Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул

Для діючої установки для виробництва металевих гранул з метою зменшення дисперсії гранул розроблено та досліджено систему стабілізації рівня рідкого металу над насадком електромагнітного дозатора. Стабілізацію запропоновано здійснювати шляхом підтримання в процесі роботи незмінною витрати рідкомет...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
Hauptverfasser:	Глухенький, О.І., Гориславець, Ю.М., Павленко, В.Є., Павлов, В.Б., Токаревський, А.В., Тугаєнко, Ю.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут електродинаміки НАН України 2015
Schriftenreihe:	Технічна електродинаміка
Schlagworte:	Електротехнологічні комплекси та системи
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134372
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул / О.І. Глухенький, Ю.М. Гориславець, В.Є. Павленко, В.Б. Павлов, А.В. Токаревський, Ю.П. Тугаєнко // Технічна електродинаміка. — 2015. — № 5. — С. 67-73. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134372
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1343722025-02-09T13:45:27Z Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул Система стабилизации уровня жидкого металла в установке для производства металлических гранул The system of stabilization the level of liquid metal in installation for manufacturing of metal granules Глухенький, О.І. Гориславець, Ю.М. Павленко, В.Є. Павлов, В.Б. Токаревський, А.В. Тугаєнко, Ю.П. Електротехнологічні комплекси та системи Для діючої установки для виробництва металевих гранул з метою зменшення дисперсії гранул розроблено та досліджено систему стабілізації рівня рідкого металу над насадком електромагнітного дозатора. Стабілізацію запропоновано здійснювати шляхом підтримання в процесі роботи незмінною витрати рідкометалевого насоса магнітодинамічного типу, що входить до складу установки. Експериментально досліджено можливості керування витратою насоса за рахунок зміни модуля та фазового кута струму котушки електромагніту насоса. Виходячи з встановлених переваг фазового керування, розроблено напівпровідниковий фазорегулятор для живлення електромагніта насоса, а також розроблено систему автоматичного керування насосом з електромагнітним давачем швидкості рідкого металу. Працездатність системи та можливість стабілізації рівня металу за рахунок підтримання незмінною витрати рідкометалевого насоса підтверджено експериментально. Для действующей установки для производства металлических гранул с целью уменьшения дисперсии гранул разработана и исследована система стабилизации уровня жидкого металла над насадком электромагнитного дозатора. Стабилизацию предложено осуществлять путем поддержания в процессе работы неизменным расход жидкометаллического насоса магнитодинамический типа, входящего в состав установки. Экспериментально исследованы возможности управления расходом насоса за счет изменения модуля и фазового угла тока катушки электромагнита насоса. Исходя из установленных преимуществ фазового управления, разработан полупроводниковый фазорегулятор для питания электромагнита насоса, а также разработана система автоматического управления насосом с электромагнитным датчиком скорости жидкого металла. Работоспособность системы и возможность стабилизации уровня металла за счет поддержания неизменным расхода жидкометаллического насоса подтверждены экспериментально. For acting installation for manufacturing of metal granules in purpose to decrease the dispersion of granules the system of stabilization the level of liquid metal above the nozzle of electromagnetic batcher was developed and researched. It is offered to realize the stabilization be supporting in process a constant consumption of liquid metal pump of magnetodynamic type, included into installation structure. Experimentally investigated the possibility of controlling the flow rate of the pump by changing the absolute value and phase angle of the current of electromagnet pump. Based on the established advantages of phase control, semiconducting dephaser is developed to power the electromagnet pump, and system of automatic control of the pump with electromagnetic speed sensor of liquid metal was developed. Performance of the system and the ability to stabilize the metal level by maintaining constant consumption of liquid metal pump confirmed experimentally. 2015 Article Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул / О.І. Глухенький, Ю.М. Гориславець, В.Є. Павленко, В.Б. Павлов, А.В. Токаревський, Ю.П. Тугаєнко // Технічна електродинаміка. — 2015. — № 5. — С. 67-73. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134372 681.53: 621.746 uk Технічна електродинаміка application/pdf Інститут електродинаміки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Електротехнологічні комплекси та системи Електротехнологічні комплекси та системи
spellingShingle	Електротехнологічні комплекси та системи Електротехнологічні комплекси та системи Глухенький, О.І. Гориславець, Ю.М. Павленко, В.Є. Павлов, В.Б. Токаревський, А.В. Тугаєнко, Ю.П. Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул Технічна електродинаміка
description	Для діючої установки для виробництва металевих гранул з метою зменшення дисперсії гранул розроблено та досліджено систему стабілізації рівня рідкого металу над насадком електромагнітного дозатора. Стабілізацію запропоновано здійснювати шляхом підтримання в процесі роботи незмінною витрати рідкометалевого насоса магнітодинамічного типу, що входить до складу установки. Експериментально досліджено можливості керування витратою насоса за рахунок зміни модуля та фазового кута струму котушки електромагніту насоса. Виходячи з встановлених переваг фазового керування, розроблено напівпровідниковий фазорегулятор для живлення електромагніта насоса, а також розроблено систему автоматичного керування насосом з електромагнітним давачем швидкості рідкого металу. Працездатність системи та можливість стабілізації рівня металу за рахунок підтримання незмінною витрати рідкометалевого насоса підтверджено експериментально.
