автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Повышение эффективности электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем

На правах рукописи

Маркин Николай Егорович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СЕПАРАТОРОВ С БЕГУЩИМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

4848565

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 ИЮН 2011

Екатеринбург 2011

4848565

Работа выполнена на кафедрах «Электрические машины» и «Электротехника и электротехнологические системы» ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Коняев Андрей Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Черных Илья Викторович

кандидат технических наук, доцент Шилин Сергей Иванович

Ведущая организация: ГАОУ ВПО «Российский государственный про-

фессионально-педагогический университет», г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится 22 июня 2011 г. в 14 ч. 15 мин. на заседании диссертационного совета Д.212.285.03 по адресу: г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет 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, УрФУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Автореферат разослан и опубликован на официальном сайте УрФУ www.ustu.ru 19 мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.285.03, ,

доцент, д.т.н. A.M. Зюзев

Актуальность работы. Для решения ряда технологических задач в области вторичной цветной металлургии находит применение электродинамическая сепарация - метод разделения немагнитных материалов, использующий силовое взаимодействие магнитного поля индуктора с вихревыми токами, наведенными этим полем в проводящих предметах или частицах. Электродинамические сепараторы используются для извлечения металлов из различных сыпучих смесей; для сортировки лома и отходов цветных металлов по сортам и крупности при подготовке к металлургическому переделу; для обогащения алюминиевых шлаков и т.п. Во всех указанных случаях достигается комплексный эколого-экономический эффект, поскольку возвращаются в переработку вторичные металлы, появляются возможности утилизации неметаллических фракций отходов, улучшается качество выплавляемых металлов и сплавов, уменьшается вредное воздействие на окружающую среду металлургических процессов.

В мировой практике для решения указанных задач чаще всего используются 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. В зависимости от решаемой технологической задачи для возбуждения бегущего магнитного поля используются трехфазные линейные индукторы, либо вращающиеся цилиндрические индукторы с постоянными магнитами или электромагнитами.

К сожалению, в нашей стране технологии и установки электродинамической сепарации не получили достаточного распространения, поскольку зарубежное оборудование дорого, а предлагаемые рядом отечественных производителей установки имеют узкие области применения и не всегда работоспособны. Востребованность рассматриваемых технологий делает актуальными исследования и разработку электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем. Такие разработки ведутся в Уральском государственном техническом университете - УПИ (ныне Уральском федеральном университете), ЮжноРоссийском государственном техническом университете и ряде других организаций. В последние годы разработаны математические модели и методики расчета сепараторов, спроектированы и созданы первые промышленные установки электродинамической сепарации для обработки металлосодержащих отходов. Опыт разработки и эксплуатации электродинамических сепараторов показывает необходимость дальнейшего развития теории таких устройств и совершенствования их конструкций для повышения эффективности сепарации. В частности остаются трудности при сепарации мелких фракций металлов (с крупностью кусков менее 40 мм), а также материалов с малой удельной электропроводностью (например, алюминиевых шлаков). В данной работе предлагается решение указанных вопросов за счет совершенствования конструкций магнитной системы сепараторов с вращающимися индукторами, а также за счет рационального выбора конструкции и параметров механических частей установок, отличающихся, прежде всего, способом подачи сепарируемых материалов и отвода продуктов разделения. Основные исследования, результаты которых представ-

лены в работе, 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 - Асбест) и др.

Область исследования можно определить как специальные электрические машины и электромеханические устройства технологического назначения.

Объектом исследования являются электродинамические сепараторы с бегущим магнитным полем на основе трехфазных линейных индукторов и вращающихся цилиндрических индукторов с постоянными магнитами (электромагнитами).

Цель диссертационной работы: Создание энергоэффективных устройств электродинамической сепарации для сбора и обработки лома и отходов вторичных цветных металлов.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Разработка и апробация математической модели электродинамических сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами при наличии дополнительных элементов магнитопровода.

2. Исследование влияния конструкции и размеров дополнительных элементов магнитопровода на характеристики магнитного поля в зоне сепарации и на показатели электродинамического сепаратора.

3. Разработка методик расчета электродинамических сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил.

4. Исследование влияния конструкции и параметров механической части устройств электродинамической сепарации на энергетические характеристики сепараторов.

5. Получение практических рекомендаций по разработке электродинамических сепараторов, предназначенных для обработки мелкой фракции металлосо-держащих отходов и сепарации материалов с малой электропроводностью.

6. Создание опытных образцов электродинамических сепараторов, их экспериментальные исследования, включая апробацию конкретных технологических операций по заказам предприятий.

Методы исследования и достоверность результатов: В теоретической части диссертационной работы использовались методы теории электромагнитного поля и теории электрических машин. Математическая модель электродинамического сепаратора с вращающимся цилиндрическим индуктором построена на основе решения полевых задач в двухмерной постановке. Расчеты сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил базируются на решении уравнений движения и уравнений энергетического баланса извлекаемых проводящих тел. Основные результаты получены на основе вычислительных экспериментов с использованием возможностей математических пакетов Е1си1 и МаЛсас) и физических экспериментов на опытных образцах сепараторов и индукторов, созданных в лаборатории. Достоверность математических моделей и результатов расчетов проверялась сравнением с экспериментальными данными.

Научная новизна:

1. С учетом особенностей электромагнитных процессов в электродинамических сепараторах на базе вращающихся цилиндрических индукторов с дополнительными элементами магнитопровода обоснован выбор их математической модели, основанной на решении полевых задач в двухмерной постановке.

2. Выявлены закономерности распределения магнитного поля в активной зоне рассматриваемых сепараторов при установке дополнительного обратного магнитопровода и магнитных шунтов. Показано, что при рабочих зазорах более 5 мм влияние высших гармоник поля на электромагнитное усилие извлечения не превышает 5-7%.

3. На основе решения уравнений движения и уравнений энергетического баланса для извлекаемых проводящих тел разработаны методики расчета сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил для различных типов индукторов и способов подачи сепарируемых материала.

4. Выявлены закономерности изменения требуемого удельного электромагнитного усилия при изменении параметров механической части сепаратора.

Практическая ценность:

1. Разработана методика электромагнитного расчета сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами и дополнительными элементами магнитопровода. Выполнена апробация методики путем сопоставления с данными экспериментов, показавшего хорошее качественное и количественное совпадение зависимостей (погрешности расчета электромагнитного усилия в широком диапазоне изменения параметров не превышают 15-20%)..

2. Для усиления магнитного поля в активной зоне сепараторов с вращающимися индукторами предложены конструкции, имеющие дополнительные элементы магнитопровода (обратный магнитопровод и (или) магнитные шунты). Показано, что их применение ведет к существенному (в несколько раз) увеличению электромагнитного усилия извлечения.

3. Теоретически и экспериментально показано влияние размеров дополнительных магнитопроводов и магнитных шунтов на характеристики сепараторов (прежде всего, на удельное электромагнитное усилие).

4. Выполнены исследования сепараторов с различными типами индукторов и способов подачи сепарируемых материалов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил. Показаны пути снижения требуемых удельных электромагнитных усилий и повышения эффективности сепараторов за счет выбора параметров механической части установок.

5. В результате исследований определены требования к электродинамическим сепараторам, предназначенным для обработки мелких фракций отходов и материалов с низкой электропроводностью. Показано, что наиболее эффективно применение сепараторов с вращающимися индукторами, создающими бегущее магнитное поле повышенной частоты (100 - 800 Гц).

6. Созданы опытные образцы электродинамических сепараторов с разными типами индукторов, на которых выполнены экспериментальные исследования и проведена апробация ряда технологий, в том числе по заданию предприятий.

