Аналитический обзор изобретений научной школы профессора М.М. Беззубцевой

Наибольший приоритет в новом направлении исследований электромагнитного способа принадлежит разработке механоактиваторов цилиндрического исполнения.

Согласно принятой классификации, ЭММА относятся к группе цилиндрических устройств с униполярными ОУ, коаксиально расположенными роторами и содержащими одну помольную камеру. Отличие состоит в количестве роторов, полюсов и катушек ОУ. Так, в ЭММА-Ш (поз.1) введена дополнительная ОУ, способствующая усилению контактных взаимодействий между размольными элементами и созданию заданных силовых условий для проведения процесса измельчения полуфабрикатов шоколадного производства при увеличении рабочей камеры измельчителя.

Дополнительный ротор вЭММА-К (поз. 2, 3) позволяет достичь оптимальных условий при измельчении аналогичных продуктов за счет более интенсивного процесса разрушения и образования структурных групп из размольных тел и увеличения, таким образом, числа производственных контактов между этими телами и частицами обрабатываемого материала.

Ротор устройств первой группы выполняет многоцелевую функцию, интенсифицирующую в совокупности с другими конструктивными признаками ЭММА и способами подвода энергии процесс измельчения продуктов. ВЭММА (поз. 1...4) при смещении ограничивающих рабочий объем поверхностей в результате вращения соосного с емкостью цилиндрического ротора, смена многоточечных силовых контактов между размольными элементами с образованием "слоя скольжения" происходит в средней части рабочей камеры, где и осуществляется процесс диспергирования и активации продуктов. При разработке аппаратурного оформления (поз. 5) задача более рационального использования рабочего объема решена путем выполнения ротора с жестко закрепленными на нем пальцами, расположенными вблизи и параллельно наружной поверхности емкости. Эта конструктивная мера позволяет разрушать структурные построения из размольных элементов в зоне "сильных" связей и интенсифицировать процесс измельчения за счет исключения застойных зон с увеличением числа и силы производственных контактов между рабочими органами аппарата и частицами обрабатываемого материала.

Ротор в форме полого стакана в устройствах (поз. 6, 7) или состоящий из двух полых обращенных друг к другу перфорированных конусов (поз. 8) выполняет дополнительную функцию разделения рабочей емкости на зоны или камеры среднего, тонкого и сверхтонкого измельчения продукта. Использование в камерах размольных элементов различных диаметров, уменьшающихся по ходу движения продукта и по мере уменьшения частиц его твердой фазы с одновременным увеличением коэффициента объемного заполнения камеры мелющими телами, обеспечивает процесс постадийного диспергирования. Последовательное измельчение продукта по стадиям его крупности, осуществляемое в одном аппарате, позволяет улучшить как качественные показатели продуктов помола за счет его получения с заданным технологическими требованиями гранулометрическим составом, так и энергетические параметры процесса измельчения.

В линиях производства пищевых продуктов, в том числе и шоколадных полуфабрикатов, используется комплекс измельчающего и перемешивающего оборудования, осуществляющий постадийную обработку сырьевых материалов, рецептурных компонентов и их смесей. Принцип организации силовых контактов в электромагнитном способе при соответствующем конструктивном оформлении рабочих элементов позволяет реализовать одновременное проведение процессов измельчения и перемешивания в одном аппарате типа ЭММА (поз. 9, 10, 11).

В устройстве (поз. 8) указанная цель достигается за счет выполнения ротора со смонтированными на нем лопастями прямоугольной формы, смещенными по высоте рабочей камеры на угол 90°. Такое конструктивное решение способствует введению процесса перемешивания жидких и полужидких продуктов в результате деформации траектории потока продукта по ходу его движения в емкости и интенсифицировать процесс измельчения, обеспечивая непрерывное дополнительное разрушение структурных групп из размольных элементов при их встречном ударе с торцевыми частями лопастей вращающегося ротора.

