УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ НАКИПЕОБРАЗОВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРУБ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Полезная модель относится к защите от накипеобразования внутренних поверхностей металлических и неметаллических труб, теплообменников и емкостей, контактирующих с водами и водными средами с помощью магнитного поля.
Известно устройство для предотвращения накипеобразования внутренних поверхностей металлических и неметаллических труб (RU №2010010, кл. С02F 1/48, 1992 г.), включающее трубчатый корпус с резьбовыми патрубками на торцах и магнитной системой на постоянных прямоугольных магнитах, закрепленных в стенках полого цилиндра, установленного в корпусе устройства коаксиально между торцами патрубков.
Наиболее близким по технической сущности является противонакипное магнитное устройство, включающее корпус-трубопровод с входным и выходным патрубками, внутри или с внешней стороны которого установлено несколько пар постоянных магнитов или катушек электромагнитов, причем пары магнитов расположены друг от друга на расстояниях, величины которых являются членами геометрической прогрессии, а магниты размещены по длине корпуса с чередованием полюсов (SU №1212969А, МПК С02F 1/48, 1986 г.).
Недостатком указанных устройств является низкая эффективность процесса коагуляции и степени противонакипной обработки, т.к. обработку воды производят магнитными полями, образованными постоянными магнитами, обращенными друг к другу разноименными полюсами, и при этом не учитываются свойства внутренней поверхности трубопровода, подсоединенного к выходному патрубку устройства.
Задачей полезной модели является создание устройства, позволяющего снизить процесс накипеобразования внутренних поверхностей труб.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение процесса коагуляции в водных средах за счет создания спинового поля электронов воды и коагулирующих в ней примесей по знаку, противоположному знаку спинового поля электронов атомов внутренней поверхности трубы.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в устройстве защиты от накипеобразования внутренних поверхностей труб магнитным полем, содержащее корпус-трубопровод с патрубками на торцах и закрепленную на его оси магнитную систему, установленную внутри кожуха и представляющую собой последовательность установленных вдоль длины корпуса-трубопровода постоянных магнитов, находящихся на расстоянии друг от друга, согласно полезной модели постоянные магниты магнитной системы обращены друг к другу одноименными полюсами, образуя магнитные пары, создающих спиновое поле электронов, ориентированных противоположно спиновому полю электронов атомов внутренней поверхности трубы, причем количество магнитных пар должно быть не менее двух. Кроме того, постоянные магниты установлены с одной внешней стороны поверхности корпуса-трубопровода одноименными полюсами, причем количество магнитов должно быть не менее двух. Постоянные магниты и магнитные пары также могут быть установлены равномерно на внешней поверхности корпуса-трубопровода по винтовой линии.
Диаметральное расположение постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами, позволяет более эффективно поляризовать по спинам протонную систему воды и примесных ионов, когда используется корпус-трубопровод большого диаметра. Это обеспечивает улучшение процесса коагуляции в водных средах примесных ионов и, как следствие, снижение процесса накипеобразования.
Одностороннее расположение на внешней поверхности корпуса-трубопровода малого диаметра постоянных магнитов одноименными полюсами на расстоянии друг от друга позволяет сократить вдвое количество дорогостоящих постоянных магнитов, что отразится на экономических показателях, и обеспечит эффективную поляризацию по спинам протонную систему воды и примесных ионов в протекающих с большими скоростями обрабатываемых водных потоков. Это также улучшает процесс коагуляции в водных средах примесных ионов и, как следствие, снижение процесса накипеобразования.
Использование двух и более магнитов или магнитных пар на корпусе-трубопроводе на расстоянии друг от друга будет способствовать более эффективной спиновой поляризации воды и находящихся в ней примесных ионов на большей длине, и снизить процесс накипеобразования.
Расположение двух или более постоянных магнитов или магнитных пар на корпусе-трубопроводе на расстоянии друг от друга повышает результирующее спиновое поле электронов, величина которого определяется суммой спиновых полей электронов примесей каждого из магнитов. Это в свою очередь повышает эффективность процесса коагуляции и степени противонакипной обработки, особенно при больших скоростях протекания воды. В случае расположения постоянных магнитов или магнитных пар рядом они будут работать как один магнит, что снизит эффект обработки воды, преимущественно при больших скоростях протекания воды.
Если скорость обрабатываемой воды небольшая, а ее поток носит ламинарный характер, то постоянные магниты или магнитные пары устанавливают на внешней поверхности корпуса-трубопровода по винтовой линии, что повышает результирующее спиновое поле электронов и, как следствие, эффективность процесса коагуляции и степень противонакипной обработки.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез противонакипного устройства с диаметрально расположенными магнитами на внешней поверхности корпуса-трубопровода, имеющего большой диаметр трубы, на фиг.2 - то же, поперечный разрез; на фиг.3 показан продольный разрез устройства с односторонним расположением магнитов одноименными полюсами на внешней поверхности корпуса-трубопровода с малым диаметром трубы, на фиг.4 - то же, поперечный разрез. На фиг.5 и 7 представлено устройство с расположением магнитов и магнитных пар по винтовой линии, а на фиг.6 и 8 - поперечные разрезы.