Реализация работы: Основные рекомендации, полученные в работе воплощены в опытных установках электродинамической сепарации, созданных в лаборатории УГТУ-УПИ, и предоставлены заинтересованным предприятиям. В частности, результаты исследований установок для разделения лома медных сплавов по сортам переданы в НПФ «Металл-Комплект» (г. Каменск-Уральский). Предприятию «Полимер-Про» (г. Москва) переданы результаты расчетов и экспериментов на имеющихся в лаборатории установках, доказывающие возможность отделения частиц алюминиевой фольги от дробленых пластиковых отходов и предложения по созданию сепараторов. По заказу предприятия «Уралпрогресс» (г. Асбест) выполнены исследования по обогащению алюминиевых шлаков, определены параметры, требуемые для разработки сепараторов. Созданные установки и методики расчета используются также в учебном процессе кафедр «Электрические машины» и «Электротехника и электротехнологические системы» УГТУ-УПИ (УрФУ), 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 и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (Екатеринбург; 2007, 2011).

3. Международная НТК «Успехи современной электротехнологии» (Саратов, 2009).

4. Международная НТК «Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах» (Севастополь, Украина, 2010).

5. Международная НПК «Инновационная энергетика - 2010» (Новосибирск, 2010).

6. Всероссийская НТК «Актуальнее проблемы энерго- и ресурсосберегающих электротехнологий» (Екатеринбург; 2006, 2011).

7. Всероссийская НПК «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург; 2010).

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

9. Межвузовская НПК «Автоматизированные информационные и электроэнергетические системы» (Краснодар, 2010).

10. НПК «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» (Екатеринбург; 2003-2010).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 24 печатных работ, в том числе в изданиях рекомендованных ВАК - 5.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти основных разделов, заключения и содержит 129 страниц текста, включает 73 рисунка, 5 таблиц, список литературы из 89 наименований.

Основное содержание работы

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

В первом разделе приведен патентно-библиографический обзор отечественных и зарубежных разработок в области электродинамической сепарации: описаны решаемые с помощью сепараторов технологические задачи, показаны основные схемы сепараторов, отличающихся способами подачи и отвода обрабатываемых материалов и конструкциями индукторов, возбуждающих бегущее магнитное поле (рис.1). Обоснована необходимость учета при проектировании сепараторов совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил, чему ранее уделялось недостаточное внимание. Показано, что при обработке мелких фракций материалов предпочтительны сепараторы с вращающимся магнитным полем, работающие на повышенной частоте. Для повышения эффективности таких сепараторов предлагается использовать дополнительные элементы магнитной цепи (обратный магнитопровод и (или) магнитные шунты). Подобные конструкции электродинамических сепараторов исследуются впервые.

Рис. 1. Электродинамические сепараторы на основе линейных (а-б) и вращающихся (в) индукторов

На основе обзора литературных источников в разделе обоснованы задачи исследования, моделирования и расчета электродинамических сепараторов с учетом указанных конструктивных особенностей.

Во втором разделе проанализированы используемые при расчетах сепараторов математические модели, показаны особенности электромагнитных процессов в электродинамических сепараторах с вращающимися цилиндрическими индукторами при наличии дополнительных элементов магнитной цепи (рис.2) и обоснован выбор математические модели рассматриваемых сепараторов.

а б

Рис. 2. Конфигурация активной зоны сепараторов с бегущим (а) и вращающимся (б) магнитными полями: 1 - индукторы; 2 - извлекаемая проводящая пластина; 3 - обратный магнитопровод; 4 - магнитный шунт

Сложность расчетов сепараторов связана с необходимостью решения задачи в трехмерной постановке, поскольку магнитное поле имеет сложное распределение в плоскости х-г, а токи, наведенные в проводящей пластине, замыкаются в плоскости х-у. Ранее в УГТУ-УПИ была разработана математическая модель сепаратора на базе трехфазных линейных индукторов (рис. 3,а), основанная на решении совокупности двухмерных задач о распределении магнитного поля в равномерном зазоре между индукторами и вторичных токов в проводящей пластине. Аналитическое решение задачи позволило получить выражение для расчета электромагнитного усилия извлечения:

F^^abSRei^

1

e„sJ

1т

n=i( 2п-1) а(1 + Х//а +jz0s)

J _ g(Xjn +ja)b ] _e(X:„+yoi)é'

(1)

где k\n, k2n, i\n, Х2п - коэффициенты, зависящие, прежде всего, от относительных размеров {Ых и а/т) и электромагнитной добротности £0 — 2 ' (Y ~

удельная электропроводность материала; d - толщина ВЭ; 8Р - эквивалентный воздушный зазор; 5 - скольжение; а = п /т, т - полюсное деление индуктора)..

В случае сепаратора с вращающимся цилиндрическим индуктором и дополнительными элементами магнитной цепи (рис. 2,6) аналитическое решение задачи о распределении магнитного поля в активной зоне затруднительно. Формально конструкцию с неравномерным зазором можно привести к варианту с линейными индукторами (рис. 2,а), если принять расчетный зазор 6Р равномерным, а изменение магнитного сопротивления зазора учесть соответствующей корректировкой расчетной магнитной проницаемости:

(2)

где &\(х) - длина трубки магнитного поля.

С учетом этого магнитное поле вторичных токов в пределах пластины с учетом (2) описывается дифференциальным уравнением вида:

,(3)

дх д у ох \1(х) дх

¡ах е0 / / „ ! Г -¡ах

щ х ) дх

где J\ - "** - расчетная объемная плотность первичного тока индуктора, амплитуда которой в случае равномерного зазора связана с индукцией магнитного поля выражением:

Мп 'Т

(4)

л

Для упрощения уравнения (3) предлагается рассматривать только режим короткого замыкания (при этом скольжение 5 = 1, и слагаемые, содержащие производную от 11, исчезают). Это допущение позволяет получить аналитическое решение относительно напряженности магнитного поля вторичных токов и использовать для расчета электромагнитного усилия аналитическое выражение (1). В то же время именно от величины пускового усилия зависит работоспособность сепаратора. Предлагаемая замена реального неравномерного зазора равномерным расчетным по (2) означает решение задачи при заданном бегущем магнитном поле индуктора, определяемом по (4). Рассматриваемые сепараторы с вращающимися индукторами предназначены для сепарации проводящих тел крупностью Ь < 40 мм (как правило, Ь < 0,5т) в бегущем магнитном поле повышенной частоты (100 - 800 Гц). С учетом этого в работе доказано, что преобладающее распределение вторичных токов будет одноконтурным с явно выраженным поверхностным эффектом, как показано на рис. 3, а величина вторичных э.д.с. и токов определяется магнитным потоком, пронизывающим проводящую пластину. Это делает возможным усреднение значения магнитной

индукции в пределах пластины малых размеров, находящейся в заданной точке активной зоны, и позволяет использовать для расчета поля численные методы (в частности, метод конечных элементов, реализованный в пакете Е1аЛ).

Таким образом, расчет сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами и дополнительными элементами магнитопровода проводится в два этапа: на первом рассчитывается магнитное поле в месте расположения извлекаемой пластины, на втором определяется электромагнитное усилие извлечения по заданному полю с использованием выражений (1) и (4). Такой подход к моделированию сепараторов со Рис. 3. Распределение вто- сложной конфигурацией рабочего зазора позво-ричных токов в проводящей ляет избежать трудоемких численных расчетов пластине при Ь«х электромагнитных усилий и дает методику расчета, удобную для поисковых расчетов.

