ПАТРОННЫЙ МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР ПОВОРОТНЫЙ
ROTARY CARTRIDGE MAGNETIC SEPARATOR

Изобретение относится к области магнитной очистки:
1. Технологических жидкостей (ТЖ)-СОЖ, моющих и обезжиривающих растворов, оборотной и промывной воды, масла и др. от твердых и коллоидных частиц и примесей и может быть использовано на металлообрабатывающих производствах, включающих обработку металлов давлением, лезвийную и абразивную обработку.
Технический результат - повышение эффективности очистки при одновременном увеличении производительности сепарации, повышение технологичности конструкции, ее универсальности и уменьшение габаритов.
2. Сыпучих веществ, используемых в промышленности, таких как песок и др.
3. Сыпучих пищевых продуктов, таких как зерновые культуры и др.
Технический результат - высокая эффективность очистки и конструктивная простота.
Магнитный сепаратор для очистки ТЖ содержит емкость с подводящими и отводящими патрубками для размещения обрабатываемой технологической жидкости и закрепленный на ней поворотный портал, раму, с установленными цилиндрическими магнитными патронами, имеющими продольную ось, совпадающую с осью рамы и осью поворотного портала, и закрепленными с радиальным зазором верхними и нижними частями на раме, имеющей возможность возвратно-поступательного движения относительно поворотного портала посредством привода, установленного на портале. Средство для удаления шлама содержит средство для транспортирования шлама в виде конвейера, снабженного приводом и установленного на дне емкости, и шламосъемник, скрепленный с поворотным порталом, шламосъемные элементы которого охватывают каждый магнитный патрон по скользящей посадке.
Известен магнитный сепаратор (патенты RU 2186628 С1, 7 В03С 1/00, B01D 35/06, C10M 175/04). Магнитный сепаратор для очистки технологической жидкости содержит емкость с подводящим и отводящим патрубками для размещения обрабатываемой технологической жидкости, установочную раму, цилиндрические магнитные патроны в виде набора цилиндрических дисковых магнитов, имеющих вертикальную продольную ось и крепление головной части патрона посредством резьбового соединения, установленных головной частью на траверсе, снабженной приводом и укрепленной на раме с возможностью линейного вертикального возвратно-поступательного перемещения, при этом магнитные патроны в плане расположены, по крайней мере, в два ряда, ориентированных в поперечном направлении потоку технологической жидкости в емкости, и порядно сдвинутые в том же направлении относительно друг друга, а средство для удаления шлама содержит средство транспортирования шлама в виде конвейера, снабженного приводом и установленного на дне емкости, и шламосъемник, манжеты которого охватывают нижней кромкой каждый магнитный патрон по скользящей посадке и скреплены с рамой над уровнем заполнения емкости технологической жидкостью.
К недостаткам вышеописанного магнитного сепаратора относятся:
1) Недостаточная надежность конструкции. Посредством каретки на колонке консольно укреплена траверса и магнитные патроны, закрепленные вертикально только верхней частью на траверсе посредством резьбового соединения. Колонка и траверса представляют собой двойную консоль относительно рамы. Магнитные патроны, собранные в кассету, отталкиваются друг от друга из-за однородности магнитного поля и, не имея жесткого соединения в нижней части, по разным причинам, в том числе и по причине ослабления крепления к траверсе, происходит отклонение патронов от вертикального положения. Двойная консоль, ненадежность установки и крепления при работе магнитного сепаратора приводят к неконтролируемому уводу от вертикального положения магнитных патронов, что в результате может вызвать интенсивный износ шламосъемных элементов, деформацию и повреждение патронов, зацеп или наезд на другие элементы конструкции, а как следствие, поломку сепаратора. Сепараторы с консольным расположением кассеты магнитов вынужденно ограничены в габаритах по длине патронов и их количеству.
