Численно-полевой расчет моментной угловой характеристики трехфазного индуктора магнитного поля электромагнитного перемешивателя для обработки разнородных смесей

Abstract

Оценка возможности применения электромагнитных перемешивателей разнородных смесей в различных технологических процессах требует исследования их работы под нагрузкой. Рабочий режим перемешивателей обеспечивается ферромагнитными элементами игольчатого типа, движущимися внутри цилиндрической рабочей камеры под воздействием вращающегося магнитного поля. Это поле возбуждается трехфазным индуктором, эффективность работы которого может прогнозироваться путем анализа величины и характера изменения электромагнитного момента, под воздействием которого происходит перемешивание смесей внутри рабочей камеры. Магнитное поле обеспечивает и упорядоченность ферромагнитных элементов в рабочей камере индуктора, поэтому магнитная проницаемость в ней по продольной и поперечной осям становится разной. Благодаря анизотропии магнитных свойств композитной среды в рабочей камере возникают силовые воздействия на эту среду, и они основываются на силах магнитного натяжения, действующих на ферромагнитные элементы. Целью данной работы является представление методики расчета электромагнитного момента и определение его зависимости от углового смещения вращающегося магнитного поля индуктора. Решение задачи анализа работы индуктора в режиме нагрузки достигается численными расчетами магнитных полей. Проводится сравнение распределения магнитной индукции внутри рабочей камеры в режиме холостого хода и под нагрузкой, представлены картины распределения силовых линий магнитного поля в этих режимах, изложены принципы расчета моментной угловой характеристики трехфазного индуктора магнитного поля. Предложенная методика базируется на многопозиционных численных расчетах магнитных полей в программном пакете FEMM методом конечных элементов. Построение физико-геометрических расчетных моделей индуктора, расчеты магнитных полей и получение угловой моментной характеристики автоматизированы с использованием созданного скрипта Lua, встроенного в программу FEMM. Сравнительные расчеты моментных угловых характеристик сделаны при различных магнитных проницаемостях композитной среды в рабочей камере по взаимноперпендикулярным осям. Варьирование магнитных свойств среды позволяет оценить возможность использования электромагнитного перемешивателя для разных технологических операций.The evaluation of the possibility of using electromagnetic stirrers for dissimilar mixtures in various technological processes requires the study of their work under load conditions. The load mode of the agitator is ensured by the needle ferromagnetic elements moving inside a cylindrical working chamber under the influence of a rotating magnetic field, whose effectiveness can be predicted by analyzing the magnitude and nature of changes at the electromagnetic moment. The magnetic field ensures ordering of the ferromagnetic elements, therefore the magnetic permeability in it along the longitudinal and transverse axes becomes different. Due to the anisotropy of the magnetic properties of the composite medium in the working chamber, strong influences arise on this medium, based on the magnetic tension forces acting on the ferromagnetic elements. The purpose of this work was to present the method of calculation of the electromagnetic moment and determination of its dependence on the angular displacement of the rotating magnetic field of the inductor. The distribution of the magnetic induction inside the working chamber in the idle and load modes was compared, it gave an idea of the distribution of the magnetic field lines in those modes, set out the basic principles for calculation of the angular characteristics of the torque of the electromagnetic stirrer. The proposed method was based on the multi-position numerical calculations of the magnetic fields in the FEMM software package. Comparative calculations of the angular characteristics of the torque were performed at different magnetic permeabilities of the composite medium in the working chamber.