автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Электродинамические сепараторы с вращающимся магнитным полем

На правах рукописи

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ СЕПАРАТОРЫ С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

5 КСЛ 2:

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 2009

003482482

Работа выполнена на кафедре «Электрические машины» ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Пластун Анатолий Трофимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Смолин Георгий Константинович

кандидат технических наук, доцент Бегалов Владимир Анатольевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Уральский государственный горный

университет», г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится «Я5» и О Д б\£>.%. 2009 г. в 14 ч. 15 мин. на заседании диссертационного совета Д.212.285.63 по адресу: г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», электротехнический факультет, аудитория Э-406.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.285.03 по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, УГТУ-УПИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Автореферат разослан и опубликован на официальном сайте УГТУ-УПИ www.ustu.ru « 10 » сеКм хбрЯ. 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.285.03, доцент, д.т.н.

Л

чаЛсА А.М. Зюзев

Актуальность работы. Развитие вторичной металлургии, а также все возрастающие потребности в переработке твердых металлосодержащих отходов обусловливают востребованность технологий и оборудования для сбора и обработки вторичных цветных металлов. Одной из таких технологий является электродинамическая сепарация - метод разделения немагнитных материалов по электропроводности, использующий силовое взаимодействие магнитного поля индуктора с вихревыми токами, наведенными этим полем в проводящих предметах или частицах.

С помощью электродинамической сепарации могут решаться следующие технологические задачи: извлечение лома цветных металлов из твердых бытовых или смешанных отходов; отделение металлической фракции от неметаллической в сложных отходах цветных металлов (отходы электро- и радиотехнической промышленности, электролампового производства, автомобильный лом и т.п.); очистка сыпучих материалов от металлических включений (например, очистка отработанных формовочных смесей от скрапа в литейном производстве); сортировка сложного цветного металлолома при подготовке его к металлургическому переделу: разделение лома по крупности, удельному весу, электропроводности (например: отделение кускового лома от стружки; разделение сплавов, отличающихся только легирующими добавками) и др. В большинстве случаев электродинамическая сепарация позволяет заменить ручной труд, а в ряде технологий не имеет альтернативы.

Как показывает зарубежный опыт, для решения указанных задач целесообразны 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.

Электродинамические сепараторы широко применяются во всех индустриально развитых странах. Среди производителей, выпускающих сепараторы и технологические линии на их основе можно отметить: "Metso Minerals" (Германия), "Coreco", "Combustion Power Company", "Occidetal Petroleum Corporation", "Garret" (США), "Coche Gidzutsu", "Javata Electric Machinery", "Shinko Electric" (Япония), "Gotswold Research" (Великобритания) и др. В нашей стране серийное производство электродинамических сепараторов практически отсутствует. Лишь ряд фирм (например, НПО «Эрга», г. Калуга; ГУЛ «Станкоснаб», г. Москва), предлагают электродинамические сепараторы с вращающимся магнитным полем на основе постоянных магнитов, имеющие ограниченную область применения. Отсутствие соответствующего отечественного оборудования и высокая стоимость импортных установок сдерживают развитие в нашей стране технологий сбора и обработки вторичных цветных металлов. Этим обусловлена актуальность исследования и создания электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем.

Начиная с конца 70-х годов, исследования и разработка электродинамических сепараторов проводятся на электротехническом факультете УГТУ-УПИ в содружестве с Уральским НИИ Академии коммунального хозяйства, ОАО «Уралэнергоцветмет» и рядом других организаций. Основное внимание в ука-

занных работах уделено электродинамическим сепараторам с бегущим магнитным полем на основе трехфазных линейных индукторов. В то же время было показано, что в случае обработки мелких фракций отходов целесообразно применение электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем, результаты исследований которых и составили основу данной диссертации. Основными объектами изучения являлись электродинамические сепараторы с вращающимся магнитным полем, создаваемые на основе индукционных электрических машин. Работа 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 «По-лимер-Про» (г. Москва), ОАО «Уралпрогресс», г. Екатеринбург).

Цель диссертационной работы:

Разработка электродинамических сепараторов на основе вращающихся цилиндрических индукторов, обладающих улучшенными энергетическими и технологическими показателями.

Для достижения этой цели решаются следующие задачи:

1. Разработка математических моделей и методик расчета электродинамических сепараторов на основе вращающихся цилиндрических индукторов.

2. Выявление закономерностей распределения магнитного поля в рассматриваемых электродинамических сепараторах

3. Исследование влияния параметров индукторов и размеров извлекаемых металлических предметов на характеристики сепараторов.

4. Уточнение областей применения электродинамических сепараторов разных конструкций.

5. Разработка рекомендаций по выбору роторов серийно выпускаемых электрических машин в качестве индукторов сепараторов

6. Создание опытных установок электродинамической сепарации и их экспериментальные исследования с целью проверки теоретических положений и апробации технологий.

7. Реализация разработок электродинамических сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами.

Методы исследования и достоверность результатов:

В теоретической части диссертационной работы использовались методы теории электромагнитного поля и теории электрических машин, математическая модель электродинамического сепаратора построена на основе решения полевых задач в двухмерной постановке. Основные результаты получены на основе вычислительных и физических экспериментов на опытных образцах сепараторов и индукторов, созданных в лаборатории. Достоверность математических моделей и результатов расчетов проверялась сравнением с экспериментальными данными и сопоставлением с расчетами по другим методикам, в том числе с использованием возможностей математических пакетов Е1сЩ и АшуБ.

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель электродинамического сепаратора с вращающимся цилиндрическим индуктором на основе решения полевых задач

в двухмерной постановке, учитывающая основные особенности устройства: неравномерный воздушный зазор и ограниченные размеры ВЭ (а, Ь < 1).

2. Выявлены закономерности распределения магнитного поля в активной зоне рассматриваемых сепараторов в отличие от случая сепараторов с линейными индукторами, принятых в качестве прототипа. Показано, что дополнительный обратный магнитопровод не только усиливает, но и выравнивает магнитное поле в активной зоне.

3. Дана оценка физических эффектов, связанных с ограничением размеров ВЭ (извлекаемого предмета), приводящих к перераспределению вторичных токов и существенному искажению электромагнитных усилий.

4. Экспериментально и теоретически показано, что зависимости электромагнитных усилий от размеров извлекаемых проводящих предметов в случае цилиндрических индукторов имеют экстремум, местоположение которого с увеличением частоты магнитного поля смещается в сторону меньших размеров.

Практическая ценность:

1. Разработаны методики расчета сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами, удобные для инженерной практики и основанные на решении двухмерных полевых задач. При сопоставлении различных путей расчета показано, что в случаях, когда размеры ВЭ меньше полюсного деления индуктора, целесообразно использование усредненного в пределах проводящей пластины значения магнитной индукции и аналитического выражения для расчета электромагнитного усилия, учитывающего ограничения размеров ВЭ.

2. Показано, что неравномерность распределения магнитного поля в активной зоне увеличивается с уменьшением диаметра и полюсного деления индуктора. При этом ограничиваются толщина слоя обрабатываемых материалов (производительность сепаратора) и диапазон размеров извлекаемых металлических предметов.

3. Теоретически и экспериментально показано влияние параметров индукторов (диаметр, полюсное деление и частота магнитного поля) и физических свойств ВЭ (размеры, электропроводность) на характеристики сепараторов (прежде всего, на удельное электромагнитное усилие).

4. Определены рациональные области применения различных конструкций электродинамических сепараторов. В частности, показано, что сепараторы на основе вращающихся цилиндрических индукторов, работающие на повышенной частоте целесообразно использовать при обработке материалов с крупностью менее 50 мм.

5. Созданы опытные образцы электродинамических сепараторов и индукторов, на которых выполнен большой объем экспериментальных исследований и проведена апробация ряда технологий, в том числе по заданию предприятий - заказчиков.

6. Исследованы возможности применения роторов серийно выпускаемых электрических машин как основы электродинамических сепараторов. По итогам тепловых испытаний ряда роторов при работе их в составе установки электродинамической сепарации показана возможность увеличения токовых нагрузок обмоток по сравнению с номинальными для электрических машин.

Реализация работы: Результаты исследований и техническая документация на установку для разделения лома медных сплавов по сортам передана в НПФ «Металл-Комплект» (г. Каменск-Уральский). По заказу предприятия «Полимер-Про» (г. Москва) путем расчетов и экспериментов на имеющихся в лаборатории установках была доказана возможность отделения частиц алюминиевой фольги от дробленых пластиковых отходов. Результаты исследований переданы заказчику. По заказу предприятия «Уралпрогресс» (г. Асбест) выполнены исследования по обогащению алюминиевых шлаков, определены параметры, требуемые для создания сепараторов. 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.

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 преобразователи энергии» (Томск; 2005).

3. 3-я Международная НТК «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (Екатеринбург; 2007).

4. Всероссийская НТК «Актуальнее проблемы энерго- и ресурсосберегающих электротехнологий» (Екатеринбург; 2006).

5. Всероссийская НПК «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург; 2002- 2008).

6. Всероссийская НПК «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург; 2004,2006-2008).

7. НПК «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» (Екатеринбург; 2004-2008).

8. 8-я НПК «Энергосберегающие техника и технологии» (Екатеринбург; 2005).

9. 4-ая Межотраслевая НТК «Автоматизация и прогрессивные технологии» (Новоуральск; 2005).

10. Российско-Британский семинар «Экотехнологии 21 века» (Екатеринбург; 2007).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 35 печатных работ, в том числе в изданиях рекомендованных ВАК - 4.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех основных разделов, заключения и содержит 117 страниц текста, включает 50 рисунков, 1 таблицу, список литературы из 110 наименований и приложения.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность и востребованность темы диссертационной работы, сформулированы её цель и основные задачи исследований, а также отражена научная новизна и практическая ценность разработок.