Выполнение лопастей в форме колец из ферроэлласта, неподвижно закрепленных на вращающемся цилиндрическом роторе со стороны их внутренней поверхности и со смещением по вертикали емкости относительно друг друга на 90° (поз. 10), также способствует (наряду с другими признаками) проведению в одном аппарате совмещенных процессов перемешивания и измельчения продуктов. Кольца, выполненные из ферроэлласта - материала с высокими ферромагнитными, прочностными и эластичными свойствами, под действием сил электромагнитного поля способны непрерывно изменять свою форму и толщину, что вызывает повышение эффективности процессов помола и перемешивания за счет деформации и турбулизации потока частиц продукта и создания дополнительных силовых контактов между размольными элементами по всему объему рабочей камеры измельчителя.

Перемешивающий орган, представляющий собой спирали из пластин ферроэласта с уменьшающимися к оси емкости длинами, шагами и средними диаметрами, использован в устройстве (поз. 11) для перемешивания и измельчения материалов различного целевого назначения. В сочетании с другими новыми признаками в устройстве обеспечивается разность окружных скоростей между элементами спиралей и поверхностью емкости, способствующая более интенсивному разрушению и образованию структурных групп из размольных элементов и таким образом введению дополнительных силовых воздействий на частицы обрабатываемого продукта.

Аналогичная задача решена в аппаратурном оформлении ЭММА цилиндрической группы путем введения месильного органа в форме шнеков с лево-правой навивкой (поз. 12, 13), отличающихся шагом и формой витков, а также углом их наклона по отношению к оси емкости. Такая конструкция шнека в трехкамерном аппарате (поз. 12), предназначенном для обработки жидких и полужидких продуктов, и в двухкамерном (поз. 13), использующимся для механоактивации и перемешивания сухих порошкообразных материалов, обеспечивает постоянную скорость перемещения продуктов по направлению кразгрузочным патрубкам емкости, равномерное распределение силовых нагрузок и создание дополнительного ударно-истирающего способа измельчения материала в основаниях структурных групп при одновременном увеличении зон обработки.

В устройствах (поз. 6, 7, 13) ротор, помимо своей основной функции- смещения поверхностей емкости с целью образования "слоя скольжения", выполняет также функцию передачи момента вращения рабочим органам (цилиндрам, шарам, зубчатым колесам) первой камеры предварительного измельчения материалов, в которой используется механический способ организации измельчающего усилия.

Рассмотренные выше устройства относятся к группе цилиндрических, роторных ЭММА с униполярным расположением ОУ. Выбор места расположения ОУ при проектировании ЭММА обусловлен конструкцией и материалом магнитопровода и функционально связан с достигаемой в них целью. В зависимости от требуемых параметров электромагнитного поля в объемах обработки продукта для обеспечения заданных силовых условий процесса механоактивации, а также в зависимости от степени насыщения стали на отдельных участках магнитопровода, ОУ может быть расположена на роторе (поз. 1, 4), наружном корпусе (поз. 8…11), крышках (поз. 6, 7), выносном магнитопроводе (поз. 2, 3, 12, 13) или одновременно на нескольких частях устройства (поз. 5).

В ЭММА (поз. 14) для создания диспергирующего усилия использована ОУ, расположенная тангенциально по отношению к оси емкости и установленная на прямоугольной шихтованной лопасти ротора. Введение тангенциальной ОУ в данной конструкции аппарата позволяет при тех же затратах энергии увеличить значения м.д.с., что вызывает рост индукции в рабочем объеме, которая определяет интенсивность контактного силового взаимодействия между рабочими органами аппарата и частицами обрабатываемого продукта. Кроме того, исключается скопление шаров у торцевых поверхностей пазов под ОУ. Выполнение емкости шихтованной также повышает м.д.с. ОУ и демпфирует действие на магнитный поток вихревых токов, индуцируемых в частях магнитопровода, что улучшает однородность рабочего объема в магнитном отношении. Равномерному распределению ферромагнитных измельчающих элементов способствует также введение конструктивной меры - выполнение стенки емкости в продольном сечении конусообразной формы. Такое техническое решение ослабляет действие центробежной силы на измельчающие элементы и создает условие для их равномерного распределения по радиусу устройства. В результате введения указанных признаков повышается производительность устройства и качество обработанного продукта.

