АППАРАТ СЛОЯ ВИХРЕВОГО
VORTEX LAYER APPARATUS

Изобретение относится к аппаратам, использующим для обработки материалов энергию вращающегося электромагнитоого поля, воздействующего на ферромагнитные частицы, которые непосредственно взаимодействуют с обрабатываемым материалом, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.
Известен аппарат вихревого слоя (Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Инетнесификация технологических процессов в аппаратах вихревого слоя, техника, 1976 г.), содержащий охлаждаемый маслом корпус, в котором размещена реакционная камера в виде трубы с ферромагнитными частицами, с зазором, установленной в осевом канале, охватывающего ее индуктора вращающегося электромагнитного поля.
Недостатком известного устройства является ограниченные технологические возможности и недостаточная производительность.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является аппарат вихревого слоя (патент РФ №2072257, МКИ B01F 13/08, 1997 г.) содержащий коллектор, сообщенный с патрубком подвода охлаждающей среды и разделяющим ее поток на два потока, крышки с патрубками подвода и отвода охлаждающей среды, подключенными к внешней системе подачи и охлаждения, размещенный между крышками индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий осевой канал, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы, в рабочей зоне которой расположена вставка с ферромагнитными частицами, при этом аппарат снабжен системой регулирования подаваемой мощности, а также снабжен цилиндрическим кожухом, соединенным с крышками, а индуктор обечайкой, выполненной из немагнитного материала, охватывающей его снаружи и установленной с зазором относительно кожуха, при этом в стенке коллектора, обращенной к индуктору, выполнены кольцевая выточка и отверстия по обе стороны от нее, а один из торцов обечайки закреплен в этой выточке.
Технической задачей является повышение производительности и расширение технологических возможностей.
Техническое решение задачи достигается тем, что аппарате слоя вихревого, содержащем коллектор, сообщенный с патрубком подвода охлаждающей среды и разделяющим ее поток на два потока, крышки с патрубками подвода и отвода охлаждающей среды, подключенными к внешней системе подачи и охлаждения, размещенный между крышками индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий осевой канал, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы, в рабочей зоне которой расположена вставка с ферромагнитными частицами, при этом аппарат снабжен системой регулирования подаваемой мощности, а также снабжен цилиндрическим кожухом, соединенным с крышками, а индуктор обечайкой, выполненной из немагнитного материала, охватывающей его снаружи и установленной с зазором относительно кожуха, при этом в стенке коллектора, обращенной к индуктору, выполнены кольцевая выточка и отверстия по обе стороны от нее, а один из торцов обечайки закреплен в этой выточке, вставка смонтирована из секций, собранных из двух одинаковых подсекций, изготовленных из четного числа не менее 4-х одинаковых равнобедренных треугольников, поочередно соединенных по периметру подсекции с 4-мя одинаковыми равносторонними треугольниками с образованием малого и большого торцевых отверстий в виде многоугольников, при этом в секцию две подсекции соединяют друг с другом сторонами торцевых больших отверстий, а секции присоединены друг к другу по длине вставки своими сторонами малых торцевых отверстий с образованием многозаходной винтовой поверхности по внутреннему периметру вставки с направленными навстречу друг другу ломаными винтовыми линиями.
По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого аппарата слоя вихревого.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что частота движения ферромагнитных частиц в предлагаемой конструкции вставки аппарата вихревого поля определяется не только частотой электромагнитного вращающегося поля, но и формой, количеством, размером плоских элементов по периметру вставки, поэтому такое конструктивное оформление поверхности вставки за счет увеличения не только количества плоских элементов, но и разнообразия форм и размеров в каждой секции вставки по периметру увеличивает частоту соударений ферромагнитных частиц между собой, с обрабатываемым материалом и со стенками вставки, повышает производительность, увеличивает технологические возможности.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление вставки позволяет обеспечить не только расширение технологических возможностей, но и сжатие потоков ферромагнитных частиц и обрабатываемых материалов по мере продвижения от загрузки к выгрузке, что повышает эффективность обработки.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление вставки позволяет обеспечить последовательное постепенное уплотнение и разряжение потоков ферромагнитных частиц, что интенсифицирует процесс обработки и расширяет технологические возможности аппарата.