2) Недостаточная эффективность магнитной сепарации. При сепарации в емкости, на подходе потока ТЖ к магнитным патронам, крупные ферромагнитные частицы успевают осесть на какую-то глубину в потоке ТЖ, в т.ч. и на дно, и при дальнейшем прохождении через магнитные патроны в основном примагничиваются в средней и нижней части магнитного патрона. Более мелкие частицы за это время не успевают осесть в ТЖ и, находясь в верхних слоях ТЖ во взвешенном состоянии, частично примагничиваются на них, оставшаяся часть свободно проходит через магнитные патроны, так как для улавливания частиц размером менее 3-5 мкм необходимо более сильное магнитное поле, чем в нижней и средней части патрона, или меньшая скорость потока ТЖ. Происходит неравномерное заполнение патронов шламом. В нижней и средней части магнитных патронов из-за большого объема шлама происходит ослабление магнитного поля на периферии слоя и существенно снижается степень очистки, а верхняя часть магнитных патронов остается ненагруженной.
3) Металлообрабатывающее оборудование, в своем большинстве, имеет сливные лотки для ТЖ, высота которых над уровнем пола составляет 300-600 мм. Применение магнитных сепараторов с вертикальным расположением магнитных патронов, при такой высоте лотков, трудно реализуется на практике. Требуется заглубление ниже уровня пола или принудительная перекачка ТЖ в емкость магнитного сепаратора, высота которого значительно превышает высоту сливного лотка.
4) Для удержания патрона от провертывания при его установке и креплении на траверсе используются рожковые или газовые ключи, что часто приводит к деформации и неправильной установке патрона, при этом каждый патрон может иметь свою ось, не совпадающую с вертикальной.
5) При увеличении скорости потока ТЖ эффективность очистки падает.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности очистки при одновременном увеличении производительности процесса сепарации, технологичности и надежности конструкции сепаратора, что позволяет адаптировать сепаратор к различным условиям эксплуатации.
Поставленная задача решена заявляемым изобретением. Магнитный сепаратор для очистки ТЖ содержит емкость с подводящими и отводящими патрубками для размещения обрабатываемой технологической жидкости и закрепленный на ней поворотный портал, с возможностью фиксирования под различными углами, раму, с установленными цилиндрическими магнитными патронами, сдвинутыми порядно, в виде набора постоянных цилиндрических или полых цилиндрических магнитов, различной магнитной силы по длине патрона и (или) по рядам патронов, помещенных в немагнитные гильзы, имеющих продольную ось, совпадающую с осью рамы и осью поворотного портала и закрепленными с радиальным зазором верхними и нижними частями на раме, имеющей возможность возвратно-поступательного движения относительно поворотного портала с помощью привода, установленного на портале, при этом средство для удаления шлама содержит шламовый насос и (или) средство для транспортирования шлама в виде конвейера, снабженного приводом и установленного на дне емкости, и шламосъемник, шламосъемные элементы которого охватывают каждый магнитный патрон по скользящей посадке и скрепленный с поворотным порталом, при этом ось шламосьемника перпендикулярна оси поворотного портала.
ТЖ подается в емкость по патрубку, который может быть расположен над емкостью или на разных ее высотах.
Портал представляет собой жесткую П-образную конструкцию, с возможностью крепления к емкости с наружной или внутренней стороны и фиксирования положения под различными углами в пределах от 0°до 90° посредством поворотного устройства, принадлежащего порталу, имеющего направляющие по боковым сторонам, в которых установлены каретки для крепления рамы и привод, расположенный на верхней части портала, кроме этого возможна установка портала с внутренней стороны емкости в заглубленном положении в ТЖ в горизонтальном или наклонном положении.
Рама сепаратора представляет собой полый прямоугольник, боковыми сторонами установленный в направляющих посредством кареток, с помощью которых осуществляются возвратно-поступательные движения рамы относительно портала.
Привод рамы осуществляется различными способами, позволяющими производить возвратно-поступательные движения.
Совокупность магнитных патронов имеет два ряда и более с расположением установочных мест в шахматном порядке. Один из вариантов выполнения состоит в том, что ближайшие три патрона в двух рядах равноудалены друг от друга на расстоянии 20-60 мм.
Магнитные патроны выполнены в виде набора цилиндрических или полых цилиндрических магнитов различной магнитной силы (остаточная магнитная индукция (Br) от 0,3Т до 1,2Т) по длине и (или) по рядам патронов, разделенных прокладками из магнитомягкого материала и помещенных в немагнитные гильзы.
