Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электромагнитная утилизация автомобильных шин. Монография
.pdf
21
Полученная аппроксимация может быть использована в качестве силового воздействия при оценке механических нагрузок.
Такое исследование было проведено в рамках статической модели нагружения.
Максимальные напряжения (σ
mах
= 1,35 × 107 Н/м2) в 6 раз меньше преде-
ла хрупкости. В связи с этим, ориентируясь на габаритные размеры шин и форму реальных индукторов в установках индукционного нагрева, в качестве индуктора предполагается использовать катушку, состоящую из четырех концентрических витков, с радиусом по среднему витку, равным 195 мм.
Ток, протекающий в катушке, описывается следующим образом:
( )
0
0
0
e
t
T
t
i t I
T
−
=
,
где
0
I
— базисный ток (
00
I U L C=
),
0
U
— зарядное напряжение конденсаторной батареи,
L
— результирующая индуктивность разрядной цепи,
0
T
— базисное время разряда (
0
2L
T LC
R
==
),
R
— результирующее активное сопротивление разрядной цепи.
Уравнение, описывающее электромагнитное поле в рассматриваемой системе, имеет вид:
в,
А
γ
А
μ
1
)А(
μ
1
j
tzzr
r
rr
−=
−
+
где А— векторный магнитный потенциал,
jв — плотность стороннего тока, вызванного приложенным извне напряжением.
Полный ток в такой системе рассматривается как сумма стороннего тока
и вихревого тока, индуцированного импульсным магнитным полем:
γE..вихрв =+= jjj
Плотность стороннего тока определяется как:
22
,
)(
0
в
S
ti
j =
где
0
S
— площадь поперечного сечения индуктора.
Учитывая довольно частое расположение троссиков в металлокорде, заменим его тонким стальным цилиндром, толщина стенки которого равна 1 мм.
Расчеты проводились в плоскопараллельной постановке с помощью программы ELCUT.
На рис. 11 приведена расчетная схема. Здесь позицией 1 обозначена импульсная катушка, позицией 2 — металлокорд брекера, позицией 3 — бортовое
кольцо.
1
2
3
z
100 мм
R=265 мм
R=165 мм
20 мм
Рис. 11. Расчетная схема
Удельные силы (механические напряжения) определялись в области бортового кольца и в угловой точке поперечного сечения боковой стенки цилиндра, имитирующего слой металлокорда. Расчеты проводились для импульсов
тока различной амплитуды и длительности. Результаты расчетов для бортового
кольца приведены на рис. 12, а для металлокорда — на рис. 13 (более подробные результаты расчетов приведены в ПРИЛОЖЕНИИ).
23
Рис. 12. Удельная деструктивная сила
в области бортового кольца
Рис. 13. Удельная деструктивная сила
в угловой области металлокорда
24
Анализ полученных зависимостей подтвердил реализуемость данного
способа деструкции при индукторе, состоящем из четырех концетрических
витков. Так в области бортового канала разрушение достигается при t = 10 мкс,
I = 50 кА,
2,13,0
0
T
t
, а в угловой области металлокорда при t = 10 мкс,
I = 50 кА,
6,00
T
t
.
Для проверки полученных расчетных результатов были проведены экспериментальные исследования в лаборатории ТВН Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Использовался генератор импульсных токов (ГИТ) со следующими параметрами: C = 4 500 мкФ, W = 56 кДж,
U
заряд.
= 5 кВ. Была изготовлена импульсная катушка, которая имела четыре
концентрических витка, с радиусом по среднему витку, равным 195 мм (рис. 14).
Рис. 14. Импульсная катушка
25
Рис. 15. Деструкционный блок в сборе
На рис. 15 показан макет деструкционного блока, состоящего из двух
опорных плит, импульсной катушки и шины. Вся конструкция стягивалась 4
шпильками и помещалась в картонный ящик, стенки которого были проложены
полиэтиленовой пленкой. Охлаждение производилось жидким азотом.
При разряде ГИТа на дестукционный блок импульсом с параметрами,
равными расчетным значениям, происходило разрушение шины.
26
4. ПРОЕКТ ЗАВОДА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН
На рис. 16 показана блок-схема завода для утилизации автомобильных
шин. На ней изображены транспортные средства 1, цех 2 доставки и хранения,
цех 3 сортировки и подготовки, цех 4 деструкции и разрушения, цех 5 сепарации, упаковки и отправки. Кроме того, показаны цех 6 получения сжиженных
газов (например, жидкий воздух или азот), цех 7 охлаждения автомобильных
шин, средства 8 доставки сжиженных газов. Цех деструкции и разрушения 4
снабжен деструкционными блоками электромагнитного действия.
