Схема расчета прибора для магнитной обработки воды, поступающей в бойлер

Определение исходных данных. По списочному количеству транспортных средств автотранспортного предприятия вычисляют объем воды V_с, необходимый для разогрева систем охлаждения двигателей и последующего их заполнения. Ориентировочно можно рекомендовать, чтобы время для наполнения бойлера и время разогрева воды в нем не превышало 5-6 ч. Если на нагрев требуется 2-3 ч, то для наполнения бойлера необходимо 3-4 ч. Тогда производительность Q прибора может быть найдена делением объема воды V_c на 4 или 5.

Для перевода производительности, выраженной в ^м3/_ч в ^м3/_сек надо ее разделить на 3,6*10³.

Время наполнения бойлера следует точно выдерживать. С уменьшением времени наполнения увеличивается скорость движения воды в приборе и вместе с этим ухудшается воздействие магнитного поля на воду.

Скорость v прохождения воды в приборе должна быть 1,0-1,5 м/сек. Зная производительность прибора, можно рекомендовать следующие размеры труб для его изготовления (табл. 14).

Таблица 14. Размеры труб для изготовления корпусов приборов для магнитной обработки воды

Для расчетов следует взять действительный внутренний диаметр трубы d_к. На основании полученных исходных данных можно определить основные размеры прибора следующим образом.

Площадь S_з поперечного сечения кольцевого зазора, по которому протекает вода в приборе, определяют на основании найденных выше производительности прибора Q ^м3/_сек и скорости протекания воды в нем V_Bм/сек [уравнение (9)].

Наружный диаметр кожуха электромагнита согласно уравнению (11) равен^*

^* (Схема обозначений, принятых при расчете, показана на рис. 21.)

Величину кольцевого зазора δ_кз, по которому протекает вода между внутренней стенкой корпуса электромагнита и наружной поверхностью кожуха, не трудно определить по внутреннему диаметру трубы d_к и диаметру кожуха D_к0

Определение размеров сердечника на одну катушку электромагнита. Диаметр полюсного наконечника электромагнита D_п определяют по уравнению

Кожух электромагнита должен быть достаточно прочным. Для его изготовления можно применять медь или латунь толщиной 3-4 мм. Можно также использовать для этой цели и алюминиевые сплавы, но они требуют специальных припоев и флюсов. В качестве изоляции между кожухом и магнитной системой используют прессшпан или специальную лакоткань.

Диаметр d_п сердечника электромагнита находят по уравнению (14) по значениям внешнего и внутреннего диаметров корпуса (трубы) (см. табл. 14).

Определив размеры диаметров полюсного наконечника D_п и сердечника d_п [по уравнению (14)], не трудно найти глубину выемки а (см. рис. 21), необходимую для намотки провода, пользуясь уравнением (15).

Величина зазора k между корпусом и полюсным наконечником электромагнита, необходимая для определения напряженности магнитного поля в зазоре, равна l₀ = d^к - D_п.

Расчет обмотки электромагнита. Данный расчет сводится к нахождению сечения провода, его длины и числа витков в обмотке. Эти величины связаны между собой, а также с допустимой силой тока для выбранного провода и напряжением источника питания электромагнита. Кроме этого, весь провод должен полностью разместиться в отведенном для него пространстве в сердечнике, а магнитное поле, создаваемое электромагнитом, должно обладать определенной напряженностью. Все это создает некоторые трудности в расчете. Не прибегая к подробным вычислениям, можно ограничиться упрощенной схемой расчета, которая представлена в следующем виде.

Определение длины провода в одной катушке электромагнита.

Ориентировочно выбирают диаметр провода в пределах 0,9-1,2 мм. В справочнике [18] находят площадь поперечного сечения 5пр провода и допустимую для него силу тока [см. уравнение (16)]. Для дальнейших вычислений необходимо знать напряжение тока, подаваемое на обмотку одной катушки электромагнита. В зависимости от величины напряжения постоянного тока катушки электромагнита могут быть соединены или все последовательно, или включены последовательно по две или по три. Например, если выпрямитель тока ВСА5 имеет выходное напряжение U = 64 в, то при последовательном соединении шести катушек на каждую из них будет подано напряжение 64:6 = 10,67 в.

Зная напряжение тока U, сечение провода S_пр , допустимую для него силу тока I, можно вычислить длину провода l_пр по уравнению (17).

Определение количества витков провода в одной катушке электромагнита.

Для вычисления количества витков w провода в одной катушке по уравнению (24) необходимо знать, кроме длины провода l_р, еще и длину среднего витка l_ср или его радиус r_ср. В соответствии с уравнением (22) радиус среднего витка вычисляют как среднее арифметическое по значениям радиусов наименьшего и наибольшего витков r_мин и r_макс.