Проверка предлагаемой методики при расчетах опытных образцов сепараторов с вращающимся индуктором, имеющих дополнительный обратный магнитопровод и магнитные шунты, показала, что погрешности расчета усилий не превышают 15-20% и уменьшаются с понижением размеров извлекаемых проводящих предметов и с ростом частоты бегущего магнитного поля (рис. 4).

а б

Рис. 4. К оценке методик расчета электродинамического сепаратора (расчет - сплошные линии, эксперимент - точки)

В третьей главе излагаются основные результаты исследований влияния дополнительных элементов магнитной цепи на характеристики электродинамических сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами.

Основные исследования выполнены на опытных установках сепараторов с вращающимися индукторами, конфигурация активной зоны которых показана на рис. 5 (а - сепаратор № 1 с электромагнитным возбуждением, б - сепаратор № 2 с возбуждением от постоянных магнитов). Обратные магнитопроводы (ОМ) располагались на расстоянии не менее 10-15 мм от индуктора, а магнитные шунты (МШ) под лентой, подающей сепарируемые материалы.

1 / н •

Ь/2 Ь/2

Рис. 5. Картины магнитного поля в сепараторах при наличии обратного магнитопровода и магнитного шунта

Уменьшение магнитного сопротивления рабочего зазора приводит к существенному усилению магнитного поля (примеры на рис. 6) и росту электромагнитного усилия.

оре ода одз ода ода ода о

в,ъ I

1, мм -1-

ода

0025

о да 0,015 0,01 ода о

Бт,Тл

10___—■

26

1, ММ

50

100

150

200

250

40

120

160

Рис. 6. Зависимости значения магнитной индукции от длины ОМ: а - для сепаратора № 1 (зазор 10 мм), б - для сепаратора № 2 (зазоры 10 и 26 мм)

В работе выполнена оценка влияния на характеристики сепаратора размеров и расположения дополнительных элементов. Показано, например, что рационально выбирать длину обратного магнитопровода равной диаметру индуктора, что к усилению поля приводят увеличение площади магнитных шунтов, обращенной к обратному магнитопроводу, и уменьшение зазора между ними и индуктором. Оценка искажений формы магнитного поля, обусловленных установкой дополнительных элементов магнитной системы, показала, что при рабочих зазорах более 5 мм влияние высших гармоник поля незначительно (в выполненных расчетах искажение усилия не превышало 5-7%).

т/\, Н'кг

К, СМ |

-20246

Рис. 7. Электромагнитные усилия,

Рис. 8. Зависимости удельного

действующие на алюминиевые пла- электромагнитного усилия от частоты стины 30*30*5 мм (1-2) и 40*40*5 мм для сепаратора № 2: с открытым индук-

(3-4), в сепараторе № 1 при отсутствии (1,3) и наличии шунта (2,4)

тором (1); с ОМ (2); с ОМ и МШ (3)

Существенный рост электромагнитного усилия извлечения подтверждается как экспериментальными исследованиями (примеры на рис. 7), так и расчетами (рис.8). По рис. 8 следует отметить, что при установке дополнительных элементов магнитопровода происходит не только увеличение усилия, но и смещение экстремумов кривых в сторону меньших частот. Таким образом, повышаются как эффективность, так и надежность работы сепараторов. Показано также, что с уменьшением размеров проводящих пластин экстремумы кривых смещаются в сторону больших частот, что оправдывает применение электродинамических сепараторов с вращающимися индукторами, работающих на повышенных частотах.

В четвертом разделе диссертации устройства электродинамической сепарации моделируются и исследуются с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил.

В процессе сепарации на извлекаемые проводящие тела помимо электромагнитных сил действуют различные механические силы, характер и величина которых зависят от конструкции механической части устройств и способов подачи и отвода сепарируемых материалов. Основные варианты установок показаны на рис. 1. Для сепараторов на базе линейных индукторов (рис. 1,а-б) путем решения уравнений движения извлекаемых проводящих тел получены выражения, связывающие требуемое для сепарации удельное электромагнитное усилие (/V,, Н/кг) с параметрами механической части установок. Например, для случая подачи материала по ленте конвейера (рис. 1 ,а) получено:

1 т 2 тР ° >

^и

где VK— скорость подачи материала; В и L„- ширина ленты конвейера и ширина линейного индуктора; k,v - коэффициент трения, зависящий от материала ленты.

При подаче материала в активную зону сепаратора по наклонной плоскости аналогичное выражение получено в виде:

F„=^r + kmp-g-cosa , (6)

и

здесь f„ - время пребывания проводящего тела в активной зоне индуктора

t _ + 2 • (h + L и)' S ■ (■«'«1а - kmp' eos а) - ^F;2 + 2L0 ■ g ■ {sina - kmp ■ eos a)

g\sina.-kmp-cosa) '

(7)

где а - угол наклона плоскости; L0 L, - размеры плоскости перед индуктором и после индуктора; В - необходимое смещение извлекаемых тел.

Несмотря на упрощающие допущения, при которых получены выражения, расчеты по ним дают приемлемое качественное и количественное совпадение с экспериментом. Например, на рис. 9 для опытной установки с наклонной плоскостью приведены расчетные (линии) и экспериментальные (точки) траектории движения извлекаемых алюминиевых пластин разной формы и размеров: квадратных (1 - сторона квадрата 10 мм, 2-15 мм, 3 - 20 мм при толщине 0,2 мм) и круглых (1 - диаметр 25 мм, 2 - 45 мм при толщине 2 мм).

а б

Рис. 9. Траектории движения алюминиевых пластин по наклонной плоскости (а - квадратные пластины, б - круглые)

Приведенные выражения позволяют оценивать влияние на величину требуемого для сепарации удельного электромагнитного усилия различных параметров механической части установок. Некоторые зависимости для той же установки с наклонной плоскостью приведены на рис. 10-11.

Рис. 10. Зависимости требуемого удельного электромагнитного усилия от угла наклона и коэффициента сопротивления (цифры на графиках)

Рис.11. Оценка влияния размеров наклонной плоскости на требуемое удельное усилие сепаратора при разных углах наклона (цифры на графиках) и коэффициентах трения (АтР = 0,1 - а; 0,3-б),¿„ = 0,1 м

При расчетах выявлен экстремальный характер зависимостей, что свидетельствует о необходимости оптимизационных расчетов для достижения минимума требуемого электромагнитного усилия и энергопотребления сепаратора.

Наибольшее количество механических сил влияет на процесс сепарации в сепараторах шкивного типа. Особенностью рассматриваемой задачи является изменение сил как по величине, так и по направлению. Поэтому решение уравнений движения в этом случае затруднительно. Связь между требуемым удельным электромагнитным усилием и параметрами механической части сепаратора шкивного типа получена при решении уравнения энергетического баланса. В результате решения получены выражения для угла акр, при котором происходит отрыв извлекаемых проводящих тел от ленты, и скорости Ув в точке отрыва:

Рис. 12. К расчету параметров движения частицы с учетом действия механических сил в сепараторе шкивного типа

*кр =

~~3

(8)

VB=^v}+2gR(\-cosaKp) + (2Fm-kmpg)-RaKp

(9)

Используя (8)-(9), можно рассчитать траекторию полета извлекаемых проводящих тел:

х = Л-«иач,+ИДх-/, (10)

(П)

где VRx = Кв -cos акр и Fev = VH ■sin рыва на оси координат.

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Рис. 13. Траектории полета разделяемых частиц в сепараторах шкивного типа Цифрами на графиках показаны развиваемые удельные электромагнитные усилия Рт (Н/кг)

акр - проекции вектора скорости в точке от-

Примеры расчета траекторий полета сепарируемых тел, имеющих разную электропроводность, для опытного сепаратора с радиусом индуктора 0,1 м показан на рис. 13. Графики хорошо иллюстрируют возможность отделения проводящих тел от непроводящих, а также сортировки металлов с разной электропроводностью.

