Магнито-гидродинамический фильтр

Устройство предназначено для очистки рабочих контуров, использующих технические жидкости в качестве носителя от содержащихся в них частиц, обладающих магнитными свойствами, и может быть использовано в тепловой и атомной энергетике, металлургии, химической и пищевой промышленности, радиоэлектронике, медицине и других отраслях.
Известен магнитный фильтр, содержащий корпус из немагнитного материала с входным и выходным штуцерами, ферромагнитную матрицу и магнитную систему, состоящую из высококоэрцитивных аксиально намагниченных постоянных магнитов, выполненных в виде дисков и установленных в герметичных кассетах, расположенных непосредственно в матрице.  [Патент РФ №2360740, 2009 г.].
Недостатком такого фильтра, является низкое значение коэффициента эффективности фильтрации, так как гидродинамические силы, действующие на примеси со стороны потока жидкости, мешают магнитным силам фильтровать рабочую среду. Кроме того, использование в качестве матрицы магнитного порошка делает невозможным очистку фильтра без замены матрицы.
Известна конструкция магнитного фильтра, который использует гидродинамическую силу, вызванную закруткой потока, совместно с магнитным полем. Гидродинамическая сила воздействует на частицы, оттесняя примеси к стенке. Около стенки примеси подвергаются воздействию магнитного поля, образованного электромагнитами, магниты закреплены, но имеют одну степень свободы, для перемещения параллельно оси фильтра. Это позволяет перемещать накопившиеся примеси в отстойник. Данная конструкция наиболее близка к предлагаемой, поэтому выбрана в качестве прототипа. (Патент Юж. Кор. №KR100977787B1, 2010 г.)
Основной недостаток – использование электромагнитов, что делает зависимым значение величины коэффициента эффективности фильтрации от напряжения в сети. Эксплуатация данного фильтра осуществляется сотрудниками, имеющими не ниже II квалификационной группы по электробезопасности. Наличие постоянно движущихся механизмов и узлов приводят к снижению и ресурса изделия в целом.
Технической задачей решения является создание магнитного фильтра, в котором используются гидродинамические силы для увеличения коэффициента эффективности фильтрации.
Технический результат, достигаемый решением указанной задачи, состоит в повышении значения коэффициента эффективности очистки технологических сред от ферро- и парамагнитных примесей.
Технический результат достигается тем, что в магнито-гидродинамическом фильтре, состоящем из корпуса с тангенциальным подводом и вертикальным выходом потока жидкости, в нижней части разъемного, посредством фланцевого соединения, корпуса расположена область – отстойник, гидравлически профилированная таким образом, чтобы приводить к эффективному осаждению частиц при совместном воздействии магнитного поля со стороны стационарно расположенных постоянных магнитов, свободно извлекаемых из нижней части корпуса, а в верхней части корпуса расположен воздухоотводчик.
5
Сущность решения технической задачи представляет собой магнитный фильтр, состоящий из корпуса цилиндрической формы. Корпус имеет патрубки для подвода и отвода жидкости. Магнитная система представляет собой несколько плотно соединенных между собой магнитов. Допускается использовать проставки той же формы, что и магниты. Форма магнитов – кольцо. В качестве магнитов используются высококоэрцитивные магниты, например, CoSm, NdBFe. Количество магнитов и их тип определяется исходя из поставленной задачи при уточнении габаритных размеров. Магнитная система не контактирует с рабочей средой, что позволяет сохранить магниты от эрозийного и коррозионного износа и увеличить сроки службы магнитов. Рабочая жидкость поступает в пространство фильтра через входной патрубок тангенциально, как и в прототипе, фильтруется и выходит через патрубок, расположенный на верхней крышке корпуса.
На фиг.1 изображен магнитный фильтр, корпус которого имеет цилиндрическую форму и состоит из двух частей. Нижняя часть корпуса 1 и верхняя часть корпуса 2 имеют приливы для соединения между собой и патрубки для подвода 3 и отвода 4 жидкости. Соединение типа «шип-паз» фланцевое, с накидными фланцами 5 – выбрано в целях удешевления, для высокого давления, целесообразно изготавливать фланцы цельными заодно с корпусом. Материал прокладок выбирается исходя из режимов работы. Для удаления воздуха при заполнении контура рабочей средой, а также для удаления воздуха образующегося при работе фильтра предусмотрен воздухоотводчик 6 в верхней части корпуса фильтра. Магнитная система 7 кольцевого типа установлена в нижней части корпуса, представляет собой кольцевые магниты с аксиальной намагниченностью. Магнитная система зафиксирована в нижней части фильтра с помощью фланцевого соединения 8. Коническая форма нижней части корпуса выбрана для повышения вероятности попадания частицы в застойную область. Предполагается устанавливать фильтр такой конструкции на байпасную отсекаемую ветку контура. Для очистки фильтра необходимо извлечь магнитную систему из нижней части корпуса и разгерметизировать корпус фильтра. Промывку следует осуществлять непосредственно водой под давлением, возможно использование химических растворов. На фиг. 2 и фиг. 3 продемонстрированы соответственно схема движения рабочего тела в фильтре предложенной конструкции и модель фильтра.
Во время работы фильтра, в его проточной части образуются застойные области, обусловленные правильно подобранной геометрией. Закрутка потока в указанном решении используется для того, чтобы направить примеси в застойные области, а также увеличить время нахождения в магнитном поле. Гидродинамические силы, действующие на частицы, достаточно велики. Центробежная сила преобладает над такими ключевыми силами, как силой лобового сопротивления и силой тяжести. Это позволяет направить поток вместе с примесями в необходимом направлении. С помощью гидравлического профилирования получена область, в которой скорость потока стремится к нулю. В этой области существующие гидродинамические силы, которые перемещают частицы, становятся не существенны, на примеси действует в основном сила тяжести, и поэтому в этой области размещена магнитная система. В таком случае магнитные силы, которые в несколько раз превышают силу тяжести, непреодолимы для ферримагнитных частиц. Этот факт является отличительной особенностью предлагаемого решения от прототипа, в котором закрутка потока используется только для смещения частиц к стенке фильтра за счет центробежной силы. Использование постоянных магнитов является преимуществом над прототипом, так как, в связи с их компактностью и малыми габаритами, такие магниты можно герметично закрепить в корпусе в непосредственной близости от движущегося потока, тем самым уменьшив габариты фильтра, тем самым повысив его применимость.
На фиг. 4 представлен вариант конструкции дооснащенный механической сеткой 9, что позволит использовать данный фильтр для очистки не только ферромагнитных примесей, но и диамагнитных.
На фиг. 5 (фото) показан опытный образец предлагаемого фильтра, соответствующий варианту, показанному на фиг.1, без фланцевого соединения, для закрепления магнитов в корпусе.
Использование решения позволяет повысить эффективность очистки, технологических сред от ферро и парамагнитных примесей. Тем самым улучшается качество сред, повышаются надежность и долговечность работы оборудования за счет предотвращения поломок и выхода из строя оборудования, аварийных остановок оборудования.