format	Article
author	Глухенький, О.І. Гориславець, Ю.М. Павленко, В.Є. Павлов, В.Б. Токаревський, А.В. Тугаєнко, Ю.П.
author_facet	Глухенький, О.І. Гориславець, Ю.М. Павленко, В.Є. Павлов, В.Б. Токаревський, А.В. Тугаєнко, Ю.П.
author_sort	Глухенький, О.І.
title	Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул
title_short	Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул
title_full	Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул
title_fullStr	Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул
title_full_unstemmed	Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул
title_sort	система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул
publisher	Інститут електродинаміки НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Електротехнологічні комплекси та системи
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134372
citation_txt	Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул / О.І. Глухенький, Ю.М. Гориславець, В.Є. Павленко, В.Б. Павлов, А.В. Токаревський, Ю.П. Тугаєнко // Технічна електродинаміка. — 2015. — № 5. — С. 67-73. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.
series	Технічна електродинаміка
work_keys_str_mv	AT gluhenʹkijoí sistemastabílízacíírívnârídkogometaluvustanovcídlâvirobnictvametalevihgranul AT gorislavecʹûm sistemastabílízacíírívnârídkogometaluvustanovcídlâvirobnictvametalevihgranul AT pavlenkovê sistemastabílízacíírívnârídkogometaluvustanovcídlâvirobnictvametalevihgranul AT pavlovvb sistemastabílízacíírívnârídkogometaluvustanovcídlâvirobnictvametalevihgranul AT tokarevsʹkijav sistemastabílízacíírívnârídkogometaluvustanovcídlâvirobnictvametalevihgranul AT tugaênkoûp sistemastabílízacíírívnârídkogometaluvustanovcídlâvirobnictvametalevihgranul AT gluhenʹkijoí sistemastabilizaciiurovnâžidkogometallavustanovkedlâproizvodstvametalličeskihgranul AT gorislavecʹûm sistemastabilizaciiurovnâžidkogometallavustanovkedlâproizvodstvametalličeskihgranul AT pavlenkovê sistemastabilizaciiurovnâžidkogometallavustanovkedlâproizvodstvametalličeskihgranul AT pavlovvb sistemastabilizaciiurovnâžidkogometallavustanovkedlâproizvodstvametalličeskihgranul AT tokarevsʹkijav sistemastabilizaciiurovnâžidkogometallavustanovkedlâproizvodstvametalličeskihgranul AT tugaênkoûp sistemastabilizaciiurovnâžidkogometallavustanovkedlâproizvodstvametalličeskihgranul AT gluhenʹkijoí thesystemofstabilizationthelevelofliquidmetalininstallationformanufacturingofmetalgranules AT gorislavecʹûm thesystemofstabilizationthelevelofliquidmetalininstallationformanufacturingofmetalgranules AT pavlenkovê thesystemofstabilizationthelevelofliquidmetalininstallationformanufacturingofmetalgranules AT pavlovvb thesystemofstabilizationthelevelofliquidmetalininstallationformanufacturingofmetalgranules AT tokarevsʹkijav thesystemofstabilizationthelevelofliquidmetalininstallationformanufacturingofmetalgranules AT tugaênkoûp thesystemofstabilizationthelevelofliquidmetalininstallationformanufacturingofmetalgranules
first_indexed	2025-11-26T10:01:36Z
last_indexed	2025-11-26T10:01:36Z
_version_	1849846712530632704
fulltext	ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 67 ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЧНІ КОМПЛЕКСИ ТА СИСТЕМИ УДК 681.53: 621.746 СИСТЕМА СТАБІЛІЗАЦІЇ РІВНЯ РІДКОГО МЕТАЛУ В УСТАНОВЦІ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА МЕТАЛЕВИХ ГРАНУЛ О.І.Глухенький, канд.техн.наук, Ю.М.Гориславець, докт.техн.наук, В.Є. Павленко, В.Б.Павлов, докт.техн.наук, А.В.Токаревський, Ю.П.Тугаєнко Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна. e-mail: ugoris@ied.org.ua Для діючої установки для виробництва металевих гранул з метою зменшення дисперсії гранул розроблено та досліджено систему стабілізації рівня рідкого металу над насадком електромагнітного дозатора. Стабіліза- цію запропоновано здійснювати шляхом підтримання в процесі роботи незмінною витрати рідкометалевого насоса магнітодинамічного типу, що входить до складу установки. Експериментально досліджено можливості керування витратою насоса за рахунок зміни модуля та фазового кута струму котушки електромагніту на- соса. Виходячи з встановлених переваг фазового керування, розроблено напівпровідниковий фазорегулятор для живлення електромагніта насоса, а також розроблено систему автоматичного керування насосом з елек- тромагнітним давачем