Вихревые Потоки и их аналогии (2017)

Вихревые токи Фуко: применение в промышленности — Asutpp

Вихревые Потоки и их аналогии (2017)

Детали из металла у автомобиля или разнообразных электрических устройствах, имеют способность двигаться в магнитном поле и пересекаться с силовыми линиями. Благодаря этому образовывается самоиндукция. Предлагаем рассмотреть аномальные вихревые токи фуко, потоки воздуха, их определение, применение, влияние и как уменьшить потери на вихревые токи в трансформаторе.

Из закона Фарадея следует, что изменение магнитного потока производит индуцированное электрическое поле даже в пустом пространстве.

Если металлическая пластина вставляется в это пространство, индуцированное электрическое поле приводит к появлению электрического тока в металле. Эти индуцированные токи называются вихревые токи.

Вихревые токи

Токи Фуко – это потоки, индукция которых проводится в проводящих частях разнообразных электрических приборах и машинах, блуждающие токи Фуко особенно опасны для пропуска воды или газов, т.к. их направление невозможно контролировать в принципе.

Если индуцированные встречные токи создаются изменяющимся магнитным полем, то токи вихревые будут перпендикулярны к магнитному полю, и их движение будет производиться по кругу, если данное поле однородно. Эти индуцированные электрические поля очень сильно отличаются от электростатических электрических полей точечных зарядов.

Практическое применение вихревых токов

Вихревые токи полезны в промышленности для рассеивания нежелательной энергии, например у поворотного кронштейна механического баланса, особенно если сила тока очень высокая. Магнит в конце опоры настраивает вихревые токи в металлической пластине, прикрепленной к концу кронштейна, скажем, ansys.

Схема: вихревые токи

Вихревые потоки, как учит физика, могут быть также использованы в качестве эффективного тормозного усилия в двигателях транзитного поезда. Электромагнитные приспособления и механизмы на поезде около рельсов специально настроены для создания вихревых токов. Благодаря движению тока, получается плавный спуск системы и поезд останавливается.

Закрученные токи вредны в измерительных трансформаторах и для человека. Металлический сердечник используется в трансформаторе, чтобы увеличить поток. К сожалению, вихревые токи, полученные в якоре или сердечнике, могут увеличить потери энергии.

Построив металлическую сердцевину чередующихся слоев из проводящих и не проводящих энергию, материалов, размер индуцированных петель уменьшается, таким образом, уменьшая потери энергии.

Шум, который производит трансформатор при работе, является следствием именно такого конструктивного решения.

: вихревые токи Фуко

Еще один интересный использования вихревой волны – применение их в электросчетчиках или медицине. В нижней части каждого счетчика расположен тонкий алюминиевый диск, который всегда вращается. Это диск движется в магнитном поле, так что там всегда есть вихревых токи, цель которых замедлить движения диска. Благодаря этому датчик работает точно и без перепадов.

Вихри и скин-эффект

В том случае, когда возникают очень сильные вихревые токи (при высокочастотном токе), в телах плотность тока становится значительно меньше, чем на их поверхностях. Это так называемый скин эффект, его методы используются для создания специальных покрытий для проводов и в трубах, которые разрабатываются специально для вихре-токов и тестируются в экстремальных условиях.

Это доказал еще ученый Эккерт, который исследовали ЭДС и трансформаторные установки.

Схема индукционного нагрева

Принципы вихревых токов

Катушка из медной проволоки является распространенным методом для воспроизведения индукции вихревых токов. Переменный ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки. Магнитные поля образуют линии вокруг провода и соединяются, образуя более крупные петли.

Если ток увеличивается в одной петле, магнитное поле будет расширяться через некоторые или все из петель проволоки, которые находятся в непосредственной близости. Это наводит напряжение в соседних петлях гистерезис, и вызывает поток электронов или вихревые токи, в электропроводящем материале.

Любой дефект в материале, включая изменения в толщине стенки, трещин, и прочих разрывов, может изменить поток вихревых токов.

Закон Ома

Закон Ома является одним из самых основных формул для определения электрического потока. Напряжение, деленное на сопротивление, Ом, определяет электрический ток, в амперах. Нужно помнить, что формулы для расчета токов не существует, необходимо пользоваться примерами расчета магнитного поля.

Индуктивность

Переменный ток, проходящий через катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки. С увеличением тока, катушка индуцирует циркуляцию (вихревых) потоков в проводящем материале, расположенном рядом с катушкой.

