מיגון מגנטי ואלקטרומגנטי למיכלי שמן שנאי

במהלך פעולת השנאי, השטף המגנטי העיקרי שעובר בגרעין יגרום לאובדן ברזל, והזרם הזורם בפיתול יגרום לאובדן נחושת. בנוסף לשני סוגים עיקריים אלה של הפסדים, שטף הדליפה שנוצר על ידי הזרם המתפתל ושטף הדליפה הנמלט מהליבה כאשר הליבה מוגזמת יתר על המידה, תגרום גם לאובדן נוסף על החלקים המבניים של השנאי. חלקים מבניים אלה כוללים פיתולים, מהדקי ליבה, יריעות ליבה ומיכלי שמן.
ביניהם, בשנאי קיבולת גדולים -, קיר מיכל השמן הופך לאחד האזורים המרוכזים של הפסדים נוספים בגלל שטחו הגדול ומיקומו קרוב לאזור השדה המגנטי של דליפה. חלק זה של האובדן לא רק מגביר את אובדן האנרגיה אלא עשוי גם לגרום להתחממות יתר מקומית של דופן מיכל הנפט, ומשפיע על הבטיחות והאמינות של פעולת השנאי.

על מנת להפחית ביעילות את האובדן הנוסף של דופן מיכל השמן ולמנוע עליית טמפרטורה מקומית, מיגון מגנטי (המורכב מגיליונות פלדה סיליקון) או מיגון אלקטרומגנטי (באמצעות צלחות נחושת או צלחות אלומיניום) משמש לרוב בטכנולוגיית מיכל השמן של שנאי קיבולת גדולים {}}. חומרי מיגון אלה יכולים להנחות או לספוג שטף דליפה, ובכך להפחית את השפעתו על מיכל השמן ועל חלקים מבניים אחרים, והם אמצעים חשובים לשיפור יעילות התפעול וחייו של השנאי.

איור 1: שדה מגנטי של דליפת שנאי דליפה

מבנה מגן מגנטי

איור 2: מיכל שמן שנאי מיגון מגנטי

 

 

 

א) רצועה - מגן מגנטי בצורת (גובה מגן מגנטי H שווה לרוחב גיליון הפלדה הסיליקון)
ב) גיליון - מגן מגנטי בצורת (גובה המגן המגנטי H שווה לעובי למינציה של גיליון הפלדה))

ישנם שני מבנים של מיגון מגנטי למיכלי שמן, כפי שמוצג באיור 2. האחד הוא רצועה - מגן מגנטי בצורת, שהוא גיליון פלדת סיליקון עם רוחב של פצע יום אחד לטבעת, כפי שמוצג באיור 2 א. כאשר משתמשים בסוג זה של מגן מגנטי, שטף הדליפה נכנס למגן המגנטי מכיוון העובי של יריעת הפלדה הסיליקונית, ואובדן הזרם המעורפל במגן המגנטי קטן; הסוג האחר של המגן המגנטי הוא מגן מגנטי בצורת גיליון -, שהוא גיליון פלדת סיליקון שנחתך לגיליונות B × L, מוערם לעובי מסוים H כפי שמוצג באיור 2B, ואז מותקן על קיר מיכל השמן. סוג זה של מגן מגנטי הוא בעל אובדן זרם גדול של ערפיל במגן המגנטי מכיוון ששטף הדליפה נכנס למגן המגנטי אנכית. עם זאת, הסוג האחרון של מגן מגנטי פשוט לייצור מאשר הראשון.
מפעלים משתמשים בדרך כלל בהגנה מגנטית בהתאם למפרטי הרוחב הסטנדרטיים, לשלוט על שטף הדליפה באמצע המגן המגנטי כ- 1.7T, וקובעים את עובי המגן המגנטי, כך שאובדן המגן המגנטי הוא קטן יחסית, ועליית הטמפרטורה נשמרת בטווח המותר.

