ВЫСОКОГРАДИЕНТНЫЙ МАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР
HIGH-GRADIENT MAGNETIC FILTER

Изобретение относится к устройствам для очистки водных сред от содержащихся в них частиц, обладающих ферро-, пара- и диамагнитными свойствами, и может быть использовано в энергетике, в том числе атомной, в металлургии, химической и нефтехимической отраслях промышленности.
Известен высокоградиентный магнитный фильтр, состоящий из корпуса с входным и выходным патрубками и немагнитной крышкой, внутри которого расположен блок магнитных элементов, состоящих из немагнитной оболочки, постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов, позволяющий извлекать магнитные примеси за счет воздействия неоднородного магнитного поля [Патент US №5043063]. Недостатком данного устройства является низкая эффективность извлечения примесей, поскольку конструкция магнитной системы не позволяет сформировать высокие градиенты напряженности магнитного поля в рабочем объеме фильтра.
Известен также высокоградиентный магнитный фильтр, состоящий из корпуса с входным и выходным штуцерами, магнитной системы на основе постоянных магнитов, расположенной на наружной стороне корпуса, а также пористой фильтрующей матрицы и концентратора магнитного потока, расположенных внутри корпуса [Патент RU №2203124]. Конструкция этого фильтра наиболее близка к предлагаемому по большинству существенных признаков и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком такого фильтра является то, что поток очищаемой среды организован нерационально и энергия магнитного поля используется неэффективно, что не позволяет в полной мере реализовать энергию магнитного поля и достичь высокой эффективности очистки.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности очистки водных сред путем создания максимальной напряженности магнитного поля в рабочем объеме фильтра и упрощение процесса регенерации фильтра.
Для достижения заявляемого технического результата в высокоградиентном магнитном фильтре, включающем цилиндрический корпус, выполненный из немагнитного коррозионностойкого материала с входным и выходным штуцерами, заполненный матрицей из коррозионностойкого магнитно-мягкого материла, расположенную снаружи корпуса магнитную систему, состоящую из кольцевых постоянных магнитов, и концентратор магнитного потока, выполненный из магнитно-мягкого коррозионностойкого материала, согласно изобретению на внутренней стенке корпуса напротив каждого магнита внешней магнитной системы размещен концентратор, выполненный в виде кольца, дополнительно внутри корпуса по его оси расположена внутренняя магнитная система, состоящая из постоянных магнитов, размещенная в герметичном чехле, выполненном из немагнитного коррозионностойкого материала, с внешней стороны которого напротив каждого магнита внутренней магнитной системы размещен концентратор, выполненный в виде кольца из магнитно-мягкого коррозионностойкого материала, при этом магниты внешней и внутренней магнитных систем внутри каждой магнитной системы последовательно соединены между собой жесткой немагнитной связью; при этом предпочтительно, чтобы концентраторы внешней и внутренней магнитной систем были выполнены в виде колец, трапециевидных или треугольных в сечении; каждый магнит внутренней магнитной системы расположен по внутренней оси фильтра таким образом, что его полувысота находится напротив точки, расположенной на середине расстояния между двумя ближайшими магнитами внешней магнитной системы, при этом на каждые n магнитов внешней магнитной системы приходится (n+1) или (n-1) магнитов внутренней магнитной системы; магниты внешней и внутренней магнитных систем внутри каждой магнитной системы расположены между собой на расстоянии, равном высоте магнита; высота каждого магнита внешней магнитной системы равна высоте каждого магнита внутренней магнитной системы; магниты внешней и внутренней магнитных систем внутри каждой магнитной системы могут быть расположены противоположными или одноименными полюсами навстречу друг другу; основания концентраторов внешней и внутренней магнитных систем равны высоте магнитов; высота концентраторов внешней магнитной системы равна высоте концентраторов внутренней магнитной системы.
Наличие, как минимум, трех концентраторов магнитного потока, которые создают максимальную напряженность магнитного поля в рабочем объеме фильтра и одновременно выполняют роль направляющих, позволяющих изменять направление движения потока внутри фильтра, тем самым увеличивая время нахождения очищаемой среды внутри фильтра, в комплексе приводит к увеличению эффективности очистки технологических сред от ферро-, пара- и диамагнитных примесей.
Наличие жесткой немагнитной связи магнитов каждой магнитной системы и, как следствие, возможность вывода обеих магнитных систем из фильтра, а также то, что поток очищаемой среды отделен чехлом от внутренней магнитной системы, упрощает процесс регенерации матрицы фильтра или замену корпуса фильтра с матрицей и концентраторами и позволяет снизить трудоемкость обслуживания фильтра.
На чертеже приведены принципиальные схемы предлагаемого высокоградиентного магнитного фильтра с концентраторами в виде колец, трапециевидных в сечении (фиг. 1а), и концентраторами в виде колец, треугольных в сечении (фиг. 1б).
Устройство содержит герметичный корпус 1 цилиндрической формы с крышкой 2 и днищем 3, выполненные из немагнитного коррозионностойкого материала, входной 4 и выходной 5 штуцеры, расположенные, соответственно, на крышке 2 и днище 3. Снаружи корпуса расположены кольцевые постоянные магниты 6 наружной магнитной системы, последовательно соединенные между собой жесткой немагнитной связью 7. На внутренней поверхности корпуса 1 напротив каждого магнита 6 внешней магнитной системы закреплен концентратор 8, выполненный в виде кольца из магнитно-мягкого коррозионно-стойкого материала. Внутри корпуса 1 по всему его объему размещена матрица 9, выполненная из магнитно-мягкого коррозионностойкого материала, а по оси корпуса 1 расположен герметичный (например, цилиндрической формы) чехол 10, из немагнитного коррозионностойкого материала. Внутри чехла 10 расположены постоянные магниты 11 (например, цилиндрической формы) внутренней магнитной системы, также последовательно соединенные между собой жесткой немагнитной связью 7. На внешней поверхности чехла 10 напротив каждого магнита 11 внутренней магнитной системы закреплен концентратор 12, выполненный в виде кольца из магнитно-мягкого коррозионностойкого материала. Каждый магнит 11 внутренней магнитной системы расположен по внутренней оси корпуса 1 таким образом, что его полувысота находится напротив точки, расположенной на середине расстояния между двумя ближайшими магнитами 6 внешней магнитной системы. При этом магниты 6 внешней магнитной системы и магниты 11 внутренней магнитной системы расположены в каждой магнитной системе противоположными полюсами навстречу друг другу на расстоянии, равном высоте магнитов. Магниты 6 и 11 могут быть расположены в каждой магнитной системе одноименными полюсами навстречу друг другу. Высота каждого магнита 6 внешней магнитной системы равна высоте каждого магнита 11 внутренней магнитной системы. Высота основания концентраторов 8 и 12 равна высоте магнитов 6 и 11 соответственно, а высоты концентраторов 8 и 12 равны между собой. Концентраторы внешней и внутренней магнитных систем могут быть выполнены в виде колец, трапециевидных или треугольных в сечении.
Устройство работает следующим образом. Водная среда подается на вход фильтра через штуцер 4 и, проходя через матрицу 9, последовательно обтекает концентраторы 8 и 12, что позволяет наиболее эффективно использовать энергию магнитного потока, при этом ферро-, пара- и диамагнитные частицы примесей удерживаются матрицей фильтра, а очищенная водная среда выводится из фильтра через выходной штуцер 5. При необходимости регенерации матрицы или замены корпуса фильтра с матрицей и концентраторами удаляются магниты внешней и внутренней магнитных систем, объединенные жесткой немагнитной связью 7.