В целом разработанные методики позволяют находить эффективные решения, позволяющие уменьшать мощность и энергозатраты электродинамических сепараторов. Во всех рассмотренных случаях задача выбора конструкции и параметров установок электродинамической сепарации является многофакторной. Результаты выбора зависят от решаемой технологической задачи, размеров извлекаемых тел, производительности установок, накладываемых ограничений (по габаритам или потребляемой мощности), поэтому практические рекомендации могут быть получены только для конкретных случаев.

В пятом разделе диссертации описываются опытные установки электродинамической сепарации, созданные при непосредственном участии автора, и излагаются результаты их экспериментальных исследований. Эксперименты выполнены с целью выявления и подтверждения обнаруженных закономерностей и проверки методик расчета, а также для апробации различных технологий сепарации в том числе по заказам предприятий, экспериментальные установки электродинамической сепарации с различными способами возбуждения магнитного поля:

- сепараторы основе линейных индукторов, отличающихся мощностью, основными размерами и способами подачи и отвода обрабатываемых материалов;

- установка с вращающимися электромагнитами на основе шестиполюсного ротора синхронной машины (диаметр 111мм, полюсное деление 58 мм, номинальный ток - 2 А, частота магнитного поля от 50 до 350 Гц) предусмотрена возможность установки обратного магнитопровода и магнитных шунтов (ранее обозначен как сепаратор № 1);

- сепаратор с вращающимся магнитным полем, имеющий шестиполюсный индуктор с постоянными магнитами (диаметр 74 мм, полюсное деление 38.75 мм, рабочие частоты 50 - 750 Гц), предусмотрена возможность установки обратного магнитопровода и магнитных шунтов (сепаратор № 2);

- опытная установка для сепарации бронзовой стружки.

Некоторые из созданных установок показаны на рис. 14-16.

обогащения алюминиевых шлаков

Рис. 15. Установка с линейными индукторами для сепарации фольгированных пластиков

а б

Рис. 16. Стенд для испытаний сепаратора с возбуждением от постоянных магнитов (а) и ротор сепаратора (б)

Основными задачами экспериментальных исследований являлись: проверка достоверности расчетов магнитных полей, электромагнитных усилий, других характеристик процессов электродинамической сепарации, а также опытное подтверждение выдвигаемых теоретических положений. В ряде случаев измерение усилий извлечения в ходе экспериментов оказывалось затруднительным, например, в случае извлечения проводящих частиц малых размеров, либо металлических тел с низкой электропроводностью (некоторые сплавы, алюминиевые шлаки). При этом эффективность сепарации оценивалась по косвенным показателям, таким как: траектория и дальность полета, процент извлечения проводящих частиц и т.п. В таких экспериментах для повышения достоверности результатов использовались многократное повторение опытов и статистическая обработка полученных данных. Пример полученных таким образом результатов для случая сортировки образцов медных сплавов на установке с наклонной плоскостью показан на рис. 17.

60 90

120

Мк

100

Мк

МНЖМ Л6Я ЛС59 1

Рис. 17. Траектории движения образцов медных сплавов на выходе из активной зоны сепаратора при наклонах плоскости 30° (а) и 45° (б)

Важной задачей экспериментальных работ являлось опробование процессов электродинамической сепарации при решении реальных технологических задач по техническим заданиям предприятий - заказчиков. Созданные в лаборатории установки электродинамической сепарации разных типов позволяют проводить полномасштабные эксперименты в указанном направлении. В частности, исследованы такие технологии, как:

- сортировка лома и отходов цветных металлов при подготовке их к металлургическому переделу (по заказу НПФ «Металл-Комплект», г. Каменск-Уральский);

- извлечение цветных металлов из различных сыпучих смесей, прежде всего, металлосодержащих отходов (по заказу предприятия «Полимер-Про» г. Москва и ряда других);

- обогащение алюминиевых шлаков (по заказу предприятия «Уралпрог-ресс» г. Асбест).

В ходе испытаний получены рекомендации по использованию той или иной конструкции установки, определены параметры бегущих магнитных полей, при которых решается поставленная технологическая задача.

Созданные опытные сепараторы могут рассматриваться как прототипы реальных промышленных установок, служат базой для отработки новых технологий электродинамической сепарации. На лабораторных установках выполняются научно-исследовательские работы студентов, а также экспериментальные исследования в рамках их дипломных работ.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Выполнен патентно-библиографический обзор и показана актуальность разработки устройств электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле, применяемых на различных стадиях заготовки и производства вторичных цветных металлов. Обоснована необходимость совершенствования сепараторов с целью повышения их эффективности, в первую очередь, сепараторов, предназначенных для обработки мелких фракций лома цветных металлов (с размерами менее 40 мм) и для обработки материалов с низкой электропроводностью.

2. Проанализированы особенности электромагнитных процессов в электродинамических сепараторах с вращающимися цилиндрическими индукторами и дополнительными элементами магнитной системы (обратный магнитопровод и (или) магнитные шунты) и обоснован выбор их расчетной модели. Разработана методика электромагнитного расчета таких сепараторов, сочетающая численные методы расчета магнитных полей сложной конфигурации (пакет Е1сШ) и расчет электромагнитных усилий по аналитическим выражениям, полученным при решении более простой задачи в двухмерной постановке. При этом исходной величиной для расчета электромагнитного усилия является амплитуда индукции магнитного поля в месте расположения проводящей пластины, определяемая при расчете поля.

3. Выполнена проверка достоверности рассчитываемых характеристик сепаратора на основании сравнения с экспериментальными данными ряда лабора-

торных установок, показавшая, что в широком диапазоне изменения параметров погрешности расчетов электромагнитных усилий не превышают 15-20%.

4. Показаны возможности усиления магнитного поля в активной зоне сепараторов за счет установки дополнительных элементов магнитной цепи (обратного магнитопровода и (или) магнитных шунтов), приводящего к увеличению электромагнитного усилия извлечения в несколько раз. Проанализированы искажения магнитного поля при наличии дополнительных элементов магнитной цепи, показано, что для исследованных сепараторов при расстояниях от поверхности индуктора более 5 мм, характерном для работы реальных устройств, возмущение усилия от действия высших гармоник не превышает 5-7%. Дана оценка влияния размеров дополнительного магнитопровода и магнитных шунтов на характеристики сепараторов.

5. Показано, что применение дополнительных элементов магнитопровода позволяет использовать при сепарации меньшие рабочие частоты магнитного поля. Отмечено, что при малых размерах проводящих тел (Ь < 40 мм) и низкой электропроводности экстремумы зависимостей Рт(/) достигаются при частотах выше 400 Гц.

6. Обоснована необходимость системного подхода к расчету электродинамических сепараторов как сложного электромеханического устройства с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил. Показано изменение характера механических сил сопротивления при изменении способов подачи и отвода сепарируемых материалов. Предлагается проектирование сепараторов выполнять на основе взаимосвязанных электромагнитного расчета и расчета процессов массопереноса, в простых случаях сводимого к решению уравнений движения извлекаемых проводящих тел.

7. На основе решения уравнений движения и уравнений энергетического баланса для извлекаемых проводящих тел разработаны методики расчета сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил для различных типов индукторов и способов подачи сепарируемых материала. Выявлены закономерности изменения требуемого удельного электромагнитного усилия при изменении параметров механической части сепаратора. Показаны пути снижения удельных электромагнитных усилий для сепараторов, предназначенных для обработки мелких фракций и материалов с низкой электропроводностью.

