Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ АППАРАТА МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ВЕЩЕСТВА НА ВОДУ

Антонов С.Н. 1 Адошев А.И. 1 Молчанов А.Г. 1
1 ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ
Анализ состояния оборудования в теплоэнергетической отрасли показывает, что оно эксплуатируется с нарушением требований, установленных правилами безопасности и технической эксплуатации. Несвоевременно удаляется накипь с поверхностей нагрева теплообменников. Накипь, обладая низкой теплопроводностью, затрудняет передачу тепла котловой воде, вызывает перегрев стенок котла. Наличие накипи связано с перерасходом топлива. Соответственно это приводит к нерациональному использованию энергетических ресурсов. Существующие способы водоподготовки дорогостоящие и очень часто не соответствуют требованиям экологической безопасности. В связи с этим, приоритетное значение приобретают физические методы водоподготовки. Использование магнитной обработки воды позволяет предотвратить образование накипи, а также избавиться от ранее отложившейся.
теплоснабжение
водоподготовка
соли жесткости
кристаллы соли
накипь
эффективность магнитной обработки
1. Антонов С.Н. Аппараты магнитной обработки воды. Проектирование, моделирование и исследование: монография / С.Н. Антонов, А.И. Адошев, И.К. Шарипов, В.Н. Шемякин. – Ставрополь: АГРУС Ставропольского гос. аграрного ун-та, 2014. – 220 с.
2. Антонов С. Н. Опыт моделирования магнитных систем с использованием САПР / Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК: материалы III Российской науч. – практ. конф. (Ставрополь, 20–22 апреля 2005 г.) / Ст.ГАУ. – Ставрополь, 2005. – C. 41–43.
3. Антонов С. Н., Атанов И. В. Разработка стенда по определению эффективности магнитной обработки воды / Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве: сборник научных трудов по материалам 74-й научно-практической конференции СтГАУ. – Ставрополь: АГРУС, 2010. – С. 3–15.
4. Антонов С. Н., Атанов И. В. Эффективность магнитной обработки воды для систем теплоснабжения / Механизация и электрификация с.-х. – 2011. — № 9. – С. 15–16.
5. Антонов С. Н., Ивашина А. В. Аппарат магнитной обработки воды / Механизация и электрификация с.-х. – 2009. — № 8. – С. 31–32.
6. Антонов С. Н., Шарипов И. К., Шемякин В. Н. Аппарат магнитной обработки воды (АМОВ 50.1) / Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве: сборник научных трудов по материалам 76-й научно-практической конференции СтГАУ. – Ставрополь: АГРУС, 2012. – С. 6–9.
7. Антонов С. Н., Шарипов И. К., Шемякин В. Н., Адошев А. И. Моделирование магнитных систем с использованием систем автоматизированного проектирования / Достижения науки и техники АПК – 2010. — № 10. – С. 75–78.
8. Гурницкий В. Н., Никитенко Г. В., Атанов И. В, Антонов С. Н. Магнитом по воде // Изобретатель и рационализатор. – М., 2001. – С. 12.
9. Гурницкий В. Н., Никитенко Г. В., Атанов И. В, Антонов С. Н. Определение эффективности магнитной обработки воды при питании намагничивающей катушки аппарата от источников однополупериодного выпрямления. // Сб. научн. тр.: Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК. – СГСХА, 2001. – С. 59.
10. Проектирование магнитных систем электротехнических устройств: Учебное пособие по дисциплине «Проектирование систем электрификации» / С. Н. Антонов, Д. Е. Кофанов; ФГОУ ВПО СтГАУ. – Ставрополь: АГРУС, 2011. – 240 с.

Разработанный экспериментальный стенд (рис. 3, 4) для проведения исследований по определению эффективности магнитной обработки воды представляет собой имитацию как разомкнутой, так и замкнутой системы теплоснабжения [3, 4, 8].

Установленный аппарат на трубопровод закрепляется наружными частями корпуса 1, к которым привариваются фланцы 6. Каркас намагничивающей катушки в осевом сечении имеет тонкие стенки, которые чередуются с утолщениями. Для того чтобы увеличить или уменьшить величину магнитной индукции в зоне обработки, необходимо изменить длину тонкой стенки [10].

