Аннотация
Как известно, объемный метод регулирования приводной системы является наиболее энергетически эффективным. В классических гидравлических системах организация объемного метода – дорогостоящее инженерное решение, но магнитореологические приводы позволяют минимизировать разницу в стоимости реализации объемного и дроссельного регулирования. Поэтому в статье описывается способ повышения эффективности характеристик магнитодинамических насосов путем применения винтовых управляющих электромагнитных полей. Представлено оригинальное запатентованное конструктивное решение сформулированной задачи и разработан алгоритм повышения эффективности рабочего процесса за счет оптимизации геометрии проточной части. Конструктивное решение повышения эффективности магнитодинамического насоса реализуется за счет управления потоком магнитореологической рабочей среды путем наложения внешних динамических винтовых электромагнитных полей, что генерирует в ней гидродинамические эффекты и сообщает потоку радиальную составляющую скорости, формируя винтовую траекторию движения частиц магнитореологической жидкости. Винтовые управляющие поля индуцируются каскадом блоков электромагнитного управления, которые состоят из элементов дифференциальной обмотки, расположенных по окружности. Благодаря этому происходит инициация вращательно-поступательного движения магнитореологической жидкости. Разработаная численная модель позволяет повысить эффективность рабочего процесса и состоит из магнитодинамической и гидродинамической частей. Применение данной численной модели дает возможность рационализировать характеристики магнитодинамического насоса. Приведен пошаговый алгоритм повышения эффективности рабочего процесса магнитодинамического насоса, описывающий последовательность определения требуемых параметров и закономерностей. Рационализация компонентов скорости проведена при помощи параметра, характеризующего интенсивность вращения потока. В результате численного эксперимента получены статические характеристики магнитодинамического насоса при различных значениях параметра, характеризующего интенсивность вращения потока.
Ключевые слова
Магнитодинамический насос, эффективность рабочего процесса, винтовые электромагнитные поля, гидродинамические эффекты.
1. Пат. 2443911 РФ. Магнитореологическая позиционирующая и виброизолирующая система / В.П. Михайлов и др. Опубл. 27.02.2012. Бюл. № 6.
2. Patent US 6116144. Pressure motor for electro-rheological fluids H. Rosenfeldt et. al., Publication date 05.06.2001.
3. Patent US 20110037325. Integrated electro-magnetohydrodynamic micropumps and methods for pumping fluids C. Ciocanel, N. Islam, Publication date 17.02.2011.
4. Пат. 2145394 РФ. Магнитожидкостное устройство для гашения колебаний / В.Н. Бурченков и др. Опубл. 10.02.2000. Бюл. № 4.
5. Пат. 2449188 РФ. Регулируемый магнитореологический пневматический амортизатор / А.Б. Корчагин и др. Опубл. 27.04.2012. Бюл. № 12.
6. Пат. 2232316 РФ. Магнитореологический амортизатор / Е.П. Гусев и др. Опубл. 27.10.2003. Бюл. № 30.
7. Пат. 2106551 РФ. Магнитореологический виброгаситель / Ю.Б. Кудряков и др. Опубл. 10.03.1998.
8. Пат. 2354867 РФ. Динамический гаситель / И.А. Яманин и др. Опубл. 10.05.2009. Бюл. № 13.
9. Пат. 2561610 РФ. Магнитореологический амортизатор / Б.А. Гордеев и др. Опубл. 27.08.2015. Бюл. № 24.
10. Пат. 2634166 РФ. Магнитореологический привод прямого электромагнитного управления характеристиками потока верхнего контура гидравлической системы с гидравлическим мостиком / К.В. Найгерт, С.Н. Редников. Опубл. 24.10.2017. Бюл. № 30.
11. Способ управления расходными характеристиками магнитореологической жидкости за счет создания гидродинамических и неньютоновских эффектов во внешних динамических электромагнитных полях: пат. заявка 2018130914 РФ / К.В. Найгерт, В.Т. Тутынин, В.А. Целищев. 27.08.2018.
12. Физические основы проектирования магнитореологических систем нового поколения / К.В. Найгерт, В.А. Целищев и др. // Избранные труды Всероссийской конференции по проблемам науки и технологий. Москва: РАН, 2018. 90 с.
13. Hardware Implementation of Automatic Control System for New Generation Magnetorheological Supports / K.V. Naigert, V.A. Tselischev // Proceedings of the 4th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2018. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham, pp. 2219–2228. 2019.
14. New Generation Magnetorheological, Magnetodynamic, and Ferrofluid Control Devices with Nonstationary Electromagnetic Fields / K.V. Naigert, V.A. Tselischev // Proceedings of the 4th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2018. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham, pp. 1375–1384. 2019.
15. Магнитные поверхности трёхзаходного винтового магнитного поля, возмущённого гофрированным полем / И.М. Гельфанд, и др. // Журнал технической физики. 1961. Т. XXXI. Вып. 10. С. 1164.
16. Пример тороидального магнитного поля, не обладающего магнитными поверхностями / И.М. Гельфанд, и др. // ДАН СССР. 1962. Т. 143. № 1. С. 81.
17. О структуре тороидального магнитного поля, не обладающего магнитными поверхностями / И.М. Гельфанд, и др. // ДАН СССР. 1963. Т. 148. № 6. С. 1286.
18. Движение частиц в винтовом тороидальном магнитном поле / Морозов А.И. и др. // Журнал технической физики. 1960. Т. XXX. Вып. 3. С. 271.
19. Бейтмен Г., Эрдейи А. Функции Бесселя, функции параболического цилиндра, ортогональные многочлены // Высшие трансцендентные функции. Т.2. М.: Наука, 1974. 296 с.
20. Митрофанова О.В. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков в каналах ядерно-энергетических установок. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 288 с.