8. При непосредственном участии автора созданы опытные образцы электродинамических сепараторов с различными типами индукторов, на которых выполнен большой объем экспериментальных исследований и проведена апробация ряда технологий, в том числе по заданию предприятий - заказчиков.

Основная часть исследований выполнялась в интересах заинтересованных предприятий для оценки возможностей реализации ряда технологических пераций (сортировка медьсодержащих сплавов, извлечение металла из отхо-ов, обогащение алюминиевых шлаков). Результаты исследований и предложе-ия по созданию промышленных образцов сепараторов переданы на предпри-тия: НПФ «Металл-комплект», г. Каменск-Уральский; НПФ «Полимер-Про», . Москва; ОАО «Уралпрогресс», г. Асбест.

Кроме того, 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 диссертации опубликованы в 24 работах (выделены публикации в журналах, рекомендованных ВАЮ:

1. Повышение энергетической эффективности установок электродинамической сепарации / P.O. Казанцев, Н.Е. Маркин, А.Ю. Коняев и др. // Проблемы и достижения в промышленной энергетике: Труды 3-й научно-практической конференции. - Екатеринбург, 2003, с. 119-121.

2. Создание опытных установок электродинамической сепарации для обработки твердых металлосодержащих отходов / А.Ю. Коняев, Н.Е. Маркин, К.В. Кузнецов и др. // Экологические проблемы промышленных регионов: Сборник материалов Всероссийской НПК. - Екатеринбург: УРО РАН, 2004, с. 319-320.

3. Коняев А.Ю., Кузнецов К.В., Маркин Н.Е. Оценка целесообразности и эффективности электродинамической сепарации твердых бытовых отходов / Энергосберегающие техника и технологии: Сборник докладов 7-й научно-технической конференции. - Екатеринбург, 2004, с. 44-47.

4. Моделирование индуктора электродинамического сепаратора методом конечных элементов с целью оптимизации магнитной системы / К.В. Кузнецов,

A.Ю. Коняев, Н.М. Маркин и др. // Проблемы и достижения в промышленной энергетике: Сборник докладов 4-й научно-практической конференции. - Екатеринбург, 2004, с. 75-78.

5. О расчете электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / И.А. Коняев, К.В. Кузнецов, Н.Е. Маркин, А.Ю. Коняев // Электротехнические комплексы и системы: Межвуз. научн. сб. - Уфа: УГАТУ, 2005, с. 8287.

6. Схемы сепарации твердых отходов с универсальными сепараторами металлов / И.А. Коняев, И.В. Кистанов, Н.Е. Маркин, А.Ю. Коняев // Экологические проблемы промышленных регионов: Труды Всероссийской НПК. Екатеринбург, 2006, с. 91-92.

7. Совмещение функций - путь повышения энергоэффективности электродинамической сепарации / А.Ю. Коняев, Н.Е. Маркин, C.B. Соболев и др. // Энергетика региона, 2006, № 9, с. 27-29.

8. Сепарация металлов из твердых отходов / И.А. Коняев, Н.Е. Маркин,

B.Н. Удинцев, А.Ю. Коняев / Экология и промышленность России, 2006, № 12, с. 8-11.

9. Оценка характеристик электромагнитного сепаратора для сортировки стружки / И.В. Горев, C.B. Копцев, Н.Е. Маркин и др. // Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: Труды Третьей Международной научно-технической конференции. - Екатеринбург, 2007, с. 231-234.

10. Оценка нормальных электромагнитных сил в устройствах электродинамической сепарации / P.O. Казанцев, А.Ю. Коняев, Н.Е. Маркин, В.Н.

Удинцев // Труды 7-й научно-практической конференции «Проблемы и достижения в промышленной энергетике». Екатеринбург: ЗАО «Уральские выставки-2000», 2007, с. 90-93.

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

12. Коняев А.Ю., Маркин Н.Е. Особенности процессов разделения ме-таллосодержащих отходов при использовании универсальных сепараторов металлов / Экологические проблемы промышленных регионов: Материалы VIII МНТК. - Екатеринбург, 2008, с. 133.

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

14. 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.

15. Коняев А.Ю., Коняев И.А., Маркин Н.Е. Электродинамическая сепарация в технологиях подготовки лома и отходов цветных металлов // Труды Международной НТК «Успехи современной электротехнологии». - Саратов, 2009, с. 106-109.

16. Оценка характеристик линейных индукционных машин при ограничении размеров вторичного элемента / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, Н.Е. Маркин, СЛ. Назаров // Электричество, 2010, № 4, с. 32-36.

17. Разработка электродинамических сепараторов на базе роторов серийных электрических машин / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, Н.Е. Маркин, СЛ. Назаров // Промышленная энергетика, 2010, № 5, с. 47-51.

18. Характеристики электродинамических сепараторов на базе линейных асинхронных двигателей / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, А.Б. Исангулова. Н.Е. Маркин // Автоматизированные информационные и электроэнергетические системы: материалы 1 Межвузовской научно-практической конференции.

Краснодар, КубГТУ, 2010, с. 29-32.

19. Коняев А.Ю., Маркин Н.Е., Назаров C.JI. Электродинамические се-араторы в технологиях переработки лома и отходов цветной металлургии / !нновационная энергетика 2010: материалы второй научно-практической кон-еренции с международным участием. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010, с. 39-242.

20. Исангулова А.Б.. Маркин Н.Е., Коняев А.Ю. К расчету электроди-амических сепараторов на основе линейных асинхронных двигателей / Энер-о- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энер-ии: Сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции студен-ов, аспирантов и молодых ученых. - Екатеринбург: УрФУ, 2010, с. 85-87.

21. Электромеханические устройства в технологиях переработки лома отходов цветной металлургии / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, Н.Е. Маркин. //

Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах: материалы Международной научно-технической конференции. - Севастополь: СГТУ, 2010, с. 66-67

22. Совершенствование магнитной системы электродинамических сепараторов с вращающимся индуктором / И-А.Коняев, Н.Е.Маркин, А.Ю. Коня-ев // Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: сб. трудов IV Международной научно-технической конференции. Екатеринбург: УрФУ, 2011, с. 353-357.

23. Багин Д.Н., Коняев А.Ю., Маркин Н.Е. О эффективности электродинамической сепарации в технологиях вторичной цветной металлургии // Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий: сб. научн. трудов. - Екатеринбург: УрФУ, 2011, с. 193-196.

24. Коняев А.Ю., Маркин Н.Е. Расчет электродинамических сепараторов шкивного типа с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил // Там же, с. 197-202.

Подписано в печать 11.05.2011 Формат 60x84 1/16 Тираж 100_Заказ № ^

Ризография НИЧ УрФУ 620002, Екатеринбург, Мира, 19

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Технологии и установки электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле

1.2. Классификация сепараторов по способу подачи материала и отвода продуктов разделения

1.3. Состояние теоретических разработок и задачи исследования

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СЕПАРАТОРОВ С ВРАЩАЮЩИМИСЯ ИНДУКТОРАМИ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ МАГНИТОПРОВОДОВ

2.1. Особенности электромагнитных процессов в рассматриваемых сепараторах

2.2. Выбор и обоснование расчетной модели

2.3. Выводы по разделу

3. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МАГ-НИТОПРОВОДА НА ПОКАЗАТЕЛИ СЕПАРАТОРОВ

3.1. Исследование магнитных полей

3.1.1. Сепараторы с открытой магнитной системой

3.1.2. Влияние обратного магнитопровода

3.1.3. Влияние магнитных шунтов

3.2. Оценка характеристик сепараторов с с дополнительными элементами магнитопровода

3.3. Выводы по разделу 3.

4. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СЕПАРАТОРОВ С УЧЕТОМ СОВМЕСТНОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

И КОНКУРИРУЮЩИХ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ

4.1. Электродинамические сепараторы на основе линейных индукторов

4.1.1. Вертикальное расположение индукторов и подача материала в свободном падении

4.1.2. Установка линейных индукторов под лентой конвейера

4.1.3. Сепараторы с подачей материала по наклонной плоскости

4.2. Примеры расчета сепараторов на основе линейных индукторов

4.3. Электродинамические сепараторы с вращающимися цилиндрическими индукторами

4.4. Примеры расчетов сепараторов шкивного типа

4.5. Выводы по разделу

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕАЛИЗАЦИЯ СЕПАРАТОРОВ

5.1. Описание опытных установок электродинамической сепарации

5.2. Методика и результаты экспериментальных исследований

5.3. Апробация технологий электродинамической сепарации

5.3.1. Сортировка лома и отходов медных сплавов

5.3.2. Извлечение металлов из различных сыпучих смесей

5.3.3. Обогащение алюминиевых шлаков

5.4. Выводы по разделу

Для решения ряда актуальных задач в области вторичной цветной металлургии находит применение 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. В частности, электродинамические сепараторы используются при сборе и обработке вторичных цветных металлов: для извлечения металлов из различных сыпучих смесей (смешанные твердые отходы производства и потребления, отработанные формовочные пески литейного производства, автомобильный и другие виды смешанного лома); для сортировки лома и отходов цветных металлов по сортам и крупности при подготовке к металлургическому переделу. Кроме того, электродинамическая сепарация является одним из немногих способов обогащения алюминиевых шлаков. Во всех указанных случаях достигается комплексный эколого-экономический эффект, поскольку возвращаются в переработку вторичные металлы, появляются возможности утилизации неметаллических фракций отходов, улучшается качество выплавляемых металлов и сплавов, уменьшается вредное воздействие на окружающую среду металлургических процессов.

В мировой практике для решения указанных задач чаще всего используются электродинамические сепараторы с бегущим (вращающимся) 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. В зависимости от решаемой технологической задачи для возбуждения бегущего магнитного поля могут использоваться трехфазные линейные индукторы, либо вращающиеся цилиндрические индукторы с постоянными магнитами или электромагнитами.

К сожалению в нашей стране технологии и установки электродинамической сепарации не получили достаточного распространения. Случаи применения сепараторов с бегущим магнитным полем единичны, поскольку зарубежное оборудование дорого, а предлагаемые рядом отечественных производителей установки имеют узкие области применения и не всегда работоспособны. Востребованность рассматриваемых устройств в технологиях цветной металлургии делает актуальными исследования и разработку электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем. Такие разработки ведутся в Уральском государственном техническом университете — УПИ (ныне Уральском федеральном университете) в содружестве с Уральским НИИ Академии коммунального хозяйства, ОАО «Уралэнергоцветмет» и рядом других организаций. В последние годы разработаны математические модели и методики расчета сепараторов на основе линейных индукторов, показана возможность распространения такой методики на расчет сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами, спроектированы и созданы первые промышленные установки электродинамической сепарации для обработки металлосодержащих отходов. Опыт разработки и эксплуатации электродинамических сепараторов показывает необходимость дальнейшего развития теории таких устройств и совершенствования их конструкций для повышения эффективности их работы. В частности остаются трудности при сепарации мелких фракций металлов (с крупностью кусков менее 40 мм), а также материалов с малой удельной электропроводностью (например, алюминиевых шлаков).

Исследования автора, результаты которых изложены в настоящей работе, направлены на решение указанных вопросов за счет совершенствования конструкций магнитной системы сепараторов с вращающимися индукторами, а также за счет оптимизации конструкции и параметров механических частей установок, отличающихся, прежде всего, способом подачи сепарируемых материалов и отвода продуктов разделения. Решение таких вопросов потребовало развития и апробации математической модели сепаратора с вращающимися индукторами с учетом появления дополнительных элементов магнитной системы (обратного магнитопровода и магнитных шунтов), а также создания методик расчета сепараторов, учитывающих совместное действие на извлекаемые проводящие тела электромагнитных и конкурирующих механических сил. В ходе работы были созданы и испытаны опытные образцы установок электродинамической сепарации, отличающиеся как конструкцией электромагнитного ядра, так и способами подачи и отвода материалов. Результаты экспериментальных исследований использованы для оценки достоверности методик расчета, проверки ряда теоретических положений, а также для апробации некоторых реальных технологий сепарации.

Основные исследования, результаты которых представлены в работе, 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) и др.

Таким образом, область исследования можно определить как специальные электрические машины и электромеханические устройства технологического назначения. Объектом исследования являются электродинамические сепараторы с бегущим магнитным полем на основе трехфазных линейных индукторов и вращающихся цилиндрических индукторов с постоянными магнитами (электромагнитами).

Цель диссертационной работы: Создание энергоэффективных устройств электродинамической сепарации для сбора и обработки лома и отходов вторичных цветных металлов.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Разработка и апробация математической модели электродинамических сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами при наличии дополнительных элементов магнитопровода.

2. Исследование влияния конструкции и размеров дополнительных элементов магнитопровода на характеристики магнитного поля в зоне сепарации и на показатели электродинамического сепаратора.

3. Разработка методик расчета электродинамических сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил.

4. Исследование влияния конструкции и параметров механической части устройств электродинамической сепарации на энергетические характеристики сепараторов.

5. Получение практических рекомендаций по разработке электродинамических сепараторов, предназначенных для обработки мелкой фракции металлосодержащих отходов и сепарации материалов с малой электропроводностью.

6. Создание опытных образцов электродинамических сепараторов, их экспериментальные исследования, включая апробацию конкретных технологических операций по заказам предприятий.

Методы исследования и достоверность результатов:

В теоретической части диссертационной работы использовались методы теории электромагнитного поля и теории электрических машин. Математическая модель электродинамического сепаратора с вращающимся цилиндрическим индуктором построена на основе решения полевых задач в двухмерной постановке. Расчеты сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил базируются на решении уравнений движения и уравнений энергетического баланса извлекаемых проводящих тел. Основные результаты получены на основе вычислительных методов с использованием возможностей математических пакетов

Е1си1 и Майтсас! и физических экспериментов на опытных образцах сепараторов и индукторов, созданных в лаборатории. Достоверность математических моделей и результатов расчетов проверялась сравнением с экспериментальными данными.

Научная новизна:

1. С учетом особенностей электромагнитных процессов в электродинамических сепараторах на базе вращающихся цилиндрических индукторов с дополнительными элементами магнитопровода обоснован выбор их математической модели, основанной на решении полевых задач в двухмерной постановке.

2. Выявлены закономерности распределения магнитного поля в активной зоне рассматриваемых сепараторов при установке обратного магнитопровода и магнитных шунтов. Показано, что при рабочих зазорах более 5 мм влияние высших гармоник поля на электромагнитное усилие извлечения не превышает 5-7%.

3. На основе решения уравнений движения и уравнений энергетического баланса для извлекаемых проводящих тел разработаны методики расчета сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил для различных типов индукторов и способов подачи сепарируемых материала.

4. Выявлены закономерности изменения требуемого удельного электромагнитного усилия при изменении параметров механической части сепаратора. Показана необходимость и возможность оптимизации сепараторов с целью повышения их энергоэффективности.

Практическая ценность:

1. Разработана методика электромагнитного расчета сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами и дополнительными элементами магнитопровода. Выполнена апробация методики путем сопоставления с данными экспериментов, показавшего хорошее качественное и количественное совпадение зависимостей (погрешности расчета электромагнитного усилия в широком диапазоне изменения параметров не превышают 15-20%).