швидкості рідкого металу. Працездатність системи та можливість стабілізації рів- ня металу за рахунок підтримання незмінною витрати рідкометалевого насоса підтверджено експеримен- тально. Бібл. 6, рис. 8. Ключові слова: металеві гранули, дисперсія, стабілізація рівня рідкого металу, магнітодинамічний насос, на- півпровідниковий фазорегулятор, автоматична система керування. Значний попит на металеві гранули монодисперсного складу викликав необхідність створення електромагнітних дозаторів, що реалізують вимушений капілярний розпад циліндричних струменів рідкого металу. В Інституті електродинаміки НАН України на базі одного з таких дозаторів розроб- лено комбіновану установку для виробництва свинцевих гранул (дробу) [5], яка поєднує в собі про- цеси плавлення металу за допомогою індукційної канальної печі, стабілізацію рівня рідкого металу в процесі роботи з використанням рідкометалевого насоса, керований розпад струменів розплаву і фор- мування круглих металевих частинок заданого розміру за допомогою електромагнітного дозатора та кристалізацію останніх у водяних плівках. Однією із необхідних умов отримання рівних за розміром металевих частинок у цій установці є підтримання (стабілізація) на заданому рівні швидкості струменя рідкого металу. При вільному виті- канні його з каналу дозатора (у відсутності постійної складової електромагнітного тиску) величина цієї швидкості однозначно визначається гідростатичним напором, тобто висотою рідкого металу над насад- ком (фільєрою), що формує рідкометалевий струмінь. Підтримання стабільного рівня металу в зазначе- ній установці досягається за допомогою рідкометалевого насоса, який постійно з переливом через гід- равлічну засувку (рухому перегородку) перекачує метал із плавильного (завантажувального) відсіку (ванни печі) до відсіку (ванни) дозатора. Крім того за рахунок створеного насосом руху рідкого металу здійс- нюється передача тепла, що виділяється в каналі печі, до відсіків печі і дозатора, де воно використовується для плавлення металу та підтримання необхідної тем- ператури розплаву. На рис. 1 схематично показано фрагмент ус- тановки для виробництва (лиття) свинцевих гранул, який включає в себе індукційну канальну піч і рідко- металевий насос, де позначено: 1 – канал печі, 2 – ванна печі, 3 – котушка індуктора печі, 4 – магніто- провод індуктора печі, 5 – канал насоса, 6 – котушка електромагніта насоса, 7 – осердя електромагніта, 8 – © Глухенький О.І., Гориславець Ю.М., Павленко В.Є., Павлов В.Б., Токаревський А.В., Тугаєнко Ю.П., 2015 Рис. 1 Δh 1 3 4 2 5 7 ΔH H 8 6 9 10 А Б 68 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 ванна електромагнітного дозатора, 9 – канал дозатора, 10 – перегородка. Рідкометалевий насос у цій установці – це відомий магнітодинамічний насос [3], в якому ви- користовується взаємодія електричного струму, що наводиться в каналі печі, з магнітним полем елек- тромагніту. Цей насос є фазочутливим. Його напір залежить від сили струму в каналі печі (який на- водиться індуктором печі), індукції магнітного поля в зазорі електромагніту (яке створюється котуш- кою електромагніту), а також фазового кута зсуву між ними, який приблизно дорівнює куту φІ між струмами в котушках насоса Iн і печі Iп. Максимальний напір у цьому насосі досягається при φІ ≈ 0. Оскільки струм печі Iп діючої установки (згідно з експериментальними даними) відстає від живлячої напруги Uп приблизно на 27 ел. град., а струм насоса Iн відстає від своєї напруги Uн на ~83 ел. град., максимальний напір насоса можна отримати при живленні індуктора печі і котушки електромагніту від сусідніх фазних напруг трифазної електричної мережі при “вивернутій” котушці електромагніту. Таке живлення приблизно забезпечує умову φІ = 0 (точне значення кута φІ для діючої установки при такому живленні складає 4 ел. град.). Що стосується струмів Iп і Iн, то вони вибираються наступним чином. Оскільки струм печі Iп визначає плавильну продуктивність печі, його значення підбирається таким, щоб забезпечити необ- хідну температуру розплаву в печі при заданій продуктивності електромагнітного дозатора, яка може змінюватися в діапазоні 150…300 кг/год в залежності від розміру металевих гранул. У свою чергу, значення струму насоса Iн вибирається таким чином, щоб при змінах рівня металу в ванні печі в про- цесі роботи (внаслідок періодичного