АППАРАТ МАГНИТНОЙ АКТИВАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ
APPARATUS FOR MAGNETIC ACTIVATION OF LIQUIDS

Изобретение относится к методам и средствам магнитной активации жидких сред и может быть использовано при разработке и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания транспортных средств и технологических машин, жидкостных реактивных двигателей, в теплотехнике и энергетике, в нефтяной, пищевой промышленности, в медицине, биологии, сельском хозяйстве и других областях, где применяется магнитная обработка жидких, коллоидных и газообразных рабочих тел. Процессы, происходящие при магнитных воздействиях на неферромагнитные жидкости, обладающие свойствами диамагнетиков и парамагнетиков, описаны в [1, 2] и других источниках.
Известны магниточастотные резонаторы «Super Fuel Мах», запатентованные корпорацией «General Motor» на базе магнитожестких ферритов [3]. Устройство состоит из пяти пар постоянных магнитов на основе сплавов неодим-железо-бор, объединенных в два блока, которые жестко крепятся на противоположных сторонах сечений топливопровода в непосредственной близости от карбюратора, инжектора или перед топливным насосом высокого давления таким образом, чтобы северные полюса магнитов одного блока находились против южных полюсов другого.
Недостатком этого устройства является то, что по сечениям активного участка топливопровода напряженность магнитного поля будет существенно различаться. Если, по данным разработчиков, вблизи полюсов она будет равна 1400-1600 эрстед, то в центре топливопровода (диаметром 20 мм) напряженность не будет превышать 150-300 эрстед, то есть воздействие магнитного поля на разные слои топлива будет не одинаково. Длина пути, на протяжении которого топливо обрабатывается магнитным полем, составляет не более 70 мм. Не предусмотрена компенсация изменения скорости протекания топлива при работе двигателя на разных рабочих режимах. Представляется проблемной активация больших масс жидких сред с помощью подобного устройства. Конструкция не предусматривает корректировку основных магнитотропных параметров.
Известен также аппарат [4], состоящий из неферромагнитного корпуса, внутри которого закреплены постоянные магниты, расположенные так, что обеспечивается зигзагообразное движение рабочей жидкости между ними.
Основным преимуществом активатора [4] перед резонаторами «Super Fuel Мах» [3] является увеличение пути и времени движения рабочего тела в магнитном поле не менее, чем в 3 раза. Однако зигзагообразный поток активируемой жидкости с резкими изменениями проходных сечений активатора и направления движения жидкости неизбежно приводит к нежелательным кавитационным явлениям, нарушающим рабочие процессы, и усложнению процесса регулирования магнитных параметров активатора. При увеличении скорости потока жидкости названные негативные эффекты усиливаются.
В заявляемом устройстве реализована принципиально иная схема взаимодействия активируемой жидкости с переменным магнитным полем.
На прилагаемом чертеже пояняется принцип работы заявляемого устройства, показанного в частично разобранном положении. Взаимная ориентация кассет и трубопровода соответствует реальному рабочему положению. Аппарат содержит внутреннюю 1 и внешнюю 4 цилиндрические неферромагнитные кассеты, в которых выполнены радиально ориентированные и попарно соосные отверстия с расположенными в них постоянными магнитами 2, 5 цилиндрической формы. Количество магнитов во внутренней и внешней кассетах равное. Между кассетами размещен спиральный неферромагнитный участок 3 трубопровода, площадь и форма сечения которого выбираются в зависимости от вида жидкости и характеристик ее потока. Магниты расположены таким образом, чтобы силовые линии магнитов 5 внешней кассеты 4 проходили сквозь активируемую жидкость, движущуюся в трубопроводе 3, и замыкались на противоположные полюса магнитов 2 внутренней кассеты 1. Для реализации магнитожестких характеристик и высокой напряженности магнитного поля применены ниодимовые магниты из сплавов неодим-железо-бор. Переменное магнитное поле создается изменением полярности магнитов на противоположную через определенные угловые промежутки - секторы, вмещающие заданное количество магнитов, вследствие чего на каждом витке спирального участка трубопровода движущийся поток активируемой жидкости перемагничивается заданное количество раз. В заявляемом устройстве использованы серийно выпускаемые ниодимовые магниты цилиндрической формы размером 10×10 мм. Их минимальное рациональное количество на окружности каждой кассеты составляет 12 шт., что позволяет создать равноугольные секторы с количеством магнитов в сечении 6, 4, 3 и 2, то есть 4 варианта количества перемагничиваний на каждом витке трубопровода, соответственно, 2, 3, 4, и 6 раз. Минимальное количество секторов равно двум. Количество магнитов по длине каждой кассеты зависит от количества витков спирального трубопровода и размера сечения витка, которые назначаются в зависимости от вида активируемой жидкости, характеристик движения ее потока и требуемой степени активации. На рисунке показано распределение 16 магнитов в четырех секторах с образующими их углами в 90° и их количеством 10 шт. в каждом ряду по длине кассеты.