В первом разделе на основе патентно-библиографического обзора выполнен анализ отечественных и зарубежных разработок в области электродинамической сепарации, описаны основные конструктивные схемы сепараторов и индукторов, возбуждающих бегущее магнитное поле (линейных, цилиндрических дисковых). Показано, что наиболее изученными являются сепараторы на основе трехфазных линейных индукторов, которые с точки зрения теории могут рассматриваться как линейные индукционные машины (ЛИМ) с коротким вторичным элементом (ВЭ). Однако такие сепараторы целесообразны только при размерах извлекаемых проводящих предметов, превышающих 40-50 мм. Во многих технологических задачах требуется извлечение мелких фракций цветных металлов (с размерами кусков менее 50 мм). При этом предпочтительны сепараторы с вращающимся магнитным полем, работающие на повышенной частоте. В то же время вопросам исследования и расчета электромагнитных процессов в таких сепараторах уделяется недостаточное внимание. В отечественной литературе существует лишь несколько работ, содержащих рекомендации по расчетам усилий извлечения на основе эмпирических формул. Такие формулы не соответствуют теории асинхронных двигателей, а достоверность расчетов по ним не подтверждается в широком диапазоне параметров.

В разделе обоснованы задачи исследования, моделирования и расчета электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем.

Во втором разделе рассмотрены математические модели и методы расчета сепараторов на основе вращающихся цилиндрических индукторов. Показано, что электромагнитные процессы в сепараторах с вращающимся магнитным полем характеризуются следующими особенностями:

1. Магнитная цепь сепараторов содержит большие воздушные промежутки, в которых происходит рабочее электромеханическое преобразование энергии, а границы рабочей зоны имеют сложную форму (рис. 1).

2. Массивный вторичный элемент, роль которого играют извлекаемые металлические предметы, имеет ограниченные размеры (как правило, меньше полюсного деления индуктора т). Это обусловливает перераспределение вторичных токов, как в продольном, так и в поперечном направлении.

3. Форма и расположение извлекаемых металлических предметов в поле могут быть различными; при этом появляются составляющие вихревых токов по трем координатам и соответствующие электромагнитные силы и моменты.

4. Работа сепаратора характеризуется электромеханическим переходным процессом. При этом движение металлических предметов определяется действием как электромагнитных сил, изменяющихся во времени, так и конкурирующих механических сил (трения, динамического сопротивления среды и др).

Указанные особенности требуют создания математических моделей сепараторов в трехмерной постановке и решения сопряженных электромагнитной задачи и задачи массопереноса, что вызывает трудности при расчетах и требует значительных ресурсов ЭВМ. Поэтому для инженерной практики предложена математическая модель сепаратора, основанная на решении совокупности двухмерных задач о распределении магнитного поля в активной зоне и вторичных токов в проводящей пластине.

Рис. 1. Конфигурация активной зоны сепараторов с бегущим (а) и вращающимся (б) магнитными полями: 1 - линейные индукторы;

2 - ротор; 3 - обратный магнитопровод; 4 - извлекаемая пластина

Подобный подход, применяемый в теории ЛИМ с коротким ВЭ, использовался ранее при расчетах электродинамических сепараторов на основе трехфазных линейных индукторов. При построении расчетной модели сепаратора приняты следующие допущения: размеры индукторов в продольном и поперечном направлениях (по осям х и у) предполагаются бесконечными; короткий ВЭ заполняет весь зазор между индукторами на длине Ъ и ширине а (рис. 2). Магнитная проницаемость сердечников принимается бесконечно большой; поверхности индукторов предполагаются гладкими; первичный и вторичный токи равномерно распределены по высоте зазора с плотностями Jl и

г

Г----, = |

с У=0 7 н*1 ! 7 = 0

0 1 1 ■—\ М-=оо | х

ъ

ЗУ

Рис. 2. Расчетная модель электродинамического сепаратора с линейными

индукторами

Формально конструкции с неравномерным зазором можно привести к варианту с линейными индукторами (рис. 1) и далее к расчетной модели (рис. 2), если принять расчетный зазор 5Р равномерным, а изменение магнитного сопротивления зазора учесть соответствующей корректировкой расчетной магнитной проницаемости:

где 8,(;с) - длина трубки магнитного поля.

Магнитное поле вторичных токов в пределах пластины с учетом (1) описывается дифференциальным уравнением вида:

дхг 8 у ox ц(х) ох

-ар ч/, e~Jax-i £° (l-S)d^X)J, e~jax -as0sJlme s) & JJme

_ соц0у ¿I

где Б0 — ' - электромагнитная добротность ЛИМ (у - удельная электропроводность материала; d - толщина ВЭ; 8Р - эквивалентный воздушный зазор; s - скольжение; a = ж /т, т - полюсное деление индуктора). Плотность первичного тока индуктора задана выражением:

(3)

Амплитуды объемной плотности тока и плотности поверхностного тока связаны соотношением Jlm = Ji„J8e, а индукция магнитного поля в активном зазоре с амплитудами этих плотностей тока - выражениями:

В - J т г

\lnm~ 5 Jlnm~ Jlm • w

ПО{(Х) ПО р 71

Входящее в (4) расчетное полюсное деление хр может отличаться от полюсного деления индуктора т, что связано с искривлением силовых линий магнитного поля вблизи цилиндрической поверхности.

Аналитическое решение нелинейного дифференциального уравнения (2) невозможно. Поскольку условием работоспособности сепаратора является достижение требуемого усилия трогания пластины (или требуемого начального ускорения), то для упрощения уравнения (2) предлагается рассматривать только режим короткого замыкания (при этом скольжение s = 1, и слагаемые, содержащие производную от ц, исчезают). Это допущение позволяет на данном этапе не рассматривать процессы массопереноса, ограничившись решением электромагнитных задач. С учетом упрощения уравнение (2) имеет аналитическое решение относительно напряженности магнитного поля вторичных токов, что позволяет записать аналитическое выражение для электромагнитного усилия, действующего на извлекаемую проводящую пластину:

Fx =±v0abbRe\ ±—±---

Г [n=i(2n-l/ а(1+Хп2 /a2+jz0s)

(Xln+Mb " {%2n+ja)b

(5)

где к2и, %ы, %2п - коэффициенты, зависящие, прежде всего, от относительных размеров (6/т и а/т) и электромагнитной добротности е0.

Описанная модель строго соответствует только электродинамическим сепараторам на основе трехфазных ЛИМ. Замена реального неравномерного зазора равномерным расчетным по (1) означает решение задачи при заданном бегущем магнитном поле индуктора, определяемом по (4). На практике это соответствует усреднению значения индукции магнитного поля в пределах пластины малых размеров, находящейся в заданной точке активной зоны. При малой длине пластин такое усреднение достаточно корректно. Достоинством такого подхода является возможность расчета распределения вторичных токов в проводящих пластинах с учетом ограничения ее размеров.

Другой подход к расчету рассматриваемых сепараторов возможен при использовании численных методов расчета магнитного поля (например, метода конечных элементов в пакетах Е1сгй) с последующим определением электромагнитных усилий, возможность которого имеется в соответствующих пакетах. Однако при решении такой задачи в двухмерной постановке отсутствует возможность учета перераспределения вторичных токов, обусловленного ограничением размеров ВЭ. Возникающая при этом ошибка в расчете усилия может быть скорректирована только поправочными коэффициентами (например, коэффициентом поперечного краевого эффекта к„оп), определение которых, в свою очередь, является проблемой.

Оба рассмотренных подхода к расчету сепараторов в квазитрехмерной постановке не совершенны, поэтому нуждались в дополнительной оценке. На рис. 3 представлены характеристики опытного сепаратора с вращающимся магнитным полем на основе шестиполюсного индуктора при наличии и отсутствии обратного магнитопровода, рассчитанные указанными способами. Как видно из

рисунка, при размерах пластины Ъ от 0,5т до х расхождение результатов расчета по обеим методикам незначительно (при наличии обратного магнитопровода - < 10%, при его отсутствии - < 30%). В то же время в области малых размеров (Ь < 0,5т) расчет по второму способу (с использованием поправочного коэффициента кпоп) дает завышенные значения. Сравнение с экспериментом, приведенное в табл. 1, показывает, что в области малых размеров более достоверные результаты получаются при расчетах по первому способу. Полученный результат хорошо согласуется с физическим смыслом задачи: усреднение индукции магнитного поля в пределах проводящей пластины дает тем меньшую погрешность, чем меньше размер пластины (Ь « т). По результатам, приведенным в табл. 1 не-

Рис. 3. Зависимости усилия извлечения от размера извлекаемых пластин (цифрами показаны варианты: с обратным магнитопроводом (1-2), без обратного магнитопровода (3-4); расчет по первому (1,3) или по второму способу (2,4)

и

трудно видеть, что в интересующей нас области малых размеров проводящих пластин расчет по первому способу дает приемлемые для инженерной практики результаты.

Таблица 1

К оценке достоверности методик расчета

Размер пластины, мм 0 20 25 30 35 40

Усилие (опыт), Н 0 0,15 0,40 0,70 1,10 1,43

Расчетное усилие (способ 1), Н 0 0,195 0,420 0,702 1,07 1,43

Расчетное усилие (способ 2), Н 0 0,378 0,530 0,716 1,00 1,312

Поскольку целью проводимых исследований является оценка возможностей сепараторов при обработке мелких фракций металлосодержащих отходов, то в дальнейшем применялся первый способ расчета электромагнитных усилий с использованием аналитического выражения (5) и усредненного в пределах пластины значения магнитной индукции. Достоверность предложенной методики неоднократно подтверждалась расчетами опытных сепараторов, например, как показано на рис. 4.

0.16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0

Р.Н

4\

к ■

\

1\ и*

X \ •

\ \ ____1»—■—

Г. Гц

50

100

150

д т

1+У

-<р+1)

Рис. 4. Зависимости Рф: линии - расчет; точки -эксперимент; размеры алюминиевых пластин -30*30*5 мм (1,2) и - 40*40*5 мм (3,4) В разделе 2 проанализированы также способы расчета магнитных полей в рабочей зоне рассматриваемых сепараторов. Распределение магнитного поля в цилиндрических индукторах с открытой магнитной системой можно получить аналитически:

0,05 • 0.045 -0.04 -0,035 ■ 0,03 ■ 0,025 0,020,015 0,01 ■ 0,005 -О ■

т(р ■ ©),

•Ш!

/ + —I -сол(р-0).

,(6)

где р - число пар полюсов индуктора; г - его радиус; у - удаление от поверхности индуктора; 1пт - амплитуда поверхностной плотности тока.

При наличии дополнительных элементов в магнитной цепи сепаратора (например, обратного магни-топровода) для расчета магнитных полей целесообразно использовать

В, Тл

V -- .-1 А

/ /

> <

х.мм

Рис. 5. Оценка методик расчета магнитных полей: 1-3 - решение численными методами; аналитическое; эксперимент

численные методы. Достоверность расчетов магнитных полей оценивалась при исследованиях экспериментальных установок. Например, на рис. 5 показана такая оценка для сепаратора с индуктором на базе фазного ротора двигателя АК61-4.

