УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ
DEVICE FOR COMBINED MAGNETIC TREATMENT OF FLUIDS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть предназначено для магнитной обработки жидкостей в трубопроводах и устройствах подачи углеводородного топлива в двигателях внутреннего сгорания, а также в теплоэнергетике и водоснабжении.
Известно устройство для магнитной обработки жидкости, содержащее последовательно установленные намагниченные аксиально кольцевые постоянные магниты, разделенные шайбами из магнитомягкого материала, образующие внутренний прямоточный гидроход и экран, охватывающий снаружи магнитную систему (а.с. СССР №1134550).
Недостатком данного известного устройства является низкая эффективность обработки жидкости из-за того, что созданное аксиально намагниченными постоянными кольцевыми магнитами магнитное поле в рабочем зазоре по длине этого зазора имеет различную амплитуду напряженности. В таком поле нет локальной концентрации магнитного поля в рабочем зазоре.
Известно также устройство для магнитной обработки жидкости, содержащее корпус, электромагнит, трубчатый змеевик, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде усеченного конуса из немагнитного материала и с соленоидом, намотанным на его поверхность, при этом трубчатый змеевик выполнен из немагнитного материала и расположен внутри корпуса в виде конусной спирали (патент РФ №2181699). Новизна этого технического решения обусловлена перемещением трубки, по которой течет жидкость, с внешней стороны соленоида, где магнитное поле рассредоточено, вовнутрь соленоида, где магнитное поле концентрируется, причем напряженность магнитного поля увеличивается от центра соленоида к периферии, где расположена трубка в виде конусной спирали, по которой протекает омагничивающаяся жидкость.
Недостатком данного устройства является то, что используется конусная спираль, значительно увеличивающая габариты устройства, а также то, что на каждом участке движения жидкости необходимо присутствие ограничивающих стенок, в пределах которых жидкость движется. Существенным недостатком данного устройства является также использование электромагнита, что исключает применение данного устройства в местах, где отсутствует подача электропитания.
Известен также аппарат с послойной обработкой воды Ростовского института инженеров железнодорожного транспорта. В аппарате этого типа вода проходит через кольцевые щели. Аппарат состоит из двух внешних отрезков трубы, между которыми концентрически расположены кольца из магнитомягкого железа, составляющие левую и правую кольцевые системы, смещенные друг относительно друга. Эти кольца намагничиваются внешней катушкой. Магнитный поток по левой и правой системам распределяется при помощи основных магнитопроводов и коротких вставок между кольцами. Зазоры между кольцами левой и правой магнитных систем уменьшаются от периферии к центру; этим достигается равенство средних напряженностей магнитного поля во всех зазорах. Поле в зазорах неоднородное (Классен В.И. Омагничивание водных систем. - М., Химия, 1978 г. - 240 с.).
3
Известный аппарат типа АМО представляет собой диамагнитный желоб, расположенный между пятью С-образными электромагнитами. Питаются они постоянным (в некоторых случаях - переменным) током. Напряженность поля 64-160 кА/м (800-2000 Э), скорость потока (в зависимости от напора) 0,8-2,8 м/с; высота потока пульпы 800-100 мм, производительность аппаратов разных размеров 100-250 м/ч. Аппараты этого типа предназначены для обработки суспензии (пульпы) (Классен В.И. Омагничивание водных систем. - М., Химия, 1978 г. - 240 с.).
Достоинства магнитной обработки воды электромагнитным полем очевидны: высокая производительность, удовлетворительное качество очистки воды. К недостаткам можно отнести большие энергозатраты, громоздкость конструкций (для создания магнитной индукции до 2 Тл в рабочей камере диаметром 2 м потребляемая электроэнергия составит 500 кВт·ч, а общая масса аппарата - 400 т), необходимость высокопрофессионального обслуживания, опасные воздействия ЭМП на организм человека.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности (прототип) является устройство для магнитной обработки жидкости, содержащее корпус, соединенный с трубопроводами подвода и отвода жидкости, установленный внутри него магнитный блок в виде набора постоянных магнитов, заключенных в цилиндрический корпус, между магнитным блоком и корпусом выполнен канал для прохождения потока жидкости (патент RU 69512 U1, опубликован 27.12.2007). Корпус магнитного блока установлен в корпусе устройства с кольцевым зазором и снабжен на концах остроконечными конусными наконечниками, при этом устройство снабжено конфузорно-диффузорными стабилизаторами жидкости, состоящими из конусного сужающего участка в виде конфузора, цилиндрического участка сужения и расширяющегося участка в виде диффузора.