Необходимо отметить, что повышение эффективности процесса механоактивации в устройствах (поз. 1…14) достигается введением в их аппаратурное оформление одновременно с рассмотренными конструктивными мерами целого комплекса дополнительных новых признаков, которые только в совокупности их действия способны обеспечить причинно-следственную связь между конструкцией рабочих органов и камеры измельчения, формой используемой энергии, техническим результатом и достигаемой в результате целью - повышением интенсивности процесса измельчения и качества обработанного продукта при одновременном снижении производственных и энергетических затрат и экономией материалов, идущих на изготовление аппарата.

Проведенные исследования электромагнитного способа показывают, что одним из основных направлений в разработке конструктивных форм ЭММА для достижения поставленных целей является введение в их аппаратурное оформление многополярной системы электромагнитов. К этой подгруппе цилиндрических роторных ЭММА относятся рассмотренные выше устройства (поз. 1, 4, 11…14). Введение дополнительных пар полюсов электромагнита позволяет создавать переменные по объему рабочей камеры ЭММА параметры электромагнитного поля, обеспечивая заданные по ходу движения продукта силовые условия для проведения процесса измельчения.

Такие технические результаты, как равномерное распределение рабочих элементов по ходу движения продукта, промагничивание всей массы этих элементов по объему рабочей камеры, а также уменьшение сопротивления замкнутой магнитной цепи, достигнуты в двухкамерном ЭММА (поз. 12) за счет использования двух пар выносных электромагнитов, выполненных в форме стержней различных размеров, полюсные наконечники которых смонтированы на наружной стороне камеры диаметрально и со смещением друг относительно друга на угол 90°. При этом на обмотки больших по размеру электромагнитов подается постоянный по знаку электрический ток большей величины для обеспечения в камере тонкого помола большей магнитной индукции электромагнитного поля. Усиление действия магнитного поля на ферромагнитные размольные элементы за счет увеличения силы тока в обмотках управления электромагнитов, установленных последовательно по оси емкости, предусмотрено также в устройствах (поз. 4, 11, 13). Причем в устройстве (поз. 13) достижению указанного технического эффекта способствует также изготовление камеры тонкого помола меньшего диаметра. Данная конструктивная мера позволяет усилить воздействие размольных органов на частицы обрабатываемого материала при тех же затратах энергии на создание магнитного поля в рабочей камере измельчителя.

Изменение полярности полюсов электромагнитов по ходу продвижения продукта к разгрузочному патрубку обеспечивает интенсивное протекание совмещенных процессов измельчения и перемешивания за счет турбулизации потоков и увеличения количества и силы производственных контактов между размольными элементами в устройствах (поз. 11, 12, 13).

Рассмотренные конструктивные формы ЭММА первой группы предназначены для проведения средних и тонких стадий процесса измельчения продуктов средней твердости и различной консистенции в пищевой, химической, лакокрасочной и фармацевтической промышленностях, а также на предприятиях агропромышленного комплекса.

Для среднетонкого и сверхтонкого помола материалов высокой прочности и порошкообразной сыпучей консистенции рекомендуется использование аппаратов, относящихся, согласно принятой классификации (рис. 4.1), ко второй группе устройств, реализующих электромагнитный способ организации измельчающего усилия, к ЭММА дисковой формы.

В этих устройствах рабочими поверхностями, ограничивающими объем обработки продукта и участвующими в процессе организации и разрушения структурных построений из размольных элементов, являются смещающиеся друг относительно друга диски различной конструктивной модификации, выполненные из ферромагнитного материала.

Вертикальное расположение структурных групп, образующихся под действием электромагнитных сил, направленных перпендикулярно поверхностям дисков, и создание "слоя скольжения" в плоскости, параллельной этим поверхностям, позволяет исключать из конструктивного исполнения элементы, вводимые для возмущения и разрушения жестких механических связей между рабочими поверхностями устройства, и создавать целый ряд условий для интенсификации технологического процесса измельчения материалов.