Шламосъемный элемент имеет сужающееся к низу сечение и охватывает нижней кромкой гильзу, образуя в верхней части зазор с ней, а в погруженном в ТЖ состоянии портала щламосъемный элемент имеет сужающееся к верху и низу сечение и охватывает гильзу верхними и нижними кромками, образуя с ней в средней части зазор.
Шламосъемные элементы выполнены из эластичного материала.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами:
- на фиг.1 схематично дан общий вид магнитного сепаратора и его основных узлов;
- на фиг.2 схематично показан разрез рамы, шламосъемника со шламосъемными элементами, а также крепление магнитных патронов верхней и нижней частями;
- на фиг.3 схематично показана установка магнитного сепаратора на емкости, имеющего возможность поворота. Стрелками условно показаны различные направления потоков ТЖ;
- на фиг.4 схематично показана установка магнитного сепаратора внутри емкости, с расположением портала в слое ТЖ. Стрелками условно показаны различные направления потоков ТЖ.
В зависимости от условий эксплуатации, места подвода к емкости и загрязненности ТЖ поворотный портал 4 на емкости 1 (фиг.1) устанавливают в необходимое угловое положение, которое может корректироваться в процессе эксплуатации (фиг.3).
В реальных производственных условиях подводящие патрубки могут располагаться в нижней, средней и верхней части емкости, а также в донной части и над емкостью. На фиг.1 показан один из вариантов расположения патрубков - подводящего 2 и отводящего 3, которые также могут быть подводящими (3) и отводящими (2). Установка портала с внутренней стороны емкости на фиг.1 условно не показана.
В зависимости от условий эксплуатации, места подвода к емкости, загрязненности ТЖ поворотный портал может устанавливаться внутри емкости, например, как показано на фиг.4, на различных уровнях в слое ТЖ горизонтально или под некоторым углом, с таким расчетом, чтобы не было помех работе донного конвейера и оборудованию, расположенного над емкостью. Положение может корректироваться в процессе эксплуатации. Такие положения сепаратора целесообразны при стесненных производственных условиях, например, малая высота помещения, низкое расположение технологического оборудования и др. В зависимости от места подвода ТЖ и придания потоку нужного направления через магнитные патроны в емкости устанавливают перегородки, один из вариантов которых показан на фиг.4.
Внутри портала на боковых сторонах расположены направляющие, в которых установлены каретки 6. В качестве направляющих могут применяться, например, подшипники качения, скольжения и (или) др. За каретки 6 крепится рама 5 с магнитными патронами 7, которые закреплены в отверстиях с зазором своими верхними и нижними частями, что допускает радиальное смещение патронов. Нижняя часть рамы представляет собой ребристый кронштейн 8, выполненный из немагнитного материала (фиг.1, 2), имеющего скосы на ребрах, направленных к патронам. Между ребрами свободно проходит счищаемый с патронов шлам. Применение ребристого кронштейна необходимо при любых угловых положениях портала и позволяет надежно ориентировать, выдерживать межосевые размеры и крепить патроны в положениях, ось которых совпадает с осью рамы, а при любых положениях портала патроны не будут иметь провисания. При таком креплении патронов повышается надежность сепаратора, а длина патронов и их количество могут изменяться в широких пределах.
Возвратно-поступательные движения рамы с патронами могут производиться различными способами, например, гидроцилиндр 11 (на фиг.1 обозначен пунктиром) с гидростанцией, винтовая пара с мотор-редуктором 10, цепная передача с мотор-редуктором и др.
Магнитные патроны 7 укреплены на раме 5, как минимум, в два ряда. Ряды патронов 7 сдвинуты между собой так, что ближайшие три патрона равноудалены друг от друга. Это в два раза увеличивает эффективную площадь магнитной обработки (такую схему можно рассматривать как один ряд патронов, но сложенный зигзагообразно). Число рядов патронов может быть выполнено более двух.