Амплитуда и фаза вихревых токов будет меняться в зависимости от загрузки катушки и ее сопротивления. Если поверхность или под поверхностью возникнет разрыв в электропроводном материале, поток вихревых токов будет прерван.

Для его налаживания и контроля существуют специальные приборы с разной частотой каналов.

Магнитные поля

На фото показано, как вихревые электрические токи образуют магнитное поле в катушке. Катушки, в свою очередь, образуют вихревые токи в электропроводном материале, а также создавают свои собственные магнитные поля.

Магнитное поле вихревых токов

Дефектоскопия

Изменение напряжения на катушке будет влиять на материал, сканирование и исследование вихревых токов позволяет производить прибор для измерения поверхностных и подповерхностных разрывов. Несколько факторов будут влиять на то, какие недостатки могут быть обнаружены:

  1. Проводимость материала оказывает значительное воздействие на пути следования вихревых токов;
  2. Проницаемость проводящего материала также имеет огромное влияние из-за его способности быть намагниченным. Плоскую поверхность гораздо легче сканировать, чем неровную.
  3. Глубина проникновения имеет очень большое значение в контроле вихретоков. Поверхность трещины гораздо легче обнаружить, чем суб-поверхностного дефекта.
  4. Это же касается и площади поверхности. Чем меньше площадь – тем быстрее происходит образование вихревых токов.

Обнаружение контура дефектоскопом

Существуют сотни стандартных и специальных зондов, которые производятся для конкретных типов поверхностей и контуров. Края, канавки, контуры, и толщина металла вносят свой вклад в успех или провал испытаний. Катушка, которая расположена слишком близко к поверхности проводящего материала будет иметь наилучшие шансы на обнаружение разрывов.

Для сложных контуров катушка вставляется в специальной блок и прикрепляется к арматуре, что позволяет пройти ток через неё и проконтролировать его состояние. Многие устройства требуют специальных формованных изделий зонда и катушки, чтобы приспособиться к неправильной форме детали.

Катушка также может иметь специальную (универсальную) форму, чтобы соответствовать конструкции детали.

Уменьшаем вихревые токи

Для того чтобы уменьшить вихревые токи катушек индуктивности нужно увеличить сопротивление в этих механизмах. В частности рекомендуется использовать лицендрат и изолированные провода.

Источник: https://www.asutpp.ru/vixrevye-toki.html

Применение вихревых насосов вк

Вихревые Потоки и их аналогии (2017)

Перекачивание различных сред обеспечивают насосные станции. Они отличаются по мощности и назначению. Этим обусловлены параметры конструкции. Изучим более подробно применение вихревых насосов .

Они востребованы для обеспечения подачи воды в магистрали для орошения. Эти установки генерируют при небольших объемах перемещаемых жидких сред — сильный напор.

Поэтому они обладают рядом преимуществ в отличие от прочих видов установок.

Сфера применения

Вихревые насосы вк востребованы для перекачки с небольшой глубины, подъема и доставки питьевой воды из скважин, транспортировки газообразных веществ. Допустимо использование такого оборудования, если в жидкостях нет механических примесей.

К сфере назначения относятся:

  • водоснабжение коммунальных систем;
  • орошение растений в сельском хозяйстве;
  • химическая отрасль производства;
  • вспомогательное оборудование в виде компрессора низкого давления;
  • питающий модуль для котельных создание вакуумных емкостей.

Устройство и принцип работы

Конструкция вихревого насоса выделяется простотой, что предоставляет возможность применения в процессе производства тугоплавких сплавов.

Особенности устройства

Главным модулем выступает колесо, по форме выполненное в виде стального крупногабаритного круга с лопастями. Эти дополнительные пластины размещены под наклоном, или параллельно оси. Рабочее колесо закреплено в корпусе в виде цилиндра.

Технические параметры данных механизмов отличаются небольшими торцевыми зазорами. Конструкция насосного оборудования дополнена патрубками, включая водозаборный и напорный. Наличие этих элементов способствует тому, что при включении установки начинается самовсасывание сред.

Между разъемами располагается специальная перемычка. При зазоре, равном 0,2 мм, эта деталь прижимается к диску, тем самым обеспечивая перекрытие нескольких пластин. Такой механизм предоставляет возможность отделять водозаборное поле от напорного отсека.

Отливной водоток способствует перемещению жидкости от всасывающего до выходного разъема.

Устройство вихревого насоса

После водозабора происходит перемещение среды внутри оборудования, и выброс с компрессией из выходного разъема. Обороты пластин обеспечивают циркуляцию и создание центробежной силы, воздействующей на жидкость. Данный принцип работы схож с центробежными насосными модулями.

