Ферровихревой аппарат
FERRO-VORTEX APPARATUS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к аппаратам электромеханической переработки жидких, сыпучих и других смесей и может быть использовано в сельском хозяйстве, медицине, химической, газонефтяной отраслях промышленности, в коммунальном хозяйстве и других областях.
Уровень техники
Известен ферровихревой аппарат, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода охлаждающей среды, индуктор вращающегося электромагнитного поля, реакционную камеру из немагнитного материала с ферромагнитными частицами. Реакционная камера аппарата образована крышками и цилиндрическим корпусом, при этом крышки дополнительно снабжены подводящим и отводящим патрубками реакционной камеры. Магнитопровод индуктора выполнен в виде шихтованного кольца прямоугольного сечения с выполненными на одной из двух его торцевых поверхностей пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой с числом пар полюсов не менее одного. Аппарат дополнительно снабжен аксиальным магнитопроводом, который помещен внутрь реакционной камеры и выполнен без пазов и обмотки в виде шихтованного кольца прямоугольного сечения. Аксиальный магнитопровод защищен кожухом из немагнитного материала, при чем площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром цилиндрического корпуса реакционной камеры и наружным диаметром кожуха аксиального магнитопровода не меньше площади сечения подводящего патрубка реакционной камеры. Рабочая зона реакционной камеры образована внутренней стороной крышки реакционной камеры, внутренней стороной цилиндрического корпуса реакционной камеры и торцевой поверхностью кожуха аксиального магнитопровода (см. Патент РФ №2323040 Кл. B01F 13/08).
Недостатками указанного аппарата являются:
- электромагнитное поле в рабочей зоне неравномерно - индукция у поверхности магнитопровода индуктора больше, чем у поверхности аксиального магнитопровода, что ухудшает качество обработки материалов и способствует потерям энергии;
- время обработки материала в рабочей зоне мало из-за недостаточной активной длины рабочего зазора, что требует или снижения скорости прохождения через рабочую камеру обрабатываемого материала, или неоднократного прохождения через рабочую камеру обрабатываемого материала, или увеличения рабочего зазора, что ухудшает качество обработки материалов и способствует потерям энергии.
Известен близкий по технической сущности и достигаемому эффекту и принимаемый авторами за прототип ферровихревой аппарат, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода охлаждающей среды, индуктор вращающегося электромагнитного поля и реакционную камеру из немагнитного материала с ферромагнитными частицами. Реакционная камера аппарата образована двумя дисками с кожухами, при этом диски дополнительно снабжены патрубками. Индуктор состоит из двух аксиально расположенных электромагнитных элементов переменного тока, имеющих равномерный зазор по плоскости, при этом магнитопроводы электромагнитных элементов представляют собой шихтованные кольца прямоугольного сечения с выполненными на одной из их двух торцевых поверхностей радиальными пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой с числом пар полюсов не менее одного. Пазы магнитопроводов электромагнитных элементов расположены строго соосно, а обмотки электромагнитных элементов, расположенные в пазах друг против друга питаются напряжением совпадающим по фазе. Части обмотки, расположенные на зубцах друг против друга соединены согласно последовательно. Площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром кожухов и наружным диаметром пластины реакционной камеры не меньше площади сечения патрубка реакционной камеры. Рабочие зоны образованы внутренними поверхностями дисков реакционной камеры с кожухами реакционной камеры и одной из двух сторон пластины из немагнитного материала, закрепленной внутри реакционной камеры (см. Патент РФ №2607820 Кл. B01F 13/08).
