СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR LIQUID PURIFICATION FROM FERROMAGNETIC PARTICLES AND INSTALLATION FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к нефтепереработке, нефтехимии и металлообработке и может быть использовано для очистки смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), восстановления качества смазочных масел по содержанию ферромагнитных примесей, других технических жидкостей и масел, применяемых в качестве СОЖ при точении, фрезеровании, сверлении, лезвийной обработке, шлифовании, хонинговании, суперфинишировании и других технологических операциях и процессах обработки металла, которые характеризуются большими статическими нагрузками, высокими температурами, воздействием обрабатываемого материала на режущий инструмент, штамповочное и прокатное оборудование.
Известен способ очистки жидкости от ферромагнитных частиц и устройство для его осуществления [1].
Способ очистки жидкостей от ферромагнитных частиц заключается в подаче очищаемой жидкости в емкость, пропускании ее через магнитную систему, очистке магнитных стержней и выводе очищенной жидкости из емкости.
Установка для осуществления данного способа содержит емкость для очищаемой жидкости с подводящим и отводящим патрубком, магнитную систему в виде расположенного внутри емкости приводного бесконечного цепного конвейера с закрепленными на нем магнитными стержнями и приспособление для очистки стержней.
Недостатками данного способа и установки являются низкая работоспособность и надежность их в процессе эксплуатации, т.к. при работе установки происходит неравномерное провисание или натягивание различных зигзагов цепи, что объясняется различным усилием, передаваемым от привода к различным зигзагам (в зависимости от их удаления от ведущей звездочки). По данной причине происходит разрыв цепей, поломка магнитных стержней и другие неисправности, приводящие к снижению стенки очистки СОЖ, неудобству и снижению эффективности эксплуатации установки.
Известен способ очистки жидкости от ферромагнитных частиц и установка для его осуществления, разработанные (фирмой "Монтанус" (ФРГ)) [2].
Способ очистки жидкости от ферромагнитных частиц заключается в подаче очищаемой жидкости в емкость, пропускании ее через магнитную систему, очистке магнитных стержней и выводе очищенной жидкости из емкости.
Установка для осуществления этого способа содержит емкость для очищаемой жидкости с подводящим и отводящим патрубками, магнитную систему в виде расположенного внутри емкости приводного бесконечного цепного конвейера с закрепленными на нем магнитными стержнями и приспособление для очистки стержней.
Недостатками данного способа и установки являются низкая степень очистки СОЖ, неудобство и низкая эффективность эксплуатации установки.
Недостатки обусловлены: во-первых, обеспечением возможности одноразового прохождения жидкостью магнитных стрежней, что существенно снижает степень очистки СОЖ; во-вторых, невозможностью удаления механических примесей из нижней части емкости в процессе эксплуатации установки, что объясняет неудобство эксплуатации последней из-за необходимости частой остановки в процессе эксплуатации и удаления из нижней части емкости механических примесей, что, в свою очередь, существенно снижает эффективность процесса очистки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ очистки жидкости от ферромагнитных частиц [3], выбранный в качестве прототипа.
Способ очистки жидкости от ферромагнитных частиц включает подачу очищаемой жидкости в емкость, пропускании ее через магнитную систему с перемещающимся бесконечным цепным конвейером с закрепленными на нем магнитными стержнями, очистку магнитных стержней от шлама и вывод очищенной жидкости из емкости. Данный способ очистки отличается тем, что после подачи очищаемой жидкости в емкость ее направляют по наклонному основанию емкости, пропускают через магнитную систему с перемещающимся против часовой стрелки в сторону подводящего патрубка бесконечным цепным конвейером с закрепленными на нем магнитными стержнями. Далее разделяют на основной и вспомогательный потоки, которые выводят из емкости по соответствующим патрубкам, при этом регулируют расход жидкости основного потока изменением расхода жидкости вспомогательного потока, причем вспомогательный поток жидкости повторно направляют в систему подачи жидкости на очистку.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является установка для очистки жидкости от ферромагнитных частиц [4], выбранная в качестве прототипа.