порційного завантаження твердого металу в ванну печі при по- стійній витраті розплавленого металу через канал дозатора) насос забезпечував безперервне перели- вання металу через перегородку з ванни дозатора до плавильної ванни печі. За рахунок такої дії насо- са забезпечується приблизно постійний рівень рідкого металу Н у ванні дозатора відносно насадки дозатора (рис. 1). Таким чином, у процесі роботи установки струми Iп і Iн для кожного режиму (кож- ного розміру частинок) залишаються незмінними. Описаний режим роботи є характерним для діючої установки для виробництва свинцевих гра- нул [5]. Оскільки за таким режимом рідкометалевий насос працює при постійних значеннях Iп, Iн і φІ, а навантаження насоса за рахунок постійної зміни перепаду рівнів металу ∆Н змінюється у часі, то це призводить до зміни видачі (продуктивності) насоса. Це означає, що швидкість і товщина ∆h плоскої течії перетікання рідкого металу над перегородкою також змінюється з часом, змінюючи таким чином (хоч і в невеликих межах) гідростатичний тиск над насадком дозатора, через який витікає струмінь рід- кого металу. Як показує досвід експлуатації установки, величина ∆h може змінюватися на декілька мі- ліметрів (до 5 мм). У деяких випадках це може призвести до відчутної зміни швидкості струменя, а от- же маси і розміру частинок, на які він розпадається під дією електромагнітних сил дозатора. При виробництві невеликих за розміром гранул достатня продуктивність установки досяга- ється при відносно високих частотах дозування (до 400 Гц), яким відповідає відносно великий рівень металу над насадком Н (він становить 100 … 200 мм). Зміна з часом товщини течії ∆h на декілька мі- ліметрів при цьому практично не впливає на розмір частинок. Виробництво ж відносно великих за розміром гранул (більше 4 мм в діаметрі) здійснюється при більш низьких частотах, коли необхідна величина Н може складати приблизно 20…30 мм. Коливання ∆h у цьому випадку навіть на декілька міліметрів може суттєво позначатися на швидкості витікання струменя рідкого металу, а отже і на розмірі і масі частинок, що утворюються в результаті регулярного розпаду струменя. Так, наприклад, при отриманні свинцевих гранул діаметром 5 мм, які можуть використовуватися зокрема як вихідна сировина для виробництва іскроерозійних мікро- та нанопорошків [6], гранична межа по частоті, ви- ходячи з максимальної продуктивності установки 300 кг/год, складає близько 100 Гц, і значення ви- соти металу над насадком Н повинно бути біля 28 мм [2]. Змінення у цьому випадку ∆h всього на 5 мм призводить до зміни швидкості струменя та, відповідно, маси частинок на 9 %, а розміру (діаме- тру) частинок на 3 %. Суттєве зменшення дисперсії металевих частинок може бути досягнуто за рахунок стабіліза- ції товщини течії ∆h над перегородкою. Зазначену стабілізацію пропонується реалізувати шляхом підтримання на заданому рівні витрати рідкометалевого насоса в процесі роботи установки. Особли- вістю запропонованого підходу є те, що стабілізація рівня рідкого металу в установці забезпечується не прямо [1] (з використанням традиційних датчиків рівня різного типу), а опосередковано шляхом стабілізації витрати насоса, яка може контролюватися за допомогою датчика швидкості рідкого мета- лу в каналі насоса. Перевагами такого рішення є технологічні зручності ведення процесів приготу- вання розплаву та його дозування, оскільки датчик швидкості монтується стаціонарно (не потребує ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 69 додаткового налаштування при переході від одного робочого рівня Н до іншого) та не заважає обслу- говуванню установки в процесі експлуатації. Мета цієї роботи – розроблення та дослідження системи стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва свинцевих гранул шляхом підтримання незмінної витрати (продуктивнос- ті) рідкометалевого насоса магнітодинамічного типу. При заданій продуктивності дозатора це забез- печує стабільне (рівномірне) перетікання металу через гідравлічну перегородку, а отже і стабільний гідростатичний тиск над насадком дозатора. Стабілізувати витрату зазначеного насоса при зміні його навантаження можна за рахунок ке- рування (регулювання) струму котушки електромагніту Iн як за модулем, так і за його фазовим кутом φІ відносно струму Iп. З метою визначення технічних можливостей керування продуктивністю насоса