МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР, МАГНИТОВОД И СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ЖИДКОЙ СРЕДЫ
MAGNETIC SEPARATOR, MAGNETIC CONDUCTOR AND METHOD FOR EXTRACTION OF MAGNETIC PARTICLES FROM LIQUID MEDIUM

Изобретение относится к области магнитной очистки технологических жидкостей (ТЖ), смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), моющих растворов и может быть использовано на металлообрабатывающих производствах при обработке металлов давлением, резанием и прокатке.
Известен "Магнитный фильтр-сепаратор" по авт. св. №915897; кл. В01D 35/06, В03С 1/00; опубл. 30.03.1982; бюл. №12. Он содержит емкость в виде вертикального цилиндрического корпуса с магнитными стержнями, выполненными в виде чередующихся магнитных и стальных немагнитных шайб, нанизанных на стальные стержни, укрепленные на трубной доске в верхней части фильтра, которая также перекрывает рабочий объем фильтра. Набор элементов гидросмыва включает горизонтальные напорные трубы в нижней части корпуса и вертикальные напорные трубы, равномерно распределенные между стержнями. Имеются трубы подвода и отвода конденсата и отмывочной воды. Производительность фильтра недостаточна с учетом его габаритов, так как гидросмыв магнитных частиц сложно обеспечить даже при создании мощного и скоростного потока промывной жидкости в небольшой по объему емкости. Также более 60 процентов объема корпуса занимают напорные трубы.
Способ магнитной сепарации жидкости, известный из указанного авт. св. 915897, заключается в том, что удаление из жидкости магнитных включений осуществляется за счет осаждения последних на магнитных стержнях, расположенных соосно движению очищаемой жидкости, а регенерационный смыв осажденных на магнитных стержнях магнитных включений осуществляется напором жидкости, направленным перпендикулярно магнитным стержням из труб, расположенных соосно вокруг магнитных стержней.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что очищаемая жидкость сепарируется в корпусе фильтра в турбулентном режиме, что существенно снижает качество ее очистки, а регенерационный смыв осажденных на магнитных стержнях магнитных включений, осуществляемый напором жидкости, направленным перпендикулярно магнитным стержням из труб, расположенных соосно вокруг магнитных стержней, малоэффективен вследствие того, что сам основной поток регенерационный жидкости в корпусе направлен вниз соосно магнитным стержням. При этом основной поток регенерационный жидкости изменяет вектор силы смыва и тем самым полностью не обеспечивается удаление магнитных включений с магнитных стержней.
Кроме того, конструкция известного устройства не позволяет использовать мощные магниты, магнитные стержни значительной длины, а также располагать магнитные стержни близко друг к другу, так как магнитные силы из-за разной полярности магнитов способствуют притягиванию магнитных стержней друг к другу, а в конечном итоге «слипанию» их между собой.
Эти обстоятельства резко снижают качество очистки жидкости и ограничивают производительность устройства очистки.
Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы повысить качество очистки жидкости, увеличить производительность магнитного сепаратора, повысить надежность и технологичность конструкции с учетом влияния магнитных полей стержней друг на друга и одновременно снизить себестоимость средств очистки.
Заявляются: магнитный сепаратор, магнитовод и способ извлечения магнитных частиц из жидкой среды. При этом магнитовод не имеет аналогов в технике разделения жидких и твердых сред, в частности в технике магнитной сепарации.
Магнитный сепаратор содержит емкость с патрубками и перегородками, вертикальный корпус, совокупность магнитных элементов в виде чередующихся магнитных и немагнитных шайб; средство для удаления осажденных магнитных частиц путем гидросмыва. В отличие от прототипа в корпусе размещены горизонтальные магнитоводы, выполненные в виде трубок из немагнитного материала, внутри которых находится с возможностью свободного перемещения вдоль трубки неразрывная цепь магнитных и немагнитных элементов, которые функционально разделяют магнитовод на чередующиеся рабочие и нерабочие зоны; в рабочих зонах размещены магнитные шайбы, разделенные составным немагнитным магнитопроводящим комплектом в виде двух седловидных шайб с шариком между ними; в нерабочих зонах магнитоводов размещены составные комплекты или шарики; на концах магнитовода размещены составные комплекты или шарики, взаимодействующие с штоком линейного привода с возможностью осуществления возвратно-поступательного перемещения цепи элементов в трубке; магнитоводы размещены в корпусе по всему объему емкости так, что трубки проходят насквозь все камеры сепаратора и установлены путем укладки в сквозных отверстиях вертикальных перегородок, разделяющих емкость на чередующиеся рабочие и нерабочие камеры, линейный размер которых вдоль магнитоводов соответствует протяженности рабочих и нерабочих зон магнитоводов; объем нерабочей камеры корпуса заполнен пенопластом; полость рабочей камеры сепаратора сообщается с патрубками подачи очищаемой жидкости и отвода очищенной жидкости. К корпусу может быть дополнительно подведен напорный трубопровод периодической подачи промывной жидкости для целей гидросмыва магнитных частиц с поверхности трубок.