В третьей главе излагаются основные результаты исследований электродинамических сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами.

При исследованиях магнитных полей выявлены особенности рассматриваемых сепараторов по сравнению с сепараторами на основе ЛИМ, связанные с изменением кривизны поверхности индукторов. Показано, что при прочих равных условиях магнитное поле у цилиндрических индукторов слабее, чем у линейных, а скорость затухания индукции при удалении от поверхности индукторов возрастает с уменьшением диаметра (увеличением кривизны поверхности индуктора). Неравномерность распределения магнитного поля по длине извлекаемых проводящих пластин (по касательной к индуктору) увеличивается с уменьшением диаметра и полюсного деления индукторов. При этом сужается условная длина активной зоны, что сказывается на эффективности сепарации. Показано, что установка обратного магнитопровода не только усиливает, но и выравнивает магнитное поле в активной зоне.

Отличительной особенностью сепараторов является то, что размеры и материал извлекаемых предметов не являются предметом выбора, а определяются решаемой технологической задачей. Это обстоятельство приводит к появлению нежелательных эффектов, которых в традиционных электрических машинах стараются избегать. Наиболее существенным является то, что почти во всех случаях применения сепараторов размеры извлекаемых частиц не превышают размеров полюсного деления индуктора. Такое ограничение размеров приводит к перераспределению вторичных токов в извлекаемых предметах и обусловливает снижение электромагнитного усилия извлечения, что в ряде случаев ведёт к неработоспособности установок. В работе выполнена количественная оценка указанных искажений с использованием разработанной методики расчета сепараторов. Результаты расчетов для одного из сепараторов приведены на рис. 6.

Выбор приведенных характеристик обоснован следующими обстоятельствами: Отношение пускового усилия к массе проводящих предметов Fm = F/m [Н/кг или м/с2], то есть величина начального ускорения, обусловленного электромагнитной силой F, является наиболее информативным показателем при проектировании сепараторов. Необходимая величина Fn определяется по результатам расчетов конкурирующих механических сил или из технологических испытаний.

Анализ характеристик идеализированной ЛИМ с коротким ВЭ (рис. 6,а) показывает, что, как и в случаях ЛИМ с массивным ВЭ неограниченных размеров, экстремумы кривых Fm (т) соответствуют значению электромагнитной добротности е = 1. Ограничение длины пластины b приводит к перераспределению вторичных токов, тем более заметному, чем больше полюсное деление (меньше величина Ыт). На рис. 6,6 нетрудно видеть, что снижение усилия по сравнению с идеальным вариантом более заметно при больших т.

160

120

30

20

10

Г/т, В /кг

20

40 Г, УЕЛ

50

100

150

200

250

Рис. 6. Характеристики вариантов ЛИМ, отличающихся степенью учета краевых эффектов во ВЭ

Все это приводит не только к существенному снижению показателей, но и к смещению экстремумов в сторону меньших полюсных делений. Местоположение экстремумов уже не соответствует условию б = 1. Дальнейшее снижение показателей наблюдается при учете поперечного краевого эффекта (рис. 6,в). Можно отметить, что по сравнению с предыдущим случаем не происходит качественного изменения зависимостей.

Выполненные исследования позволяют говорить о том, что ограничения продольного и поперечного размеров ВЭ и связанное с ним перераспределение вторичных токов являются основными факторами, определяющими характеристики сепараторов, обрабатывающих частицы ограниченных размеров (особенно при Ых < 0,5). Это следует учитывать при выборе методов расчета и проектировании сепараторов.

В последующих подразделах рассмотрена проблема сепарации мелких фракций. Показано, что использование сепараторов на основе линейных трехфазных индукторов, работающих на частоте 50 Гц,

при уменьшении размеров проводящих пластин менее 40 мм нецелесообразно из-за существенного роста энергопотребления и перегрева индуктора. Основным способом улучшения показателей сепараторов является рациональный выбор частоты магнитного поля. Сказанное иллюстрируется на рис. 7, где приведены расчетные зависимости Ртф для сепаратора на основе фазного ротора двигателя АК 61-4. Нетрудно видеть, что на частоте 50 Гц с уменьшением размеров проводящих пластин удельное усилие снижается, что делает сепараторы неработоспособными. При увеличении частоты магнитного поля возможно достижение приемлемых значений Рт. Следует отметить, что увеличение частоты

поля позволяет также улучшать показатели сепараторов при обработке металлов с низкой электропроводностью.

Fm, Н/кг

1 4

/ / "

/

200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Рис. 7. Зависимость удельного электромагнитного усилия от частоты: размеры пластин: 30*30; 50*50; 70*70; 90*90 мм - (1-4 соответственно)

Как показано в ряде работ повышение частоты магнитного поля в сепараторах на основе трехфазных линейных индукторов целесообразно только до частот порядка 150 - 200 Гц. Дальнейшее увеличение приводит к значительным потерям в магнитопроводе, и эффективность использования таких индукторов снижается. В этом случае предпочтительно использование сепараторов на базе вращающихся цилиндрических индукторов, где увеличение частоты поля достигается не за счет повышенной частоты токов, а за счет регулирования скорости вращения индукторов.

Теоретические и экспериментальные исследование сепараторов на основе вращающихся цилиндрических индукторов позволили выявить особенности их характеристик. Наиболее значимым является выявление экстремального характера зависимостей удельного усилия от размера извлекаемых пластин Fm(b/z). На рис. 8 представлены такие зависимости, полученные экспериментально для установки на основе фазного ротора двигателя АК 61-4.

Рис. 8. Характеристики сепараторов с бегущим (1) и вращающимся (2, 3) полем: 1,2- без обратного магнитопровода; 3 -с обратным магнитопроводом

Для сравнения на рис. 8 показана аналогичная зависимость для сепаратора на основе линейного индуктора с близким по значению полюсным делением. В том и другом случае частота поля равнялась 50 Гц. Видно, что удельное усилие сепаратора на базе линейного индуктора при увеличении Ы\ монотонно возрастает, стремясь к установившемуся значению. В то же время для сепараторов с вращающимися индукторами зависимости Рт(Ь/х) являются экстремальными.

Указанные особенности характеристик сепараторов хорошо согласуются с оценками распределения магнитного поля. В случае сепараторов на основе ЛИМ воздушный зазор между пластиной и индуктором равномерен, поэтому монотонный рост удельного усилия объясняется ослаблением влияния искажений вторичных токов и усилий, обусловленных ограничением размеров ВЭ. При дальнейшем увеличении длины ВЭ (при Ъ»х) и усилие, и масса пластан растут пропорционально размеру Ъ, поэтому показатель стремится к установившемуся значению. Изменения характеристик в случае цилиндрического индуктора объясняются неравномерностью распределения магнитного поля. В зоне относительно больших размеров пластин их края оказываются во все более слабых полях. В результате с увеличением размера Ъ усилие растет медленнее, чем масса пластин и Рт начинает снижаться.

Аналогичные зависимости получены расчетным путем. Практический интерес представляет оценка характеристик сепараторов с вращающимся цилиндрическим индуктором при увеличении частоты поля /. На рис. 9 показаны подобные зависимости, рассчитанные для сепаратора на базе фазного ротора двигателя АК61-4 при неизменной токовой нагрузке. Можно отметить, что с увеличением / характеристики становятся все более экстремальными, при этом их максимумы смещаются в область меньших размеров.

Для оценки неравномерности распределения магнитного поля по длине извлекаемых пластин вводилось понятие условной длины активной зоны, и было показано, что сужение такой зоны происходит по мере уменьшения диаметра и полюсного деления индуктора. Очевидно, что при этом максимум зависимости Рт(Ь/х) будет смещаться в сторону меньших размеров.

Рис. 9. Зависимости удельных усилий от размеров проводящих пластин при различных частотах (1...5- 450,350... 50Гц)

Экстремальность характеристик Fm=f (Ъ/t) для электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем обусловливает необходимость выбора рационального соотношения размеров индуктора и извлекаемых проводящих частиц на стадии проектирования. Использование сепараторов с нерационально выбранным индуктором может приводить к завышению установленной мощности и стоимости установки, перерасходу электрической энергии, снижению диапазона размеров извлекаемых частиц, снижению эффективности работы сепаратора или созданию неработоспособных установок. Из полученных результатов следует, что сепараторы с вращающимся цилиндрическим индуктором, работающие на повышенных частотах поля, нецелесообразно использовать для извлечения металлических кусков крупностью более 50 мм.

В четвертом разделе диссертации излагаются результаты экспериментальных исследований лабораторных образцов электродинамических сепараторов, выполненных с целью выявления и подтверждения обнаруженных закономерностей и проверки методик расчета. Приводятся также сведения о практической реализации разработок. Для достижения указанных целей в исследовательской лаборатории были созданы экспериментальные установки электродинамической сепарации с различными способами возбуждения магнитного поля:

- сепараторы основе линейных индукторов, отличающихся мощностью и основными размерами, изучение которых дает базу для сравнения свойств сепараторов с линейными и цилиндрическими индукторами;

- установка с вращающимися электромагнитами на основе шестиполюсного ротора синхронной машины (диаметр 111мм, полюсное деление 58 мм, номинальный ток - 2 А, частота магнитного поля от 25 до 350 Гц);

- сепаратор с вращающимся магнитным полем, реализованный на базе фазного ротора асинхронного двигателя АК61-4 (диаметр 199.2 мм, полюсное деление 156.7 мм, число пар полюсов 4, номинальный фазный ток 32 А, Рабочие частоты 50 - 200 Гц);

- установка с вращающимся магнитным полем на основе фазного ротора асинхронного двигателя АОК2-52-8 (диаметр ротора 177.2 мм, полюсное деление 69.6 мм, номинальный фазный ток 28 А, число пар полюсов 4);

- электродинамический сепаратор индукторного типа представляет собой зубчатый стальной ротор (диаметр 110 мм, число зубцов 30, полюсное деление равно зубцовому 11,5 мм), над которым установлен П-образный магнитопровод с обмоткой возбуждения (частота бегущей составляющей магнитного поля достигает 2,5 кГц).

