Устройство для удержания ферромагнитных частиц в рабочей зоне индуктора при работе с жидкими средами

Полезная модель относится к аппаратам электромеханической переработки жидких сред и может быть использована в сельском хозяйстве, медицине, химической промышленности, в коммунальном хозяйстве и других областях.
Известен аппарат вихревого слоя, содержащий крышки с патрубками подвода и отвода охлаждающей среды, коллектор, сообщенный с патрубком подвода охлаждающей среды, размещенный между крышками индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий осевой канал, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы, имеющей сменную вставку с ферромагнитными частицами, индуктор также имеет обечайку из немагнитного материала и кожух, соединенный с крышками, при этом кожух и обечайка индуктора выполнены цилиндрическими, с ферромагнитными частицами сменной вставки выполненными в виде стержней разных размеров (см. патент RU 2342987, B01F13/08, опубл. 10.01.2009).
Известен ферровихревой аппарат, состоящий из корпуса с патрубками для подвода и отвода охлаждающей среды, индуктора вращающегося электромагнитного поля, реакционной камеры из немагнитного материала с ферромагнитными частицами, отличающийся тем, что реакционная камера образована крышками и цилиндрическим корпусом, причем крышки дополнительно снабжены подводящим и отводящим патрубками реакционной камеры, при этом магнитопровод индуктора выполнен в виде шихтованного кольца прямоугольного сечения с выполненными на одной из двух его торцевых поверхностей пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой с числом пар полюсов не менее одного, причем аппарат дополнительно снабжен аксиальным магнитопроводом, который помещен внутрь реакционной камеры и выполнен без пазов и обмотки в виде шихтованного кольца прямоугольного сечения, при этом аксиальный магнитопровод защищен кожухом из немагнитного материала, причем площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром цилиндрического корпуса реакционной камеры и наружным диаметром кожуха аксиального магнитопровода не меньше площади сечения подводящего патрубка реакционной камеры, при этом рабочая зона реакционной камеры образована внутренней стороной крышки реакционной камеры, внутренней стороной цилиндрического корпуса реакционной камеры и торцевой поверхностью кожуха аксиального магнитопровода (см. патент RU 2323040, B01F13/08, опубл.  27.04.2008).
Известен электромагнитный аппарат вихревого слоя, содержащий реакционную камеру из немагнитного материала, набор ферромагнитных частиц, размещенных в полости реакционной камеры, и индуктор, имеющий, по меньшей мере, один С-образный магнитопровод с размещенным на нем набором катушек, соединенных с источником электропитания и блоком управления работой аппарата, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде тороида из ленты рулонной электротехнической стали, намотанной по "спирали Архимеда", витки ленты скреплены между собой с помощью фиксирующего отвердителя – эпоксидного клея, катушки либо последовательно соединены между собой и источником электропитания с синусоидальным напряжением частотой 50 Гц, либо подключены к индивидуальным источникам электропитания в виде инверторных преобразователей через индивидуальные блоки управления (см. патент RU 2461416 B01F13/08, опубл. 27.03.2012).
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является установка активации процессов (см. патент RU № 50876, B03C1/00, опубл. 27.01.2006), содержащая рабочий блок с охлаждаемым водой или маслом индуктором, блоки управления и тепловой защиты, снабженные системами подачи и отвода обработанных материалов, встроенными непосредственно в рабочую зону в виде шнеков и пропеллеров; состоящая из нескольких рабочих блоков и использующая общие источник питания, блок управления, регуляторы мощности, частоты, бесконтактный переключатель фаз и общую систему охлаждения индукторов; имеющая площадь поперечного сечения рабочего блока на выходе (трубы) больше площади поперечного сечения рабочей зоны (трубы) на входе на 20...25%, с увеличенным диаметром лопастей отводящего шнека для обеспечения увеличения производительности шнека в 2,0...2,5 раза, изготовленными из эластичного материала типа резины, с внешними кромками, касающимися внутренней поверхности рабочего блока, с установленными через 50...100 мм пропеллерами (не менее 3 шт.) на общем валу отводящего шнека, входящем в рабочую зону на 60...70% ее длины; установленной на выходе из рабочей зоны на границе действия электромагнитного поля втулкой круглого сечения с отверстием, площадь поперечного сечения которой составляет 70...80% от площади поперечного сечения рабочей зоны, с углом втулки 20…40°, со стороны плоскости обращенной к рабочей зоне; снабженная регулятором частоты подаваемого тока от 50 до 1000 Гц и регулятором мощности, установленным перед индуктором, в интервале от 5 до 100 кВт с непрерывным режимом ее изменения; снабженная бесконтактным переключателем фаз с частотой переключения от 50 до 5000 периодов в секунду; снабженная ловушкой для проскальзывающих ферромагнитных частиц, имеющих цилиндрическую форму с тангенциальным вводом жидкой фазы или в виде электромагнитного кольца или плоскости для сухих порошков; снабженная обводной системой электроснабжения без регулятора частоты и бесконтактного переключателя фаз.