איור 3: איור 3: צפיפות שטף דליפה וחלוקת שטף מגנטי נכנסת לדופן מיכל השמן

 

 

א) השדה המגנטי של הדליפה של השנאי
ב) צפיפות שטף דליפה הנכנסת לדופן מיכל השמן ללא מיגון מגנטי
ג) שטף דליפה במגן מגנטי

חישוב צפיפות השטף המגנטי במגן המגנטי מבוסס על התפלגות שטף הדליפה בשנאי. איור 1 מציג את השדה המגנטי של דליפה בשנאי, והפצת שטף הדליפה הנכנסת לדופן מיכל השמן מוצגת באיור 3.
באיור 3, BM היא המשרעת של הצפיפות המגנטית של הדליפה הנכנסת למיכל השמן והמגן המגנטי, והיא גם הערך המרבי של השטף המגנטי באמצע מיכל השמן והמגן המגנטי. השטף המגנטי במגן המגנטי הוא האינטגרל של צפיפות השטף המגנטי לאורך הגובה, וכתוצאה מכך האיור המוצג באיור 3 ג. חלוקת שטח המגן המגנטי על ידי השטף המגנטי נותנת את צפיפות השטף המגנטי במגן המגנטי.

השימוש במגן מגנטי עשוי להגדיל את המרכיב הרדיאלי של שטף המגנטי של הדליפה, ובכך להגדיל את אובדן הזרם הערמומי של השטף המגנטי הרדיאלי של הפיתול ועליית הטמפרטורה המקומית של כמה סלילים. בעת חישוב האובדן הזרם הערמומי של המתפתל ובהתחשב בעליית טמפרטורת הנקודה החמה, יש לקחת בחשבון את השפעת המגן המגנטי על התפלגות השדה המגנטי של הדליפה.
השימוש במגן מגנטי יכול להפחית מאוד את אובדן מיכל הנפט. לאחר השימוש בהגנה מגנטית, אובדן מיכל השמן הוא סכום האובדן בקיר מיכל השמן והאובדן במגן המגנטי.
בעת שימוש במגן מגנטי, שימו לב לקיבוע המגן המגנטי והבטיחו הארקה טובה של המגן המגנטי. אם המגן המגנטי אינו קבוע היטב, רעש השנאי עלול לגדול עקב רטט, והארקה לקויה עלולה לגרום לשחרור מקומי עקב מתלה פוטנציאלי.

עקרון מיגון מגנטי

מיגון מגנטי בונה נתיב התנגדות מגנטית נמוכה בהרבה מלוח הפלדה של מיכל הדלק על ידי הנחת חומרי חדירות מגנטיים גבוהים (כמו יריעות פלדה סיליקון) על הקיר הפנימי של מיכל הדלק, מה שמאלץ את השטף המגנטי לדליפה כדי לסטות באופן פעיל מגוף הטנק ולהתרכז בשכבת המגן. תהליך זה הוא למעשה הבחירה הטבעית של שטף מגנטי - בעקבות החוק של "צמצום ההתנגדות המגנטית", השדה המגנטי של הדליפה נתפס ביעילות על ידי יריעת הפלדה הסיליקונית, ובכך מפחית מאוד את האובדן הזרם הסוער בקיר מיכל הדלק והימנעות מהסיכון להתחממות יתר מקומית. במקביל, ככביש מגנטי מוגבל חזק, המגן המגנטי נועל את השטף המגנטי של הדליפה המפוזרת בתוך עצמו ליצירת לולאה סגורה, מחליש משמעותית את חוזק השדה המגנטי התועה מחוץ למיכל הדלק (במיוחד אזור הפתיחה והריתוך), ומבטל הפרעה אלקטרומגנטית לציוד הסביבה. העלות היא כי שכבת המגן מייצרת היסטריזה ואובדן זרם מפותל כתוצאה מנשיאת שטף מגנטי (שניתן לבצע אופטימיזציה באמצעות בחירת האובדן הנמוך- אובדן פלדת סיליקון ותכנון פיזור חום), אך האובדן הכללי השיג נדידה אסטרטגית מהגירה בלתי נשלטת (מיכל דלק) לריכוז הניתוח (ביטחון של ציוד), תוך התחשבות בביטחון.