При экспериментальных исследованиях контролировались электрические параметры индукторов (ток, напряжение, мощность), измерялись параметры магнитных полей и электромагнитные усилия, действующие на проводящие предметы в бегущем магнитном поле. Некоторые данные экспериментальных исследований приводились ранее при оценке достоверности расчетных моделей и методик, поэтому отметим лишь ряд результатов.

При исследованиях магнитных полей основное внимание уделялось характеру распределения поля в активной зоне. На рис. 10 приводится распределение магнитного поля вдоль линии, параллельной касательной к индуктору.

Быстрое затухание магнитного поля по мере удаления от оси индуктора приводит к уменьшению длины активной зоны сепарации и снижает время пребывания проводящих частиц в активной зоне. Видно, что установка обратного магнитопровода ведет не только к усилению магнитного поля, но и увеличению условной длины активной зоны.

Важным этапом экспериментальных исследований были тепловые испытания индукторов. Возможность создания сепараторов на основе роторов серийных электрических машин во многом зависит от наличия резервов по токовой нагрузке обмоток, поэтому оценка теплового состояния роторов в изменившихся условиях работы (ротор не получает дополнительный тепловой поток от статора, работает на повышенных частотах вращения, полностью обдувается окружающим воздухом) представляет практический интерес. Выполненные исследования показали, что при использовании в качестве индукторов сепараторов роторов серийных электрических машин можно существенно (по данным экспериментов до 1,5 раз) увеличивать токовую нагрузку по сравнению с номинальной для двигателей.

Как отмечалось ранее, преимуществом электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем, по сравнению с сепараторами на основе линейных индукторов, является возможность достижения повышенных частот магнитного поля без существенного усложнения конструкции и увеличения энергопотребления. При испытаниях имеющихся опытных сепараторов было подтверждено, что повышение частоты магнитного поля позволяет увеличить электромагнитное усилие извлечения в области малых размеров без изменения токовой нагрузки индукторов. Пример зависимостей удельного усилия извлечения от размера извлекаемых квадратных алюминиевых пластин для установки, созданной на основе фазного ротора двигателя АК-61-4, показан на рис. 11. Видно, что рост частоты магнитного поля позволяет повысить усилия извлечения при неизменном токе возбуждения. Можно отметить также, что с ростом частоты экстремум характеристики появляется при меньших размерах пластин.

Во всех выполненных экспериментах дополнительный рост показателей наблюдался при установке обратного магнитопровода.

Достоинством установок электродинамической сепарации индукторного типа, является возможность достижения еще более высоких частот магнитного поля. На установке индукторного типа, созданной в лаборатории, достигалась частоты переменной составляющей магнитного поля до 2.5 кГц. Многократно проделанные эксперименты показали, что такой сепаратор позволяет извлекать

Рис. 10. Распределение индукции по длине активной зоны сепаратора: 1 - открытый индуктор; 2-е обратным магнитопроводом

из потока медные или алюминиевые частицы крупностью 1-5 мм. Сказанное иллюстрируется на рис. 12, где показаны удельные усилия, сообщаемые извлекаемым алюминиевым частицам в сепараторе индукторного типа при неизменном токе возбуждения.

Рис. 11. Зависимость удельного усилия от Рис- 12- Зависимости удельных размера пластин для частот магнитного усилий от частоты для частиц поля 50 Гц (1) и 145 Гц (2) крупностью 7, 5, 3 мм

(1-3 соответственно)

На данной установке выполнена также оценка влияния на характеристики сепараторов формы извлекаемых частиц. Можно отметить, что изменение формы не изменили характера зависимости тока трогания от частоты магнитного поля. В то же время эксперимент позволил выявить некоторые закономерности изменения величины тока трогания при изменении формы пластин. Оценка таких закономерностей требует дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Результаты научных исследований и созданные методики расчета электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем использованы при разработках опытных установок по заказам различных предприятий. На лабораторных установках выполнялись практические исследования технологических процессов электродинамической сепарации:

1. По заказу НПФ «Металл-Комплект» (г. Каменск-Уральский) решалась задача сортировки лома цветных металлов по сортам. Электродинамическая сепарация призвана заменить существующий на сегодняшний день ручной труд, а в ряде случаев не имеет альтернативы. Для подтверждения работоспособности предлагаемого сепаратора выполнены исследования на лабораторном прототипе установки с вращающимися электромагнитами. Заказчиком были предоставлены 9 различных сплавов меди в виде пластин размером 30-40 мм. В ходе проведения испытаний была доказана принципиальная возможность сортировки медных сплавов: сплавы в соответствии с их электропроводностью распределялись в 5 приемников. По результатам исследований выполнены электромагнитные расчеты промышленной установки и разработана соответствующая конструкторская документация, переданная НПФ «Металл-Комплект».

2. По заказу предприятия «Полимер-Про» (г. Москва) выполнялись исследования возможности отделения алюминиевых включений из отходов

пластиковой упаковки пищевых продуктов. На имеющихся в лаборатории установках (установка с вращающимися электромагнитами и установка индукторного типа) доказана возможность отделения частиц алюминиевой фольги от дробленого пластика. Результаты исследований переданы заказчику.

3. По заказу предприятия «Уралпрогресс» (г. Асбест) выполняются исследования по обогащению алюминиевых шлаков. На лабораторных установках с использованием предоставленных заказчиком образцов исследована возможность реализации указанной задачи, определены требуемые параметры сепараторов, показана возможность расчетов процесса сепарации.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. На основании патентно-библиографического обзора установлена актуальность разработки устройств электродинамической сепарации, применяемых на различных стадиях заготовки и производства вторичных цветных металлов. В частности, показано, что недостаточно изучены электродинамические сепараторы с вращающимся магнитным полем, предназначенные для обработки мелких фракций лома цветных металлов (с размером кусков менее 50 мм).

2. Разработана методика расчета характеристик сепараторов с вращающимся магнитным полем, учитывающая основные особенности электромагнитных процессов. Показано, что сложность математического описания сепараторов на основе вращающихся цилиндрических индукторов связана с ограничением размеров ВЭ и с неравномерностью немагнитного зазора между индуктором и ВЭ, приводящих к необходимости решения задач расчетов в трехмерной постановке. Для инженерной практики предложена методика расчета сепараторов на основе решения двухмерных задач о распределении магнитного поля в активной зоне и токов во вторичном элементе ограниченных размеров.

3. Дана сопоставительная оценка различных подходов и методик расчета, в том числе использующих стандартные математические пакеты. Выполнена проверка достоверности рассчитываемых характеристик сепаратора на основании сравнения с экспериментальными данными ряда лабораторных установок, показавшая, что в большинстве расчетов магнитных полей и электромагнитных усилий погрешности не превышают 10%.

4. Выявлены особенности распределения магнитного поля в сепараторах с вращающимися цилиндрическими индукторами по сравнению с сепараторами на базе ЛИМ, связанные с изменением кривизны поверхности индукторов. Показано, что при прочих равных условиях магнитное поле у цилиндрических индукторов слабее, чем у линейных, а скорость затухания поля при удалении от поверхности индукторов возрастает с уменьшением диаметра, что неравномерность распределения магнитного поля по длине извлекаемых проводящих пластин (по касательной к индуктору) увеличивается с уменьшением диаметра и полюсного деления индукторов, что установка обратного магнитопровода не только усиливает, но и выравнивает магнитное поле в активной зоне.

5. Дана оценка физических эффектов, связанных с ограничением размеров ВЭ (извлекаемого предмета), приводящим к перераспределению вторичных токов - появлению краевых эффектов во ВЭ. Показано, что расчеты сепараторов без учета этих эффектов приводят к существенным искажениям результатов (до

нескольких раз). Показаны трудности извлечения мелких фракций сепарируемых металлических предметов, проанализированы пути решения такой задачи. Как основной способ рекомендована сепарация в магнитных полях повышенной частоты, создаваемых вращающимися цилиндрическими индукторами.

6. Экспериментально и теоретически показано, что зависимости удельного электромагнитного усилия от размеров ВЭ для сепараторов с цилиндрическими индукторами являются экстремальными, что принципиально отличает такие сепараторы от сепараторов на базе линейных индукторов. На примере расчетов конкретных сепараторов на основе фазных роторов серийных асинхронных двигателей показано, что экстремум характеристик Fm—f (b или Ых) с увеличением частоты магнитного поля смещается в сторону меньших размеров. Это позволяет говорить о том, что рассматриваемые сепараторы предназначены для обработки именно мелких фракций.

7. На созданных при участии автора опытных установках электродинамической сепарации с различными способами возбуждения бегущих магнитных полей выполнен большой объём разнообразных экспериментальных исследований: оценка магнитных полей, тепловые испытания, оценка характеристик сепараторов на различных частотах и разной крупности извлекаемых проводящих предметов. Экспериментально подтверждена возможность улучшения показателей установок для сепарации мелких фракций лома цветных металлов (при размере кусков менее 50 мм) при использовании вращающихся цилиндрических индукторов, создающих магнитные поля повышенной частоты.

8. Результаты исследований использованы для оценки возможностей реализации ряда технологических операций (сортировка медьсодержащих сплавов, извлечение металла из отходов, обогащение алюминиевых шлаков) и разработке электродинамических сепараторов в интересах предприятий - заказчиков: НПФ «Металл-комплект», г. Каменск-Уральский; НПФ «Полимер-Про», г. Москва; ОАО «Уралпрогресс», г. Асбест. Показана целесообразность применения роторов серийных электрических машин в качестве основы установок электродинамической сепарации. 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.

Основные результаты опубликованы в 35 работах, в том числе в следующих:

1. Коняев, И.А. Электродинамические сепараторы для сбора и обработки отходов цветных металлов / Коняев И.А., Назаров СЛ., Коняев А.Ю. и др.// Проблемы и достижения в промышленной энергетике: Тезисы докладов НПК, Екатеринбург, 2001, с.61.

2. Коняев, И.А. Разработка энергоэффективных электродинамических сепараторов для обработки отходов цветных металлов / Коняев И.А., Василенко В.А., Ломакин Г.А. // Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Сб. материалов НПК. Екатеринбург, 2002, с. 76-79.

3. Коняев, И.А. Учебно-научная лаборатория «Электротехнологические методы и установки защиты биосферы» / Коняев И.А., Бегалова Т.А., Коняев

А.Ю. и др.// Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: Вестник УГТУ-УПИ, в 2-х ч., Ч. 2. Екатеринбург, 2003, с. 348-350.

