УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МОДУЛЬ ПРОМЫШЛЕННЫХ ДЕЗИНТЕГРАТОРОВ/АКТИВАТОРОВ

Область техники
Полезная модель относится к области измельчения и перемешивания сыпучих/жидких сред и может использоваться как основной стандартный блок в конструкциях дезинтеграторов/активаторов на любую мощность и производительность, которые могут использоваться как высокоэффективная мельница (дающая помол до наноразмеров различных материалов независимо от их твердости), высокоэффективный миксер (позволяющий получать гомогенные смеси различных веществ и качественные суспензии почти несмешиваемых жидкостей, таких как вода и масло), активатор физических и химических процессов в различных областях промышленного производства для получения в промышленных масштабах новых типов строительных материалов, красок, композитных наноматериалов, пищевых продуктов, парфюмерных композитов.
Предшествующий уровень техники
Известно индукционное устройство для измельчения твердых материалов, а также перемешивания жидких и сыпучих сред, (полезная модель №53933 МПК В01А 13/08, 10.06.2006 г.), содержащее корпус, внутри которого расположен индуктор, две цилиндрические втулки, образующие кольцевую рабочую зону (РЗ), частично заполненную ферромагнитными частицами. На втулке меньшего диаметра расположен ферромагнитный сердечник и многофазная обмотка. К недостаткам данного устройства можно отнести неэффективное смешивание и измельчение компонентов из-за невозможности создать большую величину индукции магнитного поля в кольцевом рабочем зазоре при выбранной конструкции индуктора. Кроме того, данный аппарат труден в конструктивном исполнении и имеет большие удельные энергетические затраты.
2
Известно также другое индукционное устройство для перемешивания и измельчения жидких и сыпучих сред («Интенсификатор технологических процессов на основе активатора с вихревым ферромагнитным слоем», изд-во «Техника», 1975 г.), который известен в научно-технической литературе как интенсификатор Лонгвиненко и который использован в данной заявке в качестве ближайшего решения - прототипа. Интенсификатор Лонгвиненко имеет тяжелый литой корпус из черного металла с расположенным внутри него индуктором, в полостях которого находятся намотанные медной шиной многослойные электромагнитные катушки, допускающие плотность тока всего 2 А/см и потому имеющие достаточно большое омическое сопротивление. Это лишило автора данного аппарата возможности удлинить протяженность РЗ, а потому ему не удалось избежать:
большого потока рассеянных магнитных полей;
перегрева магнитного индуктора;
сравнительно низкого значения плотности энергии магнитного поля в РЗ;
падения эффективности устройства в целом.
Для охлаждения весь индуктор интенсификатора вместе с катушками помещен в трансформаторное масло, которое принудительно охлаждается посредством его прокачки через водяную рубашку. Центрально расположенная цилиндрическая РЗ ограничена втулкой и частично заполнена ферромагнитными частицами. Целиковый индуктор данного интенсификатора набран из вырубленных штампом 6-типолюсников из листов трансформаторного железа. Это привело к необходимости наматывать электрические катушки, располагающиеся на радиальных частях полюсов индуктора, непосредственно на его готовой сборке, фактически, вручную. Выбранная конструкция индуктора интенсификатора Лонгвиненко, кроме перечисленных выше недостатков, намного удорожала и усложняла его изготовление, а также вела к:
а. большим отходам исходного материала;
б. увеличению материалоемкости:
в. сложности монтажа;
г. трудностям охлаждения электромагнитных катушек;
д. сложностям в оперативном обслуживании устройства в целом;
Сущность полезной модели
Задачей предлагаемой полезной модели, т.е. универсального модуля промышленных дезинтеграторов/активаторов» (УМПД/А) является:
1) избежать всех недостатков интенсификатора Лонгвиненко;
2) иметь возможность во много раз повышать эффективность процессов, протекающих в РЗ УМПД/А, из которых собраны дезинтеграторы/активаторы, путем последовательного сочленения модулей в единую цепочку, многократно увеличивая тем самым протяженность РЗ сборки;
3) значительное повышение плотности энергии магнитного поля в РЗ, составленных из УМПД/А дезинтеграторов/активаторов;
4) повышение эффективности измельчения различных материалов;
5) повышение эффективности перемешивания и активации композитов различных материалов в различных средах;
6) снижение материалоемкости;
7) улучшения условий сборки, оперативного обслуживания и ремонта при эксплуатации устройства;
8) повышение общей экономической эффективности составленных из УМПД/А дезинтеграторов/активаторов.