Рис. 16. Блок-схема завода
Следует отметить, что вместо жидкого воздуха или азота могут использоваться воздушные турбохолодильные машины российского производства,
например ВТХУ1-11 (Установленная мощность — 30 кВт, потребляемая —
24 кВт, температура -60 — -700С, стоимость установки — 750 103 руб. с НДС)
Использование воздушных турбохолодильных машин позволяет снизить
себестоимость получения холода в 3–4 раза, а удельные энергозатраты — в
2–3 раза по сравнению с применением жидкого азота.
На рис. 16 видно, что цех 2 доставки и хранения, цех 3 сортировки и подготовки, цех 7 охлаждения автомобильных шин, цех 4 деструкции и разрушения, цех 5 сепарации, упаковки и отправки связаны последовательной технологической цепочкой. Цех 6 получения сжиженных газов связан с цехом 7 охлаждения автомобильных шин с помощью средств 8 доставки сжиженных газов.
Транспортные средства 1 представляют собой грузовики, автокары, электрокары и т.п. средства. Цех 2 доставки и хранения, а также цех сепарации, упаковки
27
и отправки 5 являются складскими помещениями с электромагнитами сепарации (электромагнит грузоподъемный легкой серии ЭМГ 078-30А), упаковочными столами, стеллажами, подъемниками, авто- и электропогрузчиками. Цех 3
сортировки и подготовки включает в себя моечные средства, столы, транспортеры (на базе ленточного и цепного конвейера ТОЦ 16-5) и авто-электрокары.
Средства разрушения электромагнитного действия представляют собой конденсаторные батареи 9, через коммутаторы 10 электрически соединенные с импульсными катушками 11 (индукторами, изготавливаются под заказ НИИЭФА
им. Ефремова), расположенные в цехе 4 деструкции и разрушения, в котором
размещены также желоба 12 (криостаты, изготавливаются под заказ криогенной
лабораторией Санкт-Петербургского гос. политехнического университета),
транспортеры 13, 14. (рис. 17). В цехе сепарации, упаковки и отправки находятся подъемный электромагнит 17, который может осуществлять возвратнопоступательное движение по направляющим 18 поперек транспортера 14, и
контейнеры 19. Цех получения сжиженных газов, содержит детандерные установки и сосуды Дьюара для хранения сжиженных газов. Средства доставки
сжиженных газов представляют собой трубопроводы и автоэлектрокары.
N
2
9 10 11
12
13
14
15
16
17
18
19
Из цеха
6
Цех охлаждения
7
Цех деструкции 4
Цех сепарации,
упаковки и отправки
5
поджиг
Рис. 17. Технологическая цепочка деструкции
28
Для ускорения технологического процесса цех деструкции и разрушения
может быть снабжен озоновыми камерами (изготовитель — ЗАО «МЭЛП»,
Санкт-Петербург). «Продувание» озоном автомобильных шин может привести
к полному их рассыпанию в мелкую крошку с отделением от металлического и
текстильного корда. При этом эта технология значительно экономнее всех существующих и, кроме того, абсолютно экологически безвредна — озон окисляет все вредные газообразные выбросы.
Завод утилизирует автомобильные шины следующим образом (рис. 16).
Шины с помощью средств доставки поступают в цех доставки и хранения 2,
откуда они поступают в цех 3, где они сортируются по типоразмерам и моются.
Затем посредством транспортера 13 грузоподъемностью 200 кг (рис. 17), представляющего собой цепную передачу с поводками, оснащенными крюками, на
которые подвешиваются шины 15, последние поступают в цех 7 охлаждения,
где они попадают в желоба (криостаты) 12 с жидким хладагентом (жидкий воздух или азот), полученным в цехе 6 сжиженных газов. Под действием сильного
охлаждения шины 15 твердеют (например, время охлаждения шины размера
165/75 – 14// составляет 5 минут) и с помощью транспортера 13 попадают в цех
4 деструкции и разрушения, где измельчаются следующим образом. Охлажденные шины 15 в зоне действия импульсных катушек 11 временно фиксируются с
помощью специального устройства. Далее по сигналу датчика положения срабатывают коммутаторы 10 и конденсаторные батареи 9 разряжаются на импульсные катушки 11, которые создают импульсное магнитное поле. Данное
поле индуцирует в металлокорде и бортовых кольцах шин 15 вихревые токи,
взаимодействие которых с импульсным полем приводит к возникновению электромагнитных сил, действующих на металлокорд и бортовые кольца шины 15.
