Комплексное экспериментальное исследование выталкивающей силы и энергопотребления электромагнитного магнитожидкостного сепаратора
В.А. Филиппов, В.Е. Шоронов
Вестник ИГЭУ, 2026 г. выпуск 2, сс. 75—81
Скачать PDF
Состояние вопроса. Магнитожидкостные сепараторы нашли широкое применение для высокоточного разделения немагнитных материалов в различных отраслях промышленности. Ключевой характеристикой, определяющей эффективность сепарации, является выталкивающая сила, действующая на частицы в рабочем зазоре. Характеристики процесса магнитожидкостной сепарации, особенно в режиме питания переменным током, изучены недостаточно, что определяет актуальность настоящего исследования, сосредоточенного, в частности, на анализе энергопотребления. Цель работы – проведение комплексного экспериментального исследования, связывающего силовые и энергетические характеристики электромагнитного магнитожидкостного сепаратора.
Материалы и методы. Cпециализированный измерительный комплекс разработан на основе тензодатчика, микросхемы HX711 и микроконтроллера Atmega328P для точного измерения выталкивающей силы в зазоре сепаратора. Измерения потребляемой мощности проведены с использованием ваттметра. Эксперименты выполнены на физической модели электромагнитного магнитожидкостного сепаратора с шихтованным магнитопроводом с использованием магнитных жидкостей на основе минерального масла с намагниченностями насыщения 15, 20, 25 и 30 кА/м. Верификация методики проведена с помощью аналитических расчетов.
Результаты. Разработан специализированный измерительный комплекс для измерения выталкивающей силы в зазоре сепаратора. Получены детальные зависимости выталкивающей силы от тока возбуждения и намагниченности насыщения магнитной жидкости. Сравнение полученных экспериментальных данных с расчетными показало их хорошее соответствие (средняя относительная погрешность не превысила 4,3 %). Установлено, что для достижения одного и того же значения выталкивающей силы режим питания переменным током требует на 40–180 % больше мощности по сравнению с режимом питания постоянным током.
Выводы. Разработанная методика измерения выталкивающей силы показала высокую точность и пригодна для диагностики состояния магнитожидкостного сепаратора. Основным результатом является существенно более низкая энергоэффективность электромагнитного магнитожидкостного сепаратора в режиме питания переменным током по сравнению с постоянным, что ставит под сомнение целесообразность его использования в данном режиме без компенсирующих технологических преимуществ.
1. Морозов Н.А., Казаков Ю.Б. Нанодисперсные магнитные жидкости в технике и технологиях. – Иваново, 2011. – 264 с.
2. Казаков Ю.Б., Страдомский Ю.И., Филиппов В.А. Расчет силы, действующей на немагнитное тело в магнитной жидкости в присутствии неоднородного магнитного поля // Состояние и перспективы развития электротехнологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф. (XVI Бенардосовские чтения). – Иваново, 2011. – Т. 3. – С. 158–161.
3. Страдомский Ю.И., Филиппов В.А. Проектный расчет магнитожидкостного сепаратора дисперсных немагнитных материалов // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф. (ХIХ Бенардосовские чтения). – Иваново, 2017. – Т. 3. – С. 211–214.
4. Филиппов В.А. Повышение эффективности электромагнитных магнитожидкостных сепараторов немагнитных материалов: дис. … канд. техн. наук; специальность 05.09.01. – Самара, 2020. – 134 с. – EDN SKQOXP.
5. Розенцвейг Р.Е. Феррогидродинамика. – М.: Мир, 1989. – 352 с.
6. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Краков М.С. Магнитные жидкости. – М.: Химия, 1989. – 240 с.
7. Страдомский Ю.И. Основы феррогидродинамики: учеб. пособие. – Иваново, 2004. – 108 с.
8. Страдомский Ю.И., Филиппов В.А. Этапы проектирования магнитожидкостного сепаратора дисперсных немагнитных материалов // XVIII Междунар. Плесская науч. конф. по нанодисперсным магнитным жидкостям: сб. науч. тр., Плес, 04–07 сентября 2018 г. – Иваново, 2018. – С. 178–186.
9. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Магнитные цепи, поля и программа FEMM: учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений. – М.: Изд. центр «Академия», 2005. – 336 с.
10. Перминов С.М. Разработка способа, устройства и методики измерения намагниченности нанодисперcной магнитной жидкости // Вестник ИГЭУ. – 2009. – Вып. 4. – С. 54–57.