УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МНОГОЦЕЛЕВОЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к области измельчения и перемешивания сыпучих/жидких сред и может использоваться как высокоэффективная мельница (дающая помол до наноразмеров), миксер, активатор физических и химических процессов в различных областях промышленности при производстве новых типов строительных материалов, красок, парфюмерных композитов и т.д.
Известно индукционное устройство для перемешивания и измельчения жидких и сыпучих сред, активатор Лонгвиненко, представляющий собой корпус с расположенным внутри него индуктором, в полостях которого находятся электромагнитные катушки, намотанные медной шиной. («Интесификатор технологических процессов на основе активатора с вихревым ферромагнитным слоем», изд-во «Техника», 1975 г.). Центрально расположенная цилиндрическая рабочая зона, ограниченная втулкой, частично заполнена-ферромагнитными частицами. Для охлаждения индуктор с катушками помещен в трансформаторное масло. Индуктор выполнен 6-полюсным, катушки расположены на радиальных частях полюсов. Индуктор устройства собирается из вырубленных прессом 6-ти полюсных листов трансформаторного железа, что намного удорожает, усложняет его изготовление и ведет к большим отходам исходного материала, увеличению материалоемкости, сложности монтажа и охлаждения электромагнитных катушек, а также оперативного обслуживания устройства в целом. Конструкция, в конечном счете, ведет к невозможности получить высокое значение магнитной индукции в рабочей зоне.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является индукционное устройство для перемешивания и измельчения жидких и сыпучих сред, содержащее стойку, на которой установлен индуктор с электромагнитными катушками и основной трубой, вставленной в нее втулкой с двумя рабочими зонами, выделенными сетками и частично заполненными ферромагнитными частицами. (Патент на полезную модель №91890, регистрационный №2009146192; МПК B01F 13/08, 15.12.2009 г.). К недостаткам данного устройства можно отнести наличие достаточно большого рассеянного потока магнитного поля в краевых областях рабочих зон установки, снижающего ее эффективность и ведущего к увеличению паразитного нагрева.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности перемешивания и измельчения различных сред за счет повышения плотности энергии магнитного поля в рабочей зоне путем увеличения отношения протяженности рабочей зоны к ее диаметру вплоть до ~ 4-х и значительного тем самым снижением краевого рассеянного потока магнитной индукции поля.
Для этого предложено устройство с вихревым ферромагнитным слоем, названый авторами «Универсальный многоцелевой модуль». Это устройство представляет собой последовательное сочленение двух немного конструктивно измененных индукторов устройства-прототипа с: их электромагнитными катушками; с закороткой магнитных потоков краевых рабочих зон этих индукторов кольцевыми магнитопроводами индуктора предлагаемой полезной модели, выполненными из ленты трансформаторного железа; ограниченной сетками внутри втулки, вставленной в основную трубу, одной сформированной при этом центрально расположенной и увеличенной по длине вдвое цилиндрической рабочей зоной (частично заполненной ферромагнитными частицами с большой коэрцитивной силой). Таким образом, индуктор предлагаемой полезной модели состоит из 12-ти Г-образных отдельных блоков с электромагнитными катушками и двух кольцевых магнитопроводов индуктора.
На фигуре 1 дана принципиальная схема устройства, где 1 - стойка; 2 - кольцевые магнитопроводы индуктора; 3 - основная труба, отделяющая область индуктора от области рабочей зоны и обеспечивающая состыковку устройства с периферией в технологической цепочке; 4 - втулка, обеспечивающая юстировку рабочих областей модуля относительно магнитных полюсов индуктора; 5 - рабочая зона модуля, частично заполненная элементами рабочего тела, выполненными из магнитно-жесткого материала с большой коэрцитивной силой; 6 - электромагнитные катушки, выполненные из медных трубок охлаждаемых потоком трансформаторного масла или воды; 7 - индуктор, выполненный из 12-ти отдельных «Г»-образных блоков из трансформаторного железа; 8 - сетки, ограничивающие по высоте рабочую зону устройства и препятствующие выносу элементов рабочего тела потоком готовой продукции за ее область. На фигуре 2 - дан вид устройства сверху по центральному сечению.
На стойке 1 установлены кольцевые магнитопроводы индуктора 2, выполненные из ленты трансформаторного железа и трехфазный электромагнитный индуктор 7, выполненный из 12-ти Г-образных блоков, каждый из которых также собран из листового трансформаторного железа с большой магнитной проницаемостью, на продольной части которых намотаны охлаждаемые потоком трансформаторного масла или воды медные. трубки - электромагнитные катушки 6, по оси устройства установлена основная труба 3, а в нее вставлена втулка 6, внутри которой напротив радиальных частей индуктора сформирована рабочая зона модуля 5, частично заполненная ферромагнитными элементами с большой коэрцитивной силой, например, из электротехнической стали марки ЕХ9К15М2, и ограниченная вдоль оси сетками 8.
4
5
3
При диаметре втулки 6~0,1 м и протяженности рабочей зон ~0,4 м были получены значения магнитной индукции в рабочих зонах до ~10 Г, что соответствует плотности энергии в активной зоне ~4 10 Дж/м.
4
Конструкция индуктора оптимизирована на получение в рабочей зоне более высокого значения индукции магнитного поля (вплоть до 10 Г) при снижении энергетических потерь за счет существенного уменьшения рассеянных полей путем увеличения отношения длины рабочей зоны модуля к ее диаметру вплоть до ~4-х. Эффективность предлагаемого устройства обусловлена также тем, что воздействие высокого значения магнитной индукции с частотой ~ килогерца приводит к существенному ослаблению сил взаимодействия в твердых кристаллических материалах, например, в горных породах по плоскостям спайности и, следовательно, к более эффективной их диспергации, а также физико-химической активации получаемых при этом частиц. Для увеличения плотности энергии в рабочей зоне материал, используемый для элементов рабочего тела, выбран в виде магнитно-жесткого сплава с большой коэрцитивной силой.
Материалоемкость заявляемого устройства по сравнению с материалоемкостью активатора Лонгвиненко намного ниже, поскольку не требует громоздкого металлического кожуха для масляного охлаждения индуктора в целом и снижения веса самого индуктора и его электрических обмоток. Конструктивные особенности заявляемого устройства немного упрощают проведение его технического обслуживания и текущего ремонта по сравнению и с устройством - прототипом, поскольку существенно облегчен доступ к электромагнитным катушкам после снятия кольцевых магнитопроводов. Одним из технических результатов данного 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 диспергации твердых кристаллических материалов, снижению энергетических затрат процесса и удельного износа оборудования. Измельчение твердых материалов в рабочей зоне модуля происходит за счет «стесненного удара», в результате которого крупинки полученных порошков имеют очень острые края, что способствует увеличению как физической, так и химической их активности. Это позволяет получить большую активность «вяжущего», получаемого из них при затворении их раствором щелочи или соды и более высокой активности при использовании их в порошковой химии. Данная же характеристика способствует и активации процесса получения суспензий из этих порошков. Благодаря мощному турбулентному движению смеси жидкостей в рабочей зоне, модуль может эффективно применяться и для получения эмульсий практически несмешиваемых жидкостей. Процессы измельчения материалов в рабочей зоне модуля 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, как уже отмечалось выше - возрастает. Поскольку в рабочей зоне 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 ограничивающей рабочие зоны втулки и элементы рабочего вещества, которые легко заменяются при текущем обслуживании оборудования. Долговечность изготовленной из сплава Х18Н9Т втулки рабочей зоны, составляет ~ 1000 часов.