2. Для усиления магнитного поля в активной зоне сепараторов с вращающимися индукторами предложены конструкции, имеющие дополнительные элементы магнитопровода (обратный магнитопровод и (или) магнитные шунты). Показано, что их применение ведет к существенному (в несколько раз) увеличению электромагнитного усилия извлечения.

3. Теоретически и экспериментально показано влияние размеров дополнительных магнитопроводов и магнитных шунтов на характеристики сепараторов (прежде всего, на удельное электромагнитное усилие).

4. Выполнены исследования сепараторов с различными типами индукторов и способов подачи сепарируемых материалов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил. Показаны пути снижения удельных электромагнитных усилий и повышения энергоэффективности сепараторов за счет выбора параметров механической части установок.

5. В результате исследований определены требования к электродинамическим сепараторам, предназначенным для обработки мелких фракций отходов и материалов с низкой электропроводностью. Показано, что наиболее эффективно применение сепараторов с вращающимися индукторами, создающими бегущее магнитное поле повышенной частоты (100 - 800 Гц).

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

Реализация работы: Основные рекомендации, полученные в работе воплощены в опытных установках электродинамической сепарации, созданных в лаборатории УГТУ-УПИ, и предоставлены заинтересованным предприятиям. В частности, результаты исследований установок для разделения лома медных сплавов по сортам переданы в НПФ «Металл-Комплект» (г. Каменск-Уральский). Предприятию «Полимер-Про» (г. Москва) переданы результаты расчетов и экспериментов на имеющихся в лаборатории установках, доказывающие возможность отделения частиц алюминиевой фольги от дробленых пластиковых отходов и предложения по созданию сепараторов. По заказу предприятия «Уралпрогресс» (г. Асбест) выполнены исследования по обогащению алюминиевых шлаков, определены параметры, требуемые для создания сепараторов. Созданные установки и методики расчета используются также в учебном процессе кафедр «Электрические машины» и «Электротехника и электротехнологические системы» УГТУ-УПИ (УрФУ), 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 и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (Екатеринбург; 2007, 2011).

3. Международная НТК «Успехи современной электротехнологии» (Саратов, 2009).

4. Международная НТК «Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах» (Севастополь, Украина, 2010).

5. Международная НПК «Инновационная энергетика - 2010» (Новосибирск, 2010).

6. Всероссийская НТК «Актуальнее проблемы энерго- и ресурсосберегающих электротехнологий» (Екатеринбург; 2006, 2011).

7. Всероссийская НПК «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург; 2010).

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

9. Межвузовская НПК «Автоматизированные информационные и электроэнергетические системы» (Краснодар, 2010).

10. НПК «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» (Екатеринбург; 2003-2010).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 24 печатные работы, в том числе в изданиях рекомендованных ВАК - 5.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти основных разделов, заключения и содержит 129 страниц текста, включает 73 рисунка, 5 таблиц, список литературы из 89 наименований.

Основные результаты представляемой диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Выполнен патентно-библиографический обзор и показана актуальность разработки устройств электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле, применяемых на различных стадиях заготовки и производства вторичных цветных металлов. Обоснована необходимость совершенствования сепараторов с целью повышения их эффективности, в первую очередь, сепараторов, предназначенных для обработки мелких фракций лома цветных металлов (с размерами менее 40 мм) и для обработки материалов с низкой электропроводностью.

2. Проанализированы особенности электромагнитных процессов в электродинамических сепараторах с вращающимися цилиндрическими индукторами и дополнительными элементами магнитной системы (обратный магнитопровод и (или) магнитные шунты) и обоснован выбор их расчетной модели. Разработана методика электромагнитного расчета таких сепараторов, сочетающая численные методы расчета магнитных полей сложной конфигурации (пакет Е1сЩ) и расчет электромагнитных усилий по аналитическим выражениям, полученным при решении более простой задачи в двухмерной постановке. При этом исходной величиной для расчета электромагнитного усилия является амплитуда индукции магнитного поля в месте расположения проводящей пластины, определяемая при расчете поля.

3. Выполнена проверка достоверности рассчитываемых характеристик сепаратора на основании сравнения с экспериментальными данными ряда лабораторных установок, показавшая, что в широком диапазоне изменения параметров погрешности расчетов электромагнитных усилий не превышают 15-20%.

4. Показаны возможности усиления магнитного поля в активной зоне сепараторов за счет установки дополнительных элементов магнитной цепи (обратного магнитопровода и (или) магнитных шунтов), приводящего к увеличению электромагнитного усилия извлечения в несколько раз.

5. Проанализированы искажения магнитного поля при наличии дополнительных элементов магнитной цепи, показано, что для исследованных сепараторов при расстояниях от поверхности индуктора более 5 мм, характерном для работы реальных устройств, возмущение усилия от действия высших гармоник не превышает 5-7%. Дана оценка влияния размеров дополнительного магнито-провода и магнитных шунтов на характеристики сепараторов с вращающимися цилиндрическими индукторами.

6. Показано, что применение дополнительных элементов магнитопровода позволяет использовать при сепарации меньшие рабочие частоты магнитного поля. Отмечено, что при малых размерах проводящих тел (Ъ < 40 мм) и низкой электропроводности экстремумы зависимостей достигаются при частотах выше 400 Гц, и в большинстве случаев электромагнитные усилия в рассматриваемых сепараторах монотонно увеличиваются с ростом частоты.

7. Обоснована необходимость системного подхода к расчету электродинамических сепараторов как сложного электромеханического устройства с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил. Показано изменение характера механических сил сопротивления при изменении способов подачи и отвода сепарируемых материалов. Предлагается проектирование сепараторов выполнять на основе взаимосвязанных электромагнитного расчета и расчета процессов массопереноса, в простых случаях сводимого к решению уравнений движения извлекаемых проводящих тел.

8. На основе решения уравнений движения и уравнений энергетического баланса для извлекаемых проводящих тел разработаны методики расчета сепараторов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил для различных типов индукторов и способов подачи сепарируемых материала. Выявлены закономерности изменения требуемого удельного электромагнитного усилия при изменении параметров механической части сепаратора. Показана необходимость и возможность оптимизации сепараторов с целью повышения их энергоэффективности.

9. Выполнены теоретические исследования сепараторов с различными типами индукторов и способами подачи сепарируемых материалов с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил. Показаны пути снижения удельных электромагнитных усилий для сепараторов, предназначенных для обработки мелких фракций и материалов с низкой электропроводностью.

10. При непосредственном участии автора созданы опытные образцы электродинамических сепараторов с различными типами индукторов, на которых выполнен большой объем экспериментальных исследований и проведена апробация ряда технологий, в том числе по заданию предприятий - заказчиков.

Основная часть исследований выполнялась в интересах заинтересованных предприятий для оценки возможностей реализации ряда технологических операций (сортировка медьсодержащих сплавов, извлечение металла из отходов, обогащение алюминиевых шлаков). Результаты исследований и предложения по созданию промышленных образцов сепараторов переданы на предприятия: НПФ «Металл-комплект», г. Каменск-Уральский; НПФ «Полимер-Про», г. Москва; ОАО «Уралпрогресс», г. Асбест.

Кроме того, 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.

Результаты исследований отражены в 24 публикациях [41, 43, 54-55, 63, 67, 72-89]. Непосредственное участие автора заключалось в создании опытных установок, подготовке и проведении экспериментов, выполнении расчетов на ЭВМ, анализе и систематизации полученных результатов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

2. Лебедев В.А. Экология и экономика электрометаллургии алюминия // Расплавы, 1993, № 1, с. 64-68.

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

4. Макаров Г.С. Развитие производства вторичного алюминия в России // Цветные металлы, 2004, № 1, с. 62-66.