Установка содержит емкость для очищаемой жидкости с подводящим и отводящим патрубками, магнитную систему со шламосборными элементами, приспособление для очистки шламосборных элементов, основание емкости для очищаемой жидкости выполнено цилиндрической формы. Магнитная система со шламосборными элементами представляет собой полый цилиндрический барабан с прямоугольными окнами, внутри которого на направляющих установлены магнитные блоки прямоугольной формы и кулачковый механизм перемещения, а снаружи - отжимной ролик с пружиной, магнитные блоки выполнены из верхних и нижних магнитных элементов, представляющих собой чередующиеся плоские магниты и немагнитные прокладки, причем верхние магнитные элементы герметично установлены в окна на поверхности полого цилиндрического барабана и расположены в одной плоскости с соответствующими нижними магнитными элементами, установленными на ферромагнитном основании с возможностью соосного перемещения нижних магнитных элементов относительно верхних посредством кулачкового механизма перемещения.
Недостатками данной установки являются низкая производительность и степень очистки жидкости от ферромагнитных частиц из-за относительно малой площади рабочей поверхности магнитного цилиндрического барабана и относительно большого расстояния между основанием емкости для очищаемой жидкости и поверхностью магнитного барабана.
Изобретение решает задачу повышения производительности и степени очистки смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), смазочных масел и других технических жидкостей от ферромагнитных частиц.
Поставленная задача достигается способом очистки жидкости от ферромагнитных частиц, включающим подачу очищаемой жидкости по наклонному подводящему патрубку, выполненному в виде желоба прямоугольной формы тонким слоем по каналам, образованным перегородками, установленными на одинаковом расстоянии друг от друга между цилиндрическими магнитными дисками и вдоль внешней цилиндрической поверхности магнитных дисков, вращающихся по часовой стрелке относительно направления движения очищаемой жидкости, удаление ферромагнитных частиц с магнитных дисков приспособлением для очистки шламосборных элементов, выполненным в виде наклонной гребенки из немагнитного материала с выступами и желобами со скребками, смывание струей воды ферромагнитного шлам из желобов гребенки, при этом струю воды направляют в нижнюю часть желоба в сторону наклона гребенки, направляют смесь воды и шлама в поле центробежных сил, в котором смесь приобретает интенсивное вращательное движение, разделяют водную и твердую фазы, после чего направляют воду на повторное использование, а ферромагнитный шлам с оставшейся водой направляют последовательно в осушитель и контейнер с последующей переплавкой ферромагнитного шлама.
Установка для осуществления способа содержит емкость для очищаемой жидкости, основание которой выполнено цилиндрической формы, с подводящим и отводящим патрубками, магнитную систему со шламосборными элементами, приспособление для очистки шламосборных элементов, в которой подводящий и отводящий патрубки выполнены в виде желоба прямоугольной формы из немагнитного материала, подводящий патрубок оборудован перегородками из немагнитного материала, установленными на одинаковом расстоянии друг от друга между шламосборными элементами, выполненными в виде цилиндрических магнитных дисков, одинаковых по размерам, размещенных на валу с лыской, между которыми установлены втулки из немагнитного материала, при этом отверстия в магнитных дисках и втулках выполнены соответствующими по форме валу с лыской, приспособление для очистки шламосборных элементов выполнено в виде наклонной гребенки из немагнитного материала с выступами и желобами со скребками, длина выступов гребенки равна радиусу цилиндрических магнитных дисков, а ширина выступов гребенки меньше длины втулки, причем во всех желобах в верхней части установлены трубки из немагнитного материала в сторону наклона гребенки, при этом отводящий патрубок установки соединен через насос с гидроциклоном, разгрузочный патрубок которого соединен последовательно с осушителем и контейнером для сбора подготовленного к переплавке ферромагнитного шлама, а сливной патрубок гидроциклона соединен с трубопроводом подачи воды для удаления ферромагнитного шлама из желобов. Указанные отличительные признаки являются существенными для решения задачи изобретения.
Для способа:
1. Направляют очищаемую жидкость по подводящему патрубку, выполненному в виде желоба прямоугольной формы тонким слоем по каналам, образованным перегородками, установленными на одинаковом расстоянии друг от друга между цилиндрическими магнитными дисками. Данный отличительный признак обеспечивает подачу очищаемой жидкости тонким слоем и прохождении ее как вдоль наружной поверхности магнитных дисков, так и вдоль боковых поверхностей, что существенно повышает производительность и степень очистки смазочных масел, смазочно-охлаждающих и других жидкостей и повышения эффективности эксплуатации установки, в зависимости от решаемых задач.