В устройстве (поз. 15) диспергирующее усилие создается четырьмя обмотками управления, расположенными в специальных пазах, выполненных в цилиндрическом роторе устройства. Кроме того, качество промагничивания ферромагнитной загрузки повышается за счет применения дополнительных обмоток управления, расположенных в пазах на наружной поверхности цилиндрической емкости. Цилиндрическая емкость размещена горизонтально с уклоном в сторону выгрузки готового продукта. Наличие в составе устройства системы предварительной обработки продукта жидким азотом, позволяет подготовить продукт к помолу, обеспечив наилучшие условия для проведения процесса измельчения повышением его хрупкости.

В устройстве (поз. 16) для интенсификации процесса обработки продукта введено ультразвуковое устройство, которое предназначено для ультразвукового перемешивания и измельчения.

В устройстве (поз. 17) рабочий объем образован двумя параллельными дисками, верхний из которых приводится во вращение валом электродвигателя, а нижний под действием электромагнитных сил и крепящихся к нему пружин совершает возвратно-поступательное движение по оси емкости. Постоянное по знаку электромагнитное поле создается с помощью двух кольцевых регулируемых ОУ, расположенных симметрично на обращенных друг к другу основаниях дисков. Такое конструктивное исполнение рабочих органов и ОУ при работе устройства обеспечивает полное промагничивание всей массы ферромагнитных элементов, равномерное распределение силовых нагрузок по всему объему емкости, а также способствует изменению коэффициента объемного заполнения мелющих тел в рабочей камере по мере изменения размера частиц продукта в процессе его помола. Указанный технический эффект обеспечивает условия для достижения следующих целей: улучшение качества продуктов помола, уменьшение энергозатрат, повышение производительности устройства.

Диск чашеобразной формы с отверстиями для классификации частиц обрабатываемого материала по размерам использован в дисковом безроторном измельчителе, в котором постоянное магнитное поле создается одной ОУ, расположенной на крышке емкости (поз. 18).Устройство позволяет осуществлять тонкое и сверхтонкое диспергирование продуктов электромагнитным способом с минимальными затратами энергии за счет введения постадийного измельчения в четырех последовательных камерах цилиндрической формы, расположенных соосно с емкостью и выполненных с уменьшающейся по ходу движения продукта высотой зон обработки.

К подгруппе устройств дисковой формы с ротором относится двухкамерный ЭММА (поз. 19), предназначенный для постадийного проведения процесса измельчения и перемешивания продуктов. Жестко смонтированный в верхней части ротора горизонтальный диск с ОУ выполняет функцию постоянного электромагнита и разделяет емкость на камеры измельчения и перемешивания.

В устройстве (поз. 20) рабочий объем образован двумя параллельными дисками, расположенными вертикально, один из которых приводится во вращение валом электродвигателя. На подвижном диске закреплены цилиндрические сетки из неферромагнитного материала, расположенные коаксиально оси емкости с отверстиями для классификации измельченного материала. Сетки делят рабочий объем на три зоны обработки. В центральной зоне обработки I обработка продукта осуществляется ферромагнитными элементами цилиндрической формы с заостренными кромками. Во второй и третьей зонах обработки II, III обработка осуществляется ферромагнитными элементами сферической формы, причем их размер уменьшается по ходу движения продукта. Диск, закрепленный на крышке устройства, имеет возможность перемещаться по направлению оси емкости, изменяя тем самым коэффициент объемного заполнения устройства мелющими телами. Надежное промагничивание всей массы ферромагнитных элементов обеспечено симметричным расположением обмоток управления, расположенных на основаниях обращенных друг к другу дисков. Эффективное разрушение структурных построений из ферромагнитных элементов производится чередующимися углублениями и выступами, выполненными в виде расходящихся от центра лучей на основаниях дисков. Указанные технические решения способствуют уменьшению энергетических затрат, повышению качества продукта за счет выравнивания гранулометрического состава.

За счет высокой концентрации подводимой к единице обрабатываемого продукта энергии в дисковых измельчителях по сравнению с ЭММА первой группы затраты энергии на проведение процесса измельчения ниже. Между тем эти аппараты сложнее в конструктивном исполнении, а также имеют ограничения по производительности. Дисковые измельчители рекомендуется использовать в линиях производства средней и малой производительности для получения тонкого и сверхтонкого продукта в узком диапазоне дисперсностей.