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

6. Шубов Л.Я., Ройзман В.Я., Дуденков C.B. Обогащение твердых бытовых отходов. М.: Недра, 1987. 238с.

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

8. Marstoun P.G. The use of electromagnetic fields for the separation of materials // World Electrotechnical Congress, Moscow, June 21-25, 1977. 55 p.

9. 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.

10. Бунько В.А., Лапицкий В.Н. Извлечение немагнитных частиц в переменном магнитном поле // Новые способы сепарации руд в магнитных полях: Труды научно-практической конференции. Апатиты, 1981, с. 56-60.

11. 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.

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

13. Золотаревский B.C. Вторичные алюминиевые сплавы состояние и перспективы // Цветные металлы, 2004, № 7, с. 76-80.

14. Сепараторы цветных металлов Lindemann / www.metsominerals.com.15. "Coreco" introduces new induction powered separator for non-ferrous scrap // Recycling Today, Toronto, 1979, 17, № 8, p. 90.

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

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

17. Патент США № 5133505. Separation of aluminium alloys / G. Bour-cier, J. Lowdon; Reynolds Metal Co. Заявл. 31.01.1990, № 606634. Опубл.28.07.1992. МКИ B02C23/00.

18. 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.

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

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

21. Патрик, A.A. 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.

22. Володин Г.И. Металлоуловитель цветных металлов на основе двухстороннего линейного асинхронного электродвигателя // Изв. вузов. Электромеханика, 1999, №4, с. 16-18.

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

24. Сепаратор цветных металлов МСК 3101 // Проспект ГУЛ «Станко-снаб».

25. Патент Японии № 53-1508. Устройство для разделения металлов и неметаллов / Заявитель Когё Гидзюцу Интё. Заявл. 10.06.1975, № 50-69071; опубл. 19.01.1978. МКИ ВОЗ С 1/24.

26. Патент Японии № 52-47188. Способ разделения металлов и неметаллов / Заявитель Коге Гидзюцу Инте. Заявл. 16.12.1975, № 50-149092; опубл. 30.11.1977. МКИ ВОЗС 1/24.

27. Патент Японии № 52-47186. Способ выделения металлов из раздробленных отходов / Заявитель Коге Гидзюцу Инте. Заявл. 16.12.1975, № 50149089; опубликован 30.11.1977. МКИ ВОЗС 1/24.

28. Патент Японии № 52-42944. Сортировочное устройство для металла / Заявитель Коге Гидзюцу Инте. Заявл. 17.10.1975, №50-124265; опубл. 27.10.1977. МКИ ВОЗС 1/24.

29. Патент Японии № 52-46725. Устройство для выделения металла / патент Японии по заявке №50-128892 от 28.10.1975, опубликован 28.11.1977. МКИ ВОЗС 1/24.

30. Патент Японии № 52-45945. Способ отделения металлов от неметаллов путем использования симметричных вихревых токов, наведенных подвижным магнитным полем / Заявитель Коге Гидзюцу Интё. Заявл. 13.03.1975, № 50-29578; опубл. 19.11.1975. МКИ В03С1/24.

31. Патент Японии № 52-45946. Устройство с вращающимся барабаном для извлечения металла / Заявитель Коге Гидзюцу Инте. Заявл. 13.03.1975, №50-29579; опубл. 19.11.1977, МКИ ВОЗС 1/24.

32. Патент Германии № 51-23408. Способ извлечения немагнитных металлов из смесей с использованием цилиндрического индуктора с вращающимися магнитами / Т. Шуренберг. Заявл. 25.09.1993, № 235458. Опубл. 14.10.1994. МКИ В03С1/24.

33. Патент Великобритании по заявке № 1324126. Способ разделения при помощи наведенных электродвижущих сил / Опубл. 18.07.1973. МКИ В03С1/24.

34. 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.

35. 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.

36. Коняев И.А. Электродинамические сепараторы с вращающимся магнитным полем: дисс-я . канд. техн. наук. 05.09.01. УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 2009. 117 с.

37. 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.

38. Патент Японии № 53-987244. Индукционный сепаратор, для сепарации мелкой фракции / Заявитель Хироши Токанава. Заявл. 31.05.2000, № 53-75720; опубл. 19.11.2000. МКИ ВОЗС 1/24.

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

40. 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.

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

42. 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.

43. 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.

44. Коняев А.Ю. Расчет и исследование электродинамических сепараторов на основе линейных асинхронных двигателей // Электротехника, 1994, 2, с. 59-63.

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

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

47. 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.

48. 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.

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

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

51. Оценка характеристик линейных индукционных машин при ограничении размеров вторичного элемента / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, Н.Е. Маркин, C.JI. Назаров // Электричество, 2010, № 4, с. 32-36.

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

53. К вопросу расчета электродинамических сепараторов на постоянных магнитах / JI.A. Барский, А.И. Шевелев, В.Н. Бредихин, A.B. Кондратенко // Цветная металлургия, 1992, № 4, с. 72-74.

54. Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. Л.: Энергия, 1970. 272 с.

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

56. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные и электрические методы обогащения. -М.: Недра, 1988. 304 с.

57. Коняев А.Ю. Электротехнологические методы и установки природоохранных технологий. — Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 101 с.

58. Тихонов О.Н. Закономерности эффективного разделения минералов в процессах обогащения полезных ископаемых. — М.: Недра, 1984. 208 с.

59. О расчете электродинамических сепараторов с вращающимся магнитным полем / И.А. Коняев, К.В. Кузнецов, Н.Е. Маркин, А.Ю. Коняев // Электротехнические комплексы и системы: Межвуз. научн. сб. Уфа: УГАТУ, 2005, с. 82-87.

60. Коняев А.Ю., Назаров С.Л. Магнитные и электрические методы обогащения сырья и переработки отходов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1995. 88 с.

61. 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.

62. Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Машины переменного тока. — СПб.: Питер, 2007. — 350 с.

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

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

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

66. Схемы сепарации твердых отходов с универсальными сепараторами металлов / И.А. Коняев, И.В. Кистанов, Н.Е. Маркин, А.Ю. Коняев // Экологические проблемы промышленных регионов: Труды Всероссийской НПК. Екатеринбург, 2006, с. 91-92.

67. Совмещение функций — путь повышения энергоэффективности электродинамической сепарации / А.Ю. Коняев, Н.Е. Маркин, C.B. Соболев и др. // Энергетика региона, 2006, № 9, с. 27-29.

68. Коняев А.Ю., Маркин Н.Е. Особенности процессов разделения ме-таллосодержащих отходов при использовании универсальных сепараторов металлов / Экологические проблемы промышленных регионов: Материалы VIII МНТК. Екатеринбург, 2008, с. 133.

69. Коняев А.Ю., Коняев И.А., Маркин Н.Е. Электродинамическая сепарация в технологиях подготовки лома и отходов цветных металлов // Труды Международной НТК «Успехи современной электротехнологии». — Саратов, 2009, с. 106-109.

70. Разработка электродинамических сепараторов на базе роторов серийных электрических машин / А.Ю. Коняев, И.А. Коняев, Н.Е. Маркин, C.JI. Назаров // Промышленная энергетика, 2010, № 5, с. 47-51.

71. Багин Д.Н., Коняев А.Ю., Маркин Н.Е. О эффективности электродинамической сепарации в технологиях вторичной цветной металлургии // Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий: сб. научн. трудов. Екатеринбург: УрФУ, 2011, с. 193-196.

72. Коняев А.Ю., Маркин Н.Е. Расчет электродинамических сепараторов шкивного типа с учетом совместного действия электромагнитных и конкурирующих механических сил // Там же, с. 197-202.