2. Пропускают очищаемую жидкость через магнитную систему вдоль внешней цилиндрической поверхности магнитных дисков и по каналам между дисками, вращающимися по часовой стрелке относительно направления движения очищаемой жидкости. Вращение дисков по часовой стрелке обеспечивает максимальный контакт (по времени) очищаемой жидкости с поверхностью магнитных дисков и соответственно повышается производительность и степень очистки смазочных масел, смазочно-охлаждающих и других жидкостей и повышения эффективности эксплуатации установки в зависимости от решаемых задач.
3. Удаляют ферромагнитные частицы с магнитных дисков приспособлением для очистки шламосборных элементов, выполненным в виде наклонной гребенки из немагнитного материала с выступами и желобами со скребками, для чего смывают струей воды ферромагнитный шлам из желобов гребенки, при этом струю воды направляют в нижнюю часть желоба в сторону наклона гребенки. Это необходимо для сбора и подготовки ферромагнитного шлама к переплавке.
4. Направляют смесь воды и шлама в поле центробежных сил, в котором смесь приобретает интенсивное вращательное движение, и разделяют водную и твердую фазы, после чего направляют воду на повторное использование, а ферромагнитный шлам с оставшейся водой направляют последовательно в осушитель, контейнер с последующей переплавкой ферромагнитного шлама. Это необходимо для обеспечения возможности многократного использования воды в технологическом процессе и переплавки ферромагнитного шлама, что обеспечивает в конечном итоге безотходный и экологически чистый процесс очистки жидкости от ферромагнитных частиц.
Для установки:
1. Подводящий и отводящий патрубки выполнены в виде желоба прямоугольной формы из немагнитного материала, подводящий патрубок оборудован перегородками из немагнитного материала, установленными на одинаковом расстоянии друг от друга между цилиндрическими магнитными дисками. Это необходимо для того, чтобы обеспечить поступление очищаемой жидкости в магнитную систему установки тонким слоем по всей ширине магнитной системы, что в конечном итоге обеспечит высокую производительность установки и степень очистки смазочных масел, смазочно-охлаждающих и других технических жидкостей, подлежащих очистке от ферромагнитных частиц.
2. Магнитная система представляет собой шламосборные элементы, выполненные одинаковыми по размерам и представляющие собой цилиндрические магнитные диски, размещенные на валу, между которыми установлены втулки из немагнитного материала. Именно такая конструкция магнитной системы обеспечивает повышение производительности установки и степени очистки жидкости, т.к. очищаемая жидкость проходит не только вдоль внешней цилиндрической поверхности магнитных дисков, но и по каналам между дисками.
3. Приспособление для очистки шламосборных элементов выполнено в виде наклонной гребенки из немагнитного материала с выступами и желобами со скребками, длина выступов гребенки равна радиусу цилиндрических магнитных дисков, а ширина выступов меньше длины втулки. Данные признаки, а также признаки, описанные в предыдущих пунктах данного раздела обеспечивают высокую эффективность процесса очистки цилиндрических магнитных дисков от ферромагнитного шлама.
4. Во всех желобах в верхней части гребенки установлены трубки из немагнитного материала в сторону наклона приспособления для очистки шламосборных элементов, выполненного в виде наклонной гребенки из немагнитного материала с выступами и желобами со скребками. Этот признак обеспечивает упрощение процесса перемещения собранного с магнитных дисков шлама в специальный контейнер.
5. Отводящий патрубок установки соединен через насос с гидроциклоном, разгрузочный патрубок которого соединен последовательно с осушителем и контейнером для сбора подготовленного к переплавке ферромагнитного шлама, а сливной патрубок гидроциклона соединен с трубопроводом подачи воды для удаления ферромагнитного шлама из приспособления для очистки шламосборных элементов, выполненного в виде наклонной гребенки из немагнитного материала с выступами и желобами со скребками. Это необходимо для обеспечения возможности многократного использования воды в технологическом процессе и переплавки ферромагнитного шлама, что обеспечивает в конечном итоге безотходный и экологически чистый процесс очистки жидкости от ферромагнитных частиц.
