Трехфазный двухручьевой индукционный магнитогидродинамический насос

• Автор: Бычков, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 166 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 .Обзор литературы и постановка задачи исследования

1.1. Классификация МГД-насосов

1.2. Постановка задачи исследования

2. Математическая модель линейной индукционной машины на основе детализированных схем замещения

2.1. Модель на основе однослойной ДМСЗ

2.2. Модель с детализацией ЛИМ по поперечной оси

2.3. Приближенный учет поперечного краевого эффекта

2.4. Модель ЛИМ для исследования тепловых процессов

2.5. Модель на основе магнитной схемы замещения с учетом зубчатости сердечника индуктора
2.6. Выводы
3. Исследование характеристик МГД-насоса для цинка
3.1. Характеристики насоса при различных частотах питания
и схемах соединения обмотки индуктора
3.2. Влияние конструкции канала и степени его заполнения металлом
3.2.1. Особенности конструкции насоса со связанными каналами
3.2.2. Влияние уровня металла в канале на характеристики насоса
3.2.3. Насос с шунтирующим участком на входе индуктора
3.3. Исследование тепловых процессов насоса
3.4. Оценка степени охлаждения металла в канале
3.5. Выводы
4. Экспериментальные исследования лабораторного и опытнопромышленного образцов насоса
4.1. Исследование лабораторной модели
4.2. Исследование опытно-промышленного образца насоса
4.3. Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложение 1
Приложение 2
Введение
Актуальность темы заключается в том, что механизация и автоматизация работ в металлургии является очень важной задачей как с позиций повышения производительности труда, так и с позиций экологических требований при работе с опасными и вредными продуктами производства. В этой связи применение МГД-насосов с непосредственным воздействием на металлический расплав позволяет герметизировать металлотракт, механизировать процесс разливки металла, повысить точность его дозирования.
Цель работы - создание и исследование полупогружного трехфазного индукционного магнитогидродинамического насоса для перекачивания жидкого цинка и других низкотемпературных металлических расплавов.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Разработка конструкции насоса с учетом особенностей его работы в технологии литья сплавов в условиях промышленного производства.
2. Создание методики расчета его электромагнитных и тепловых характеристик.
3. Проверка разработанных рекомендаций и методики расчета характеристик насоса с помощью лабораторного и опытнопромышленного образцов.
Научная новизна работы состоит в создании математической модели электромагнитных и тепловых процессов линейной индукционной машины с учетом влияния продольного и поперечного краевых эффектов, дискретности распределения МДС индуктора по пазам а также различной степени перекрытия индуктора вторичным элементом. Даны рекомендации по использованию поперечных сил во вторичном элементе для повышения эффективности насоса.

Практическую ценность работы составляют:
- методика расчета электромагнитных и тепловых параметров трехфазного индукционного МГД насоса с совместным учетом различного уровня заполнения канала металлом, продольного и поперечного краевых эффектов, дискретного распределения МДС по пазам индуктора;
- рекомендации по повышению эффективности насоса при частичном заполнении канала металлом и по допустимой длительности работы насоса;
- рекомендации по выбору формы, размеров и материала каналов, частоты питания и числа полюсов индуктора двухручьевого индукционного МГД-насоса;
- методические материалы для проведения лабораторной работы по исследованию линейных индукционных машин студентами специальности 18.05 «Электротехнологические установки и системы».
Реализация результатов работы. Разработаны и созданы лабораторный макет и опытно-промышленный образец трехфазного двухручьевого МГД-насоса для транспортировки жидкого цинка на ОАО «Каменск-Уральский завод обработки цветных металлов». Проведены испытания разработанных образцов насоса, позволившие оценить точность предлагаемой методики расчета характеристик насосов данного типа.
Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на следующих научных конференциях:
1. XX научно-техническая конференция. Братск: БрИИ. 1
2. 4-th International conference on Unconventional electromechanical and electrical systems, 21 - 24 July, 1999, St.Peterburg, Russia.
3. II межвузовская отраслевая научно-техническая конференция «Автоматизация и прогрессивные технологии», Новоуральск, 1999.
4. Научно-практический семинар «Проблемы и достижения в промышленной энергетике». Екатеринбург, 2001.
5. Научно-техническая конференция «Совершенствование энергетики цветной металлургии», Екатеринбург, 2001.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЛИНЕЙНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ МАШИНЫ НА ОСНОВЕ ДЕТАЛИЗИРОВАННЫХ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ
2.1. Модель на основе однослойной схемы замещения магнитной цепи
В основу базовой модели положим однослойную схему замещения магнитной цепи [45,47,51]. Как известно [51], при этом предполагается:
1. Магнитные силовые линии пересекают немагнитный зазор, в состав которого входят также толщины стенок и слоя металлического расплава, только в нормальном направлении, а по сердечникам проходят только в тангенциальном направлении.
2. Сердечники индукторов считаются гладкими. При этом немагнитный зазор домножается на коэффициент Картера, в результате эквивалентный зазор возрастает по сравнению с действительным [74].
3. Токи в жидкометаллическом расплаве (вторичном элементе) протекают только поперек канала. При этом в соответствии с толщиной металлического слоя, шириной канала и шагом не менее зубцового деления по длине насоса выделяются эквивалентные стержни, замкнутые сверхпроводящими боковыми короткозамыка-ющими шинами (как в обычной асинхронной машине). Электрическая проводимость стержня рассчитывается на основе удельной электропроводности металла и полученных размеров стержня. Она далее домножается на коэффициент Болтона [45] и дает несколько уменьшенную эквивалентную проводимость стержня.
Для оценки первого допущения использовались также модели на основе многослойных, в том числе, двухслойной, схем замещения магнитной цепи. В этих моделях немагнитный зазор разбивается по высоте на несколько слоев. Тогда магнитная схема замещения становится «многоэтажной» (в простейшем случае «двухэтажной»).