Недостатками указанного аппарата являются:
- сложность осуществления электромеханической переработки сыпучих смесей из-за затрудненного прохождения их через участок А рабочей зону с возможным образованием заторов на выходе из патрубка реакционной камеры на поверхности пластины реакционной камеры при горизонтальном расположении электромагнитных элементов, и невозможность осуществления при вертикальном расположении электромагнитных элементов;
- размер участков А рабочих зон реакционной камеры чрезмерно велик и часть ферромагнитных частиц, оказавшаяся там, особенно при горизонтальном расположении электромагнитных элементов, не участвует в рабочем процессе, снижая тем самым плотность вихревого слоя ферромагнитных частиц на участках Б рабочих зон реакционной камеры, что ухудшает качество обработки материалов;
- износ внутренней поверхности реакционной камеры.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью изобретения сводится к улучшению процесса электромеханической переработки сыпучих смесей, уменьшению размеров участков А рабочих зон реакционной камеры и созданию более однородного электромагнитного поля в рабочей зоне реакционной камеры, уменьшению износа внутренней поверхностей реакционной камеры.
Технический результат достигается с помощью ферровихревого аппарата, состоящего из камер охлаждения с патрубками камер охлаждения и патрубков для подвода и отвода охлаждающей среды, индуктора вращающегося электромагнитного поля, реакционной камеры из немагнитного материала с ферромагнитными частицами, при этом реакционная камера образована двумя крышками реакционной камеры и двумя фланцами, при чем крышки реакционной камеры дополнительно снабжены патрубками реакционной камеры, при этом реакционная камера дополнительно снабжена помещенной в нее сменной пластиной из немагнитного материала и сменными лотками из немагнитного материала, при чем сменные лотки состоят из крышек сменных лотков, внутренних и внешних обечаек, при этом на внутренних обечайках выполнены сквозные отверстия внутренних обечаек, площадь которых не меньше площади поперечного сечения патрубков реакционной камеры, при чем вдоль внутренней поверхности внешней обечайки на поверхности сменной пластины выполнены сквозные отверстия сменной пластины, площадь которых не меньше площади поперечного сечения патрубков реакционной камеры, при этом рабочие зоны образованы внутренними поверхностями крышек сменных лотков, внутренними поверхностями внешних обечаек, внешними поверхностями внутренних обечаек и одной из двух сторон сменной пластины, при чем индуктор состоит из двух аксиально расположенных магнитопроводов электромагнитных элементов переменного тока, имеющих равномерный зазор по плоскости, при этом магнитопроводы представляют собой шихтованные кольца прямоугольного сечения с выполненными на одной из их двух торцевых поверхностей радиальными пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой с числом пар полюсов не менее одного, при чем пазы магнитопроводов расположены строго соосно по пазам, а обмотки, расположенные в пазах друг против друга, питаются напряжением совпадающим по фазе, при этом части обмотки, расположенные в пазах друг против друга соединены согласно последовательно, при чем для облегчения процесса обработки сыпучих материалов внутри внутренней обечайки верхнего сменного лотка на поверхности сменной пластины размещается коническая направляющая, внешний диаметр которой равен внутреннему диаметру внутренней обечайки.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен в разрезе общий вид ферровихревого аппарата.
На фиг. 2 (а, б), то же, показаны пояснения к принципу работы ферровихревого аппарата.