Установленный нагревательный элемент служит для перевода растворенных в воде солей во взвешенное состояние (взвесь). В экспериментальной установке предусмотрен шламосборник, на дне которого расположено предметное стекло для определения кристаллооптическим способом эффективности обработки воды магнитным полем. Скорость движения воды регулируется с помощью вентиля или изменением частоты вращения циркуляционного насоса. Для того чтобы предотвратить образование в замкнутой системе воздушных пробок и разрыва трубопровода, установлены расширительный мембранный бак и спускной вентиль (кран «Маевского»).

Принцип работы аппарата магнитной обработки (АМО) [1, 2, 5, 6] заключается в следующем: при подаче переменного или постоянного тока в намагничивающую катушку 3 АМО образуется магнитный поток Ф (рис. 1), силовые линии которого замыкаются по корпусу 1 и каркасу 2. Тонкая стенка каркаса 2 работает в режиме насыщения и представляет значительное магнитное сопротивление для потока Ф, который разделяется на потоки:

Ф1 — магнитный поток в объеме намагничивающей катушки;

Ф2 — магнитный поток, замыкающийся по тонкой стенке;

Ф3 — магнитный поток, выпучивающийся в сторону обрабатываемой воды.

Вода многократно пересекает силовые линии магнитного потока Ф3 и подвергается физическому воздействию.

Рис. 1. Аппарат магнитной обработки воды: 1 — корпус; 2 — каркас намагничивающей катушки; 6 — фланец; 3 — намагничивающая катушка; 4, 5 — прокладка

Экспериментальный стенд работает следующим образом.

1. Изображенный экспериментальный стенд (рис. 3, 4) представляет имитацию как разомкнутой, так и замкнутой системы теплоснабжения и работает следующим образом: вода, поступающая из трубопровода центрального водоснабжения или нагнетаемая циркуляционным насосом (4) из емкости, проходит аппарат магнитной обработки воды (5) [3, 4], после чего поступает в нагревательный бак (1). Скорость движения воды изменяется вентилем (12) или изменением частоты вращения циркуляционного насоса. Проходя нагревательный элемент, вода нагревается до температуры 80–90оС. Вода, нагретая до нужной температуры, поступает в шламоуловитель (7), а затем через отопительный прибор (2) и исследуемый элемент (8) (обрезок трубы, на внутренней стенке которой образована накипь) — далее по трубопроводу в центральную канализацию или емкость. Накипь, которая была удалена с внутренней стенки трубы, оседает в нижней части шламоуловителя.

Рис. 2. Общий вид работы стенда для определения эффективности аппаратов магнитной обработки воды

Рис. 3. Принципиальная схема экспериментальной установки для определения эффективности аппаратов магнитной обработки воды: 1 — нагревательный элемент (ТЭН); 2 — отопительный прибор; 3 — расширительный бак; 4 — циркуляционный насос; 5 — аппарат магнитной обработки; 6 — счетчик-расходомер; 7 — шламоуловитель; 8 — исследуемый элемент; 9 — регулятор расхода; 10 — кран «Маевского»; 11 — фильтр; 12 — кран шаровой; 13 — манометр; 14 — датчик температуры

Рис. 4. Общий вид экспериментальной установки для определения эффективности аппаратов магнитной обработки воды

Накопленные научные знания не дают однозначного ответа на вопрос о влиянии магнитного поля на физико-химические процессы, происходящие в водных растворах. Однако можно считать установленным, что магнитное поле оказывает определенное влияние на кинетику кристаллизации, вызывая увеличение концентрации центров кристаллизации в массе воды, вследствие чего вместо накипи образуется взвесь (шлам).

Таким образом, выделившаяся взвесь (шлам), прошедшая трубопровод, оседает в шламосборнике на стеклышке. После проведения эксперимента предметное стеклышко изучается под микроскопом, в результате чего определяется количество выделившейся твердой фазы.

Процессы, протекающие в воде при наложении магнитного поля, можно представить следующим образом. При прохождении воды через зону обработки магнитным полем и наличии ферромагнетиков в пересыщенном по накипеобразователю растворе (воде) образуются зародыши центров кристаллизации [7, 8]. Центром кристаллизации может быть частица той же природы, что и накипеобразователь, или любая другая изоморфная с последним частица.