ЭММА третьей группы предназначены для диспергирования частиц высокой прочности в дисперсионной среде при одновременной гомогенизации и интенсивном перемешивании продукта. Для повышения эффективности разрушения частиц дисперсной фазы в устройствах (поз.21, 22, 23) использован способ обработки материала в тонком слое, а также введен комплекс конструктивных мер, способствующих увеличению подвижности размольных элементов за счет более интенсивного разрушения и образования контактных взаимодействий между рабочими органами аппарата и усиления производственных контактов в результате введения дополнительных пар полюсов с чередующейся полярностью и изменяющейся по ходу движения продукта силой тока в ОУ.

Помимо интенсификации процесса измельчения в аппаратурном исполнении ЭММА (поз. 8, 9, 10) предусмотрены конструктивные меры экономичного использования материалов, идущих на изготовление этих аппаратов. Задача решена за счет исполнения стенки емкости (постоянного электромагнита) из отдельных элементов-стержней в форме прямоугольных параллелепипедов или прямоугольных стержней с трапецеидальным сечением, установленных в подшипниковых щитах. На стержнях в их средней части размещены витки секционированной токовой ОУ, соединенные последовательно и согласно. Предлагаемая конструкция постоянного электромагнита позволяет упростить изготовление устройства (особенно на большие емкости рабочей камеры), получить экономию меди, идущей на изготовление ОУ, а также снизить металлоемкость устройства.

Универсальное использование силовой аппаратуры для организации измельчающего усилия, соответствующего технологическим требованиям и силовым условиям обработки материалов различного целевого назначения, предусмотрено в устройствах (поз. 4, 11) за счет изготовления съемных рабочих камер, стенки которых выполнены из диамагнитного материала.

Траектория и интенсивность движения мелющих тел, характер диспергирующих сил и способ измельчения материалов в значительной степени зависят от вида подводимой к измельчителю энергии. Для создания диспергирующего усилия вЭММА используются два потока энергии: энергии, под действием которой размольные элементы организуются в пространственные структурные построения, и энергии, расходуемой на их разрушение. Благодаря использованию двух потоков энергии осуществляется процесс непрерывного разрушения и образования структурных групп с созданием "слоя скольжения", где осуществляется силовое воздействие размольных элементов по частицам обрабатываемого продукта. Организация структурных групп в рабочем объеме всех конструктивных модификаций ЭММА происходит под действием сил постоянного по знаку электромагнитного поля, создаваемого в объеме обработки продукта регулируемым постоянным электрическим током, пропускаемым по обмотке (или обмоткам) управления. В качестве второго потока энергии может быть использована механическая энергия, поступающая от приводного электродвигателя, а также энергия переменного магнитного поля.

В первом случае "слой скольжения" образуется в результате смещения ограничивающих рабочий объем поверхностей камеры измельчителя. Во втором - непосредственное разрушение структурных групп осуществляется под действием смещающихся в пространстве электромагнитных сил. Технический эффект ускорения процессов организации и разрушения структурных комбинаций из размольных элементов и увеличения числа и силы производственных контактов между этими элементами и частицами продукта может быть достигнут использованием периодического питания ОУ электрическим током сложной формы с изменяющейся полярностью, скважностью, силой и длительностью посыла импульсов.

Согласно принятой классификации ЭММА по способу и виду подводимой энергии все рассмотренные выше измельчители относятся к устройствам первой группы.

Подгруппу ЭММА с импульсным питанием ОУ представляют аппараты (поз. 3, 5, 10, 11, 13). Особое значение, с точки зрения достигаемого в этих устройствах технологического эффекта, принадлежит конструктивному исполнению рабочих органов и выбору формы мелющих тел. Так, в устройстве (поз. 10) с целью введения дополнительного способа измельчения - резания для более эффективной обработки вязких и пластичных материалов в качестве размольных тел использованы призмы удлиненной формы с заостренными гранями, выполненные из ферромагнитного материала. Такая форма размольных элементов в совокупности с введенным в устройство признаком импульсного питания ОУ с изменяющейся во времени полярностью полюсов электромагнита позволяет из каждого элемента создавать магнит, полярность которого изменяется в соответствии с изменением полярности основного электромагнита устройства. Это накладывает дополнительное движение (поворот на 180°) измельчающих элементов в емкости, что значительно интенсифицирует процесс измельчения материала при одновременном его перемешивании по всему объему рабочей камеры.

