АППАРАТ ВИХРЕВОГО СЛОЯ
APPARATUS OF VORTEX LAYER

Изобретение относится к аппаратам, использующим для обработки материалов энергию вращающегося электромагнитного поля, воздействующего на ферромагнитные частицы, которые непосредственно взаимодействуют с обрабатываемым материалом, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.
Известен аппарат вихревого слоя (Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах вихревого слоя. Техника, 1976 г.), содержащий охлаждаемый маслом корпус, в котором размещена реакционная камера в виде трубы с ферромагнитными частицами с зазором, установленной в осевом канале, охватывающего ее индуктора вращающегося электромагнитного поля.
Недостатком известного устройства является ограниченные технологические возможности и недостаточная производительность.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является аппарат вихревого слоя (патент РФ №2072257, МКИ B01F 13/08, 1997 г.) содержащий коллектор, сообщенный с патрубком подвода охлаждающей среды и разделяющий ее поток на два потока, крышки с патрубками подвода и отвода охлаждающей среды, подключенными к внешней системе подачи и охлаждения, размещенный между крышками индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий осевой канал, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы, в рабочей зоне которой расположена вставка с ферромагнитными частицами, при этом аппарат снабжен системой регулирования подаваемой мощности, а также снабжен цилиндрическим кожухом, соединенным с крышками, а индуктор - обечайкой, выполненной из немагнитного материала, охватывающей его снаружи и установленной с зазором относительно кожуха, при этом в стенке коллектора, обращенной к индуктору, выполнены кольцевая выточка и отверстия по обе стороны от нее, а один из торцов обечайки закреплен в этой выточке.
Недостатком известного устройства является ограниченные технологические возможности и недостаточная производительность.
Техническим решением задачи является повышение производительности и расширение технологических возможностей.
Техническое решение достигается тем, что в аппарате вихревого слоя, содержащем коллектор, сообщенный с патрубком подвода охлаждающей среды и разделяющий ее поток на два потока, крышки с патрубками подвода и отвода охлаждающей среды, подключенными к внешней системе подачи и охлаждения, размещенный между крышками индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий осевой канал, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы, в рабочей зоне которой расположена вставка с ферромагнитными частицами, при этом аппарат снабжен системой регулирования подаваемой мощности, а также снабжен цилиндрическим кожухом, соединенным с крышками, а индуктор - обечайкой, выполненной из немагнитного материала, охватывающей его снаружи и установленной с зазором относительно кожуха, при этом в стенке коллектора, обращенной к индуктору, выполнены кольцевая выточка и отверстия по обе стороны от нее, а один из торцов обечайки закреплен в этой выточке, вставка выполнена в виде многосекционной винтовой колонны, содержащей секции в виде многогранников с гранями, выполненными в виде равносторонних треугольников, ребра которых сходятся в одной точке-вершине, при этом в каждой точке сходятся, по меньшей мере, шесть равносторонних треугольника с образованием по наружной и внутренней поверхностям вставки направленных навстречу друг другу ломаных винтовых поверхностей одинакового шага и ломаных винтовых линий одинакового шага.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что частота движения ферромагнитных частиц в предлагаемой конструкции вставки аппарата вихревого поля определяется не только частотой электромагнитного вращающегося поля, но и количеством плоских элементов по периметру вставки, поэтому такое конструктивное оформление поверхности вставки за счет увеличения количества плоских элементов в каждой секции вставки по периметру увеличивает частоту соударений ферромагнитных частиц между собой, с обрабатываемым материалом и со стенками вставки, повышает производительность, увеличивает технологические возможности.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление вставки позволяет обеспечить не только расширение технологических возможностей, но и сжатие потоков ферромагнитных частиц и обрабатываемых материалов по мере продвижения от загрузки к выгрузке, что повышает эффективность обработки.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление вставки позволяет обеспечить последовательное постепенное уплотнение и разрежение потоков ферромагнитных частиц, что интенсифицирует процесс обработки и расширяет технологические возможности аппарата.
Новизна заключается в том, что благодаря взаимонаправленным ломаным винтовым линиям вставки векторы скорости движения ферромагнитных частиц изменяются, что способствует интенсификации процесса обработки и расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что по внутреннему периметру вставки образованы ломаные винтовые поверхности по ее длине, что обеспечивает нарушение стационарности потоков ферромагнитных частиц увеличение однородности (или полноты) заполнения ферроммгнитными частицами во всем сечении внутри вставки (или обеспечивают отсутствие темных зон с непостоянством плотности заполнения вставки) повышение производительности, расширение технологических возможностей.