Магнитовод, предназначенный для использования в указанном магнитном сепараторе, выполнен в виде трубки из немагнитного материала, внутри которой размещена неразрывная цепь магнитных и немагнитных элементов с возможностью разделения магнитовода на чередующиеся рабочие и нерабочие зоны; в рабочих зонах размещены с возможностью свободного перемещения вдоль трубки магнитные шайбы, разделенные составным немагнитным магнитопроводящим комплектом в виде двух седловидных шайб с шариком между ними; в нерабочих зонах магнитоводов размещены составные комплекты или шарики; на концах магнитовода размещены составные комплекты или шарики, взаимодействующие с штоком линейного привода с возможностью осуществления возвратно-поступательного перемещения цепи элементов в трубке. Трубки магнитоводов выполнены, например, из латуни.
Стальные втулки, включая стальные шарики, служат для концентрации магнитных силовых линий вблизи полюсных наконечников, а в нерабочих зонах магнитовода играют вспомогательную роль для перемещения всех элементов в трубке.
Все элементы магнитовода размещены в трубке с радиальным зазором для целей свободного скольжения внутри трубки шариков и втулок и во избежание заклинивания при любых скоростях перемещения шайб и втулок. Причем радиальный зазор шариков меньше, чем для всех остальных элементов, которые при этом условии перемещаются внутри трубки без трения.
Способ извлечения магнитных частиц из жидкой среды включает непрерывную подачу сепарируемой жидкой среды в емкость, содержащую совокупность магнитных элементов в виде набора чередующихся магнитных и немагнитных шайб, и периодическое удаление осажденных магнитных частиц путем гидросмыва. Емкость для осуществления способа разделена перегородками на чередующиеся рабочие и нерабочие камеры с размещенными в них магнитоводами, при этом свободный объем нерабочей камеры заполнен пенопластом; магнитоводы размещены в корпусе по всему объему емкости путем укладки в сквозных отверстиях перегородок и выполнены в виде трубок из немагнитного материала, внутри которых находится с возможностью свободного перемещения вдоль трубки неразрывная цепь магнитных и немагнитных элементов, которые функционально разделяют магнитовод на чередующиеся рабочие и нерабочие зоны; в рабочих зонах размещены магнитные шайбы, разделенные составным немагнитным магнитопроводящим комплектом в виде двух седловидных шайб с шариком между ними; в нерабочих зонах магнитоводов размещены составные комплекты или шарики, взаимодействующие на концах магнитоводов с штоком линейного привода с возможностью осуществления возвратно-поступательного периодического перемещения цепи элементов в трубке; в режиме извлечения магнитных частиц жидкую среду подают в рабочие камеры, а в магнитоводы рабочих камер посредством привода перемещают магнитные шайбы; в режиме гидросмыва осуществляют размагничивание магнитоводов рабочих камер путем перемещение магнитных шайб в магнитоводы нерабочих камер и удаление осажденных магнитных частиц с поверхности магнитоводов подачей самой очищаемой жидкости или промывочной жидкости.
Сепарируемая жидкая среда омывает магнитоводы перпендикулярно их оси в режиме ламинарного движения, а удаление осажденных магнитных частиц с рабочей поверхности магнитовода осуществляется потоком самой очищаемой жидкости или промывочной жидкостью в турбулентном режиме после перемещения магнитного поля из рабочей зоны в нерабочую зону магнитовода путем перемещения магнитных элементов внутри трубы.
Использование предлагаемого изобретения обеспечивает следующий технический результат:
- повышение производительности устройства очистки,
- упрощение конструкции устройства очистки и снижение его стоимости,
- повышение эффективности промывки.
Скорость движения сепарируемой жидкости назначается исходя из степени (качества) очистки Е=Б/V, где V - скорость сепарации, Б - переменная величина, зависящая от вида сепарируемой жидкости и извлекаемого из нее магнитного шлама, конструктивных параметров устройства и других показателей.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков изобретения по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, что позволяет сделать вывод о соответствии всех независимых пунктов изобретения условию патентоспособности «новизна».
Изобретение поясняется фигурами, на которых показаны:
на фиг.1 - продольный разрез магнитного сепаратора в режиме очистки жидкости; на фиг.2 показана структура магнитовода; на фиг.3 - продольный разрез магнитного сепаратора в режиме промывки; на фиг.4 - поперечный разрез устройства в режиме очистки жидкости.