Кристаллизация происходит значительно быстрее и легче, если в растворе уже существует твердая поверхность. Выделение твердой фазы на готовой поверхности протекает значительно легче, так как энергия, необходимая для этого, меньше, чем для возникновения зародыша в объеме раствора.

Электрическая схема управления и контроля установкой позволяет:

1) измерять подводимое напряжение;

2) питать постоянным и переменным током;

3) производить измерения напряжения, тока, температуры;

4) изменять частоту вращения циркуляционного насоса.

Измеряемое напряжение позволяет варьировать значением магнитной индукции в зоне воздействия. Тем самым изменять дозу магнитной обработки.

Форма питающего сигнала оказывает большое влияние на процесс магнитной обработки. Используется как переменный ток частотой 50 Гц, так и выпрямленный с помощью диодного моста. Но, как показали экспериментальные исследования по определению эффективности магнитной обработки, однополупериодная схема выпрямления является оптимальной. Контроль за параметрами питания электроустановки осуществляется с помощью вольтметра, амперметра, ваттметра. Контроль за температурой теплоносителя в различных точках установки осуществляется с помощью термопары.

Изменять температуру теплоносителя возможно посредством изменения частоты вращения циркуляционного насоса. Частота изменяется ступенчато на 3 уровнях: 1 – 46; 2 – 67; 3 – 93 с-1.

Изменение напряжения питания водонагревателя позволит плавно регулировать температуру теплоносителя установки. Защиту схемы от коротких замыканий и длительных перегрузок выполняют автоматические выключатели серии ВА. Iн=16А. защиту водонагревателя от перегрузок осуществляет тепловое реле ТРН, от снижения питающего напряжения защищает магнитный пускатель серии ПМЛ.

В качестве соединительных проводов, используется провод марки ПВС сечением 1,5 мм2.

Для проведения экспериментальных исследований кристаллооптическим способом используем следующую методику [9].

В ходе проведения эксперимента варьируем одним фактором, которым является прохождение воды через зону обработки (n=1, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 50, 90). Начальная температура обработанной воды t°нач= 16°С. Температура в емкости с обработанной водой при закипании t °кип= 70°С.

Методика проведения эксперимента следующая. Вода из Ставропольского родника «Серафима Саровского» пропускается через аппарат магнитной обработки 1, 3, 6 … n раз. Обработанную воду переливают в емкость 200 мл, в которую предварительно помещено предметное стекло. Затем происходит нагрев проб воды до температуры 70°С. Предметные стекла извлекают из емкости, просушивают и исследуют при помощи микроскопа (Motic BA 300). Результаты исследований представлены на рисунке 5.

 а)   б)   в)

Рис. 4. Фотографии кристаллов соли: а) необработанная вода; б) шестикратная обработка магнитным полем, в) девятикратная обработка магнитным полем

Анализируя полученные результаты, можно сказать, что магнитное поле оказывает воздействие на соли, растворенные в воде. После обработки магнитным полем один раз на предметном стекле выпадает в виде взвеси больше соли, чем в необработанной воде. Кроме того, выпавшая в осадок соль имеет большие размеры и связывается между собой, образуя центры кристаллизации. Увеличение в размерах кристаллов выпавшей в осадок соли в 1,5–2 раза говорит о снижении накипеобразования до 70%. Наилучшим результатом можно считать образец обработанной воды, прошедшей шестикратную обработку, так как там явно выражены центры кристаллизации с кристаллами преимущественно ромбоэдрической формы.

Рецензенты:

Хорольский В.Я., д.т.н., профессор кафедры «Электроснабжение и эксплуатация электрооборудования», г. Ставрополь;

Никитенко Г.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Применение электрической энергии в сельском хозяйстве», г. Ставрополь.


Библиографическая ссылка

Антонов С.Н., Адошев А.И., Молчанов А.Г. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ АППАРАТА МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ВЕЩЕСТВА НА ВОДУ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=20655 (дата обращения: 19.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074