Устройство для перемешивания жидких сред с управляемым электромагнитным виброприводом

Введение. В настоящее время для интенсификации различных процессов в технологическом оборудовании все чаще применяют системы виброприводов, предназначенных для возбуждения сложных колебаний, представляющих собой низкочастотные колебания с наложенными на них высокочастотными колебаниями. Данные системы состоят из нескольких виброприводов с различными амплитудночастотными характеристиками [1].

Виброприводы    применяются    в    перерабатывающей,    пищевой, горнодобывающей, металлургической, химической и др. промышленностях. Такие виброприводы могут генерировать возвратно-поступательные винтовые и вертикальные линейные колебания. Использование вибрации даёт возможность интенсифицировать многие технологические процессы, повышать качество выполняемой работы, создавать новые технологии, основанные на вибрационных эффектах [2, 3, 4, 5].

Целью работы является внедрение в устройство для виброперемешивания управляемого электромагнитного вибропривода с возможностью регулирования параметров (напряжения, амплитуды колебаний) для более качественного перемешивания жидких сред.

Основная часть. Главным элементом любой вибромашины является устройство для возбуждения механических колебаний – вибрационный возбудитель, в котором энергия от внешнего источника (электрический ток, магнитное поле, давление потока газа или жидкости и др.) преобразуется в механическое колебательное движение (возвратно-поступательное, вращательное и т.п.). Структурная схема технологической вибромашины представлена на рис. 1 [6].

Рисунок 1 – Структурная схема технологической вибромашины

Принцип действия технологической вибромашины следующий: механическая вибрация от вибровозбудителя с помощью передаточного механизма передается на рабочий орган, испытывающий технологическую нагрузку. Обратная связь происходит между каждым элементом данной схемы для обеспечения наиболее эффективного рабочего режима и стабилизации характеристик движения рабочего органа при действии различных дестабилизирующих факторов (износ, температура, изменение рабочей нагрузки т.п.) [2, 6].

Для интенсификации процесса перемешивания жидких сред в известное устройство [3], представляющее мешалку возвратно-поступательного движения, предлагается добавить систему управления, позволяющую изменять амплитуду колебаний. Система управления связана с автоматизированным рабочим местом оператора, на мониторе компьютера с которого отслеживается соответствующее изменение амплитуды (рис. 2).

7      6         4 ________2___________

Рисунок 2 – Схема виброперемешивающего устройства с управляемым электромагнитным виброприводом:

1 – реактор; 2 – втулка электромагнитного привода, связанная со штоком;

3 – рабочий орган с перфорированными дисками; 4 – управляемый электромагнитный вибропривод; 5 – рубашки охлаждения или нагрева; 6, 7 – крышки;

8 – виброизоляционные опоры; 9 – система управления;

10 – рабочая станция с монитором

Виброперемешивающее устройство работает следующим образом. Система управления 9 задает частоту колебаний якорей электромагнитов: с генератора прямоугольных импульсов образуется переменный сигнал заданной частоты колебаний амплитудой 5 В. Мультивибратор дает возможность независимо от изменения частоты (периода) колебаний сохранить длительность положительного импульса постоянной. В выходном каскаде происходит усиление сигнала до необходимого значения напряжения. При подаче напряжения на катушки электромагнитов якори притягиваются к ним, при этом упругий элемент деформируется и стремится возвратить якори в исходное положение. В результате вал рабочего органа совершает возвратно-поступательное движение. Установленные на валу диски с перфорированными коническими отверстиями создают в перемешиваемой жидкой среде затопленные турбулентные струи, что приводит к энергичному перемешиванию жидкости [6, 7]. Система управления включает в себя электромагнитный привод и регулятор напряжения (мощности) – диммер, с возможностью регулирования напряжения от 80 до 220 В (рис. 3).

Рисунок 3 – Виброперемешивающее устройство с подключенным регулятором напряжения

Диммер переменного тока – это регулятор величины электрической мощности. При вращении ручки он изменяет величину выходного напряжения, которое подается дальше в схему. На входе и выходе синусоида напряжения сохраняет свою гармоничную форму и частоту. Меняется только ее амплитуда. Простая электрическая схема регулятора напряжения (диммера) представлена на рис. 4 [8].

Рисунок 4 – Электрическая схема регулятора напряжения:

D2-D5 – диодный мост; ZD – динистор; D1 – диод;

R – переменный резистор небольшой мощности; C – конденсатор;

SCR – тиристор, мощность которого определяет мощность нагрузки

Заключение. В настоящее время продолжается усовершенствование конструкции виброперемешивающего устройства. Регулирование напряжения дает возможность изменить амплитуду колебаний рабочего органа мешалки. Установлено, что чем больше напряжение, тем больше амплитуда колебаний.

Применение    вибрационного    воздействия    позволяет    значительно интенсифицировать процессы перемешивания. Электромагнитный вибропривод дает возможность регулировать величину вибрационного воздействия, с помощью чего возможно получить оптимальные параметры процесса перемешивания жидких сред. Адаптивная система управления электромагнитным виброприводом поддерживает производительность мешалки на постоянном уровне, что повышает качество процесса перемешивания.