Аналогичный технический эффект достигается в устройствах (поз. 19, 20, 21) за счет использования размольных тел в форме цилиндров, каждый из которых под действием сил электромагнитного поля совершает круговое движение и представляет собой перемешивающий орган.

Дополнительное силовое воздействие в виде пластификации с одновременным усилением ударно-истирающих нагрузок и усилий сдвига испытывает продукт в ЭММА (поз. 6) в результате использования смеси ферротел - шаров и элементов, боковая поверхность которых выполнена гиперболической, а торцевая - сферической формы. Изменение полярности полюсов основных и дополнительных пар электромагнитов, расположенных на корпусе устройства, создает условия для увеличения подвижности размольных тел и роста числа и поверхности их производственных контактов, что способствует как более интенсивному разрушению частиц твердой фазы, так и введению процесса эффективного перемешивания продукта.

Заданная технологическими требованиями дисперсность материала, обрабатываемого в устройствах типа ЭММА, достигается путем введения систем автоматического управления режимами работы аппаратов, регулирующими силовые условия проведения процесса помола. Электромагнитный способ организации измельчающего и активирующего усилия, реализованный в рассмотренных типах ЭММА, позволяет осуществлять тонкое и надежное регулирование процессом измельчения продуктов при небольших затратах мощности по двум взаимосвязанным направлениям: путем изменения величины силы тока в ОУ или за счет регулирования полярности, амплитуды, скважности, частоты и длительности посыла импульсов электрического тока в ОУ, а также путем регулирования частоты смещения поверхностей, ограничивающих рабочий объем устройства.

С целью повышения производительности измельчителя при одновременном улучшении качества шоколадной массы и жировой глазури в устройствах (поз.24, 25, 26) введена система автоматического регулирования частоты вращения валов мельницы и автоматического управления работой электромагнитов. Системы содержат последовательно установленные усилители сигнала, фазовый дискриминатор и блок управления, причем усилители сигналов обеих систем соединены параллельно с блоком контроля дисперсного состава смеси через блок сравнения. Автоматическая система управления обеспечивает оптимальный скоростной и электромагнитный режимы работы ЭММА, способствуя получению готовой массы стандартизированной степени измельчения.

К новому направлению конструктивной реализации электромагнитного способа измельчения относится аппаратурное оформление ЭММА (поз. 27), в котором в качестве второго потока энергии использована энергия вращающегося магнитного поля. Источником этой формы энергии служит статор трехфазной машины переменного тока, установленный на корпусе измельчителя по всей его высоте. Питание в обмотки генератора переменного тока подается импульсами определенной частоты и продолжительности. В периоде между импульсами размольные элементы под действием сил постоянного по знаку и регулируемого по величине электромагнитного поля организуются в пространственные построения, воздействуя на продукт с заданной силой сжатия. При подаче питания в обмотки генератора на размольные тела действует смещающая сила и вращающий момент вращающегося магнитного поля, что вызывает разрушение структурных комбинаций. Таким образом, под действием электромагнитных полей (постоянного и переменного) размольные элементы совершают регулируемое целенаправленное движение: мгновенное и непрерывное образование и разрушение структурных групп, сопровождаемое силовыми нагрузками, которые проявляются в виде ударных импульсов и быстрой смены образующихся и разрушающихся фрикционных связей. Согласно принятой классификации (рис. 4.1.) устройство относится к группе ЭММА цилиндрического исполнения, подгруппе безроторных с униполярным расположением обмоток управления и содержащим четыре помольные камеры. В каждой камере измельчителя в зависимости от прочности и консистенции материала, технологии обработки, заданных параметров степени измельчения и однородности фракционного состава продуктов, устанавливается определенный режим работы электромагнитов, что обеспечивает требуемые силовые условия процесса измельчения, способствуя в сочетании с изложенными новыми признаками сокращению затрат энергии, улучшению качества продукта при одновременной экономии сырьевых материалов.