були проведе- ні експериментальні дослідження його у складі діючої установки. Дослідження проводилися без ви- трати металу через дозатор та перетікання його через перегородку (при нульовій витраті насоса, тоб- то при гідравлічному холостому ході). Напір в цьому випадку визначався за перепадом (різницею) рівнів (висот) ∆Н рідкого металу по обидві сторони перегородки. Досліджувалися залежності цього перепаду від струмів насоса Iн, печі Iп, а також кута між ними φІ. На рис. 2 показано кілька отриманих та- ким чином кривих у вигляді залежностей ∆Н (в міліметрах гідростатичного стовпа рідкого свин- цю) від струму в котушці насоса Iн для різних значень струму в печі Iп при фазовому куті φІ ≈ 0. Регулювання струмами здійснювалося за допо- могою двох незалежних автотрансформаторів. Як видно, у відсутності живлення насоса (Iн = 0) він здатний створювати напір, який залежить від струму печі Iп. Це зумовлено тим, що створений ним тиск є результатом взаємодії струму в каналі печі як з магнітним полем електромагніту (наве- деним струмом Iн), так і з власним магнітним по- лем (наведеним струмом Iп). Така особливість цього насоса приводить до того, що для керуван- ня напору в межах від нуля до максимального значення струм насоса Iн повинен змінюватися від пев- ного від’ємного значення до максимально можливого позитивного значення. Інша можливість керування продуктивністю рідкометалевого насоса показана на рис. 3. Тут наведено отримані також експериментально залежності напору ∆Н від фазового кута φІ при Iн ≈ const для різних значень струму печі Iп. Живлення насоса в цьому випадку здійснювалося від електрома- шинного фазорегулятора, а печі, як і раніше, – від автотрансфор- матора. Як і слід було очікувати, максимальний напір в цьому на- сосі виникає при φІ = 0. Збіль- шення цього кута (від нуля) при- зводить до зменшення тиску. До- сягнувши значення 90 ел. град., за яким відсутня взаємодія стру- му в каналі печі з магнітним по- лем електромагніту, насос про- довжує качати метал у тому са- мому напрямку за рахунок взає- модії струму в каналі печі з влас- ним магнітним полем. І тільки коли цей кут досягне приблизно 120 ел. град., напір насоса стає рівним нулю. Подальше збільшення кута φІ призводить до реверсу насоса, тобто до створення від’єм- Рис. 2 ∆H, мм Iн, А Iп = 45 А 40 А 30 А 20 А ∆H, мм Iп = 45 А 40 А 30 А 20 А φI, ел. град. Рис. 3 70 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 ного напору. Насос починає качати метал у зворотному напрямі, досягаючи максимального значення напору приблизно при φІ = 180 ел. град. Таким чином, згідно з рис. 3, для того, щоб мати змогу змі- нювати напір насоса від нуля до максимального значення, необхідно регулювати фазовий кут φІ у діапазоні від ~120 ел. град. до нуля або в діапазоні від ~240 ел. град. до 360 ел. град. Порівнюючи між собою наведені вище два варіанти керування рідкометалевого насоса, необ- хідно зазначити, що керування напору за силою (модулем) струму Iн (рис. 2) у випадку використання насоса як виконавчого органу системи автоматичного керування є більш складним у реалізації, тому що потребує постійного моніторингу цього струму за знаком для того, щоб знати в який бік потрібно змі- нювати його значення у тому чи іншому випадку. З огляду на це було запропоновано використати спо- сіб керування за рахунок зміни фазового кута струму живлення насоса без зміни його модуля (рис. 3). З цією метою для живлення електромагніту насоса було розроблено напівпровідниковий фазо- регулятор, принципову схему силової частини якого показано на рис. 4, де представлено схему жив- лення індукційної канальної печі та електромагніта рідкометалевого насоса (системи П-Н) установки для виробництва металевих гранул. Живлення печі тут здійснюється від тиристорного регулятора напруги типу РОТ-63, силова частина якого на схемі представлена тиристорами TS1 та TS2. При та- кому живленні струми як насоса, так і печі є несинусоїдними. Силова частина фазорегулятора складається з вхідного випрямляча (діоди VD1 – VD4), ємніс- ного фільтра (С) і транзисторного інвертора (VT1 – VT4). Система керування (на рисунку не показа- на) здійснює комутацію транзисторів VT1 – VT4. Вона формує сигнал керування, що має змогу зсу- ватися по фазі в межах 140 ел. град. по відношенню до фази опорної напруги. За рахунок цього на виході фазорегулятора