ВЫСОКОГРАДИЕНТНЫЙ МАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к устройствам для очистки водных и газовых потоков от содержащихся в них частиц, обладающих ферро-, пара- и диамагнитными свойствами и может быть использовано в объектах атомной и тепловой энергетики, пищевой промышленности, металлургии, в медицине, химической и других отраслях промышленности, где используются подобные процессы.
Известен магнитный фильтр [патент РФ №2006256, опубл. 30.01.94], содержащий корпус из немагнитного материала с входным и выходным штуцерами, ферромагнитную матрицу (загрузку) и магнитную систему кольцевой формы с осевой намагниченностью, закрепленную снаружи корпуса.
Нерациональная конструкция магнитной системы, не позволяющая в полной мере реализовать энергию магнитного поля, обуславливает невысокую эффективность высокоградиентного магнитного фильтра (ВГМФ), а использование в качестве матрицы магнитного порошка затрудняет регенерацию и обслуживание фильтра после очистки радиоактивно загрязненных водных потоков.
Известен также магнитный фильтр [патент РФ №2203124, опубл. 27.04.03], содержащий полый цилиндр (цилиндры), заполненный матрицей из магнитно-мягкого материала, через которую осуществляется поток фильтруемой среды. Магнитный фильтр оснащен постоянными кольцевыми магнитами, охватывающими цилиндр с размещенной внутри него матрицей. С целью повышения напряженности магнитного поля в объеме матрицы внутри цилиндра по его оси установлен концентратор в виде стержня. Данное устройство наиболее близко к заявляемому по большинству существенных признаков и выбрано в качестве прототипа.
Недостатком такого фильтра является нерациональная конструкция магнитной системы, не позволяющая в полной мере реализовать энергию магнитного поля.
Технической задачей изобретения является создание высокоградиентного магнитного фильтра, обладающего улучшенными параметрами.
Технический результат, достигаемый решением указанной задачи, состоит в повышении эффективности очистки технологических сред от ферро-, пара- и диамагнитных примесей.
Для решения данной задачи и достижения указанного технического результата устройство содержит цилиндрический корпус, выполненный из немагнитного коррозионно-стойкого материала с входным и выходным штуцерами, заполненный матрицей из магнитно-мягкого коррозионно-стойкого материала и расположенную снаружи корпуса магнитную систему, состоящую из аксиально намагниченных кольцевых высококоэрцитивных постоянных магнитов. Согласно заявляемому техническому решению магнитная система выполнена в виде, по меньшей мере, двух магнитных элементов, каждый из которых включает размещенный между двумя магнитами, обращенными друг к другу разноименными полюсами, магнитопровод, выполненный из ферромагнитного материала, при этом магнитные элементы соединены между собой посредством немагнитной кольцевой прокладки.
Кроме того, наружные диаметры магнитов и магнитопроводов равны, внутренний диаметр магнитопровода выбирается так, чтобы его толщина составляла 0,15-0,30 толщины магнита, а высота магнитопровода кратна величине 1,0-3,0 высоты магнита. При этом, наружный диаметр немагнитных кольцевых прокладок равен наружному диаметру кольцевых магнитов, а внутренний диаметр указанной прокладки выбирается из условия:
кп
км
км
d≥(D+d)/2, где
кп
d - внутренний диаметр кольцевой прокладки,
км
D - наружный диаметр кольцевого магнита,
км
d - внутренний диаметр кольцевого магнита
при этом высота прокладки кратна величине 1,0-2,0 высоты магнита.
Данные размеры определены расчетно-экспериментальным путем. Экспериментально установлено, что выход за границы указанных размеров приводит к значительным магнитным потерям, и эффективность магнитной системы становится недостаточной для очистки среды.
Количество магнитных элементов в магнитном фильтре составляет от 2 до n и определяется конкретными параметрами очищаемой системы. Такая конструкция позволяет ликвидировать поля рассеяния снаружи корпуса и максимально сконцентрировать магнитное поле в объеме матрицы, сведя к минимуму магнитные потери.