Предложенный универсальный модуль промышленных дезинтеграторов/активаторов» (УМПД/А), представляет собой электромагнитное устройство, которое содержит сборный 6-ти полюсный индуктор, позволяющий:
исключить все недостатки присущие прототипу;
получить высокие технические параметры предлагаемой полезной модели при существенном снижении ее материалоемкости;
многократно повысить эффективность процессов, протекающих в РЗ составленных из отдельных УМПД/А дезинтеграторов/активаторов, за счет n-кратного удлинения, с электромагнитными катушками, центрально и параллельно полюсам индуктора расположенную цилиндрическую РЗ частично заполненную большой коэрцитивной силы ферромагнитными частицами рабочего тела, ограниченную втулками с торцевыми сетками, при этом индуктор состоит из 6-и отдельных блоков включающих одну шестую часть шестигранного внешнего магнитопровода и радиальную спицу-полюс с установленной на ней электромагнитной катушкой, выполненной из полой медной трубки, охлаждаемой проходящим через нее трансформаторным маслом.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем полезная модель поясняется описанием варианта воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает схематично универсальный модуль промышленного дезинтегратора/активатора, осевой разрез;
Фиг. 2 изображает схематично универсальный модуль промышленного дезинтегратора/активатора, вид сверху;
Фиг. 3 изображает общий вид универсального модуля промышленного дезинтегратора/активатора;
Фиг. 4 изображает универсального модуля промышленного дезинтегратора/активатора, вид сверху.
Описание предпочтительного варианта воплощения
На стойке 1 (Фиг. 1) установлен трехфазный электромагнитный 6-ти полюсный индуктор 2, выполненный из 6-и идентичных блоков. На стойке 1 установлена также радиальная спица-полюс 3, выполненная в виде пакета элементов, вырезанных из листового магнитомягкого трансформаторного железа толщиной δ=0.27 мм с большим значением магнитной проницаемости, склеенная электротехническим лаком и полимеризованная по соответствующей технологии в печи при температуре 150С°.
Поз. 4 обозначена одна шестая часть шестигранного периферийного магнитопровода трехфазного электромагнитного 6-ти полюсного индуктора 4, собранного из 6-ти отдельных блоков в сборе, каждый из которых по вертикали набран в виде пакета горизонтально расположенных элементов, вырезанных лазером из листового магнитомягкого трансформаторного железа толщиной δ=0,27 мм с большим значением магнитной проницаемости, склеенного электротехническим лаком и полимеризованного по соответствующей технологии в печи при температуре 150°С.
На радиальной части каждого блока, т.е. на спице-полюсе 3, размещены электромагнитные двухслойные катушки 5, намотанные медными трубками, которые охлаждаются трансформаторным маслом.
На оси устройства установлена основная труба 6, отделяющая область индуктора от области рабочей зоны (РЗ) и обеспечивающая состыковку устройства с периферией и модулей друг с другом в технологической цепочке. Трубка 6 выполнена из тонкостенной нержавеющей стали с внешним диаметром, равным d=100 мм.
Втулка 7 обеспечивает юстировку рабочих элементов устройства относительно магнитных полюсов индуктора, и выполнена из нержавеющей стали с толщиной стенки Δ~3 мм. Внутри втулки 7 в плоскости полюсов индуктора сформирована рабочая зона (РЗ), ограниченная по длине вдоль оси двумя сетками 8 из нержавеющей стали, ограничивающими по высоте рабочую зону устройства и препятствующими выносу элементов 9 рабочего тела потоком готовой продукции за область рабочей зоны.