Конструкция магнитного сепаратора включает новый инструмент для осаждения магнитных частиц, содержащихся в очищаемой жидкой среде, названный авторами магнитоводом согласно осуществляемым функциям.
Магнитовод выполнен в виде трубки 1 из немагнитного материала, внутри которой размещена неразрывная цепь магнитных и немагнитных элементов. Вся совокупность элементов разделяет магнитовод на чередующиеся рабочие и нерабочие зоны. Внутри рабочих зон размещены с возможностью свободного перемещения вдоль трубки магнитные шайбы 2, разделенные составным немагнитным магнитопроводящим комплектом 3 в виде двух седловидных шайб 4 с шариком 5 между ними, сопряженным с шайбами 4 частью поверхности. В нерабочих зонах магнитоводов размещены немагнитные комплекты или шарики 5. Протяженность нерабочей зоны магнитовода перекрывает размер рабочей камеры емкости приблизительно на 5-20 мм для наименьшего влияния магнитного поля в режиме очистки магнитоводов. Протяженность нерабочей зоны магнитовода определяется в зависимости от материала магнитных шайб, установленной производительности сепаратора и скорости подачи жидкости, что может быть определено практически по достижению требуемой степени очистки. Шарики на концах магнитовода взаимодействуют с штоком линейного привода 6, посредством которого осуществляют периодическое возвратно-поступательное перемещение цепи элементов в трубке с шагом, соответствующим размеру камер емкости.
Трубки магнитоводов могут быть выполнены из латуни исходя из того, что этот материал обладает прочностью, технологичен для целей получения заготовок, а также из других аналогичных немагнитных материалов. Немагнитные магнитопроводящие составные комплекты из стали служат для концентрации магнитных силовых линий и обладают необходимой прочностью для осуществления транспортных функций. Во избежание заклинивания все элементы магнитовода размещены в трубке с радиальным зазором. С наименьшим радиальным зазором размещены шарики. При этом условии прочие элементы перемещаются внутри трубки без трения.
Магнитный сепаратор включает корпус 7 с патрубками и перегородками 8, разделяющими внутренний объем на чередующиеся рабочие 9 и нерабочие 10 камеры. Магнитоводы размещены в корпусе по всему объему емкости так, что трубки проходят насквозь все камеры сепаратора и установлены путем укладки в сквозных отверстиях вертикальных перегородок 8. Расстояние между трубками и диаметр трубок определяется исходя из качественной очистки жидкостей от ферромагнитных частиц. Объем нерабочей камеры емкости заполнен пенопластом, что увеличивает гидросопротивление нерабочих объемов и способствует пропусканию очищаемой жидкости в полном объеме через рабочие камеры. Полость рабочей камеры сепаратора сообщается с патрубками 11 подачи очищаемой жидкости и отвода очищенной жидкости 12.
Способ извлечения магнитных частиц из жидкой среды осуществляют следующим образом.
В режиме очистки. Сепарируемая жидкость по входному патрубку 11 подается в рабочие камеры 9 сепаратора. Очистка жидкости от магнитных включений осуществляется в процессе движения последней перпендикулярно оси трубок 1 в рабочей камере 9 корпуса 7 со скоростью, необходимой для осаждения магнитных включений на поверхности магнитоводов. Очищенная жидкость сливается через выходной патрубок 12, золотник 13 и патрубок 14.
В режиме промывки. При накоплении магнитного шлама на поверхности магнитоводов до заданной массы пневмоцилиндром 15 переключается золотник 13. Патрубок 14 перекрывается, и жидкость направляется по патрубку 16. Двусторонний пневмоцилиндр 6 смещает шток 17 и элементы магнитовода на шаг, соответствующий размеру камер емкости. Тем самым снимается магнитное поле в рабочей камере 9. В результате снятия магнитного поля магнитный шлам смывается с поверхности трубок 1 и вместе с промывной жидкостью отправляется на дальнейшую сепарацию. Скорость жидкости в режиме промывки должна обеспечивать смыв шлама с поверхности трубок.
После промывки в рабочие камеры 9 сепаратора посредством пневмоцилиндра 6 и штока 17 перемещают магнитные элементы 2 с образованием рабочих зон магнитоводов рабочих камер. Золотник 13 открывает патрубок 14 и начинается режим очистки.
Конструкция предлагаемого устройства позволяет использовать постоянные магниты с мощным магнитным полем и располагать их близко друг к другу, не опасаясь их «слипания» между собой. В предлагаемой конструкции отсутствуют какие-либо элементы смыва шлама с поверхности магнитов в период промывки. Снятие магнитного поля с поверхности труб в рабочей зоне ускоряет процесс удаление магнитного шлама в режиме промывки.
Все это в конечном итоге повышает производительность устройства, упрощает конструкцию, снижает его стоимость и повышает эффективность промывки.