Это устройство относится ко второй группе ЭММА (рис. 4.2.), характеризующейся непосредственным преобразованием энергии электромагнитного поля в кинетическую энергию движения размольных элементов без передаточных механизмов. Мелющие тела в силу своей магнитной активности под действием сил электромагнитных полей (переменного и постоянного) совершают целенаправленную переориентацию в структурных группах и в актах энергонапряженных силовых взаимодействий передают свою энергию частицам обрабатываемого продукта при минимальных затратах энергии на создание диспергирующего усилия и его регулирования в широком диапазоне силовых воздействий.

Физико-механические процессы, положенные в основу организации силового взаимодействия между ферромагнитными элементами в электромагнитном способе измельчения материалов, могут быть использованы при создании нетрадиционных типов устройств различного целевого назначения, в том числе и приборов для контроля качественных параметров отработанных в машиностроении жидкостей. Так, изложенный принцип силового взаимодействия положен в основу создания контрольно-измерительного прибора для оценки состояния и загрязненности масла, находящегося в картере двигателя (поз. 28). В отличие от известных приборов аналогичного назначения датчик плотности в рассматриваемом устройстве выполнен из ферромагнитного материала в виде двух коаксиальных наружного и внутреннего цилиндров, образующих емкость для размещения контролируемой жидкости. Наружный полый цилиндр установлен неподвижно и содержит ОУ, питаемую постоянным по знаку и регулируемым по величине электрическим током. Внутренний цилиндр смонтирован на валу, соединенным через тахометр и устройство отключения с валом электродвигателя. Оценка наличия в контролируемом масле ферромагнитных частиц, характеризующих износ деталей и узлов двигателя, изготовленных из ферромагнитного материала, осуществляется на основании сравнительного количественного анализа времени выбега (времени движения вала по инерции после отключения электродвигателя) в режимах работы датчика с включенной и выключенной ОУ. Величина, характеризующая сокращение времени выбега, позволяет оценить степень загрязненности масла ферромагнитными частицами. Качественная оценка проводится на основании заранее подготовленных при лабораторных исследованиях таблиц или графических зависимостей, связывающих между собой при прочих заданных условиях величину сокращения времени выбега при наличии магнитного поля и загрязнения масла ферромагнитной составляющей. Прибор данной конструкции, благодаря использованию электромагнитного способа организации силового взаимодействия, повышает точность измерений, осуществляет оперативную оценку загрязненности масла, а также позволяет определить степень интенсивности износа узлов и деталей, изготовленных из ферромагнитного материала.

Аналогичное устройство может быть использовано для исследований процесса намола и оценки качества пищевых продуктов, обработанных как в механических, так и в электромагнитных мельницах со свободными или закрепленными стальными мелющими органами.

На образование и разрушение мелкодисперсных частиц в процессе измельчения материала затрачивается энергия, доля которой зависит от условий и состава среды измельчения, а также физико-химических и механических свойств материала. Эта доля энергии всегда увеличивается с ростом дисперсности твердой фазы. Сокращение энергии, затрачиваемой на образование новых поверхностей, возможно при снижении прочностиобрабатываемого материала за счет повышения его хрупкости при криогенном замораживании азотом. Кроме того, измельчение в среде газообразного азота (в инертной среде) предотвращает перегрев и окисление продукта с сохранением качества и витаминов (в частности витамина С) исходного продукта. Криогенное замораживание продуктов растительного происхождения жидким азотом протекает быстро и при очень низких температурах. Существует несколько способов замораживания продуктов с помощью азота: при непосредственном контакте с газообразным азотом; погружением в азот; орошением жидким азотом.

При обычных условиях азот – инертный газ без запаха и вкуса, который при контакте с продуктами вредного влияния на них не оказывает. Получают азот путём сжижения воздуха с последующим его разделением на азот и кислород в ректификационных колоннах, используя разности температур кипения при атмосферном давлении: азота -196 ˚С, а кислорода -183 ˚С. Наиболее перспективным является способ получения азота на газоразделительных мембранных установках. Для устранения растрескивания при замораживании в жидком азоте продукт предварительно охлаждают парами азота.