утворюється напруга живлення насоса Uн прямокутної форми, яка здатна зсу- ватися у часі в тих самих еквівалентних межах. Дослідження розробленого фазорегулятора проводилося шляхом імітаційного моделювання його в програмному середовищі Matlab/Simulink. Моделювання виконувалося для всієї системи жив- лення печі і насоса, що представлена на рис. 4. Параметри електромагнітної системи, а саме − повні опори насоса Zн, і печі Zп, а також коефіцієнт взаємоіндукції М − визначалися експериментально на діючій установці. При моделюванні ключі фазорегулятора та тиристорного регулятора вважалися ідеальними. Напруги живлення насоса і печі приймалися відповідно U=165 В і Uп=220 В. Діюче зна- чення струму печі Iп змінювалося за допомогою імпульсно-фазового керування тиристорів. Напруга на насосі Uн залишалася незмінною (за модулем), проте її фазовий кут φU по відношенню до напруги джерела живлення печі Uп змінювався у діапазоні від нуля до 360 ел. град. На рис. 5 представлено результати цього моделювання у вигляді залежностей діючого зна- чення струму в котушці електромагніта Ін та постійної складової електромагнітного тиску емp , що створює рідкометалевий насос, від кута φU. Тиск емp на цьому рисунку представлено в міліметрах гід- ростатичного стовпа рідкого свинцю. Моделювання виконувалося при діючому значенні струму печі Іп =30 А. Враховуючи несинусоїдність струмів, постійна складова електромагнітного тиску визнача- лася як середнє значення електромагнітного тиску за період, миттєві значення якого розраховувалися у відповідності до виразу [5] U VD1 VD2 VD3 VD4 C VT1 VT2 VT3 VT4 VD5 VD7 VD6 VD8 ін Uн M Zн Zп Система П-Н TS1 TS2 iп Uп Рис. 4 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 71 b wiwi b wi p Δ μ + Δ μ = ))(( 2 )( ннпп0 2 пп0 ем , де iп, iн – миттєві значення струмів у котушках індуктора печі та насоса, wп, wн – відповідно кількість їхніх витків, b – ширина проміжку елек- тромагніту насоса, Δ – ширина кана- лу печі у цьому проміжку. На цьому рисунку показано також експериментальні дані, отри- мані на діючій установці при жив- ленні насоса від розробленого фазо- регулятора. Точками тут позначено експериментальні діючі значення струму насоса Iн, а суцільною лінією – напір ∆Н (в міліметрах стовпа рід- кого свинцю), який створює насос за відсутності перетікання металу через перегородку. Варто звернути увагу на досить хороший збіг роз- рахованих і експериментальних значень струму насоса. Що стосується електромагнітного тиску емp і напору ∆Н, то очікувати на близький збіг цих величин між собою не слід, оскільки реальний тиск ∆Н, який може бути розрахований на основі розв'язання гідродинамічної задачі, є завжди менший за “те- оретичний” електромагнітний тиск, розрахований за відсутності руху рідкого металу. Тут важливо те, що ці залежності якісно непогано корелюють між собою. Аналізуючи отриману залежність напору насоса ∆Н від кута φU, необхідно зазначити, що існу- ють два можливі діапазони фазового керування напору насоса (від нуля до максимального значення). Один з них знаходиться у межах від 150 до 80 ел. град., інший – від 290 (-70) до 20 ел. град. Порівнюю- чи їх між собою, перевагу доцільно надати першому діапазону, оскільки у ньому значення струму в ко- тушці насоса Ін та напруги на транзисторах VT1 – VT4 (див. рис. 4) будуть менші. В цьому випадку, виходячи з допустимого діапазону зміни фазового кута (140 ел. град.), в системі керування за опорну необхідно брати напругу, що протилежна по фазі напрузі джерела живлення індуктора печі. На основі проведених досліджень запропоновано систему автоматичного керування (стабіліза- ції) швидкості (витрати) рідкого металу в каналі насоса, функціональну схему якої показано на рис. 6. Давачем швидкості цієї системи є кондукційний електромагнітний витратомір [4], принципова схема якого представлена на рис. 7. Він монтується на каналі насоса (поз. 5 на рис. 1), що представляє собою електропровідну круглу трубу, виготовлену з немагнітної сталі. На боковій поверхні цієї труби (зовні) закріплено два електроди (в точках А і Б на рис. 1). Ділянка каналу з електродами знаходиться в поперечному магнітному полі, створеному С-подібною магнітною системою, яка складається із двох постійних магнітів, що з’єднані між собою феромагнітним осердям (ярмом). Проміжок між маг- нітами (полюсами) давача складає 25 мм. При русі