Осуществление изобретения
Ферровихревой аппарат (фиг. 1) содержит камеры охлаждения 1 с патрубками 2 камер охлаждения 1 и патрубки 3 и 4 для подвода и отвода охлаждающей среды, размещенную между камерами охлаждения 1 реакционную камеру 5 из немагнитного материала в виде соединенных крышек 6 реакционной камеры 5, дополнительно снабженных патрубками 7 реакционной камеры 5, и фланцев 8, при этом реакционная камера 5 дополнительно снабжена помещенной в нее сменной пластиной 9 из немагнитного материала, образующей во внутреннем объеме реакционной камеры 5 две рабочие зоны 10, с помещенными в них ферромагнитными частицами 11 и сменными лотками 12 из немагнитного материала, расположенными с двух сторон сменной пластины 9, при этом сменные лотки 12 состоят из крышек 13 сменных лотков 12, внутренних обечаек 14 и внешних обечаек 15, при чем на внутренних обечайках 14 выполнены сквозные отверстия 16 внутренних обечаек 14, площадь которых не меньше площади поперечного сечения патрубков 7 реакционной камеры 5, при этом сменная пластина 9 закреплена между фланцами 8, при чем рабочие зоны 10 образованы внутренними поверхностями крышек 13 сменных лотков 12, внутренними поверхностями внешних обечаек 15, внешними поверхностями внутренних обечаек 14 и одной из двух сторон сменной пластины 9, при этом индуктор 17 вращающегося электромагнитного поля состоит из двух аксиально расположенных магнитопроводов 18 электромагнитных элементов переменного тока, установленных внутри камер охлаждения 1 и имеющих равномерный зазор по плоскости, при чем магнитопроводы 18, представляющие собой шихтованные кольца прямоугольного сечения с выполненными на одной из их двух торцевых поверхностей радиальными пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой 19 с числом пар полюсов не менее одного, размещены на патрубках 7 реакционной камеры 5, при этом каждая из рабочих зон 10 состоит из участка А, условно ограниченного внутренним диаметром магнитопровода 18 и внешней поверхностью внутренней обечайки 14, участка Б, условно ограниченного внешним и внутренним диаметром магнитопровода 18, и участка В, условно ограниченного внешним диаметром магнитопровода 18 и внутренней поверхностью внешней обечайки 15, при чем вдоль внутренней поверхности внешней обечайки 15 на поверхности сменной пластины 9 выполнены сквозные отверстия 20 сменной пластины 9, площадь которых не меньше площади поперечного сечения патрубков 7 реакционной камеры 5, при этом пазы магнитопроводов 18 расположены строго соосно по пазам, а обмотки 19, расположенные в пазах магнитопроводов 18 друг против друга, питаются напряжением, совпадающим по фазе, при чем части обмотки 19, расположенные в пазах друг против друга, соединены согласно последовательно, при этом для облегчения процесса обработки сыпучих материалов внутри внутренней обечайки 14 верхнего сменного лотка 12 на поверхности сменной пластины 9 размещается коническая направляющая 21, внешний диаметр которой равен внутреннему диаметру внутренней обечайки 14.
Ферровихревой аппарат работает следующим образом.
После подачи напряжения на обмотку 19 (фиг. 2, а) в ней возникает переменный ток, создающий переменный магнитный поток. Создаваемый магнитный поток проходит в аксиальном направлении от магнитопровода 18 через рабочую зону 10, сменную пластину 9, рабочую зону 10, замыкается по расположенному аксиально магнитопроводу 18. После этого магнитный поток возвращается через рабочую зону 10, сменную пластину 9, рабочую зону 10 и замыкается по магнитопроводу 18. В рабочих зонах 10 реакционной камеры 5 возникает вращающееся электромагнитное поле, увлекающее за собой ферромагнитные частицы 11.
Исходное вещество (фиг. 2, б) из патрубка 7 реакционной камеры 5 по внешней поверхности конической направляющей 21 через сквозные отверстия 16 внутренней обечайки 14 попадает на участок А рабочей зоны 10, условно ограниченный внутренним диаметром магнитопровода 18 и внешней поверхностью внутренней обечайки 14. В этой части плотность вихревого слоя ферромагнитных частиц 11 незначительна, так как ферромагнитные частицы 11 попадают сюда после столкновения с другими ферромагнитными частицами 11 и с рабочими поверхностями сменных лотков 12. Обрабатываемое вещество (фиг. 2, б), перемешиваясь за счет комплекса сил, действующих на ферромагнитные частицы 11, приобретает вращательное движение. Под напором вновь поступающего исходного обрабатываемое вещество поступает на участок Б рабочей зоны 10, условно ограниченный внешним и внутренним диаметрами магнитопровода 18.