Новизна заключается в том, что благодаря, направленным навстречу друг другу ломаных винтовых линий вставки, векторы скорости движения феромагнитных частиц изменяются, что способствует интенсификации процесса обработки и расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что по внутреннему периметру вставки образованы ломаные винтовые поверхности по ее длине, что обеспечивает нарушение стационарности потоков ферромагнитных частиц внутри фильтра, повышение производительности, расширение технологических возможностей.
Новизна обусловлена тем, вставка изготовлена с образованием по внутреннему периметру направленных навстречу друг другу трех и более ломаных правых и левых винтовых линий, а также внутренних трех и более винтовых канавок с одинаковым шагом, что обеспечивает создание направленных навстречу друг другу потоков ферромагнитных частиц с максимальной энергоемкость соударений их друг к другу и со стенками вставки под разными углами, увеличивает частоту их взаимодействия друг с другом, с обрабатываемым материалом и со стенками вставки, увеличивает производительность и расширяет технологические возможности.
Новизна усматривается также в том, что площадь и форма поперечного и продольного сечений вставки изменяются по всей длине, что изменяет скорости и траектории перемещения ферромагнитных частиц, расширяет технологические возможности.
Кроме того, новизна обусловлена тем, что элементы, из которых собрана вставка, смонтированы под некоторыми углами друг к другу, поэтому интенсивность обработки материалов возрастает, так как эти элементы, направляют под разными углами ферромагнитные частицы навстречу друг другу, нарушая, таким образом, стационарность их движения, обеспечивая повышение производительности и расширение технологических возможностей.
Новизна усматривается в том, что площадь и форма поперечного сечения вставки изменяется в каждом поперечном сечении по всей ее длине от загрузки к выгрузке, что интенсифицирует процесс смешивания, увеличивает энергоемкость взаимодействия ферромагнитных частиц, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что поперечное проходное сечение вставки имеет форму многоугольника, площадь которого по длине многократно меняется от загрузки к выгрузке, обеспечивая периодическое поджатое масс ферромагнитных частиц, что увеличивает интенсивность смешивания и энергоемкость соударений, расширяет технологические возможности.
На фиг. 1 изображен общий вид аппарата в разрезе; на фиг. 2 - коллектор; на фиг. 3 - поперечный разрез коллектора; на фиг. 4 - вставка, аппарата, вид спереди; на фиг. 5 - вид Б на фиг. 4; на фиг. 6 - вид В на фиг. 5; на фиг. 7 - разрез А-А на фиг. 6; на фиг. 8 - одна из подсекций, наглядное изображение; на фиг. 9 - схема сборки секции из двух подсекций, наглядное изображение.
Аппарат слоя вихревого (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) содержит реакционную камеру в виде трубы 1 из немагнитного материала, в рабочей зоне которой расположена сменная вставка 2 с ферромагнитными частицами (иголками) 3. Труба 1 размещена в осевом канале индуктора 4 с зазором 5. Индуктор 4 снаружи имеет обечайку 6, а труба 1 фиксируется в его осевом канале при помощи установочных винтов 7. Индуктор 4 с трубой 1 заключен в кожух 8, соединенный с крышками 9, 10 через уплотнения 11 и 12. На крышке 10 есть патрубок 13 подвода среды. Крышка 10 снабжена патрубком 14 для подвода охлаждающей среды, сообщенным с коллектором 15. Между обечайкой 6 и кожухом 8 образован кольцевой зазор 16. Стенка коллектора 15, обращенная к индуктору 4, имеет кольцевую проточку 17, в которой плотно установлен торец обечайки 6. По обе стороны проточки 17 выполнены отверстия 18 и 19 для прохода среды, в зазоры 5 и 16. Питание индуктора 4 производят через токоввод 20, энергия к которому поступает от блока управления (не показан). Регулирование мощности производят в блоке управления по принятой системе. При монтаже аппарата штампованные пластины электротехнической стали запрессовывают в обечайку из немагнитного материала по типу статоров асинхронных двигателей, а катушки (обмотки) размещают в пазах пластин. Применение обечайки из железа допустимо, но при этом несколько ухудшаются электрические параметры аппарата. В осевой канал индуктора вводят и центрируют трубу (реакционную камеру), затем индуктор с трубой устанавливают в трубчатом кожухе при помощи торцевых крышек (фланцев) с уплотнениями. При этом формируются два кольцевых цилиндрических канала: между стенкой кожуха и обечайкой и между трубой и стенкой канала индуктора. Устанавливают коллектор и крышки.