4. Коняев, И.А. Создание опытных установок электродинамической сепарации для обработки твердых металлосодержащих отходов / Коняев И.А., Маркин Н.Е., Удинцев В.Н. и др.// Экологические проблемы промышленных регионов: Материалы 6-й Всероссийской НПК. Екатеринбург УРО РАН, 2004, с. 97.

5. Коняев, И.А. Моделирование индуктора электродинамического сепаратора методом конечных элементов с целью оптимизации магнитной системы / Коняев И.А., Маркин Н.Е., Удинцев В.Н. и др. И Проблемы и достижения в промышленной энергетике: Сб. докладов 4-й НПК. Екатеринбург, 2004, с.75-78.

6. Коняев, И.А Улучшение энергетических показателей электродинамических сепараторов за счет оптимизации магнитной системы / Коняев И.А., Кузнецов К.В., Ломакин Г.А. и др.// Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Сб. материалов Всероссийской НПК. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2004, с. 141-144.

7. Коняев, И.А. Выбор типа электродинамического сепаратора для обработки мелкой фракции металлосодержащих отходов / Коняев И.А., Волошин Л.В., Кузнецов К.В. и др.// Энергосберегающие техника и технологии: Сб. докладов 8-й НПК. Екатеринбург, 2005, с. 73-75.

8. Коняев, И.А. Использование метода конечных элементов при оптимизации магнитной системы электродинамических сепараторов / Коняев И.А., Кузнецов К.В., Коняев А.Ю.// Электрические машины и электромашинные системы: Сб. научн. трудов ПГТУ, Пермь, 2005, с. 85-90.

9. Коняев, И.А. Применение бегущих магнитных полей в установках электродинамической сепарации / Коняев И.А., Пластун А.Т.// Материалы Международной НТК «Электромеханические преобразователи энергии». Томск, 2005, с. 21-25.

10. Коняев, И.А. О расчете электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / Коняев И.А., Кузнецов К.В., Маркин Н.Е. и др.// Электромеханические комплексы и системы: Межвузовский научный сборник. Уфа: УГАТУ, 2005, с. 82-87.

11. Коняев, И.А. Повышение энергоэффективности электродинамического сепаратора индукторного типа/ Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Сб. материалов Всероссийской НПК. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005, с. 87-89.

12. Коняев, И.А. Возможности улучшения показателей электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем / Коняев И.А., Пластун А.Т., Кузнецов К.В. и др. // Вестник УГТУ-УПИ. Екатеринбург, 2005, с. 198-205.

13. Коняев, И.А. Исследование электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / Коняев И.А., Кузнецов К.В., Коняев А.Ю. // Электротехника, 2006, №1, с. 10-15.

14. Коняев, И.А. О выборе конструкций и параметров электродинамических сепараторов / Коняев И.А., Волошин Л.В., Копцев C.B. и др. // Актуальнее про-

блемы энерго- и ресурсосберегающих электротехнологий: Труды Всероссийской НТК. Екатеринбург, 2006, с. 258-261.

15. Коняев, И.А. Сепарация металлов из твердых отходов / Коняев И.А., Маркин Н.Е., Удинцев В.Н. и др. // Экология и промышленность России, 2006, №12, с. 8-11.

16. Коняев, И.А. Особенности электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем / Коняев И.А., Александрова М.Н., Назаров C.JI. и др. // Сб. докладов Российско-Британского семинара «Экотехнологии 21 века», Проект Британского совета. Екатеринбург, 2007, с. 59-62.

17. Коняев, И.А. Исследование физических моделей электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / Коняев И.А., Ляпустина О.С., Волошин JI.B. и др. // Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: Труды Третьей Международной НТК. Екатеринбург, 2007, с. 227-230.

18. Коняев, И.А. Особенности расчета электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / Коняев И.А., Маркин Н.Е., Назаров C.JI. и др. // Электричество, 2007, № 10, с. 68-72.

19. Коняев, И.А. Оценка характеристик электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / Коняев И.А., Федоров И.Д., Пластун А.Т. // Труды 7-й НПК «Проблемы и достижения в промышленной энергетике». Екатеринбург: 2007, с. 93-96.

20. Коняев, И.А. К расчету электродинамических сепараторов / Коняев И.А., Рагозин К.Е., Шиляев A.A. и др. // Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Сборник материалов Всероссийской НПК. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007, с. 122-125.

21. Коняев, И.А. Оценка влияния формы извлекаемой частицы на эффективность работы электродинамического сепаратора / Коняев И.А., Рагозин К.Е. // Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Сборник материалов Всероссийской НПК. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008, с. 126-129.

22. Коняев, И.А. Индукционные электрические машины для электродинамической сепарации / Коняев А.Ю., Коняев И.А., Маркин Н.Е. и др. // Труды XXII Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты». - Украина, Алушта, 2008, с. 108-109.

23. Коняев, И.А. Вопросы энергосбережения при обработке металлосодер-жащих отходов / Коняев А.Ю., Коняев И.А., Волошин Л.В. и др. // Труды 8-ой НПК «Проблемы и достижения в промышленной энергетике». Екатеринбург: 2008, с. 166-169.

24. Коняев И.А. К оценке распределения магнитного поля в рабочей зоне электродинамических сепараторов с вращающимся индуктором // Там же, с. 116-119.

25. Оценка эффективности и областей применения электродинамических сепараторов сбегущим магнитным полем / Коняев А.Ю., Коняев И.А., Маркин Н.Е., Пластун А.Т. // Промышленная энергетика, 2009, № 6, с. 1620.

Формат 60x84 1/16 Заказ № 383

Ризография НИЧ УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, Мира, 19

Подписано в печать 01 .09.2009 Тираж 100

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Классификация электродинамических сепараторов по способу возбуждения магнитного поля

1.2. Состояние разработок электродинамических сепараторов. Постановка задач исследований

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СЕПАРАТОРОВ С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

2.1. Выбор и обоснование расчетной модели

2.2. Моделирование и расчет магнитных полей

2.2.1. Магнитное поле индуктора с открытой магнитной системой

2.2.2. Магнитное поле при наличии обратного магнитопро-вода

2.3. Оценка адекватности расчетных моделей

2.4. Выводы по разделу

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СЕПАРАТОРОВ С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

3.1. Особенности распределения магнитных полей

3.2. Оценка влияния ограниченности размеров вторичного элемента на электромагнитное усилие извлечения

3.3. Особенности характеристик сепараторов с вращающимся цилиндрическим индуктором

3.4. Выводы по разделу

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕПАРАТОРОВ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТОК

4.1. Описание экспериментальных моделей

4.2. Результаты экспериментальных исследований электродинамических сепараторов

4.2.1. Оценка магнитных полей в рабочей зоне сепараторов

4.2.2. Оценка теплового состояния индукторов

4.2.3. Оценка электромагнитных усилий извлечения

4.2.4. Оценка характеристик электродинамического сепаратора индукторного типа

4.3. Практическая реализация разработок

4.4. Выводы по разделу

Развитие вторичной металлургии, а также все возрастающие потребности в переработке твердых металлосодержащих отходов обусловливают востребованность технологий и оборудования для сбора и обработки вторичных цветных металлов [1-5]. Одной из таких технологий является электродинамическая сепарация - метод разделения немагнитных материалов по электропроводности, использующий силовое взаимодействие магнитного поля индуктора с вихревыми токами, наведенными этим полем в проводящих предметах или частицах. С помощью электродинамической сепарации могут решаться следующие технологические задачи:

• Извлечение лома цветных металлов из твердых бытовых или смешанных отходов.

• Отделение металлической фракции от неметаллической в сложных отходах цветных металлов (отходы электро- и радиотехнической промышленности, электролампового производства, автомобильный лом и т.п.).

• Очистка сыпучих материалов от металлических включений (например, очистка отработанных формовочных смесей от скрапа в литейном производстве).

• Сортировка сложного цветного металлолома при подготовке его к металлургическому переделу: разделение лома по крупности, удельному весу, электропроводности (например: отделение кускового лома от стружки; разделение сплавов, отличающихся только легирующими добавками).

В большинстве указанных операций альтернативой электродинамической сепарации является только ручная сортировка.

Одной из самых актуальных проблем промышленных регионов является утилизация твердых отходов производства и потребления. Вне зависимости от технологии переработки отходов извлечение металлических включений является необходимой операцией, позволяющей не только улучшить экономические показатели технологий переработки отходов за счет реализации вторичных металлов, но и обеспечивающей возможность дальнейшего использования продуктов переработки (в качестве вторичного сырья, топлива и т.п.) [3, 6]. Как известно, для извлечения из сыпучих материалов ферромагнитных включений широко используются серийно выпускаемые подвесные и шкивные железоотделители [7-8]. Сепарация цветных металлов за рубежом успешно решается с помощью электродинамических сепараторов [3-4, 6, 9-10]. В нашей стране случаи применения электродинамических сепараторов при обработке твердых отходов пока единичны [11-13].

Более сложная, но не менее эффективная задача решается при сортировке цветного металлолома при подготовке его к металлургическому переделу [2, 14]. Значительная часть лома цветных металлов поступает на металлургические заводы в неразделанном и несортированном виде. Непосредственная плавка несортированного металлолома сопровождается рядом нежелательных явлений, таких как:

- потери легирующих добавок (в первую очередь, легкоплавких: олова, свинца, цинка);

- выпуск низкокачественных сплавов (например, для алюминия основными загрязнителями являются железо, кремний, марганец);

- повышение энергозатрат, связанное как с увеличением времени плавки, так и с расходами на последующую очистку расплавов;

- ухудшение свойств шлака и выделение вредных выбросов, обусловленные наличием в металлоломе неметаллических включений (резина, пластмассы и т.п.);

- потери основного металла на угар при плавке металлолома с фрагментами, существенно отличающимися по размерам (например, стружки и кускового лома).

Потери металла при плавке несортированного лома могут достигать 20 % (на примере алюминия) [1, 15], в то время как оценки Организации европейских производителей алюминия (ЕАА - The Europen Aluminium Association) показывают, что при оптимальной загрузке скрапа потери металла не должны превышать 2-3% [16]. Указанные проблемы обусловливают актуальность сортировки металлолома как по видам сплавов, так и по крупности. К сожалению, на отечественных предприятиях преобладает ручная сортировка лома цветных металлов. При механизированной обработке лома могут применяться электродинамические сепараторы.