Объем рабочей зоны частично заполнен элементами 9 рабочего тела из жесткого магнитного материала с большим значением коэрцитивной силы, например, из электротехнической стали марки ЕХ9К15М2, что значительно повышает плотность магнитной энергии в рабочей зоне. Элементы 9 выполнены в виде шариков или цилиндров различного диаметра с различным отношением длины к диаметру, геометрические параметры которых выбраны в зависимости от требований технологии.
На Фиг. 2 показан схематично универсальный модуль промышленного дезинтегратора/активатора, вид сверху.
4
5
3
При диаметре втулки 6, равном ~0,1 м, и высоте рабочей зоны (РЗ) ~0,75 м были получены значения магнитной индукции в РЗ вплоть до ~10 Гс, что соответствует плотности энергии в активной зоне ~4 10 Дж/м.
Конструкция индуктора 2 оптимизирована для получения в рабочей зоне более высокого значения индукции магнитного поля за счет существенного уменьшения рассеянных полей и увеличения отношения длины РЗ к ее диаметру более, чем в семь раз по сравнению с устройством-прототипом при снижении общего веса индуктора с электрическими обмотками из медной трубки.
Одним из технических результатов предлагаемого модуля, как и устройства-прототипа, является то, что величина электромагнитной индукции и ее частотная характеристика приводят к предварительному снижению прочности обрабатываемого материала, что способствует увеличению эффективности процессов дисперсии твердых кристаллических материалов, снижению энергетических затрат процесса и удельного износа оборудования.
Как показали исследования, воздействие высокого значения магнитной индукции с частотой ~1 кГц приводит к существенному ослаблению сил взаимодействия в твердых кристаллических материалах, например, в горных породах по плоскостям спайности и, следовательно, к более эффективной их дисперсии, а также физико-химической активации получаемых при этом частиц.
Материалоемкость заявляемого устройства по сравнению с материалоемкостью устройства-прототипа, ниже, поскольку устройство имеет одну рабочую зону. Конструктивные особенности заявляемого устройства намного упрощают проведение технического обслуживания и текущего ремонта по сравнению с интенсификатором Лонгвиненко, значительно снижают материалоемкость и существенно увеличивают эффективность по сравнению с устройством-прототипом.
Измельчение твердых материалов в РЗ модуля происходит за счет «стесненного удара», в результате которого крупинки полученных порошков имеют очень острые края, что способствует увеличению их физической и химической активности.
Это позволяет получить большую активность «вяжущего», получаемого из них при «затворении» раствором щелочи или соды и более высокой активности при использовании в порошковой химии. Данная же характеристика способствует и активации процесса получения суспензий из этих порошков. Благодаря мощному турбулентному движению смеси жидкостей в рабочей зоне, устройство может эффективно применяться и для получения эмульсий практически несмешиваемых жидкостей. Процессы измельчения материалов в РЗ носят поверхностный характер, поэтому эти процессы идут тем более активно, чем выше удельная площадь исходного продукта. В условиях протекающих процессов обработки материала не происходит «комкования» порошков, поэтому с увеличением тонины порошков эффективность процесса не снижается, а наоборот возрастает.
Поскольку в РЗ модуля нет ни подшипников, ни трущихся конструктивных элементов, то при работе устройства, в принципе, не может происходить заклинивания и остановки оборудования. Данное оборудование малошумящее с малой материалоемкостью по сравнению с другими аналогичными оборудованиями данного назначения. Износу подвергаются только стенки втулки, ограничивающей рабочую зону, и элементы рабочего вещества, которые легко заменяются при текущем обслуживании оборудования. Долговечность составляет около 1000 часов при выполнении втулки РЗ из стали Х18Н9Т с толщиной стенок около 3 мм.