Магнитные патроны (фиг.2) выполнены в виде сборки двух наконечников, верхнего и нижнего с гильзой 14, расположенной между ними. Верхний наконечник металлический, имеет цилиндрическую часть, фланец 15, которым он опирается снизу на верхнюю часть рамы и резьбовую часть, за которую производится крепление к раме посредством шайбы 16, гайки 17 и контргайки 18. Фланец наконечника зафиксирован на раме винтом 19, который удерживает его, а следовательно, и патрон, от проворота при затягивании гаек 17 и 18. Применение фланца повышает устойчивость и надежность при работе патрона. Нижний наконечник металлический, выполнен из немагнитного материала (латунь, алюминий и (или) др.), имеет цилиндрическую форму и осевое резьбовое отверстие в нижней части для крепления к кронштейну болтом 23. На цилиндрических частях верхнего и нижнего наконечников, различными способами, например, завальцовки и (или) др., крепится цилиндрическая металлическая гильза 14, выполненная из немагнитного материала, например, из латуни и (или) др. толщиной 0,5-2,0 мм, внутри которой находятся магниты 22 и прокладки, выполненные из магнитомягкого материала, например Ст3.
Для повышения износостойкости гильза снаружи имеет никелевое и (или) хромовое покрытие. Такая гильза практически не уменьшает и не искажает магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, предохраняет хрупкие магниты от разрушения (от воздействия трения и соударения со шламосъемными элементами), предотвращает шунтирование шламовыми частицами магнитного поля в местах стыков и создает хорошие условия скольжения шламосъемных элементов.
При сборке магнитного патрона цилиндрические или полые цилиндрические магниты 22 и прокладки, выполненные из магнитомягкого материала, собираются по схеме, показанной на фиг.2. Магнитный патрон должен быть плотно упакован, не иметь зазоров между всеми элементами.
Для увеличения жесткости и прочности магнитного патрона, например, при большой его длине, применяется внутренний металлический стержень, с резьбой на концах, имеющий форму цилиндра или трубки из немагнитного материала, на который насаживаются магниты и прокладки в форме полого цилиндра. Верхний и нижний наконечники в этом случае имеют осевые резьбовые отверстия для крепления стержня. Магниты с прокладками, собранные на стержне, помещают в гильзу и стягиваются наконечниками, а гильза на наконечниках закрепляется.
Длина и количество магнитных патронов задается техническими требованиями и определяется уровнем и направлением технологической жидкости в емкости, расчетной производительностью, гранулометрическим составом шлама и т.п. Диаметр патронов составляет 20-50 мм из практических соображений: они должны быть достаточно жесткими и прочными, технологичными с позиций сборки и замены, создавать достаточное магнитное поле для улавливания частиц, должны быть равномерно распределены в емкости на расстоянии и угловом положении, достаточном для максимальной шламоемкости патронов.
Шламосъемник 9 закреплен на поворотном портале 4 (фиг.1), при этом ось шламосъемника перпендикулярна оси портала и рамы. В непогруженном состоянии портала в ТЖ целесообразно применять шламосъемные элементы 13, имеющие форму, показанную на фиг.5, соединенные со шламосъемником посредством двух металлических шайб 20 и 21 и охватывающие магнитный патрон нижней кромкой. При погруженном в ТЖ портале (фиг.4) шламосъемные элементы 13 имеют неразъемное соединение между собой верхними частями или изготавливаются цельными с внутренним поднутрением (фиг.2). Шламосъемные элементы плотно охватывают верхней и нижней кромкой патроны по скользящей посадке, а в средней части отверстие шламосъемного элемента расширяется, образуя зазор 14 (фиг.2). Шламосъемные элементы соединены со шламосъемником посредством двух металлических шайб 20 и 21. Двухсторонняя форма шламосъемного элемента придает ему конструктивную прочность, износостойкость без увеличения поверхности трения и скольжения, что повышает долговечность всей конструкции в целом и диктуется необходимостью очистки патронов при обратном ходе рамы, когда портал и шламосъемник находятся в слое ТЖ. Магнитные патроны непрерывно осаждают на себе ферромагнитный шлам, который может сбрасываться в верхних и нижних частях патронов. Шламосъемные элементы выполнены из эластичного материала, например, из резины, силикона и др. или их комбинаций. Это обеспечивает минимальный износ патрона и не ухудшает скольжение по патрону при его допустимых радиальных смещениях.