Для создания магнитного поля переменной частоты значения углов, образующих соседние сектора, и количество магнитов в них могут различаться между собой.
Течение активируемой жидкости в спиральном трубопроводе обуславливает неравенство линейных скоростей ее элементарных объемов, движущихся по окружностям с различными радиусами. Это создает турбулентность потока, которая способствует постоянному перемешиванию активируемой жидкости и равномерности ее магнитной обработки. Общая длина активной части заявляемого устройства и время пребывания в ней при прочих равных условиях кратно превышают соответствующие показатели аналогов.
Сборка заявляемого устройства и приведение его в рабочее положение осуществляется в последовательности:
- маркировка полюсов всех магнитов;
- размещение половины магнитов в глухих отверстиях внутренней кассеты по предварительно назначенной схеме;
- монтаж спирального участка трубопровода на внутренней кассете;
- монтаж внешней кассеты на спиральном участке трубопровода;
- фиксация взаимного рабочего положения внутренней и внешней кассет и спирального трубопровода с помощью специальной торцевой крышки (на рисунке условно не показана);
- размещение магнитов в сквозных отверстиях внешней кассеты согласно назначенной схеме;
- радиальная фиксация магнитов внешней кассеты внешней кольцевой неферромагнитной обоймой (на рисунке условно не показана);
- монтаж второй торцевой фиксирующей крышки (на рисунке условно не показана);
- подключение штатного магистрального трубопровода активируемого рабочего тела к входному и выходному патрубкам спирального участка трубопровода устройства;
- реализация рабочего процесса магнитной обработки жидкости.
Контроль эффективности магнитной активации жидкостей в условиях применения заявляемого устройства осуществляется косвенными методами, основанными на регистрации изменения поверхностного натяжения или вязкости жидкости до обработки, в ее процессе и после обработки. При необходимости назначается процесс обработки, предусматривающий несколько циклов прохождения жидкости через аппарат.
Заявляемый аппарат магнитной активации жидкостей обладает следующими преимуществами:
• позволяет реализовать высокоэффективные процессы магнитной обработки, универсальные для активации большинства жидких сред;
• обеспечивает постоянство характеристик магнитного поля на всех отдельных участках движения жидкости;
• позволяет многократно увеличить расстояние, на котором магнитное поле воздействует на активируемую жидкость;
• простота обеспечения контроля и регулирования рабочих режимов;
• компактность и модульность конструкции;
• автономность устройства, связанная с отсутствием внешних источников питания;
• минимальные регламентные процедуры в процессе эксплуатации.
Источники информации
1. Помазкин В.А. Неспецифические воздействия физических факторов на объекты биотехносферы: Монография. - Оренбург, ИПК ОГУ, 2001. - 340 с.
2. Щурин К.В. Изменение свойств немагнитных жидкостей в переменном магнитном поле / К.В. Щурин, И.Г. Панин // «Информационно-технологический вестник» - №1. - 2017. - С. 103-114.
3. Патенты USA №4802931, №4496395, №7458412, General Motor.
4. Пат. 2411190 РФ, МПК G02F 1/48. Магнитный активатор жидких сред / Помазкин В.А., Щурин К.В., Цветкова Е.В. - Опубл. 10.02.2011. Бюл. №4.