К основным отличиям от данных механизмов относятся:

  1. Забор посредством лопастей небольшого объема воды.
  2. Жидкость доставляется от внешней части корпуса к центральной и перемещается вдоль лопаток – в обратном направлении от центра к периферии. Такой принцип работы обеспечивает ускорение среды и выброс.

На поверхности каждой пластины образуются вихревые потоки, при которых вода осуществляет в корпусе агрегата сложные динамические смещения при простой конструкции. Если вас заинтересовала данная тема, то здесь при желании вы сможете узнать подробнее про насосы вк https://tdkomteh.

ru/g17370581-vihrevye-nasosy. Это способствует высокой производительности данного вида насосов. Так как создается всасывающая способность лопастей, и компрессия, то в оборудование поступает следующая порция жидкости, цикл возобновляется.

Это повышает напор и компрессию при незначительных затратах энергии.

Плюсы и минусы

Механизм насоса вихревой характеризуется рядом достоинство:

  1. Генерирование сильного напора, который 7-10 раз выше значения при эксплуатации центробежного варианта аппарата с аналогичными параметрами диска и количество оборотов.
  2. Допускается использование в газообразных средах, и для перекачивания комбинированных сред.
  3. Доставляет воду с глубины до 15 м, которая может быть увеличена при использовании эжектора.
  4. Сервисное обслуживание и ремонт вихревых насосов отличается недорогими затратами по причине простого принципа устройства.
  5. Минимальная зависимость от уровня напора в трубопроводе.

К недостаткам таких приборов относят:

  1. Небольшие параметры зазоров не допускают использования агрегата в средах с абразивными частицами. Различные примеси повышают степень износа механических деталей насоса.
  2. Небольшой КПД, который варьируется в диапазоне от 30-44%.
  3. Нецелесообразно применять агрегаты с повышенной мощностью. Из-за образования вихревых потоков возникают гидравлические потери, достигающие 31% на оси. Так как жидкость перетекает через зазоры, создаются издержки КПД до 21%.
  4. Невозможность перемещения такими насосами жидкости с повышенной густотой.
  5. Надежная, бесперебойная работа установки с низкой степенью износа гарантируется только при эксплуатации для доставки воды из скважин.

Разновидности вихревых конструкций

В зависимости от назначения выделяют несколько типов насосов.

Конструкции открытого вида являются открыто-вихревыми. Они выделяются увеличенной длиной лопастей, и небольшим диаметром диска в отличие от водотока. Другой элемент механизма, кольцевой канал сопряжен исключительно с напорным патрубком.

Закрыто-вихревые версии насосов отличаются сокращенной длиной пластин, которые могут размещаться под различным наклоном. Диаметр диска полностью соответствует параметру канала, который совмещен с заборным и выходным модулями.

Их характеристики влияют на параметры работы:

При включении установок открытого типа жидкость поступает в рабочее пространство, после этого перемещается в водоток. Эксплуатация закрытых агрегатов сопровождается направлением среды сразу в канал. Эти агрегаты предназначены для подачи воды в магистральные системы.

Погружные версии применяются для жидких сред, и востребованы для составов с низкой степенью вязкости. Поверхностные механизмы обеспечивают циркуляцию чистой воды, и устанавливаются для водоснабжения и орошения.

Комбинированные вихревые — сочетают преимущества 2 перечисленных видов. Они состоят из 2 колес, различных типов. Это способствует более высокому КПД, и предоставляет возможность применения в средах с температурным режимом до +105 о C. Они используются для водоотведения, и в добывающей отрасли.

Также производители изготавливают вакуумные агрегаты, предназначенные для подачи горячего или холодного воздуха, формирования вакуума. Они востребованы для сушильных модулей, и для аэрации водоемов.

вихревые насосы, насосы

Источник: https://kratko-news.com/2019/12/26/primenenie-vixrevyx-nasosov-vk/

Вихревые токи – токи Фуко, что это такое и где они используются

Вихревые Потоки и их аналогии (2017)

Вихревые или еще так называемые цикличные токи могут нести в себе помимо вреда еще и пользу. С одной стороны, вихревые токи — это непосредственная причина потерь электроэнергии в проводнике либо же катушке. В то же самое время на этом эффекте построены современные индукционные печи, так что польза от таких токов есть. Давайте поговорим о пользе и вреде немного по подробней.

yandex.ru

Краткое определение

Для начала давайте дадим определение озвученному явлению. Вихревые токи — это такие токи, которые начинают протекать по причине воздействия переменного магнитного поля. При этом может изменяться не само поле, а положение проводника в этом поле, то есть если проводник начнет перемещаться в статичном поле, то в нем все равно образуются токи Фуко.

