коваленко, Е.Н. Бушуев (РФ). - 2007112032/22;

заявл.

04.02.2007;

опубл. 09.10.2007.

4. Пат. 2323040 РФ, МПК B01 F13/08. Ферровихревой аппарат / А.И. Адошев, В.В. Коваленко (РФ). 2006146452/15;

заявл. 25.12.2006;

опубл. 27.04.2008 Бюл. № 12.

- в сборниках научных трудов и научно-практических журналах:

5. Адошев, А.И. Выбор метода обеззараживания отходов животно водства / А.И. Адошев и др. // Физико-технические проблемы создания но вых технологий в агропромышленном комплексе: сборник материалов III Российск. научн.-практ. конф. Т. 2. - Ставрополь: АГРУС, 2005. - С. 45 - 48.

6. Адошев, А.И. Расчет магнитного поля переменных токов с по мощью программы ELCUT / А.И. Адошев, С.Н. Антонов // Методы и техни ческие средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяйстве: сб. науч. тр. - Ставрополь: АГРУС, 2005. - С. 100 - 104.

7. Адошев, А.И. Способ обработки отходов животноводства / А.И.

Адошев // Методы и технические средства повышения эффективности при менения электроэнергии в сельском хозяйстве: сб. науч. тр. - Ставрополь:

АГРУС, 2005. - С. 133 - 136.

8. Адошев, А.И. Ферровихревой аппарат для обеззараживания жид кого навоза / А.И. Адошев, В.В. Коваленко // Методы и технические средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяй стве: сб. науч. тр. - Ставрополь: АГРУС, 2006. - С. 114 - 117.

9. Адошев, А.И. Выбор конструкции индуктора ферровихревого ап парата / А.И. Адошев // Методы и технические средства повышения эффек тивности использования электрооборудования в промышленности и сель ском хозяйстве: сб. науч. тр. - Ставрополь, 2009. - С. 72 - 77.

10. Адошев, А.И. Расчет конструктивных параметров индуктора ферровихревого аппарата / А.И. Адошев // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промыш ленности и сельском хозяйстве: сб. науч. тр. - Ставрополь, 2009. - С. 77 - 85.

11. Адошев, А.И. Применение аксиального ферровихревого аппарата для гомогенизации жидкого навоза / А.И. Адошев, С.Н. Антонов // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрообо рудования в промышленности и сельском хозяйстве: сб. науч. тр. - Ставро поль, 2009. - С. 85 - 92.

12. Адошев, А.И. Оптимальные весообъёмные и стоимостные соот ношения в силовых тороидальных трансформаторах повышенных частот / А.В. Ивашина, А.И. Адошев // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве: сб. науч. тр. - Ставрополь, 2010. - С. 3 - 8.

13. Адошев, А.И. Особенности расчета индуктора ферровихревого аппарата/ А.И. Адошев, А.В. Ивашина // Методы и технические средства по вышения эффективности использования электрооборудования в промышлен ности и сельском хозяйстве: сб. науч. тр. - Ставрополь, 2010. - С. 8 - 13.



 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.