Вставка 2 (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6) изготовлена из секций 21, смонтированных из двух подсекций, например 22 и 23 (фиг. 8, фиг. 9), изготовленных (например, подсекция 22) из четного числа не менее 4-х одинаковых равнобедренных треугольников, например на фиг. 6 четырех равнобедренных треугольников 24, поочередно соединенных по периметру подсекции с четырьмя одинаковыми равносторонними треугольниками, например (фиг. 6) четырьмя одинаковыми равносторонними треугольниками 25 с образованием малого торцевого отверстия в виде многогранника 26 и большого торцевого отверстия в виде многоугольника 27. В секцию 21 одинаковые подсекции 22 и 23 соединяют друг с другом (фиг. 7) сторонами больших торцевых отверстий 27.
Одинаковые секции 21 затем соединяют друг с другом по длине вставки 2 своими сторонами малых торцевых отверстий 26 с образованием многозаходной винтовой вставки с направленными навстречу друг другу ломаными винтовыми линиями.
Например, на фиг. 4 одна из правых ломаных винтовых линий показана на фиг. 2 утолщенной линией 28-29-30-31-32-33-34-35 и одна из левых ломаных винтовых линий показана утолщенной линией 36-37-38-39-40-41-42-43. На чертеже позиции невидимых точек ломаных линий взяты в скобки, например (33), (42).
Ломаные винтовые линии образуют по периметру вставки 2 ломаные винтовые поверхности, состоящие из граней в виде равносторонних 25 и равнобедренных треугольников 24.
Винтовые линии по наружной поверхности вставки 2 имеют одинаковые обозначения позиций с соответствующими им канавками на внутренней поверхности.
Так как подсекции 22 и 23 имеют малые торцевые отверстия 26 и большие торцевые отверстия 27, то секции 21 имеют переменное продольное и переменное проходное сечения по длине вставке 2.
Аппарат вихревого слоя работает следующим образом.
Включают систему охлаждения. При этом охлаждающая среда через патрубок 14 поступает в коллектор 15 и через отверстия 18, 19 в нем в зазоры 6 и 16, равномерно омывает индуктор 4 и трубу 1, выводится из аппарата через патрубок 13. Затем подают энергию и устанавливают заданную нагрузку, после чего в трубу 1 с вставкой 2 подают продукт (материал), который после обработки ферромагнитными иголками 3 направляют на дальнейшую переработку или потребителю.
Так как втулка 2 снабжена винтовыми линиями равного шага, направленными одна навстречу другой, то в ней создаются потоки ферромагнитных иголок и обрабатываемых материалов, направленные один навстречу другому с максимально возможной энергоемкостью соударений.
Технико-экономические преимущества возникают за счет повышения производительности и расширения технологических возможностей, обсловленных увеличением интенсивности смешивания и энергоемкость соударений ферромагнитных частиц друг с другом и с обрабатываемым материалов, а также тем, что частота движения ферромагнитных частиц в предлагаемом аппарате увеличивается и определяется не только частотой электромагнитного вращающегося поля, но и не только количеством плоских элементов (граней), но и их конфигурацией, размерами в каждой секции вставки.