И траекторию протекания таких токов определить невозможно. Известно лишь то, что ток проходит в том месте, где сопротивление минимально.

Как открыли это явление

Изначально вихревые токи были зафиксированы в 1824 году ученым
Д.А. Араго во время проведения следующего опыта:

На одной оси были смонтированы медный диск и магнитная стрелка, диск располагался внизу, а стрелка несколько выше. Так вот, когда стрелку вращали, то медный диск также начинал вращаться, так как протекающие токи формировали магнитное поле, которое и вступало во взаимодействие с магнитной стрелкой.

Наблюдаемый эффект получил название – явление Араго.

yandex.ru

По истечении нескольких лет этот вопрос стал изучать Максвелл Фарадей, который как раз открыл закон электромагнитной индукции. Так вот, согласно открытому закону было сделано предположение, что магнитное поле оказывает непосредственное воздействие на атомарную решетку проводника.

И образующийся в результате данного воздействия электрический ток, всегда формирует магнитное поле во всем проводнике.

А подробно описал вихревые токи уже экспериментатор Фуко, именно поэтому второе название вихревых токов – токи Фуко. С историей немного познакомились, теперь давайте узнаем природу вихревых токов.

Природа вихревых токов

Замкнутые циклические токи могут образоваться в проводнике только в том варианте, когда магнитное поле, в котором находится проводник, имеет нестабильную структуру, то есть имеет вращение или изменяется со временем.

Из этого следует, что сила вихревых токов имеет прямую связь со скоростью изменения магнитного потока, проходящего через проводник.

По общепринятой теории электроны перемещаются в проводнике линейным образом из-за разности потенциалов, а это значит, что ток имеет прямое направление.

yandex.ruТоки Фуко ведут себя совершенно по-другому и образуют вихревой замкнутый контур прямо в проводнике. При этом данные токи способны на взаимодействие с магнитным полем, которое их и создало.

Проводя исследование этих токов, ученый Ленц сделал вывод, что сгенерированное вихревыми токами магнитное поле не позволяет магнитному потоку, который и создал эти токи, измениться. При этом направленность силовых линий вихревого тока идентично вектору направления индукционного тока.

Вихревые токи и их вред

Давайте вспомним, как выглядит обычный трансформатор.

Так вот, если вы внимательно посмотрите на сердечник, то вы увидите, что он собран из отдельных пластин. А вам не кажется, что гораздо проще его было выполнить цельным?

Именно таким «дроблением» пытаются максимально снизить негативное воздействие токов Фуко. Ведь вихревые токи нагревают тело, в котором они протекают.

Как же они появляются в трансформаторе? Его работа и основана на принципах взаимодействия магнитных полей переменного характера, а как мы уже знаем переменное поле неизбежно порождает вихревые токи.

yandex.ru

Получается, что вихревой ток нагревает сердечник. А нагрев ведет к снижению КПД и сильный перегрев приведет к оплавлению изоляции, а значит разрушению трансформатора.

Как снижают потери

Данные потери могут быть описаны следующей формулой:

Как вы знаете, верно следующее утверждение: проводник с маленьким сечением обладает большим сопротивлением, а чем больше сопротивление проводника, тем меньший ток проходит через него.

Именно поэтому сердечник выполнен из цельного куска стали, а не собран из тонких пластин, которые изолированы друг от друга окалиной или слоем лака. Такой способ сборки сердечника максимально уменьшает потери в сердечнике, то есть сводят вихревые токи до минимума.

Полезное использование вихревых токов

Данные токи не только несут негатив. Их давно научились использовать с пользой. Так, например, свойства вихревых токов используются в индукционных счетчиках. Данные токи замедляют вращение алюминиевого диска, который вращается под действием магнитного поля.

Так же создание индукционных сталеплавильных печей оказало несоизмеримый вклад в развитие всей современной индустрии производства стали.

yandex.ru

Такие печи работают следующим образом: металл, который будут подвергать плавлению, помещают внутрь катушки, через которую начинают пропускать ток повышенной частоты. При этом магнитное поле формирует большие токи внутри металла, и последующий нагрев расплавляет металл.

В многоквартирных домах вы сможете увидеть индукционные плитки, принцип работы которых также основан на использовании эффекта образования вихревых токов.

Заключение

Это все, что я хотел вам рассказать о вихревых токах (токах Фуко). Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5aef12c13dceb76be76f1bb1/5c7a80b99aa57f00b340551f

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.