Недостатками данного устройства является то, что при протекании жидкости могут работать не все магниты магнитного блока из-за различных скоростей потоков жидкости, омывающих магнитный блок, а также возникающие вследствие явлений гидравлического удара и кавитационных явлений процессы приводят к нестабильности скоростей и объемов протекающей жидкости, что ухудшает качество обработки последней. Низкая эффективность обработки жидкости возникает еще и из-за того, что созданное аксиально намагниченными постоянными кольцевыми магнитами магнитное поле в рабочем зазоре по длине этого зазора имеет различную амплитуду напряженности. В таком поле нет локальной концентрации магнитного поля в рабочем зазоре.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности магнитной обработки потока жидкости.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является намагничивание потока жидкости, в том числе с изменяющимися во времени скоростями движения и любыми физико-химическими свойствами, путем увеличения концентрации магнитного потока и усиления напряженности магнитного поля в рабочем зазоре большей протяженности, а также устранение эффекта снижения воздействия постоянных магнитов на свойства обрабатываемой жидкости.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для комбинированной магнитной обработки жидкости, содержащем корпус, соединенный с трубопроводами подвода и отвода жидкости и установленный внутри него магнитный блок в виде набора постоянных магнитов, между магнитным блоком и корпусом выполнен канал для прохождения потока жидкости, указанный канал для прохождения потока жидкости выполнен в виде спирали с кратностью шага, равной шести, при этом длина магнитного блока соизмерима с его диаметром, а между кольцевыми магнитами магнитного блока установлены ферромагнитные прокладки, причем количество кольцевых постоянных магнитов в магнитном блоке равно трем, а на патрубках подвода и отвода жидкости установлены электромагниты на основе катушек Гельмгольца с компенсаторами реактивной мощности.
Устройство для магнитной обработки жидкости содержит корпус, соединенный с трубопроводами подвода и отвода жидкости, на которых размещены катушки Гельмгольца. Катушки Гельмгольца отличаются от обычных катушек тем, что они обеспечивают равномерное электрическое поле по оси катушки. Катушки Гельмгольца, как и любые катушки, обладают индуктивностью и потребляют реактивную мощность. Для снижения потребления реактивной мощности и повышения cosφ используют компенсаторы реактивной мощности, выполненные в виде блока конденсаторов, соединенного с катушкой Гельмгольца последовательно или параллельно (Смирнов А.Д., Антонов К.М. Справочная книжка энергетика. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 419-422). Внутри корпуса установлен магнитный блок в виде набора постоянных магнитов определенного химического состава, покрытых тонким слоем никеля. Магнитный блок установлен в корпусе устройства со спиральным зазором с кратностью шага, равной шести, и снабжен на концах остроконечными конусными наконечниками и стабилизаторами потока жидкости в виде распределительных решеток. Магнитный блок состоит из намагниченных дисков в количестве, равном N =3n. При этом длина магнитного блока должна быть равна его диаметру в пределах коэффициента 0,9-1,20.
Известно, что высокая эффективность магнитной обработки жидкости обеспечивается при выполнении следующих условий, предъявляемых к конфигурации магнитного поля в рабочем зазоре корпуса устройства:
- высокая напряженность магнитного поля в каждой пучности;
- высокий градиент напряженности в каждой пучности;
- возможность широкой вариации базы магнитного устройства с сохранением величины и формы пучности магнитного поля.