Данная конструкция на основании проведенных авторами экспериментально теоретических исследований является самой оптимальной. Это подтверждается данными, представленными в таблице (для индивидуальной, групповой и централизованной систем применения смазочно-охлаждающих жидкостей, в зависимости от объемов используемой жидкости), в которой приведены сравнительные технические характеристики, различных типоразмеров установки-прототипа [4] и предлагаемой установки.
Сравнительные технические характеристики установок
Производительность, м<sup>3</sup>/ч
6
12
30
60
120
180
240
300
Установка прототип [4]
Степень очистки, %
90-97
90-97
90-97
90-97
90-97
90-97
90-97
90-97
Установленная мощьность, кВт
0,2
0,3
0,5
0,75
1
1
1,5
1,5
Габаритные размеры, мм: длина
510
510
550
600
650
750
750
1000
ширина
550
750
800
800
850
850
850
850
высота
620
620
1000
1000
1100
1100
1500
1500
Рабочая площадь магнитной системы (цилиндрический барабан), м<sup>3</sup>
1,2
1,8
1,9
1,9
2,6
2,9
2,9
3,5
Предлагаемая установка
Степень очистки, %
95-99
95-99
95-99
95-99
95-99
95-99
95-99
95-99
Установленная мощьность, кВт
0,2
0,3
0,5
0,75
1
1
1,5
1,5
Габаритные размеры, мм: длина
510
510
550
600
650
750
750
1000
ширина
550
750
800
800
850
850
850
850
высота
620
620
1000
1000
1100
1100
1500
1500
Рабочая площадь магнитной системы(цилиндрические магнитные диски), м<sup>3</sup>
10,2
19,8
24,8
26,6
33,1
38,2
38,3
49,4
Примечание:
- в таблице приведены производительность и степень очистки установки-прототипа и предлагаемой установки по одинаковым типоразмерам;
- рабочая площадь магнитной системы рассчитана с учетом используемых втулок, диаметр которых находится в пределах 60-70 мм и 110-120 мм, в зависимости от производительности установки.
Количество цилиндрических магнитных дисков может быть различным в зависимости от конкретных условий работы установки (требуемой производительности и степени очистки водных и масляных СОЖ) и реальных возможностей размещения установки в условиях производственного помещения.
Таким образом, все признаки, указанные в формуле изобретения, необходимы в совокупности для решения поставленной задачи изобретения.
Способ очистки жидкости от ферромагнитных частиц осуществляется следующим образом.
Жидкость, подлежащая очистке от ферромагнитных частиц, подается в емкость по подводящему патрубку, выполненному в виде желоба прямоугольной формы тонким слоем по каналам, образованными перегородками из немагнитного материала, установленными на одинаковом расстоянии друг от друга между цилиндрическими магнитными дисками, в рабочую зону между вращающимися магнитными дисками и основанием емкости. Под действием сильного магнитного поля ферромагнитные частицы (шлам) притягиваются к вращающимся магнитным дискам и выносятся из жидкости. Далее шлам на дисках попадает под отжимной ролик, который усилием пружины отжимает СОЖ из слоя шлама. При дальнейшем вращении цилиндрических магнитных дисков происходит их очистка от шлама, посредством приспособления для их очистки, выполненного в виде наклонной гребенки из немагнитного материала с выступами и желобами со скребками. После удаления с магнитных дисков шлама он (шлам) с помощью воды, подаваемой в трубки из немагнитного материала, которые установлены в сторону наклона приспособления для очистки шламосборных элементов, смывается и направляется в гидроциклон. Затем в гидроциклоне происходит разделение воды и шлама (сущность процесса рассмотрена в [5]). Далее шлам попадает в осушитель, а затем в контейнер для сбора подготовленного к переплавке ферромагнитного шлама. Затем очищенная вода повторно подается на установку. Очищенная СОЖ выводится из емкости установки по отводящему патрубку.
На фиг.1 показана принципиальная схема установки для очистки жидкости от ферромагнитных частиц, на фиг.2 - схема размещения приспособления для очистки шламосборных цилиндрических магнитных дисков (вид с боку).
