УСТРОЙСТВО С ВИХРЕВЫМ ФЕРРОМАГНИТНЫМ СЛОЕМ

Полезная модель относится к области измельчения и перемешивания сыпучих/жидких сред и может использоваться как высокоэффективная мельница (дающая помол до наноразмеров), миксер, активатор физических и химических процессов в различных областях промышленности при производстве новых типов строительных материалов, красок, парфюмерных композитов и т.д..
Известно индукционное устройство для перемешивания и измельчения жидких и сыпучих сред, (полезная модель №53933 МПК В01А 13/08, 10.06.2006 г.), содержащее корпус, внутри которого расположен индуктор, две цилиндрические втулки, образующие кольцевую рабочую зону, в которой находятся ферромагнитные частицы. На втулке меньшего диаметра расположены ферромагнитный сердечник и многофазная обмотка.
К недостаткам данного устройства можно отнести неэффективное смешивание и измельчение компонентов из-за невозможности создать большую величину индукции магнитного поля в кольцевом рабочем зазоре при такой конструкции индуктора. Аппарат труден в конструктивном исполнении, имеет большие удельные энергетические затраты.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является активатор Лонгвиненко («Интесификатор технологических процессов на основе активатора с вихревым ферромагнитным слоем», изд-во «Техника», 1975 г.). Устройство представляет собой корпус с расположенным внутри него индуктором, в полостях которого расположены электромагнитные катушки. Центрально расположенная цилиндрическая рабочая зона, ограниченная втулкой, заполнена ферромагнитными частицами. Для охлаждения индуктор с катушками помещен в трансформаторное масло. Индуктор выполнен 6-полюсным, катушки расположены на радиальных частях полюсов. Индуктор устройства собирается из вырубленных прессом из трансформаторного железа 6-ти полюсных листов, что намного удорожает и усложняет его изготовление, ведет к большим отходам исходного материала, увеличению материалоемкости, сложности монтажа и охлаждения электромагнитных катушек, а также оперативного обслуживания устройства в целом. Конструкция, в конечном счете, ведет к невозможности получить высокое значение магнитной индукции в рабочей зоне.
Задачей полезной модели является повышение эффективности перемешивания и измельчения различных сред за счет высокой плотности энергии магнитного поля в рабочей зоне, снижение материалоемкости, улучшения обслуживания и экономичности эксплуатации.
Для этого предложено устройство с вихревым ферромагнитным слоем, включающее индуктор, электромагнитные катушки, центрально расположенную цилиндрическую рабочую зону с ферромагнитными частицами, ограниченную втулкой, при этом индуктор состоит из 6-и П-образных отдельных блоков, с установленными на каждом блоке в их средней части электромагнитными катушками, выполненными из полых медных трубок, охлаждаемых трансформаторным маслом, две рабочие зоны расположены напротив радиальных частей индуктора и ограничены сетками, закрепленными на втулке, при этом рабочие зоны частично заполнены ферромагнитными частицами с большой коэрцитивной силой.
На фигуре 1 дана принципиальная схема устройства, на фигуре 2 - дан вид устройства сверху по центральному сечению, где 1 - стойка, 2 - рабочие зоны, 3 - электромагнитные катушки, 4 - индуктор, 5 - основная труба, 6 - втулка, 7 - сетки.
На стойке 1 установлен трехфазный электромагнитный индуктор 4, выполненный из 6-П-образных блоков, каждый из которых собран из листового трансформаторного железа с большой магнитной проницаемостью, в средней части каждого блока намотаны охлаждаемые потоком трансформаторного масла медные трубки - электромагнитные катушки 3, по оси устройства установлена основная труба 5, обеспечивающая состыковку устройства с периферией в технологической цепочке, в трубе 5 установлена втулка 6, внутри которой напротив радиальных частей индуктора сформированы две рабочие зоны 2, ограниченные по высоте сетками 7, которые препятствуют выносу элементов рабочего тела потоком готовой продукции за область рабочих зон. Рабочие зоны частично заполнены элементами рабочего тела из магнитного материала с большим значением коэрцитивной силы, например, из электротехнической стали марки ЕХ9К15М2.
4
5
3
При диаметре втулки 4 ~0,1 м и высоте рабочих зон ~0,2 м были получены значения магнитной индукции в рабочих зонах до ~10 Гс, что соответствует плотности энергии в активной зоне ~4 10 Дж/м.
4
Конструкция индуктора оптимизирована на получение в рабочей зоне более высокого значения индукции магнитного поля за счет существенного уменьшения рассеянных полей и увеличения отношения длины рабочей зоны к ее диаметру вдвое при снижении общего веса индуктора с электрическими обмотками из медной трубки. Индуктор рассчитан на получение магнитной индукции в рабочих зонах до 10 Гс, Эффективность предлагаемого устройства обусловлена также тем, что воздействие высокого значения магнитной индукции с частотой ~ килогерца приводит к существенному ослаблению сил взаимодействия в твердых кристаллических материалах, например, в горных породах по плоскостям спайности и, следовательно, к более эффективной их диспергации, а также физико-химической активации получаемых при этом частиц. Для увеличения плотности энергии в рабочей зоне материал, используемый для элементов рабочего тела, выбран магнитно жестким с большой коэрцитивной силой.
Кроме того, материалоемкость заявляемого устройства по сравнению с материалоемкостью прототипа намного ниже, поскольку не требует громоздкого металлического кожуха для масляного охлаждения индуктора в целом и снижения веса самого индуктора и его электрических обмоток. Конструктивные особенности заявляемого устройства намного упрощают проведение его технического обслуживания и текущего ремонта по сравнению с устройством-прототипом. Одним из технических результатов данного устройства является то, что величина электромагнитной индукции и ее частотная характеристика приводят к предварительному снижению прочности обрабатываемого материала. Это способствует увеличению эффективности процессов диспергации твердых кристаллических материалов, снижению энергетических затрат процесса и удельного износа оборудования. Измельчение твердых материалов в рабочей зоне модуля происходит за счет «стесненного удара», в результате которого крупинки полученных порошков имеют очень острые края, что способствует увеличению как физической, так и химической их активности. Это позволяет получить большую активность «вяжущего», получаемого из них при затворении их раствором щелочи или соды и более высокой активности при использовании их в порошковой химии. Данная же характеристика способствует и активации процесса получения суспензий из этих порошков. Благодаря мощному турбулентному движению смеси жидкостей в рабочей зоне, устройство может эффективно применяться и для получения эмульсий практически несмешиваемых жидкостей. Процессы измельчения материалов в рабочей зоне модуля носят поверхностный характер, поэтому эти процессы идут тем более активно, чем выше удельная площадь исходного продукта. В условиях протекающих процессов обработки материала не происходит «комкования» порошков, поэтому с увеличением тонины порошков эффективность процесса не снижается, а наоборот, как уже отмечалось выше - возрастает. Поскольку в рабочей зоне модуля нет ни подшипников, ни трущихся конструктивных элементов, то при работе устройства, в принципе, не может происходить заклинивания и остановки оборудования. Данное оборудование малошумящее с малой материалоемкостью по сравнению с другими аналогичными оборудованиями данного назначения. Износу подвергаются только стенки втулки, ограничивающей рабочие зоны и элементы рабочего вещества, которые легко заменяются при текущем обслуживании оборудования. Долговечность составляет ~1000 часов при выполнении втулки рабочей зоны из стали Х18Н9Т.