Первые технические решения в области электродинамической сепарации появились в начале XX века [17]. Это были сепараторы соленоидального типа с пульсирующим и сепараторы с бегущим магнитным полем, создаваемым вращающимися электромагнитами. По ряду причин созданные конструкции оказались малоэффективными и не получили распространения. Ситуация изменилась во второй половине XX века, что было обусловлено совершенствованием полупроводниковых преобразователей частоты, появлением высокоэнергетических постоянных магнитов, развитием теории и практики специальных электрических машин (линейных и торцевых асинхронных двигателей, двигателей с постоянными магнитами и др.). В 70-80-е годы в нашей стране и за рубежом разрабатываются и создаются электродинамические сепараторы, применяемые на предприятиях вторичной цветной металлургии и в различных технологиях утилизации разнообразных твердых отходов.

Как показывает зарубежный опыт [6, 14, 17], в большинстве случаев для извлечения цветных металлов из смешанных отходов производства и потребления, а также сортировки цветного металлолома целесообразны электродинамические сепараторы с бегущим магнитным полем. Такие сепараторы широко применяются во всех индустриально развитых странах. Можно отметить, например, ряд фирм, выпускающих сепараторы и технологические линии на их основе: "Metso Minerals" (Германия), "Coreco", "Combustion Power Company", "Occidetal Petroleum Corporation", "Garret" (США), "Coche Gidzutsu", "Javata Electric Machinery", "Shinko Electric" (Япония), "Gotswold Research" (Великобритания) и др. [18-22].

В нашей стране серийное производство электродинамических сепараторов практически отсутствует. Можно отметить лишь ряд фирм, предлагающих электродинамические сепараторы с вращающимся магнитным полем на основе постоянных магнитов (например, НПО «Эрга» (г. Калуга), ГУЛ «Станкоснаб» (г. Москва) [23-24]), а также более ранние инициативные разработки Уральского НИИ Академии коммунального хозяйства совместно с Уральским политехническим институтом (г. Свердловск) [12], ОКБ линейных электродвигателей (г. Киев) совместно с Всесоюзным институтом вторичных ресурсов (г. Москва), ВНИИвторцветмет (г. Донецк) [11, 25] и Институтом проблем комплексного освоения недр АН СССР (г. Москва) [26], ОАО «Уралэнергоцветмет» совместно с Уральским государственным техническим университетом - УПИ (г. Екатеринбург) [13].

Отсутствие соответствующего отечественного оборудования и высокая стоимость импортных установок и технологических линий сдерживает развитие в нашей стране технологий сбора и обработки вторичных цветных металлов. Этим обусловлена актуальность создания электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем, в которых извлекаемые металлические предметы играют роль вторичного элемента (ВЭ) индукционной* электрической машины.

Начиная с конца 70-х годов, исследования и разработка электродинамических сепараторов проводятся на электротехническом факультете Уральского государственного технического университета - УПИ в содружестве с Уральским НИИ Академии коммунального хозяйства, ОАО «Уралэнергоцветмет» и рядом других организаций [12-13, 27-40]. Основное внимание в указанных работах уделено электродинамическим сепараторам с бегущим магнитным полем на основе трехфазных линейных индукторов, которые предназначались преимущественно для сепарации твердых бытовых отходов. В то же время было показано, что в случае обработки мелких фракций отходов целесообразно применение электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем [40-43], результаты исследований которых и составили основу данной диссертации. Основными объектами изучения являлись электродинамические сепараторы с вращающимся магнитным полем, создаваемые на основе индукционных электрических машин. Работа 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).

Цель диссертационной работы:

Разработка электродинамических сепараторов на основе вращающихся цилиндрических индукторов, обладающих улучшенными энергетическими и технологическими показателями.

Для достижения этой цели решаются следующие задачи:

1. Разработка математических моделей и методик расчета электродинамических сепараторов на основе вращающихся цилиндрических индукторов.

2. Выявление закономерностей распределения магнитного поля в рассматриваемых электродинамических сепараторах

3. Исследование влияния параметров индукторов и размеров извлекаемых металлических предметов на характеристики сепараторов.

4. Уточнение областей применения электродинамических сепараторов разных конструкций.

5. Разработка рекомендаций по выбору роторов серийно выпускаемых электрических машин в качестве индукторов сепараторов

6. Создание опытных установок электродинамической сепарации и их экспериментальные исследования с целью проверки теоретических положений и апробации технологий.

7. Реализация разработок электродинамических сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами.

Методы исследования и достоверность результатов: В теоретической части диссертационной работы использовались методы теории электромагнитного поля и теории электрических машин, математическая модель электродинамического сепаратора построена на основе решения полевых задач в двухмерной постановке. Основные результаты получены на основе вычислительных и физических экспериментов на опытных образцах сепараторов и индукторов, созданных в лаборатории. Достоверность математических моделей и результатов расчетов проверялась сравнением с экспериментальными данными и сопоставлением с расчетами по другим методикам, в том числе с использованием возможностей математических пакетов Е1си1 и АпвуБ. Научная новизна:

1. Разработана математическая модель электродинамического сепаратора с вращающимся цилиндрическим индуктором на основе решения полевых задач в двухмерной постановке, учитывающая основные особенности устройства: неравномерный воздушный зазор и ограниченные размеры ВЭ {а, Ь < т).

2. Выявлены закономерности распределения магнитного поля в активной зоне рассматриваемых сепараторов в отличие от случая сепараторов с линейными индукторами, принятых в качестве прототипа. Показано, что дополнительный обратный магнитопровод не только усиливает, но и выравнивает магнитное поле в активной зоне.

3. Дана оценка физических эффектов, связанных с ограничением размеров ВЭ (извлекаемого предмета), приводящих к перераспределению вторичных токов и существенному искажению электромагнитных усилий.

4. Экспериментально и теоретически показано, что зависимости электромагнитных усилий от размеров извлекаемых проводящих предметов в случае цилиндрических индукторов имеют экстремум, местоположение которого с увеличением частоты магнитного поля смещается в сторону меньших размеров.

Практическая ценность:

1. Разработаны методики расчета сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами, удобные для инженерной практики и основанные на решении двухмерных полевых задач. При сопоставлении различных путей расчета показано, что в случаях, когда размеры ВЭ меньше полюсного деления индуктора, целесообразно использование усредненного в пределах проводящей пластины значения магнитной индукции и аналитического выражения для расчета электромагнитного усилия, учитывающего ограничения размеров ВЭ.

2. Показано, что неравномерность распределения магнитного поля в активной зоне увеличивается с уменьшением диаметра и полюсного деления индуктора. При этом ограничиваются толщина слоя обрабатываемых материалов (производительность сепаратора) и размеры извлекаемых металлических предметов.

3. Теоретически и экспериментально показано влияние параметров индукторов (диаметр, полюсное деление и частота магнитного поля) и физических свойств ВЭ (размеры, электропроводность) на характеристики сепараторов (прежде всего, на удельное электромагнитное усилие).

4. Определены рациональные области применения различных конструкций электродинамических сепараторов. В частности, показано, что сепараторы на основе вращающихся цилиндрических индукторов, работающие на повышенной частоте целесообразно использовать при обработке материалов с крупностью менее 50 мм.

5. Созданы опытные образцы электродинамических сепараторов и индукторов, на которых выполнен большой объем экспериментальных исследований и проведена апробация ряда технологий, в том числе по заданию предприятий - заказчиков.

6. Исследованы возможности применения роторов серийно выпускаемых электрических машин как основы электродинамических сепараторов. По итогам тепловых испытаний ряда роторов при работе их в составе установки электродинамической сепарации показана возможность увеличения токовых нагрузок обмоток по сравнению с номинальными для электрических машин.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и докладывались на научно-технических конференциях:

1. 12-ая Международная НТК «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты» (Украина, г. Алушта; 2008)

2. Международная НТК «Электромеханические преобразователи энергии» (г. Томск; 2005)

3. 3-я Международная НТК «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (г. Екатеринбург; 2007)

4. Всероссийская НТК «Актуальнее проблемы энерго- и ресурсосберегающих электротехнологий» (г. Екатеринбург; 2006)

5. Всероссийская НПК «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (г. Екатеринбург; 2002- 2008)

6. Всероссийская НПК «Экологические проблемы промышленных регионов» (г. Екатеринбург; 2004, 2006-2008)

7. НПК «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» (г. Екатеринбург; 2004-2008)

8. 8-ая НПК «Энергосберегающие техника и технологии» (г. Екатеринбург; 2005)

9. 4-ая Межотраслевая НТК «Автоматизация и прогрессивные технологии» (г. Новоуральск; 2005)

10. Российско-Британский семинар «Экотехнологии 21 века» (г. Екатеринбург; 2007)

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 35 печатных работ.

Основные результаты представляемой диссертационной работы заключаются в следующем:

1. На основании патентно-библиографического обзора установлена актуальность разработки устройств электродинамической сепарации, применяемых на различных стадиях заготовки и производства вторичных цветных металлов. В частности, показано, что недостаточно изучены электродинамические сепараторы с вращающимся магнитным полем, предназначенные для обработки мелких фракций лома цветных металлов (с размером кусков менее 50 мм).

2. Разработана методика расчета характеристик электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем, учитывающая основные особенности электромагнитных процессов в рассматриваемых устройствах. Показано, что сложность математического описания сепараторов на основе вращающихся цилиндрических индукторов связана с ограничением размеров ВЭ и с неравномерностью немагнитного зазора между индуктором и ВЭ, приводящих к необходимости решения задач расчетов в трехмерной постановке. Для инженерной практики предложена методика расчета сепараторов на основе решения двухмерных задач о распределении магнитного поля в активной зоне и токов во вторичном элементе ограниченных размеров.

3. Дана сопоставительная оценка различных подходов и методик расчета, в том числе использующих стандартные математические пакеты. Выполнена проверка достоверности рассчитываемых характеристик сепаратора на основании сравнения с экспериментальными данными ряда лабораторных установок, показавшая, что в большинстве расчетов магнитных полей и электромагнитных усилий погрешности не превышают 10%.