При очистке коллоидных растворов целесообразнее, в качестве средства для удаления шлама, применять не донный шламовый конвейер 12, а производить откачку шлама шламовым насосом из специальных углублений, расположенных под нижней частью сепаратора, т.к. шлам представляет собой тину и при любом движении легко взмучивается. Данный способ опробован на ОАО «НЛМК» г.Липецк и является эффективным.
При попадании в емкость в слое ТЖ постоянно происходит процесс седиментации, когда более крупные частицы ферромагнитного шлама быстро осаждаются на дно емкости, а мелкие продолжают находиться в верхнем слое ТЖ, при этом для их улавливания необходимо более сильное магнитное поле в верхней части патрона, чем в нижней для более крупных частиц. Естественное распределение частиц по высоте потока ТЖ приводит к необходимости изменения условий улавливания частиц магнитным патроном, при этом нет смысла улавливать более крупные частицы, т.к. они сами хорошо осаждаются на дно емкости и удаляются донным шламовым конвейером. Анализ гранулометрического состава шлама позволяет определить, какие ферромагнитные частицы для данного потока на данной длине емкости осядут до магнитного сепаратора, какие пройдут под сепаратором и осядут после него, а какие останутся во взвешенном состоянии в ТЖ. Учитывая, что очищенная ТЖ забирается из верхней части емкости, необходимо более тщательно производить очистку ТЖ в средних и верхних слоях. Высота очищаемого слоя ТЖ может изменяться с помощью поворотного портала. Также, в наклонном положении портала, когда очищаемый слой ТЖ меньше длины патронов, большее количество магнитов в патронах задействованы для сепарации данного слоя, при этом улучшается качество очистки, а следовательно, существует возможность увеличить скорость потока ТЖ и производительность, не увеличивая количества патронов.
Различные положения магнитного сепаратора в емкости позволяют принимать на очистку ТЖ с различной загрязненностью, направлением и высотой потока.
Для улучшения качества очистки ТЖ и увеличения производительности целесообразнее применять постоянные магниты, расположенные внутри гильзы, которые различаются между собой магнитной силой по длине патрона от более слабых в нижней части патрона к более сильным в верхней части. Например, в нижней части патрона могут располагаться магниты с остаточной индукцией (Br) 0,3-0,35Т, в средней - (Br) 0,4-0,5Т, а в верхней - (Br) 0,7-0,75Т. В зависимости от характеристики шлама, способа подвода ТЖ к сепаратору и условий эксплуатации возможны и другие варианты расположения магнитов с различной силой по длине патрона. Такое решение позволяет более эффективно производить очистку ТЖ и увеличить производительность.
Также эффективность очистки ТЖ повышается, если размещать патроны одинаковой магнитной силой по длине патрона, но различной магнитной силой по рядам. Например, первый ряд магнитных патронов выполнен из более сильных магнитов, с остаточной магнитной индукцией (Br) - 0,6Т, а второй или последующие ряды - (Br) - 0,35Т. При прохождении первого ряда с более сильными магнитами коллоидные частицы шлама, которые не осели на патроны в первом ряду, интенсивно образуют агрегаты, значительно превышающие по своим размерам исходные частицы, при этом усиливается взаимное притяжение частиц и интенсивность их осаждения во втором или последующих рядах. Это объясняется магнитной коагуляцией частиц шлама. В зависимости от характеристики шлама, способа подвода ТЖ к сепаратору и условий эксплуатации существуют и другие варианты расположения патронов с различной магнитной силой по рядам. Такое решение, также позволяет эффективнее очищать ТЖ.
Применение магнитов различной силы по длине патрона и (или) по рядам патронов позволяет более эффективно улавливать в потоке ТЖ практически все типоразмеры ферромагнитных частиц при одновременном увеличении производительности.
Работа магнитного сепаратора осуществляется следующим образом.