рідкого металу в магнітному полі на електродах Фазо- регулятор Насос Ванна дозатора Давач швидкості Uзад= f(uзад) -Uп U φU Uн Q H EдUсиг ΔU Система керування Підсилювач сигналу Рис. 6 Рис. 5 φU, ел. град. ∆H; емp , мм Iн, А Iн ∆H емp 72 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 давача з'являється сигнал (наводиться постійна ЕРС Ед), пропорційний витраті (середній у поперечному перерізі каналу швидкості металу u). Було встановлено, що величина цього сигналу в умовах стабі- льного перетікання рідкого металу над перегородкою зі швидкістю, яку здатний забезпечити насос установки, знаходиться в діапазоні (0,2…0,8) мВ. Цей сигнал далі підсилюється за допомогою підсилюва- ча постійного струму, загальний коефіцієнт підсилення якого складає приблизно 10000. Підсилений сигнал давача Uсиг порівнюється із заданою напру- гою Uзад, що є керованою і відповідає необхідній (заданій) швидкості металу uзад у каналі насоса. Величина цієї швидкості визначається про- дуктивністю дозатора, яка залежить від розміру гранул, та додатковою витратою металу через перегородку. Цієї витрати повинно бути достат- ньо для підтримання стабільної температури у ванні дозатора. Систе- ма керування фазорегулятора, виходячи з різниці сигналів ΔU= =Uсиг−Uзад, формує зміну фазового кута напруги, яка живить електромагніт насоса, приводячи таким чином у відповідність (на заданий рівень) витрату рідкометалевого насоса. На рис. 8 показано отримані експериментально залежності між товщиною ∆h плоскої течії пе- ретікання рідкого металу через перегородку та пере- падом рівнів рідкого металу ∆Н по обидві сторони перегородки за наявності (крива 1) та відсутності (крива 2) зазначеної системи стабілізації. Експери- мент проводився за відсутності витрати металу через дозатор. Величина струму печі при цьому складала Іп =40 А. Без стабілізації фазовий зсув між напругами був φU = 60 ел. град. (рис. 5). Як випливає з рис. 8, за наявності системи стабілізації товщина перетікання металу ∆h практично не змінюється, в той час як за її відсутності змінення ∆h може сягати 6 мм при зміні перепадів рівнів ΔН між відсіками установки від 20 до 80 мм. Таким чином, отримані дані повністю під- тверджують можливість стабілізації рівня металу у відсіку дозатора установки за рахунок підтримання незмінною витрати рідкометалевого насоса. Аналіз осцилограм зміни в часі фази напруги живлення насоса Uн у процесі роботи системи стабілізації засвідчив коливання кута φU відносно середнього значення в межах ±10 ел. град. з часто- тою приблизно 1 Гц. Враховуючи достатньо високу інерційність рідкого металу в установці, візуаль- но це не призводить до коливання вільної поверхні металу у ванні дозатора, а отже, можна вважати, що якість стабілізації рівня рідкого металу, яка реалізується за допомогою розробленої системи, є цілком прийнятною. Висновок. Запропоновано і експериментально доведено можливість стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул за рахунок підтримання на заданому рівні ви- трати рідкометалевого насоса, що входить до її складу. Розроблена система стабілізації використовує фазове керування продуктивністю насоса з залученням електромагнітного витратоміра рідкого мета- лу як давача швидкості. 1. Автоматизация непрерывной разливки стали / Под редакцией Б.Б.Тимофеева. – Киев: УНИИНТИТЭИ, 1968. – 61 с. 2. Гориславець Ю.М., Глухенький О.І., Михальський В.М., Токаревський А.В. Установка для електромагніт- ного дозування рідкого металу підвищеної продуктивності // Техн. електродинаміка. – 2012. – №5. – С. 74-80. 3. Полищук В.П., Цин М.Р., Горн Р.К., Дубоделов В.И., Погорский В.К., Трефняк В.А. Магнитодинами- ческие насосы для жидких металлов. – К.: Наук. думка, 1989. – 256 с. 4. Шерклиф Дж. Теория электромагнитного измерения расхода. – М.: Мир, 1965. – 268 с. 5. Шидловский А.К., Гориславец Ю.М., Глухенький А.И. Электромагнитные системы для дозирования жидких металлов. – К.: ІЕД НАН України, 2011. – 208 с. Рис. 7 Eд N S N S× u Б А Рис. 8 ∆h, мм ∆H, мм 1 2 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 73 6. Shcherba A.A., Suprunovskaya N.I. Study features оf transients in the circuits of semiconductor discharge pulses generators with nonlinear electro-spark load // Proc. of the IEEE International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), Kyiv, Ukraine. – Pp. 50-54. УДК 681.53 : 621.746 СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ УРОВНЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В УСТАНОВКЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГРАНУЛ А.