4. Выявлены особенности распределения магнитного поля в сепараторах с вращающимися цилиндрическими индукторами по сравнению с сепараторами на базе линейных индукционных машин, связанные с изменением кривизны поверхности индукторов. Показано, что при прочих равных условиях магнитное поле у цилиндрических индукторов слабее, чем у линейных, а скорость затухания поля при удалении от поверхности индукторов возрастает с уменьшением диаметра, что неравномерность распределения магнитного поля по длине извлекаемых проводящих пластин (по касательной к индуктору) увеличивается с уменьшением диаметра и полюсного деления индукторов, что установка обратного магнитопровода не только усиливает, но и выравнивает магнитное поле в активной зоне.

5. Дана оценка физических эффектов, связанных с ограничением размеров ВЭ (извлекаемого предмета), приводящим к перераспределению вторичных токов в пластине - появлению краевых эффектов во ВЭ. На конкретных примерах показано, что расчеты сепараторов без учета этих эффектов приводят к существенным искажениям результатов (различия до нескольких раз). Показаны трудности извлечения мелких фракций сепарируемых металлических предметов (включений), проанализированы возможности решения такой задачи. Как основной способ рекомендуется сепарация в магнитных полях повышенной частоты, создаваемых вращающимися цилиндрическими индукторами.

6. Экспериментально и теоретически показано, что зависимости удельного электромагнитного усилия от размеров ВЭ для сепараторов с цилиндрическими индукторами являются экстремальными, что принципиально отличает такие сепараторы от сепараторов на базе линейных индукторов. На примере расчетов конкретных сепараторов на основе фазных роторов серийных асинхронных двигателей показано, что экстремум характеристик Рт=/ (Ь или Ыт) с увеличением частоты магнитного поля смещается в сторону меньших размеров. Это позволяет говорить о том, что рассматриваемые сепараторы предназначены для обработки именно мелких фракций.

7. На созданных при участии автора опытных лабораторных установках электродинамической сепарации с различными способами возбуждения бегущих (вращающихся) магнитных полей выполнен большой объём разнообразных экспериментальных исследований: оценка магнитных полей, тепловые испытания, оценка характеристик сепараторов на различных частотах и разной крупности извлекаемых проводящих предметов. Экспериментально подтверждена возможность улучшения показателей установок для сепарации мелких фракций лома цветных металлов (при размере кусков менее 50 мм) при использовании вращающихся цилиндрических индукторов, создающих магнитные поля повышенной частоты.

8. Результаты исследований использованы для оценки возможностей реализации ряда технологических операций (сортировка медьсодержащих сплавов, извлечение металла из отходов, обогащение алюминиевых шлаков) и разработке электродинамических сепараторов в интересах предприятий — заказчиков: НПФ «Металл-комплект», г. Каменск-Уральский; НПФ «Полимер-Про», г. Москва; ОАО «Уралпрогресс», г. Асбест. Показана целесообразность применения роторов серийных электрических машин в качестве основы установок электродинамической сепарации. 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.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Андреев Ю.В. Комплексная переработка сложных металлоотходов // Цветные металлы, 1984, № 8, с. 126-128.

2. Колобов Г.А., Бредихин В.Н., Чернобаев В.М. Сбор и обработка вторичного сырья цветных металлов. — М.: Металлургия, 1993. 288 с.

3. Шубов Л.Я., Ройзман В.Я., Дуденков С.В. Обогащение твердых бытовых отходов.- М.: Недра, 1987. 238 с.

4. Marstoun P.G. The Use of Electromagnetic Fields for the Separation of Materials // World Electrotechnical Congress, Moscow, 1977.

5. Локшин М.З. Третья международная конференция и выставка «Ре-циклинг алюминия» // Цветные металлы, 2006, № 8, с. 111-112.

6. Современные энергосберегающие электротехнологии / Ю.И. Блинов, A.C. Васильев, А.Н. Никаноров и др. СПб.: СПбГЭТУ (ЛЭТИ), 2000. 564 с.

7. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные и электрические методы обогащения: Учебник для вузов. М.: Недра, 1988. 304 с.

8. Сумцов В.Ф. Электромагнитные железоотделители. М.: Машиностроение, 1978. — 174 с.

9. Schloemann Е. Separation of nonmagnetic metals from solid wastes // J. of Applied Physics, 1975, vol. 46, № 11, p. 5012-5020.

10. Franzosische Konzepte zur Abfall-verwertung / A. Larane // Produktion, 1992, № 14, s. 34-36.

11. Технология извлечения металлов из твердых бытовых отходов / С.В. Дуденков, Л.Я. Шубов, С.И. Хворостяной и др. // Цветные металлы, 1984, №9, с. 91-96.

12. Коняев А.Ю., Жуков A.A., Ширшов Б.П. Линейные асинхронные двигатели в электромагнитных сепараторах для извлечения алюминия из бытовых отходов // Электротехническая промышленность. Электрические машины, 1981, №9, с. 16-18.

13. Устройства для электродинамической сепарации лома и отходов цветных металлов / A.A. Патрик, H.H. Мурахин, А.Ю. Коняев и др. // Промышленная энергетика, 2001, №6, с. 16-19.

14. Бредихин В.Н., Извеков Н.И., Лаушкина А .Я. Электродинамическая сепарация лома и отходов цветных металлов за рубежом // Цветная металлургия, 1982, № 4, с. 24-25.

15. Апанасенко А.И., Пржегорлинский В.И. Влияние технологических факторов на потери металлов от окисления при производстве сплавов из алюминиевой стружки // Цветные металлы, 1992, № 6, с. 60-62.

16. The problem of aluminium recycling // Recycling International, 2007, № 3, p. 14-16.

17. Кривцова Г.Б., Ратникова А.И. Электродинамическая сепарация. Метод и тенденции развития // Совершенствование процессов электросепарации и конструкций электросепараторов: Сб. научн. трудов Л.: Механобр, 1987, с. 58-68.

18. Абросимов A.C., Бондаренко Ю.А., Фролов А.П. Подготовка отходов цветных металлов к металлургическому переделу. Зарубежный опыт // Цветные металлы, 1989, № 8, с. 100-104.

19. Сепараторы цветных металлов Lindemann / www.metsominerals.com.20. "Coreco" introduces new induction powered separator for non-ferrous scrap // Recycling Today, Toronto, 1979, 17, № 8, p. 90.

20. Патент США по заявке № 603869. Method and apparatus for recovery of non-ferrous conductive metals from solid waste / W. Morey (Occidental Petroleum Corp.). Заявл. 11.08.75. Опубл. 22.02.78. МКИВ03С1/22.

21. Патент Японии № 54 3078. Устройство для отделения немагнитных металлов / Когё гидзюцу инте // Заявл. 27.02.76 (№ 51 — 20121), опубл. 03.10.79.

22. Магнитный сепаратор цветных металлов серия СМВТ // www.erga.ru.

23. Сепаратор цветных металлов МСК3101 // Проспект ГУП «Станко-снаб».

24. Черепнин О.М., Шевелев А.И., Шаимова И.Г. Сепарация немагнитных цветных металлов в бегущем магнитном поле // Цветные металлы, 1985, № 11, с. 85-87.

25. Барский Л.А., Бондарь И.М. Извлечение цветных металлов из вторичного сырья методом электродинамической сепарации // Цветные металлы, 1988, №8, с. 83-85.

26. A.c. № 1297909 (СССР). Устройство для извлечения металлических частиц из потока сыпучего материала / А.Ю. Коняев, Б.П. Ширшов, М.В. Юр-ченко // БИ № 11, 1987. МКИ ВОЗС 1/24.

27. A.c. № 1519776 (СССР). Способ электродинамической сепарации и устройство для его осуществления / А.Ю. Коняев, В.Н. Удинцев, Б.П. Ширшов, М.В. Юрченко // БИ № 41, 1989. МКИ ВОЗС 1/24.

28. Коняев А.Ю., Юрченко М.В. Электродинамические сепараторы для извлечения цветных металлов из твердых отходов // Промышленная энергетика, 1992, № 10, с. 46-48.

29. Коняев А.Ю. Расчет и исследование электродинамических сепараторов на основе линейных двигателей // Электротехника, 1994, № 2, с. 59-63.

30. Коняев А.Ю., Назаров С.Л. Выбор конструктивных схем и параметров электродинамических сепараторов для переработки отходов // Промышленная энергетика, 1995, № 6, с.23-27.

31. Коняев А.Ю., Назаров С.Л. Особенности расчета электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем // Электротехника, 1995, № 10, с. 56-61.

32. Коняев А.Ю., Назаров С.Л., Ширшов Б.П. Опыт разработки и применения электродинамической сепарации лома и отходов цветных металлов // Цветные металлы, 1995, № 11, с. 63-66.

33. Коняев А.Ю., Назаров С.Л., Удинцев В.Н. Пути повышения эффективности электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем // Промышленная энергетика, 1997, № 9, с. 24-26.

34. Коняев А.Ю., Назаров С.Л. Исследование характеристик электродинамических сепараторов на основе двумерной модели // Электротехника, 1998, №5, с. 52-57.

35. Коняев А.Ю., Назаров С.Л. Анализ характеристик электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем методом конечных элементов // Электротехника, 1999, № 12, с. 50-54.

36. Коняев А.Ю. Линейные индукционные машины для технологического электромагнитного воздействия на обрабатываемые электропроводящие изделия и материалы: Дисс я . докт. техн. наук. 05.09.01 / УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 1996. 440 с.

37. Удинцев В.Н. Разработка и исследование линейных индукционных машин для электродинамической сепарации: Дисс я . канд. техн. наук. 05.09.01 / УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 1997. 185 с.

38. Кожемякин М.Ю. Исследование линейных индукционных машин для электродинамической сепарации мелкой фракции твердых отходов: Дисс я . канд. техн. наук. 05.09.01 / УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 2001. 159 с.

39. Пути повышения энергоэффективности электродинамической сепарации / А.Ю. Коняев, A.M. Акулинин, А.Ю. Барсуков, A.B. Соколов // Известия вузов. Горный журнал, 2003, № 6, с. 10-16.

40. Возможности улучшения показателей электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем / И.А. Коняев, К.В. Кузнецов, А.Т. Пластун и др. // Вестник УГТУ-УПИ. Екатеринбург, 2005, с. 198-205.

41. Сепарация металлов из твердых отходов / И.А. Коняев, Н.Е. Маркин, В.Н. Удинцев и др. / Экология и промышленность России, 2006, № 12, с. 8-11.

42. Коняев А.Ю., Коняев И.А., Кузнецов К.В. Исследование электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем // Электротехника, 2006, № 1, с. 10-15.