Установка для очистки жидкости от ферромагнитных частиц содержит емкость 1 (фиг.1, 2) для очищаемой жидкости с подводящим 2 (фиг.1) и отводящим 3 (фиг.1) патрубками (выполнены в виде желоба прямоугольной формы из немагнитного материала), приспособление 4 (фиг.1, 2) для очистки шламосборных цилиндрических магнитных дисков, трубки из немагнитного материала 5 (фиг.1, 2), перегородка 6 (фиг.1), вал 7 (фиг.1, 2), втулка 8 (фиг.1) (выполнена из немагнитного материала). Основание 9 (фиг.1) емкости 1 для очищаемой жидкости выполнено цилиндрической формы. Магнитная система представляет собой полые цилиндрические магнитные диски 10 (фиг.1). Снаружи дисков 10 (фиг.1, 2) установлен отжимной ролик 11 (фиг.1) с пружиной 12 (фиг.1). Осушитель для просушки ферромагнитного шлама, контейнер для сбора подготовленного к переплавке ферромагнитного шлама, гидроциклон (фиг.5).
Способ реализуется на установке для его осуществления следующим образом.
1
2
Жидкость, подлежащая очистке от ферромагнитных частиц, подается в емкость по подводящему патрубку, выполненному в виде желоба прямоугольной формы тонким слоем по каналам, образованными перегородками из немагнитного материала (фиг.3), установленными на одинаковом расстоянии друг от друга между цилиндрическими магнитными дисками, в рабочую зону между вращающимися магнитными дисками и основанием емкости (фиг.4. D - диаметр магнитного диска, d - диаметр втулки, h - толщина магнитного диска, h - длина втулки). Под действием сильного магнитного поля ферромагнитные частицы (шлам) притягиваются к вращающимся магнитным дискам и выносятся из жидкости. Далее шлам на дисках попадает под отжимной ролик, который усилием пружины отжимает СОЖ из слоя шлама. При дальнейшем вращении цилиндрических магнитных дисков происходит их очистка от шлама, посредством приспособления для их очистки, выполненного в виде наклонной гребенки из немагнитного материала с выступами и желобами со скребками. После удаления с магнитных дисков шлама он (шлам) с помощью воды, подаваемой в трубки из немагнитного материала, которые установлены в сторону наклона приспособления для очистки шламосборных элементов, смывается и направляется в гидроциклон. В гидроциклоне происходит разделение воды и шлама (сущность процесса рассмотрена в [5]). Очищенная вода повторно подается на установку, а ферромагнитный шлам с частью воды направляется в осушитель, затем в контейнер для сбора подготовленного к переплавке шлама. Очищенная СОЖ выводится из емкости установки по отводящему патрубку. Схема процесса представлена на фиг.5.
В изобретении предусмотрена возможность применения цилиндрических магнитных дисков отдельно (вне магнитной системы установки) путем различной установки их по ходу движения очищаемой жидкости с последующей периодической заменой магнитных дисков со шламом на магнитные диски с очищенными магнитными элементами.
Технико-экономический эффект предлагаемых способа для очистки жидкости от ферромагнитных частиц и установки для его осуществления заключается в использовании их для очистки смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), восстановления качества смазочных масел по содержанию ферромагнитных примесей, других технических жидкостей и масел, применяемых в качестве СОЖ при точении, фрезеровании, сверлении, лезвийной обработке, шлифовании, хонинговании, суперфинишировании и других технологических операциях и процессах обработки металла, которые характеризуются большими статическими нагрузками, высокими температурами, воздействием обрабатываемого материала на режущий инструмент, штамповочное и прокатное оборудование.
Литература
1. Патент РФ N2027473, B01D 35/06, B03C 1/00, 1995.
2. Заявка ФРГ N2710005, B01D 35/06, 1978. - способ.
3. Патент РФ N2104747, B01D 35/06, B03C 1/20, 1998 - способ-прототип.
4. Патент РФ N2106896, B01D 35/06, B03C 1/00, Б.И. N8, 1998. - установка-прототип.
5. Мустафаев A.M., Гутман Б.М. «Гидроциклоны в нефтеперерабатывающей промышленности». - М.: Недра, 1981. - 260 с.