Данный аппарат имеет ряд выявленных недостатков:
- сниженная надежность системы за счет введения дополнительных механических элементов;
- ловушка в виде электромагнитного кольца повышает активную мощность процесса и увеличивает стоимость конструкции;
- описанные недостатки традиционных решеток, устанавливаемых на выходе рабочей зоны, оказывают существенное сопротивление на движение материала внутри, поскольку не учитывают нелинейность распределения ферромагнитных частиц в рабочей зоне, что снижает общую производительность устройства.
Задачей полезной модели является повышение технологической эффективности, надежности в эксплуатации.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для удержания ферромагнитных частиц в рабочей зоне индуктора при работе с жидкими средами, состоящими из корпуса, внутри которого расположен цилиндрический сердечник из ферромагнитного материала с электрообмотками, установленной в расточке втулкой из парамагнитного материала, пространство внутри которой представляет собой рабочую зону, в которой вращаются ферромагнитные частицы и осуществляется технологический процесс, при этом на выходе из рабочей зоны на границе действия электромагнитного поля установлена матрица, состоящая из металлической обечайки, отражающей ферромагнитные частицы с установленными в ней сетками переходного сечения.
Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала технических средств установки, повышение ее эффективности, надежность и безотказность работы.
Указанный технический результат достигается путем установки матрицы состоящей из металлической обечайки и сеток с переходным сечением, что позволяет учитывать нелинейность заполнения рабочей зоны ферромагнитными частицами и избежать их проскальзывания в готовый продукт без установки дополнительных элементов, повышающих активную мощность и снижающих общую надежность конструкции системы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, на фиг. 2 - матрица для удержания ферромагнитных частиц в рабочей зоне индуктора.
Основные элементы индуктора состоят из корпуса 1, внутри которого расположен цилиндрический сердечник из ферромагнитного материала с электрообмотками 2 в расточке которого вставлена парамагнитная втулка 3. Пространство внутри парамагнитной втулки представляет собой рабочую зону, в которой перемещаются ферромагнитные частицы 4 и осуществляется технологический процесс, на выходе из рабочей зоны на границе действия электромагнитного поля установлена матрица 5, препятствующая выходу ферромагнитных частиц 4 из рабочей зоны.
Матрица 5 для удержания ферромагнитных частиц 4 в рабочей зоне состоит из металлической обечайки 6, отражающей ферромагнитные частицы 4 в зону большей напряженности магнитного поля при соударении с ней, и установленных в ней сеток с переходным сечением: крупной – 7 и более мелкой – 8, препятствующих выходу ферромагнитных частиц 4.
Индуктор внутри парамагнитной втулки 3, образующей рабочую зону, создает вращающееся переменное электромагнитное поле, приводящее в движение расположенные внутри нее ферромагнитные частицы 4. Электромагнитное поле и центробежная сила, отправляющая ферромагнитные частицы 4 к периферии рабочей зоны, удерживают их основную массу. Поскольку электромагнитное поле является однородным только на участке, на котором расположен ферромагнитный сердечник 2, то на участках рабочей зоны, расположенными под концами ферромагнитного сердечника 2, возникают зоны малой напряженности поля, попадая в которые ферромагнитные частицы 4 под влиянием давления потока материала могут преодолеть удерживающую силу ослабленного поля и покинуть рабочую зону. Чтобы избежать потери ферромагнитных частиц 4, на выходе из рабочей зоны необходимо установить матрицу 5, состоящую из обечайки 6 и двух сеток с переходным сечением 7 и 8.
Около 85% ферромагнитных частиц 4 благодаря центробежной силе находятся на периферии рабочей зоны, удержанию их в которой способствует взаимодействие с обечайкой 6.
Около 12% ферромагнитных частиц 4 находятся на участке между периферией и центральной осью, попав на участок малой напряженности поля, они взаимодействуют с сеткой крупного сечения 7, что препятствует их выходу из рабочей зоны.
В области центральной оси находится не более 3% ферромагнитных частиц 4 и, попадая на участок малой напряженности поля, они взаимодействуют с сеткой мелкого сечения 8, что препятствует их выходу из рабочей зоны.
Учитывая нелинейность распределения ферромагнитных частиц 4 в рабочей зоне, можно добиться повышения технологической эффективности процессов с жидкими средами, реализуемых в индукторе, без снижения производительности и повышения активной мощности процесса.
Предлагаемая полезная модель по сравнению с наиболее близким аналогом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- учет нелинейности распределения ферромагнитных частиц в рабочей зоне, что позволяет избежать дополнительных сопротивлений и снижения производительности;
- увеличение магнитной индукции в рабочей зоне;
- простота конструкции;
- высокая надежность;
- отсутствие дополнительных энергетических затрат.