Устройство состоит из корпуса-трубопровода 1, по которому протекает обрабатываемая вода через вводной патрубок 2, расположенный с торца корпуса 1 и выводной патрубок 3, расположенный с противоположного торца корпуса 1. Корпус - трубопровод 1 связан с трубопроводом 4. На внешней поверхности корпуса-трубопровода 1 смонтирована магнитная система, включающая постоянные магниты 5, образующие магнитные пары, в которых магниты 5 обращены друг к другу одноименными полюсами. Корпус-трубопровод 1 с магнитной системой, установлен в немагнитном цилиндрическом кожуха 6. Буквами «N» и «S» обозначены полярности магнитных полюсов магнитов 5.
Устройство работает следующим образом. Первоначально с помощью жидкокристаллического емкостного датчика, определяют знак спинового поля электронов трубопровода 4, по которому будет протекать обработанная противонакипным устройством вода.
При выборе полярности магнитов, устанавливаемых на внешнюю поверхность корпуса-трубопровода 1, исходят из того, что обычный постоянный магнит 5 имеет спиновые поля. Северный полюс магнита 5 формирует правостороннее спиновое поле, а южный полюс - левостороннее. Следовательно, спиновое поле одного из полюсов магнита 5, попадая в воду, ориентирует в водной среде спины протонов (ядра водорода молекулы воды) и спины примесных ионов железа, кальция, магния и т.д., так, что они повторяют пространственную структуру спинового поля этого полюса магнита 5, т.е. спиновое поле полюса магнита 5 поляризует по спинам протонную систему воды и примесных ионов и переводят их в другое спиновое состояние.
Спины электронов воды и находящихся в ней примесей до обработки, имеющие хаотическую спиновую направленность, после обработки образуют систему одинаково ориентированных спинов. Однонаправленные спины электронов примесных атомов взаимно притягиваются, в результате чего происходит коагуляция водных примесей, имеющих противоположный знак спиновому заряду электронов внутренней поверхности трубопровода 4. Так как знак спинового поля этих образований противоположен знаку спинового поля электронов атомов внутренней поверхности трубопровода 4, то за счет отталкивающего эффекта не будет происходить налипание сформировавшихся в воде образований на внутреннюю поверхность стенки трубопровода 4. За счет этих процессов повышается эффективность коагуляции и степень противонакипной обработки воды. Итак, если спиновой заряд внутренней поверхности трубопровода 4 формирует левостороннее спиновое поле, то магниты 5 на корпусе-трубопроводе 1 нужно закреплять северным полюсом, формирующим правостороннее спиновое поле.
Так как спиновое поле не имеет практически физических экранов, то корпус - трубопровода 1 может изготавливаться из магнитного или немагнитного материала.
Пример 1.
На внешнюю поверхность корпуса-трубопровода 1 диаметром 70 мм закрепили три магнитных пары по винтовой линии на расстоянии 35 мм друг от друга с обращенными друг к другу одноименными полюсами магнитами 5.
Для оценки работы устройства были проведены анализы вод, взятых из трубопровода 4, подсоединенного к выходному патрубку 3 корпуса-трубопровода 1 с установленными на его поверхности магнитов 5 и без них.
Результаты анализов приведены в таблице.
Показатели воды
Обработанная магнитами вода
Необработанная магнитами вода
1. Цветность, градус шкалы:
- не кипяченая вода
16
16
- после кипячения
147
123
2. Общая жесткость после кипячения, мг-экв/л
6.34
5.66
3.Оптическая плотность после кипячения:
- светофильтр №9
0.037
0.048
- светофильтр №6
0.125
0.078
- светофильтр №4
0.221
0.180
Из таблицы видно, что жесткость обработанной воды стала на 12% больше, чем жесткость необработанной воды за счет отложения солей на внутренние стенки трубы. Отличной стала и цветность вод после кипячения на 19.5%. Оптические плотности, замеренные через светофильтры №9, №6, №4 фотоэлектроколлориметра ФЭК-56М после кипячения, отличаются соответственно на 26%, 54.5%, 25.1% из-за коагуляции в обработанной воде атомов кальция и других примесных включений. Это подтверждает эффективность процесса коагуляции и степени противонакипной обработки.
Пример 2.
На внешнюю поверхность корпуса-трубопровода 1 диметром 25 мм закрепили по винтовой линии три магнита 5 одноименными полюсами на расстоянии 35 мм друг от друга.
Для оценки работы устройства были взяты пробы воды из подсоединенной к корпусу-трубопроводу 1 трубопровода 4 с установленными магнитами 5 и без них.
Образцы взятых вод в объеме 1 л, разливали в стеклянные прозрачные сосуды, их устанавливали на электроплитки и доводили до кипения. Через 5-7 минут на стенках сосуда с необработанной водой стала образовываться желтая накипь, а стенки сосуда с обработанной водой продолжали оставаться чистыми в течение 30 минутного эксперимента.
Это тоже подтверждает эффективность процесса коагуляции и степени противонакипной обработки.
Устройство отличается эффективностью, экологической чистотой - безвредно для человека и окружающей среды, а также дешевизной, так как для работы не требуется источник электрического тока. Отсутствует необходимость дозирования в водные среды противонакипных реагентов, что часто невозможно из-за санитарных требований и технологических условий. В настоящее время устройство в течение года проходит промышленные испытания на водопроводах Тверской области.