В режиме сепарации рама находится в крайнем нижнем положении, при котором магнитные патроны погружены в поток очищаемой ТЖ в емкости. Происходит активное осаждение магнитного шлама на патронах. С увеличение слоя шлама эффективность улавливания частиц снижается ввиду снижения напряженности магнитного поля к периферии магнитного слоя. Достаточность цикла сепарации определяется либо оператором опытным путем, либо иными средствами (по времени, по массе и др.).
Для удаления ферромагнитного шлама привод осуществляет подъем рамы в крайнее верхнее положение. Патроны со шламом полностью извлекаются из ТЖ, при этом проходя через неподвижный шламосъемник, шламосъемные элементы снимают слой шлама, который под действием магнитных сил собирается в более крупные образования, то есть конгломерируется и без раздробления, проходя слой жидкости и звенья конвейера, оседает на дне емкости. Скребковый конвейер подбирает куски шлама и транспортирует его из емкости.
После очистки патронов сепаратор вновь готов к работе. Привод опускает раму в крайнее нижнее положение. Далее цикл работы магнитного сепаратора повторяется.
В погруженном состоянии портала на различных уровнях ТЖ, когда шламосъемник находится в ТЖ, сепаратор работает аналогичным образом, с одной разницей, что шлам с магнитных патронов снимается шламосьемными элементами по обе стороны патронов, т.к. во время очистки патронов они продолжают улавливать шлам. Удаленный шлам проходит через тонкие части наконечников патронов и через кронштейн, а далее, попадая на дно, удаляется из емкости донным шламовым конвейером.
Поскольку все элементы магнитного сепаратора выполнены из материалов, не представляющих вредности для человека, а принцип работы позволяет принимать сепаратору различные положения от 0° до 90°, при сохранении прочности и жесткости конструкции, возможно применение данного магнитного сепаратора для очистки сыпучих веществ и сыпучих пищевых продуктов, с целью удаления из них случайно попавших ферромагнитных частиц или предметов. Для этого сепаратор устанавливается в наклонном или горизонтальном положении. Сквозь магнитные патроны просыпается очищаемая масса, из которой задерживаются ферромагнитные частицы или предметы, которые удаляются вручную или шламосъемником на подводимый конвейер. В режиме очистки магнитных патронов просыпание массы не осуществляется. Далее цикл работы магнитного сепаратора повторяется.
Контроль и управление за работой патронного магнитного сепаратора осуществляется с пульта. Предусмотрен ручной и автоматический режим работы магнитного сепаратора.
По многолетнему опыту эксплуатации магнитных сепараторов для очистки ТЖ на металлургических и машиностроительных предприятиях (ОАО «НЛМК» г.Липецк, ОАО «Северсталь» г.Череповец и многих других) подтверждена их высокая эффективность.
Преимущества заявляемого сепаратора:
- по сравнению с прототипом поворотная портальная конструкция исключает консоль колонки относительно установочной рамы, позволяет повысить устойчивость и надежность работы всех узлов,
- различные положения поворотного портала в емкости позволяют очищать ТЖ с различным направлением и высотой потока,
- сохраняются простая кинематика и высокая технологичность конструкции,
- неподвижный шламосъемник, расположенный на поворотном портале, позволяет упростить конструкцию сепаратора и увеличить его надежность,
- повышается устойчивость, надежность и долговечность кассеты магнитных патронов,
- конструкция патронов позволяет увеличить их жесткость и прочность,
- равномерная нагрузка на все патроны в течение времени эффективной очистки,
- повышается эффективность и производительность очистки ТЖ за счет применения в магнитных патронах набора цилиндрических или полых цилиндрических магнитов различной магнитной силы по длине и (или) по рядам патронов,
- степень очистки до 95-99%, достаточная периодичность работы 1-2 раза в смену,
- удаляются из ТЖ частицы размером менее 1-3 мкм,
- увеличивается производительность,
- очищаются любые типы ТЖ, в том числе и на масляной основе,
- по сравнению с прототипом упрощается монтаж, настройка и ремонт магнитного сепаратора,
- улучшаются технико-экономические показатели,
- поворотная портальная конструкция позволяет размещать сепаратор не только на емкости или внутри ее, а, например, в бетонных каналах для прохождения ТЖ и др.