43. Особенности расчета электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / И.А. Коняев, Н.Е. Маркин, СЛ. Назаров, А.Ю. Коняев // Электричество, 2007, № 10, с. 68-72.

44. Kerr J. Linear motors up scrap yields // The Engineer, 1981, v.252, № 6528, p.41, 62.

45. Ширшов Б.П. Исследование и выбор параметров электродинамического обогащения цветных металлов при промышленной переработке твердых бытовых отходов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. 05.15.08 / Иркутск: Ирк. пол. ин-т., 1979. 23 с.

46. Лапицкий В.Н. Исследование электродинамической сепарации золотосодержащих шлиховых концентратов и вторичных цветных металлов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. 05.15.08 / Днепропетровск: ДГИ, 1979. 21 с.

47. Черепнин О.М. Разработка процесса электродинамической сепарации лома и отходов цветных металлов в бегущем магнитном поле: Автореф. дис. . канд. техн. наук. 05.15.08 / Днепропетровск: ДГИ, 1988. 17 с.

48. Кондратенко A.B. Электродинамические устройства для сепарации отходов цветных металлов на основе индукторов бегущего электромагнитного поля: Автореф. дис. . канд. техн. наук. 05.09.03 / Днепропетровск: ДГИ, 1988. 16 с.

49. Бредихин В.Н., Шевелев А.И., Старчик Л.П. Автоматизированная сортировка отходов цветных металлов // Цветная металлургия, 1990, № 8, с. 77-79.

50. Бондарь И.М. Электродинамический сепаратор с индуктором вращающегося магнитного поля // Цветные металлы, 1992, № 3, с. 59-62.

51. Semuel R. A new method of scrap recycling // J. of Metals, 1980, vol. 30, p. 21-23.

52. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Магнитные цепи, поля и программа FEMM. М.: изд. центр «Академия», 2005. 336 с.

53. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Программа ANSYS. М.: изд. центр «Академия», 2006. 288 с.

54. Коняев А.Ю., Назаров C.JI. Магнитные и электрические методы обогащения сырья и переработки отходов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1995. 88 с.

55. Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. JL: Энергия, 1970. 271 с.

56. Круминь Ю.К. Основы теории и расчета устройств с бегущим магнитным полем. Рига: Зинатне, 1983. 278 с.

57. Веселовский О.Н., Коняев А.Ю., Сарапулов Ф.Н. Линейные асинхронные двигатели. М.: Энергоатомиздат, 1991. 256 с.

58. Черепнин О.М., Шевелов A.M., Шаимова И.Г. Сепарация немагнитных цветных металлов в бегущем магнитном поле // Цветные металлы, 1985, №11, с. 85-87.

59. Дядин В.И., Латкин A.C. Электродинамическая сепарация немагнитных дисперсных смесей // Цветные металлы, 2005, №2, с.15-18.

60. Устройство для отделения частиц металла / Японский патент по заявке 52-47189, заявлено 16.12.1975 №50149093 от 30.11.1977 №4-1180. Заявитель Коге Гидзюцу Инте.

61. Способ разделения при помощи наведения ЭДС. Патент по заявке №1324126 МКИ ВОЗС 1/06. Опубликован 18.07.1973. США от 15.06.1970 №46219.

62. Устройство для создания вращающегося магнитного поля в установке для отделения немагнитных металлов. Патент Япония 53-42906, заявка 160476 (№51-424961) от 15.11.1978. МКИ В03С1/24, УДК 621.928.

63. Устройство с вращающимся барабаном для извлечения металла. Японский патент по заявке №52-45946, от 13.03.1975, пат № 50-29579 от 19.11.1977, заявитель Коге Гидзюцу Инте, МКИ ВОЗСЗ/24, УДК 621.928.8.

64. Индукционный магнитный сепаратор / Япония, патент по заявке №50-18441 заявленной 13.03.1970, патент № 45-21748 от 28.06.1975, заявитель Ямамото Синсукэ, МКИВ03С1/02, УДК 621.928.8.

65. Способ извлечения немагнитных металлов из смесей с использованием цилиндрического индуктора с вращающимися магнитами / Германия, патент по заявке № 235458 заявленной 25.09.1993, патент № 51-23408 от 14.10.1994, заявитель Тобиасс Шуренберг.

66. Индукционный сепаратор, для сепарации мелкой фракции / Япония, патент по заявке № 53-987244 заявленной 31.05.2000, патент № 53-75720 от 19.11.2000, заявитель Хироши Токанава.

67. Способ разделения при помощи вихревых токов / США, патент по заявке №4562457 от 24.02.1992, патент №56854 от 01.10.1994., заявитель Марк Шиллерман, МКИ ВОЗС 1/07.

68. Устройство для разделения металлов / Патент Великобритании по заявке № 1495883, опубликован 30.12.1970 № 4630.

69. Устройство для отделения немагнитных металлов / патент Японии по заявке № 51-20121 от 27.02.1976, опубликован 03.02.1979, заявитель Коге Гидзюцу Инте.

70. Устройство для сепарации металла / патент Японии по заявке № №5094234 от 4.08.1975, опубликован 19.01.1978 №53-1509, заявитель Коге Гидзюцу Инте.

71. Устройство для разделения металлов и неметаллов / патент Японии по заявке № №53-1508 от 10.06.1975, опубликован 19.01.78 № 50-69071, заявитель Коге Гидзюцу Инте.

72. Способ разделения металлов и неметаллов / патент Японии по заявке № 52-47188 от 16.12.1975, опубликован 30.11.1977 №4-1180, заявитель Коге Гидзюцу Инте.

73. Способ выделения металлов из раздробленных отходов / патент Японии по заявке №52-47186 от 16.12.1975, опубликован 30.11.1977 № 4-1180, заявитель Коге Гидзюцу Инте.

74. Устройство для извлечения металла / патент Японии по заявке № 5029580 от 13.03.1975, опубликован 8.07.1977 № 4-640, заявитель Коге Гидзюцу Инте.

75. Сортировочное устройство для металла / патент Японии по заявке №50-124265 от 17.10.1975, опубликован 27.10.1977 № 4-1074, заявитель Коге Гидзюцу Инте.

76. Устройство для выделения металла / патент Японии по заявке №5246725 от 28.10.1975, опубликован 28.11.1977 № 4-11-69, заявитель Коге Гидзюцу Инте.

77. Способ переработки отходов ламп накаливания / патент России от 20.05.1995 №20-35244.

78. Бондарь И.М. Электродинамический сепаратор с индуктором вращающегося поля // Цветные металлы, 1992, № 3, с. 59-62.

79. Вольдек А.И., Янес Х.И. Поперечный эффект в плоских индукционных насосах при канале жидкого металла с проводящими стенками // Вопросы магнитной гидродинамики и динамики плазмы, Рига, 1962, с. 491-498.

80. Нейман JI.P., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Л.: Энергия, 1975. Т. 2. 408 с.

81. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М.: Энергия, 1968.488 с.

82. Исследование роликовых линейных двигателей для перемещения пластин магнитопроводов / А.Ю. Коняев, B.C. Проскуряков, C.B. Соболев, М.В. Юрченко // Электротехника, 1991, № 12, с.60-62.

83. Домбровский В.В., Хуторецкий Г.М. Основы проектирования электрических машин переменного тока. М.: Энергия, 1974. 504 с.

84. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. 3-е издание, перераб. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1968. 504 с.

85. Коварский Е.М., Янко Р.И. Испытание электрических машин. М.: Энергоатомиздат, 1990. 320 с.

86. Гольдберг О.Д. Испытания электрических машин. М.: Высшая школа, 1990.-255 с.

87. Котеленец Н.Ф., Акимова H.A., Антонов В.М. Испытания, эксплуатация и ремонт электрических машин. М.: издательский центр «Академия»,2003.-384 с.

88. Копылов И.П., Клоков Б.П., Морозкин В.П. Проектирование электрических машин: Учебник для ВУЗов. 3-у изд., испр. и доп. М.: Высшая школа, 2002. - 757 с.

89. Переработка шлаков алюминиевых сплавов методом центробежной фильтрации / А.Ю. Шустров, Ю.А. Маценко, В.А. Нагибин // Цветные металлы,2004, №1, с. 70-73.

90. Электродинамические сепараторы для сбора и обработки отходов цветных металлов / И.А. Коняев, С.Л. Назаров, Г.А. Ломакин и др. // Проблемыи достижения в промышленной энергетике: Тезисы докладов НПС, Екатеринбург, 2001.-С. 61.

91. Выбор типа электродинамического сепаратора для обработки мелкой фракции металлосодержащих отходов / И.А. Коняев, Л.В. Волошин, К.В. Кузнецов и др.// Энергосберегающие техника и технологии: Сборник докладов 8-й НПК. Екатеринбург, 2005. С. 73-75.

92. Использование метода конечных элементов при оптимизации магнитной системы электродинамических сепараторов / И.А. Коняев, К.В. Кузнецов, А.Ю. Коняев // Электрические машины и электромашинные системы: Сборник научных трудов ПГТУ, Пермь, 2005. С. 85-90.

93. Коняев, И.А. Выбор размеров магнитной системы электродинамического сепаратора индукторного типа / Проблемы и достижения в промышленной энергетике: Сборник докладов 5-й научно-практической конференции. Екатеринбург, 2005. С. 35-38.

94. Применение бегущих магнитных полей в установках электродинамической сепарации / И.А. Коняев, А.Ю. Коняев, А.Т. Пластун // Материалы Международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии». Томск, 2005. — с. 21-25.

95. О расчете электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / И.А. Коняев, К.В. Кузнецов, Н.Е. Маркин и др.// Электромеханические комплексы и системы: Межвузовский научный сборник. Уфа: УГАТУ, 2005.-С. 82-87.

96. О выборе конструкций и параметров электродинамических сепараторов / И.А. Коняев, JI.B. Волошин, C.B. Копцев и др.// Актуальнее проблемы энерго- и ресурсосберегающих электротехнологий: Труды Всероссийской НТК. Екатеринбург, 2006. С. 258-261.

97. Коняев И.А. К оценке распределения магнитного поля в рабочей зоне электродинамических сепараторов с вращающимся индуктором // Труды 8-ой научно-практической конференции «Проблемы и достижения в промышленной энергетике». Екатеринбург, 2008, с. 116-119.

98. 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