АППАРАТ ВИХРЕВОГО СЛОЯ
VORTEX LAYER APPARATUS

Изобретение относится к областям энергетики и экологической защиты окружающей среды и может быть использовано в химической, энергетической, нефтегазодобывающей и других областях промышленности, в частности для очистки промышленных и бытовых стоков.
7
Известно устройство [1. Патент РФ 2446867, МПК B01F 3/08], содержащее две последовательных рабочих зоны трубы с рабочими телами в виде ферромагнитных частиц (иголок) внутри и наружными электромагнитными индукторами, создающими вращающееся в противоположных направлениях магнитное поле. На входе рабочих зон установлены дефлекторы, придающие поступающей жидкости вращение в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля. На выходе дефлекторы останавливают вращение жидкости и препятствуют выносу частиц и рабочих зон. В двух рабочих зонах создается вращающееся магнитное поле регулируемой напряженности, частоты и направления вращения.
Недостатками указанного устройства являются:
- сложность конструктивного исполнения;
- высокая материалоемкость и большие энергозатраты при обработке жидкости;
- не решена проблема износа поверхности установки в рабочей зоне, что приводит к выходу из строя всего устройства.
7
В качестве прототипа принимаем активатор жидкости [2. Патент РФ 2224586, МПК B01F 13/08, B01J 8/16], содержащий рабочую зону трубы, покрытой слоем износоустойчивой керамики, с рабочим телом в виде биметаллических иголок с наружной поверхностью из немагнитного металла, например титана, с сердцевиной из ферромагнитного материала и наружным электромагнитным индуктором.
Недостатки прототипа:
- недостаточная эффективность и качество обработки жидкости;
- нанесение износоустойчивой керамики увеличивает время эксплуатации активатора, но не решает задач долговечности его эксплуатации в целом;
- не решена проблема замены ферромагнитных частиц (иголок) при их износе, что усложняет эксплуатацию активатора.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и качества обработки жидкости и упрощение эксплуатации.
Указанный результат достигается тем, что аппарат вихревого слоя содержит сменный картридж из немагнитного материала, установленный в активной зоне трубы, с рабочим телом в виде ферромагнитных иголок внутри реакционной камеры и наружным электромагнитным индуктором, причем сменный картридж представляет собой цилиндр, с установленным внутри стержнем, закрытый с торцов вихревыми диффузорами с лопастями, перекрывающими друг друга. В сменном картридже сделаны вставки из ферромагнитного материала, позволяющие задавать вращение картриджа в активной зоне аппарата.
Указанная совокупность нововведений позволяет повысить эффективность и качество жидкости и упростить эксплуатацию.
На Фиг.1 изображен общий вид предлагаемого аппарата вихревого слоя, где 1 - наружный электромагнитный индуктор, 2 - сменный картридж, 4 - активная зона трубы, 5 - ферромагнитные частицы (иголки), 6 - реакционная камера, 7 - вихревые диффузоры с лопастями, перекрывающими друг друга, 8 - ограничительные кольца, 9 - стержень (втулка). На Фиг.2 представлена схема сменного картриджа, где 3 - вставки из ферромагнитного материала, 7 - вихревые диффузоры с лопастями, перекрывающими друг друга, 9 - стержень (втулка). Фиг.3 - изменение величины магнитной индукции вдоль рабочей зоны трубы.
Работает аппарат вихревого слоя следующим образом. Магнитный индуктор 1, подключенный к сети переменного тока, создает в рабочей зоне вращающееся магнитное поле. Сменный картридж 2, за счет сделанных в нем вставок из ферромагнитного материала 3, под воздействием магнитного поля начинает вращаться в активной зоне трубы 4. Ферромагнитные частицы (иголки) 5, помещенные в реакционную камеру 6, под воздействием магнитного поля также совершают интенсивное движение. Варьирование масс феромагнитных частиц (иголок) 5 и ферромагнитных вставок 3 в сменном картридже 2 позволяет задавать при их вращение различную скорость относительно друг друга.
Жидкость, поступая в реакционную камеру 6, проходит через вихревые диффузоры 7, расположенные с торцов сменного картриджа 2. Ограничительные кольца 8 препятствуют выносу картриджа потоком жидкости из активной зоны трубы 4. При прохождении через вихревые диффузоры 7 жидкость рассекается на мельчайшие капли и получает начальное вращение, попадая в реакционную камеру 6. При взаимодействии ферромагнитных частиц 5, совершающих интенсивное движение с каплями жидкости, осуществляется эффективное перемешивание, активация жидкости и ускорение физико-химических реакций при обработке жидкости.
В прототипе ферромагнитные частицы (иголки), вращаясь в рабочей зоне трубы, неравномерно распределяются по объему, частично смещаясь к периферии трубы. В предлагаемом аппарате диаметр стержня (втулки) 9, установленного внутри сменного картриджа 2, подобран таким образом, что ферромагнитные частицы (иголки) 5 распределяются в зоне с наибольшим значением величины магнитной индукции, повышая эффективность и качество обработки жидкости. Кроме того, вихревые диффузоры 7, установленные с торцов сменного картриджа 2, предотвращают вынос иголок за пределы картриджа.
Следующим преимуществом предложенного аппарата является возможность замены ферромагнитных частиц (иголок) 5 при их износе, за счет применения сменного картриджа 2 в аппарате. В прототипе эта задача не решена.
Кроме того, в прототипе для активирования жидкости используется вся рабочая зона трубы. Однако величина магнитной индукции вдоль рабочей зоны трубы сильно меняется, как показано на Фиг.3. Установлено, что для процессов перемешивания жидкости или различных фаз, например с газом, необходима величина магнитной индукции в интервале от 0,1 Тл до 0,19 Тл. В предлагаемом аппарате сменный картридж 2 устанавливается в активной зоне трубы 4 (соответствующей интервалу магнитной индукции). В пассивных зонах трубы могут быть установлены адсорбционные фильтры, например, при очистке жидкости от металлических загрязнений.
Изобретение позволяет повысить эффективность и качество обработки жидкости, а также упростить эксплуатацию аппарата. Кроме того, применение описанного выше сменного картриджа позволит унифицировать аппарат вихревого слоя для использования в различных областях промышленности, что приведет к снижению стоимости аппарата вихревого слоя при серийном производстве. При одном типе аппарата вихревого слоя, могут использоваться картриджи с различной массой и распределенными по их объему ферромагнитными вставками. Картриджи могут заполняться различными по массе и количеству ферромагнитными частицами (иголками) и катализирующими добавками, в зависимости от решаемых задач.