Радиус наименьшего витка можно вычислить по уравнению (20) r_мин = r_с + δ_и + r_пр. Для вычисления радиуса наибольшего витка r_макс необходимо знать количество слоев провода, которые будут намотаны на сердечник. Перед намоткой провода на сердечник накладывают слой изолирующей прокладки толщиной δ_и. Активная глубина выемки сердечника а по уравнению (18) равна а_ак = а - δ_и. Каждый слой провода в этой выемке занимает место, равное диаметру провода d_пр и толщине δ_ми межслойной изоляции. Таким образом, количество слоев n_сл можно вычислить по уравнению (19)

Если в качестве межслойной изоляции применяют два слоя трансформаторной бумаги, то величину δ_ми можно принять равной 0,02 мм. Количество слоев провода обычно получается в виде целого числа с дробью. Так как дробную часть слоя уложить нельзя, то дробь следует отбросить и для расчета взять только целое число слоев.

Радиус наибольшего витка должен быть больше радиуса наименьшего витка на величину (d_пр + δ_ми) (n_сл - 1) [см. уравнение (21)]

Радиус среднего витка r_ср будет равен среднему арифметическому из значений наибольшего и наименьшего витков, а длина среднего витка равна l_ср = 2πr_ср.

Определение количества витков в одном слое и высоты намотки.

Если известно общее количество витков w провода, которое должно быть намотано на катушку и число слоев n_сл в ней, то количество витков в одном слое ω_сл можно найти по уравнению (26).

Для того чтобы в одном слое уложить ω_сл витков провода, потребуется пространство h_п, которое вычисляют по уравнению (26).

Этот расчет числа витков позволяет выбрать такие габаритные размеры сердечника, при которых необходимое количество витков провода точно укладывается в выемку сердечника, а длина провода и его сопротивление соответствуют напряжению постоянного тока, подаваемого в обмотку электромагнита.

Определение напряженности магнитного поля в зазоре электромагнита.

С учетом значений коэффициента полезного действия ; (пределах 0,8-0,9 при расчете следует ориентироваться [10] на напряженность 120 000:0,8 = 150 000 а/м 1875 э). Для проверки соответствия габаритных размеров электромагнита и количества витков в нем с магнитными свойствами системы следует воспользоваться прощенным уравнением закона полного тока, т. е. уравнением (27).

Подставив в это уравнение величину силы тока, допустимую для провода заданного сечения, количество витков, вычисленное выше, и величину зазора, можно найти напряженность магнитного поля, выраженную в а/м (для перевода в эрстеды данную величину надо разделить на 80).

Эта величина напряженности магнитного поля может казаться больше или меньше 150 000 а/м. Если она будет равна или несколько больше этой величины, то можно считать, что расчет электромагнита выполнен. Если необходимо получить меньшую напряженность магнит-ого поля, то в цепь литания электромагнита следует включить последовательно амперметр и переменное сопротивление. Если напряженность магнитного поля при расчете окажется меньше 150 000 а/м, то тогда следует пересмотреть расчет и постараться уменьшить по возможности величину зазора δ_з за счет увеличения диаметра полюсного наконечника D_п. Увеличение это не должно отразиться на величине кольцевого зазора δ_кε которому протекает вода. Для этой цели можно уменьшить толщину изоляции и толщину стенки кожуха, о так, чтобы не уменьшилось его прочность. Если всего сделать невозможно и напряженность магнитного эля будет низкой, то следует расчет выполнить заново, выбрав для конструкции электромагнита трубу с большим диаметром условного прохода.

Определение высоты полюсного наконечника и времени пребывания воды в магнитном поле.

Высота l_п полюсного наконечника может быть найдена по уравнению (13).

В литературе то магнитной обработке воды рекомендуют после расчета размеров сердечника вычислять время пребывания воды в магнитном поле по уравнению

где l_п - высота полюсного наконечника, м;

m_к - количество катушек в электромагните;

v_B - слорость течения воды в зазоре, м/сек.

Это время должно быть не менее 0,3-0,35 сек.

Определение общей длины сердечника и количества провода для намотки всех катушек электромагнита.

Общая длина L сердечника (керна) электромагнита равна

(30)

где m_к - количество катушек.

Длина L_пр провода, необходимого для изготовления всех катушек электромагнита равна

(31)

где l_пр - длина провода в одной катушке.

Необходимый вес М_пр провода для намотки всех катушек электромагнита будет равен согласно уравнению (28)

(32)

где m - вес 100 м провода с изоляцией, г;

L_пр - длина провода во всех катушках, м.

Для изготовления обмотки электромагнита можно применять провода различных марок, как например: ПБД, ПЭЛ, ПЭЛБО и другие с учетом толщины их изоляции. Мощность, потребляемая электромагнитной установкой, равна

(33)

где Р - мощность установки, вт;

U - напряжение, подаваемое на одну катушку, в;

I - сила тока в обмотке, а;

m_к - число катушек электромагнита.

Определение коэффициента полезного действия магнитной системы. Магнитные силовые линии в электромагните замыкаются по двум контурам 1 и 2 (см. рис. 21). Для получения достаточно высокого коэффициента полезного действия системы необходимо, чтобы большая часть магнитного потока была направлена перпендикулярно направлению движения воды, т. е. по контуру 1 и возможно меньшая - по контуру 2. Расчет магнитной системы по рассмотренной выше схеме с использованием трубы возможно большего диаметра обеспечивает коэффициент полезного действия не менее 0,8, поэтому практически можно обойтись без его вычисления.