Установлено, что выполнение этих условий зависит от взаимного расположения постоянных кольцевых магнитов вдоль ферромагнитного корпуса и от эффективности дополнительных элементов, обеспечивающих проникновение магнитных полей в рабочий зазор, их локальную концентрацию и однородность в сечении рабочего зазора. Эти свойства устройства для комбинированной магнитной обработки потока жидкости обеспечиваются предложенными конструктивными признаками. Если для одиночного кольцевого магнита (как в прототипе) характерен плавный переход между одинаковыми разнополюсными максимумами напряженности магнитного поля, то установка дополнительно с одного из торцов без зазора по меньшей мере к двум кольцевым магнитам ферромагнитных колец значительно усиливает один максимум напряженности магнитного поля за счет ослабления другого при незначительном перераспределении энергии между ними. Благодаря этому внутри корпуса, где протекает жидкость, формируется серия локальных пучностей напряженности аксиального магнитного поля. Амплитуда напряженности в таких пучностях почти вдвое выше, чем у одиночных кольцевых магнитов (прототип). При этом смежные границы этих пучностей описываются более резким спадом напряженности магнитного поля, т.е. ростом их градиентов. Причем такая закономерность в общем виде характерна и для всей совокупности кольцевых магнитов в предлагаемом устройстве. Это позволяет осуществлять высокоэффективную магнитную обработку жидкостей с различными физико-химическими свойствами и различными скоростями течения, в том числе и с изменяющейся скоростью течения.
Кроме того, крепление корпуса устройства с трубопроводами подвода и отвода жидкости может быть выполнено фланцевым или с помощью накидных гаек.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства для комбинированной магнитной обработки жидкости.
Устройство для комбинированной магнитной обработки жидкости содержит корпус 1, крышку с входным и выходным патрубками, на которых размещены электромагниты 4 на основе катушек Гельмгольца 5, и магнитный блок 6, состоящий из трех кольцевых магнитов, между которыми находятся две ферромагнитные прокладки 7 толщиной 1 мм, скрепленных между собой остроконечными конусными наконечниками 8, двумя решетками 9 и шпилькой 10. Согласно формуле изобретения количество кольцевых постоянных магнитов в общем случае должно быть равным N =3n, где n=1, 2, 3… - натуральное целое число. Понятие натуральное (целое) число было введено Евклидом (III век до н.э.) и имеет общепринятое обозначение n=1, 2, 3…(М.Я. Выгодский. Справочник по элементарной математике. -М.: Наука, 1986, с. 44). Формула N =3n означает также, что количество кольцевых постоянных магнитов кратно 3, т.е. равно 3, 6, 9 и т.д. Между корпусом устройства и магнитным блоком 6 выполнены спиральные каналы с шестью входами и шестью выходами, предназначенными для транспортировки потока обрабатываемой жидкости.
Устройство для комбинированной магнитной обработки жидкости работает следующим образом.
Обрабатываемая жидкость подается в устройство для комбинированной магнитной обработки от магистрального трубопровода с определенной скоростью через входной патрубок 2 и распределительную решетку 9 в спиральный канал движения, образованный корпусом 1 со спиралеобразным зазором и магнитным блоком. Находясь в зоне воздействия постоянных магнитов, жидкость проходит до выхода из устройства через выходной патрубок 3 обработку магнитным полем не менее 3 раз. Эффект обработки усиливается еще и тем, что форма спиралевидных каналов выбрана такой, чтобы получить закручивание потока жидкости на входе в зону расположения магнитного блока не зависимо от скорости потока на входе, т.е. путь жидкости в два-три раза больше, чем в прямоточном, и, соответственно, пропорционально увеличивается и время воздействия потенциала магнитного поля на частицы жидкости.
Устройство для комбинированной магнитной обработки жидкости обладает всеми преимуществами магнитных аппаратов на постоянных магнитах, т.е. нет значительных энергозатрат при эксплуатации, так как питание электромагнитов осуществляется через компенсаторы реактивной мощности, обеспечивается экологическая чистота, простота в изготовлении и эксплуатации.