Отличительная особенность настоящего технического решения состоит в том, что магнитная система представляет собой регулярную последовательность пар кольцевых магнитов с аксиальной (осевой) намагниченностью, каждый из которых обращен друг к другу разноименными полюсами. Между магнитами расположены магнитопроводы, выполненные из ферромагнитного материала и образующие вместе с указанными магнитами магнитный элемент. Смежные магнитные элементы разделены немагнитными прокладками.
При использовании разработанной конструкции значительно повышается степень очистки технологических сред от магнитных примесей, что достигается путем введения в конструкцию магнитной системы фильтра магнитопроводов, наличие которых позволяет сконцентрировать всю энергию магнитного поля в объеме матрицы. С помощью немагнитных прокладок магнитная система фильтра разбивается на отдельные магнитные элементы, в состав которых входят два постоянных магнита и размещенный между ними магнитопровод, что приводит к разделению объема матрицы на отдельные локальные объемы, в каждом из которых создается высокий градиент напряженности магнитного поля. Такая конструкция фильтра дает возможность значительно повысить эффективность улавливания даже тех частиц, которые обладают слабыми магнитными свойствами. Таким образом, вышеуказанный технический результат может быть получен только при реализации всей совокупности существенных признаков, изложенных в независимом пункте формулы изобретения.
На прилагаемой фигуре представлен эскиз заявляемого устройства.
Устройство состоит из собственно корпуса цилиндрической формы 1, выполненного из немагнитного коррозионно-стойкого материала (например, стали Х18Н10Т), заполненного многослойной матрицей 2 из магнитно-мягкого коррозионно-стойкого материала (например, стали 08Х17Н). Снаружи корпуса 1 размещена магнитная система, выполненная из магнитных элементов. Каждый магнитный элемент состоит из пары аксиально намагниченных кольцевых высококоэрцитивных постоянных магнитов 3 (например, на основе сплава Nd-Fe-B), обращенных друг к другу разноименными полюсами, и размещенного между магнитами ферромагнитного магнитопровода 4 также имеющего форму кольца. Для обеспечения максимального значения магнитной индукции в объеме матрицы (максимального радиального магнитного потока) внутренний диаметр магнитопровода выбирается так, чтобы его толщина составляла 0,15-0,30 толщины магнита, а высота магнитопровода кратна величине 1,0-3,0 высоты магнита. Два смежных магнитных элемента отделены друг от друга немагнитной прокладкой 5. При этом, наружный диаметр немагнитной кольцевой прокладки равен наружному диаметру постоянных магнитов, а внутренний диаметр указанной прокладки выбирается из условия:
кп
км
км
d≥(D+d)/2, где
кп
d - внутренний диаметр кольцевой прокладки,
км
D - наружный диаметр кольцевого магнита,
км
d - внутренний диаметр кольцевого магнита
при этом высота прокладки кратна величине 1,0-2,0 высоты магнита.
В корпусе расположены входной 6 и выходной 7 штуцеры.
Устройство функционирует следующим образом. Поток через входной штуцер 6 подается в корпус 1, проходит через слои матрицы 2, находящиеся в магнитном поле, создаваемом магнитной системой, расположенной снаружи корпуса, и выходит через выходной штуцер 7. Магнитная система состоит из магнитных элементов. Каждый магнитный элемент представляет собой пару аксиально намагниченных постоянных магнитов 3 с размещенным между ними магнитопроводом 4. Магнитные элементы разделены немагнитными прокладками 5. Число магнитных элементов - от 2 до n и определяется конкретными параметрами очищаемой среды.
Таким образом, реализация заявляемого технического решения позволяет значительно увеличить градиент магнитного поля в объеме матрицы и тем самым повысить эффективность улавливания ферро-, пара- и диамагнитных частиц.