На рисунке 8.29 представлено устройство, реализующее энергосберегающий электромагнитный способ формирования диспергирующих нагрузок и способ измельчения материала в инертной среде газообразного азота.

Установка работает следующим образом. Из загрузочного бункера 13 продукт транспортируется шнеком 11 в рабочую камеру электромагнитного измельчения. В рабочие камеры шнека и электромагнитного измельчения подаётся жидкий азот, вырабатываемый мембранным модулем 19 с компрессором 18. В результате замораживания увеличивается хрупкость продукта, что снижает энергетические затраты на его диспергирование. Принцип действия электромагнитного измельчителя основан на нетрадиционным способе передачи меха­нической энергии слою размольных элементов с использова­нием квазиста­ционарного магнитного поля постоянного тока.

Электромагнитное поле создается в рабочей камере механоактиватора обмотками 5 и 8. В основе меха­низма созда­ния диспергирующего усилия лежит действие магнит­ных сил, притягивающих размольные элементы к поверхностям рабочих органов (внутренних цилиндрических поверхностей рабочего объема устройст­ва) и друг к другу с организацией их в различные структурные построения. Кинетическая энергия движения сообщается мелющим телам 9 в процессе непрерывного объемного передеформирования и разру­шения их структурных построений при относительном сме­щении поверхностей 1 и 6 рабочего объема устройства. Целенаправленная пере­ориента­ция размольных элементов с разностью скоростей в структурных группах сопровождается созданием многоточечных контактных взаимодействий между ними через прослойку обрабатываемого продукта. При силовом взаимодейст­вии мелющие тела преобразуют кинетическую энергию своего движения в энергию разрушения материала и измельчают его статическим сжатием и ударно-истирающими нагрузками.

Способ обеспечивает энергона­пряженный характер диспергирующих сил, легко подлежит автоматизации, требует ма­лых затрат мощности, что соответствует требованиям организации процес­са измельчения продуктов различного целевого назначения.

Наружный корпус выполнен из диамагнитного материала. Ротор изготовлен из магнитомягкого феррита TSF – 7099. Коэффициент заполнения рабочей камеры мелющими телами К=0,4. Электромагниты 9 установлены ″отталкивающим″ полюсом в сторону входа в камеру, что позволяет исключить попадание в зону выгрузки положительно заряженных размольных тел. Над разгрузочным окном с заслонкой установлен ротаметр, позволяющий во время работы установки поддерживать заданный интервал разброса частиц путём регулирования ряда параметров: интенсивности электромагнитных полей, скорости вращения ротора и скорости подачи продукта. Встроенный в корпус рабочей камеры датчик температуры контролирует и поддерживает в рабочей камере температурный режим.

Разгрузочное окно перекрыто управляемой контроллером заслонкой, что поддерживает необходимый уровень заполнения рабочей камеры продуктом. Металлические примеси удаляются из зоны выгрузки выталкивающим электромагнитным полем, создаваемым обмотками 5 и 8. Из разгрузочного патрубка продукт поступает по рукаву фильтра 15 в разгрузочный бункер 16. Фильтрующий рукав 15, расположенный внутри герметичной трубы с патрубком для подключения вакуум насоса, предназначен для разделения продуктов помола и испарений азота. Испаренный азот направляется в мембранную установку на повторную очистки и сжижения.

Электромагнитный криоизмельчитель предназначен для использования в лабораторных и производственных условиях для измельчения твердых и волокнистых материалов (например, высушенное любым способом плодово-ягодное сырье, пряности, зерна, водоросли, кормовые добавки и т.д.). Применение в качестве хладагента азота для охлаждения позволяет увеличить хрупкость материала (тем самым уменьшить дисперсность порошка, внедрить безотходную технологию); не допуская перегрева и окисления (благодаря инертной среде) сохранить качество и витамины исходного продукта, повысить производительность при одновременном снижении энергозатрат.

Рисунок 8.29 - Блок-схема стенда «ИСКУССТВЕННАЯ АТМОСФЕРА»