Так как с противоположного бока боковое движение шины ограничено упорной
плитой 16, резина шины 15 крошится. Смесь резиновой крошки и остатки металлокорда и бортовых колец по ленточному транспортеру 14 поступает в цех 5
сепарации, упаковки и отправки, где металлические части притягивается к
подъемному электромагниту 17, находящемуся сверху ленты транспортера 14, а
резиновая крошка с транспортера попадает в контейнер 19. Периодически
подъемный электромагнит 17 по своим направляющим 18 смещается от ленты
транспортера и располагается над контейнером (не показан), после этого электромагнит обесточивается и металлические части попадают в контейнер.
В случае необходимости отделения текстильного корда можно использовать аэросепаратор.
29
5. ЦЕХ ДЕСТРУКЦИИ ШИН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ТИПА
5.1. Назначение цеха и его планировка
Цех импульсной электромагнитной деструкции предназначен для обработки охлажденных шин энергией импульсного электромагнитного поля. Он
организован на базе магнитно-импульсной установки энергоемкостью 56 кДж,
имеет площадь 30 кв. м и состоит из двух отделений, разгороженных комбинированной перегородкой, которая выполняет роль постоянного ограждения. В
обоих отделениях размещены блоки магнитно-импульсной установки.
Одно из отделений площадью 20 кв. м — высоковольтное. В нем установлены блок конденсаторов 9 (рис. 17), зарядное устройство (от сети переменного тока 220/380 В), технологический стол с упорной плитой 16, устройством
временного фиксирования шин и аппаратурой управления, ручной механический короткозамыкатель батареи конденсаторов, транспортеры 13, 14, стеллажи
для ЗИП (запасных частей, инструментов и принадлежностей) и ящик с песком.
Батарея конденсаторов собрана из 32 параллельно включенных конденсаторов
марки ИМУ-5/140 и размещена в приямке глубиной 1300 мм. Зарядное устройство смонтировано в металлическом шкафу.
Во втором отделении (для обслуживающего персонала) площадью 10 кв.
м. находятся пульт управления установкой, стол с измерительной аппаратурой
(осциллографом), слесарный верстак, стеллаж, шкаф для защитных средств, огнетушитель и аптечка.
Комбинированная перегородка между отделениями выложена из кирпича
на высоту 1,4 м, верхняя ее часть выполнена из оргстекла толщиной 35 мм.
Общая высота перегородки — 2 м. В ней имеется двухстворчатая дверь, на которой смонтированы концевые выключатели электроблокировки и механический привод короткозамыкателя батареи конденсаторов.
Из-за опасности поражения электрическим током и в целях обеспечения
пожаробезопасности цех относится к категории особо опасных помещений.
Деструкция шин производится на технологическом столе установки, но
возможна также с помощью выносного высоковольтного инструмента.
Обеспечение цеха шинами, вспомогательными материалами, а также всеми видами обслуживания (электро-, воздухо- и водоснабжение, ремонтные работы, испытание и приемка продукции и т. д.) осуществляется службами предприятия.
30
5.2. Магнитно-импульсная установка
Магнитно-импульсная установка является универсальной. На ней могут
утилизироваться шины с металлокордом различных типоразмеров. Производительность установки зависит от степени механизации подачи охлажденных шин.
Возможен ручной и полуавтоматический режимы работы, последний
описывается в данной работе. При ручном режиме действие транспортера 13
заменяется действием персонала (2 человека).
Установка состоит из следующих основных узлов: зарядного устройства;
емкостного накопителя; вакуумного разрядника с системой откачки воздуха;
технологического стола со средствами механизации; кабельной ошиновки;
пульта управления; блока автоматики; заземляющих устройств и системы блокировки.
Основные технические характеристики установки
Максимальное кол-во импульсов
60–100
Максимальная запасаемая энергия, кДж
56,0
Масса установки, кг
2600
Суммарная емкость накопителя, мкФ
4500
Собственная индуктивность, нГн
24,0
Максимальное зарядное напряжение, кВ
5,0
Собственная частота колебаний разрядного тока
при закороченном индукторе, кГц
15,0
Зарядное устройство размещено в отдельном металлическом шкафу, в котором установлены сухой однофазный повышающий трансформатор, однополупериодный выпрямитель, водяное зарядное сопротивление и высоковольтный трансформатор поджига.
Накопитель собран из 32 параллельно включенных конденсаторов, размещенных в бетонном приямке. Конденсаторы установлены вертикально и
электрически изолированы от земли и друг от друга. Они соединены с разрядником и индуктором кабельной ошиновкой. Выводы конденсаторов соединены
параллельно с помощью двух медных шин, концы которых подведены к механическому короткозамыкателю для закорачивания и заземления накопителя в
нерабочем состоянии. Приямок на уровне пола закрыт стальными щитами.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]