Магнитный сепаратор
MAGNETIC SEPARATOR

Изобретение относится к магнитной сепарации и предназначено для очистки различных сыпучих материалов от содержащихся в них магнитовосприимчивых примесей (частицы коррозии и износа оборудования, окалина, последствия металлообработки, ремонта, обслуживания и др.).
Из уровня техники известны многие магнитные сепараторы, общими признаками которых является то, что они содержат магнитную систему (магниты или катушки с сердечниками) и элементы магнитопровода, обращенные к потоку сепарируемой среды (см. например: патент RU 2513946 С1, дата публикации: 20.04.2014, патент RU 52741 U1, дата публикации. 27.04.2006, патент RU 38122 U1, дата публикации: 24.03.2004 и др.)
Общий недостаток этих устройств в том, что в них отсутствуют концентраторы магнитного поля, погружаемые в сепарируемую среду. Тем самым, обеспечивая магнитный захват лишь сравнительно крупных магнитовосприимчивых примесей, проходящих вблизи рабочей части элементов магнитопровода, не обеспечивается магнитный захват сравнительно мелких примесей, а также крупных примесей, проходящих вдали от рабочей части магнитопровода. Это не позволяет достичь высокой эффективности сепарации.
Известен магнитный сепаратор [патент RU 2211732 С1, дата публикации: 10.09.2003], который содержит магнитную систему с протяженными (по направлению движения сепарируемой среды) ферромагнитными концентраторами магнитного поля (концентраторы - гребенчатого типа), выступающими за пределы магнитных блоков в рабочую зону сепарации, причем высота концентраторов изменяется по длине магнитной системы.
Данное устройство обладает тем недостатком, что смежные гребенчатые элементы магнитопроводов (концентраторы), выступающие в зону магнитной сепарации, образуют желоба по ходу движения потока среды, что обусловливает стесненное движение сепарируемой среды, уменьшает проходное сечение и не способствует желательному (при осуществлении магнитной сепарации) перемешиванию среды. При этом осложняется захват элементами магнитопровода магнитовосприимчивых примесей, особенно тех, которые равноудалены от смежных элементов магнитопровода.
Также известен магнитный сепаратор [патент RU 2197330 С2, дата публикации: 27.01.2003], содержащий замкнутую цепь с блоками намагничивания и расположенными в рабочей зоне сепарации протяженными (по направлению движения сепарируемой среды) гребенчатыми элементами магнитопровода (ферромагнитными концентраторами) клинообразной формы в виде ребер.
Данное устройство обладает тем же недостатком, что и предыдущее.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является магнитный сепаратор [патент RU 2116838 С1, дата публикации: 10.08.1998]. Он включает в себя два рабочих органа, каждый из которых состоит из системы постоянных магнитов и примыкает к ферромагнитной пластине, а также ферромагнитных полюсных зубцов (в виде усеченных пирамид), погруженных в поток сепарируемой среды и способствующих ее перемешиванию - при увеличенном (в сравнении с упомянутыми аналогами) проходном сечении в зоне сепарации.
Основным недостатком прототипа является то, что зубцы являются однополярными магнитными концентраторами (в каждом из двух рабочих органов сепаратора), что препятствует созданию поперечно-направленных магнитных потоков в пространствах между смежными зубцами и появлению высокоинтенсивных (по магнитному потоку) зон захвата примесей. Как следствие, это негативно сказывается на эффективности сепарации. К тому же, неоправданно габаритной (и неэкономичной) является система постоянных магнитов, примыкающих к ферромагнитной пластине по всей ее плоскости, а не локально - в местах сосредоточения зубцов, призванных выполнять основную роль по захвату примесей.
Задача изобретения заключается в повышении эффективности работы и экономичности магнитного сепаратора.
Сущность изобретения заключается в том, что в магнитном сепараторе (зубчатом) постоянные магниты расположены между ферромагнитной пластиной и зубцами, причем полюсная поверхность каждого из магнитов совмещена с основанием зубца, а смежные магниты ориентированы к пластине противоположными полюсами, создавая локальные магнитные контуры, включающие тело пластины, смежные магниты и соответствующие зубцы. При этом толщина ферромагнитной пластины δ выбирается из условия:  где B - индукция на поверхности магнита, S - площадь полюсной поверхности магнита, [B] - технологически допустимая индукция магнитного поля в теле магнитопровода (соответствует значению индукции, не достигающей области магнитного насыщения металла магнитопровода), D - диаметр магнита. Это условие, необходимое для создания магнитного потока между смежными зубцами (при работе тела ферромагнитной пластины в режиме, далеком от магнитного насыщения), следует из соответствия магнитного потока, создаваемого магнитом, т.е.  магнитному потоку, проходящему преимущественно по участку тела пластины сечением δ⋅D, т.е.
Для уменьшения сопротивления потоку среды, повышения пропускной способности сепаратора, в магнитном сепараторе зубцы могут быть выполнены в виде конусов, либо усеченных конусов. При этом зубцы могут быть выполнены одинаковой высоты, или различной высоты с убывающей высотой по ходу потока сепарируемого материала.
Технический результат, который достигается от использования изобретения, заключается в том, что вследствие описанного взаимного расположения элементов магнитопровода с узлами намагничивания (постоянные магниты) обеспечивается формирование локальных магнитных контуров, включающих тело пластины, смежные магниты и соответствующие зубцы. При этом в пределах рабочей зоны сепарации создается система разветвленных магнитных контуров чередующейся противоположной направленности. За счет создания поперечно-направленных магнитных потоков в пространствах между смежными зубцами и появлению высокоинтенсивных (по магнитному потоку) зон захвата примесей обеспечивается эффективный режим работы сепаратора. При этом также обеспечивается его экономичность - за счет целенаправленного и рационального расположения магнитов: согласно расположению зубцов.
На фиг. 1 приведена функциональная схема рабочей зоны зубчатого магнитного сепаратора: 1 - ферромагнитная пластина, 2 - постоянный магнит, 3 - концентратор (зубец конусный), 4 - ход магнитных силовых линий (показано на примере выделенных контурных линий). На фиг. 2 приведен фрагмент зубчатого магнитного сепаратора. 1 - ферромагнитная пластина, 2 - постоянный магнит, 3 - концентратор (зубец конусный).
Магнитный сепаратор работает следующим образом. Сепарируемая среда проходит сквозь зону сепарации, обтекая зубцы 3, пристыкованные к постоянным магнитам 2, которые установлены на ферромагнитной пластине 1. Благодаря тому, что постоянные магниты, тело пластины и зубцы, погруженные в сепарируемую среду, создают ряд магнитных контуров противоположной направленности (с созданием поперечно-направленных магнитных потоков в пространствах между смежными зубцами), сепарируемая среда, проходящая между зубцами, подвергается воздействию интенсивного магнитного поля, обеспечивая магнитное осаждение магнитовосприимчивых примесей на зубцах 3 и высокую эффективность, а также экономичность магнитной сепарации.
Изобретательский уровень предложенного устройства подтверждается отличительной частью формулы изобретения.