Улучшение процесса электромеханической переработки сыпучих смесей по сравнению с ферровихревыми аппаратами (по прототипу - см. патент РФ №2607820 кл. B01F 13/08) происходит благодаря тому, что поступающее исходное вещество, не создавая заторов на выходе из патрубка 7 реакционной камеры 5 внутри внутренней обечайки 14, по внешней поверхности конической направляющей 21 через сквозные отверстия 16 внутренней обечайки 14 поступает на участок А рабочей зоны 10.
Уменьшение размеров участков А рабочих зон 10 и создание более однородного электромагнитного поля в рабочих зонах 10 по сравнению с ферровихревыми аппаратами (по прототипу - см. патент РФ №2607820 кл. B01F 13/08) происходит благодаря установке сменных лотков 12, что приводит к ограничению размеров участков А рабочих зон 10 внешним диаметром внутренней обечайки 14 и условному ограничению внутренним диаметром магнитопровода 18, благодаря чему увеличивается плотность вихревого слоя ферромагнитных частиц 11 на участках Б рабочих зон 10, что улучшает качество обработки материалов.
В шихтованных магнитопроводах 18 принимаемой конструкции каждый слой магнитного материала разделен слоем изоляции. В этом случае каждый слой магнитопровода 18 можно условно рассматривать как элементарный участок полюса, создающий поток со своими силовыми линиями.
В объеме участка Б происходит основная обработка вещества.
Ферромагнитные частицы 11 в вихревом слое стремятся к образованию отдельных элементарных слоев (фиг. 2, а), расположенных на расстоянии друг от друга вдоль силовых линий магнитного поля. Проскок ферромагнитных частиц 11 из слоя в слой возможен за счет их столкновений и под напором поступающего обрабатываемого вещества. Так как электромагнитное поле на участке Б рабочей зоны 10 является однородным, то ферромагнитные частицы 11 не притягиваются к рабочим поверхностям сменных лотков 12. Разрушение внутренних поверхностей сменных лотков 12 и сменной пластины 9 происходит, в основном, не за счет удара, а за счет трения о них слоя частиц 11, так как амплитуда и сила удара в таких условиях минимальны.
Однородное электромагнитное поле в вихревом слое участка Б позволяет удерживать основную массу ферромагнитных частиц 11 и препятствует их проскоку на участок В (фиг. 2, б), условно ограниченный внешним диаметром магнитопровода электромагнитного элемента 18 и внутренней поверхностью внешней обечайки 15.
Величина магнитной индукции, а, следовательно, и плотность вихревого слоя на участке В минимальна. Поэтому силы, приложенные к ферромагнитным частицам 11 во время удара их о внутреннюю поверхность внешней обечайки 15, удаленную от магнитной цепи, не приводят к ее значительному износу.
Пройдя участок В, сквозные отверстия 20 сменной пластины 9, участок В, и, преодолев сопротивление вихревого слоя участков Б и А рабочей зоны 10, обработанное вещество через патрубок 7 реакционной камеры 5 подается для дальнейшего использования (фиг. 2, б).
Наличие сменных лотков 12 в рабочих зонах 10 полностью исключает разрушение внутренних поверхностей крышек 6 реакционной камеры 5 и фланцев 8.
Общая площадь сквозных отверстий 20 сменной пластины 9 не меньше площади поперечного сечения патрубка 7 реакционной камеры 5, благодаря чему не происходит потери напора обрабатываемого вещества в рабочей зоне 10, препятствуя, при этом, выносу ферромагнитных частиц 11 потоком обрабатываемого вещества из участка Б на участок Б через участки В.
Охлаждение магнитопроводов 18 и их обмоток 19 в процессе работы аппарата происходит благодаря охлаждающей среде, циркулирующей во внутреннем объеме камер охлаждения 1 через патрубки 3 и 4 для подвода и отвода охлаждающей среды.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- улучшенный процесс электромеханической переработки сыпучих смесей;
- уменьшенные размеры участков А рабочих зон реакционной камеры и созданное более однородное электромагнитное поле в рабочей зоне реакционной камеры;
- уменьшенный износ внутренних поверхностей реакционной камеры.