И.Глухенький, канд.техн.наук, Ю.М.Гориславец, докт.техн.наук, В.Е.Павленко, В.Б.Павлов, докт.техн.наук, А.В.Токаревский, Ю.П.Тугаенко Институт электродинамики НАН Украины, пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина. e-mail: ugoris@ied.org.ua Для действующей установки для производства металлических гранул с целью уменьшения дисперсии гранул разработана и исследована система стабилизации уровня жидкого металла над насадком электромагнитного дозатора. Стабилизацию предложено осуществлять путем поддержания в процессе работы неизменным рас- ход жидкометаллического насоса магнитодинамический типа, входящего в состав установки. Эксперимен- тально исследованы возможности управления расходом насоса за счет изменения модуля и фазового угла тока катушки электромагнита насоса. Исходя из установленных преимуществ фазового управления, разработан полупроводниковый фазорегулятор для питания электромагнита насоса, а также разработана система ав- томатического управления насосом с электромагнитным датчиком скорости жидкого металла. Работоспо- собность системы и возможность стабилизации уровня металла за счет поддержания неизменным расхода жидкометаллического насоса подтверждены экспериментально. Библ. 6, рис. 8. Ключевые слова: металлические гранулы, дисперсия, стабилизация уровня жидкого металла, магнитодинами- ческий насос, полупроводниковый фазорегулятор, автоматическая система управления. THE SYSTEM OF STABILIZATION THE LEVEL OF LIQUID METAL IN INSTALLATION FOR MANUFACTURING OF METAL GRANULES O.I.Glukhenkyi, Yu.M.Goryslavets, V.E.Pavlenko, V.B.Pavlov, A.V.Tokarevskyi, Yu.P.Tugaenko Institute of Elektrodynamics National Academy of Science of Ukraine, pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine. e-mail: ugoris@ied.org.ua For acting installation for manufacturing of metal granules in purpose to decrease the dispersion of granules the system of stabilization the level of liquid metal above the nozzle of electromagnetic batcher was developed and researched. It is offered to realize the stabilization be supporting in process a constant consumption of liquid metal pump of magnetodynamic type, included into installation structure. Experimentally investigated the possibility of controlling the flow rate of the pump by changing the absolute value and phase angle of the current of electromagnet pump. Based on the established advantages of phase control, semiconducting dephaser is developed to power the electromagnet pump, and system of automatic control of the pump with electromagnetic speed sensor of liquid metal was developed. Performance of the system and the ability to stabilize the metal level by maintaining constant consumption of liquid metal pump confirmed experimentally. References 6, figures 8. Key words: metal granules, dispersion, stabilization the level of liquid metal, magnetodynamic pump, semiconducting dephaser, automatic control system. 1. Automation of continuous casting / Edited by V.V.Timofeev. – Kyiv, 1968. – 61 p. (Rus) 2. Goryslavets Yu.M., Glukhenkyi O.I., Mykhalskyi V.M., Tokarevskyi A.V. Installation for electromagnetic batching of liquid metal with high productivity // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2012. – No 5. – Pp. 74-80. (Ukr) 3. Polishchuk V.P., Gorn M.P., Dubodelov V.I., Pogorskii V.K., Trefniak V.A. Magnetodynamic pumps for liq- uid metals. – Кyiv: Naukova dumka, 1989. – 256 p. (Rus) 4. Sherkliff J. The theory of electromagnetic flow measurement. – Moskva: Mir, 1965. – 268 p. (Rus) 5. Shidlovskii A.K., Gorislavets Yu.M., Glukhenkii A.I. Electromagnetic systems for batching of liquid metals. – Кyiv: Instytut Elektrodynamiky Natsionalnoi Akademii Nauk Ukrainy, 2011. – 208 p. (Rus) 6. Shcherba A.A., Suprunovskaya N.I. Study features оf transients in the circuits of semiconductor discharge pulses generators with nonlinear electro-spark load // Proc. of the IEEE International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), Kyiv, Ukraine. – Pp. 50-54. Надійшла 16.04.2015

Система стабілізації рівня рідкого металу в установці для виробництва металевих гранул

Institution

Ähnliche Einträge