מיגון אלקטרומגנטי

מיגון אלקטרומגנטי משמש גם להגנת מיכלי שמן של שנאי קיבולת גדולים-, במיוחד מיגון מיכלי שמן ליד מוליכי זרם גדולים.
מיגון אלקטרומגנטי משתמש בזרמי אדי בצלחות מוליכות כדי לחלק מחדש את שטף הדליפה. תפקודו הוא להגביר את ההתנגדות המגנטית של חלק המגן האלקטרומגנטי, כך שרכיב שטף הדליפה של חלק המגן האלקטרומגנטי יופחת, ובכך מפחית את זרם הזרם ואת צפיפות האובדן של זרם הזרם, ומפחית את האובדן במיכל השמן וחיסול מחממת יתר מקומית של מיכל השמן ומיכל המבנה.
מכיוון שיש זרמים ערמומיים במגן האלקטרומגנטי, ישנם הפסדים במגן האלקטרומגנטי עצמו, כך שאובדן מיכל השמן הוא סכום האובדן בקיר מיכל השמן והאובדן במגן האלקטרומגנטי.
באופן כללי, כאשר משתמשים בלוחות אלומיניום כמגן אלקטרומגנטי, עובי צלחות האלומיניום הוא בערך 8 מ"מ; כאשר משתמשים בלוחות נחושת כמגן אלקטרומגנטי, עובי צלחות הנחושת הוא בערך 4 מ"מ.
מכיוון שמגן אלקטרומגנטי יש תגובת זרם ערמומית, מיגון אלקטרומגנטי יפחית את הרכיב הרדיאלי של שטף הדליפה, מה שלא רק מצמצם את אובדן מיכל השמן אלא גם מצמצם את האובדן הזרם הסוער של שטף הדליפה הרדיאלי של הפיתול. ההשפעה של שימוש בהגנה מגנטית ומגן אלקטרומגנטי להפחתת הפסדים נוספים מוצגת בטבלה, וההפסד הנוסף הכולל בעת השימוש בהגנה מגנטית הוא 100% להשוואה.

עקרון המגן האלקטרומגנטי

זרם אדי אנטי - מגנטיות: חומרי מתכת עם מוליכות חשמלית טובה (כגון נחושת, אלומיניום וכו ') משמשים כמגן ביציאת מיכל השמן. כאשר השנאי פועל, השדה המגנטי לסירוגין יפיק זרמי אדי בחומרים מוליכים אלה. על פי חוק לנץ, זרמי אדי ייצרו שדה מגנטי בכיוון ההפוך של השדה המגנטי המקורי. שדה מגנטי הפוך זה יכול לקזז חלק מהשדה המגנטי המקורי, ובכך להחליש את השדה המגנטי ולהפחית את הדליפה של השדה המגנטי דרך יציאת מיכל השמן.

סיום שדה חשמלי ונטרול מטען: לאחר המגן החשמלי, הוא יכול לסיים את השדה החשמלי על פני המוליך. מכיוון שהשדה החשמלי שנוצר על ידי המעגל הפוטנציאלי הגבוה {}}} יביא למטענים במגן, מטענים מושרשים אלה נכנסים לקרקע דרך נקודת ההארקה, ובכך מנטרל את המטענים על פני המוליך, מדכא את הפרעות הצימוד של השדה החשמלי ומונע את השדה החשמלי להשפיע על החוץ דרך יציאת טנק השמן.

ההבדל העיקרי בין מיגון מגנטי לבין מיגון אלקטרומגנטי יכול להיות נגזר מההשפעה על שדה הדליפה המגנטי. בעת שימוש במגן מגנטי, ראה איור 3, הנתיב העיקרי של שטף מגנטי דליפה הוא גובה המתפתל ואורך נתיב האוויר של הנתיב הרדיאלי. לחומרים פרומגנטיים השפעה מועטה על התפלגות השטף המגנטי בגלל חדירותם המגנטית הגבוהה. מנקודת המבט של מעגל מגנטי וחישוב שדה מגנטי, ניתן לקחת בחשבון כי חלוקת השטף המגנטי היא מעגל מגנטי מגנטי קבוע. הוספת מיגון מגנטי בתוך מיכל השמן בעיקרון אינה משפיעה על התפלגות השטף המגנטי.
זה גם המקרה במציאות. הניסויים אישרו כי השימוש במגן מגנטי אינו משפיע על עכבת המעגל הקצרה- של השנאי, כלומר כמות השטף המגנטי לא השתנתה; עם זאת, השדה המגנטי של הדליפה של המגן האלקטרומגנטי בסמוך לעופרת הזרם הגדול שונה. לאחר הוספת מיגון אלקטרומגנטי לדופן מיכל השמן, הזרם הערמומי של המגן האלקטרומגנטי יקזז את השטף המגנטי של הדליפה שנוצר על ידי עופרת הזרם הגדול, ותפחית את השטף המגנטי של הדליפה של המוביל. זהו Ampere קבוע - פונה שדה מגנטי, והזרם האדיב מפחית את השטף המגנטי של הדליפה.