Новизна обусловлена тем, что вставка изготовлена с образованием по внутреннему периметру направленных навстречу друг другу четырех и более ломаных правых и левых винтовых линий, что обеспечивает создание направленных навстречу друг другу потоков ферромагнитных частиц с максимальной энергоемкостью соударений их друг к другу и со стенками вставки под разными углами, увеличивает частоту их взаимодействия друг с другом, с обрабатываемым материалом и со стенками вставки, увеличивает производительность и расширяет технологические возможности.
Новизна усматривается также в том, что площадь и форма поперечного и продольного сечений вставки изменяются по всей длине, что изменяет скорости и траектории перемещения ферромагнитных частиц, расширяет технологические возможности.
Кроме того, новизна обусловлена тем, что элементы, из которых собрана вставка, смонтированы под некоторыми углами друг к другу, поэтому интенсивность обработки материалов возрастает, так как эти элементы направляют под разными углами ферромагнитные частицы навстречу друг другу, нарушая, таким образом, стационарность их движения, обеспечивая повышение производительности и расширение технологических возможностей.
Новизна усматривается в том, что площадь и форма поперечного сечения вставки изменяется в каждом поперечном сечении по всей ее длине от загрузки к выгрузке, что интенсифицирует процесс смешивания, увеличивает энергоемкость взаимодействия ферромагнитных частиц, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что поперечное проходное сечение вставки имеет форму многоугольника, площадь которого по длине многократно меняется от загрузки к выгрузке, обеспечивая периодическое поджатие масс ферромагнитных частиц, что увеличивает интенсивность смешивания и энергоемкость соударений, расширяет технологические возможности.
На фиг. 1 изображен общий вид аппарата в разрезе; на фиг. 2 - коллектор, общий вид; на фиг. 3 - поперечный разрез коллектора вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - вставка аппарата, секции которой смонтированы из 10 равносторонних треугольников, общий вид; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 6 - вставка аппарата, секции которой смонтированы из 6 равносторонних треугольников, общий вид; фиг. 7 - вставка аппарата, вид сверху на фиг. 6; фиг. 8 - сечение Б-Б на фиг. 6; на фиг. 9 - сечение В-В на фиг. 6; на фиг. 10 - сечение Г-Г на фиг. 6; фиг. 11 - вставка аппарата, секции которой изготовлены из 8 равносторонних треугольников, общий вид; фиг. 12 - разрез D-D на фиг. 11.
Аппарат вихревого слоя (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) содержит реакционную камеру в виде трубы 1 из немагнитного материала, в рабочей зоне которой расположена выполненная из немагнитных материалов сменная вставка 2 с ферромагнитными частицами (иголками) 3. Труба 1 размещена в осевом канале индуктора 4 с зазором 5. Индуктор 4 снаружи имеет обечайку 6, а труба 1 фиксируется в его осевом канале при помощи установочных винтов 7. Индуктор 4 с трубой 1 заключен в кожух 8, соединенный с крышками 9, 10 через уплотнения 11 и 12. На крышке 10 есть патрубок 13 подвода среды. Крышка 10 снабжена патрубком 14 для подвода охлаждающей среды, сообщенным с коллектором 15. Между обечайкой 6 и кожухом 8 образован кольцевой зазор 16. Стенка коллектора 15, обращенная к индуктору 4, имеет кольцевую проточку 17 (фиг. 2), в которой плотно установлен торец обечайки 6. По обе стороны проточки 17 выполнены отверстия 18 и 19 для прохода среды, в зазоры 5 и 16. Питание индуктора 4 производят через токов вод 20, энергия к которому поступает от блока управления (не показан). Регулирование мощности производят в блоке управления по принятой системе. При монтаже аппарата штампованные пластины электротехнической стали запрессовывают в обечайку 6 из немагнитного материала по типу статоров асинхронных двигателей, а катушки (обмотки) размещают в пазах пластин. Применение обечайки 6 из железа допустимо, но при этом несколько ухудшаются электрические параметры аппарата. В осевой канал индуктора 4 вводят и центрируют трубу (реакционную камеру) 1, затем индуктор с трубой и коллектор 8 устанавливают в трубчатом кожухе 8 при помощи торцевых крышек 9 и 10 (фланцев) с уплотнениями 11 и 12. При этом формируются два кольцевых цилиндрических канала: между стенкой кожуха 8 и обечайкой 6 и между трубой 1 и стенкой канала индуктора 4.
Вставка 2 выполнена из секций, смонтированных из десяти (фиг. 4, фиг. 5), шести (фиг. 6 - фиг. 10), восьми (фиг. 11, фиг. 12) и т.д. равносторонних треугольников.
Например, вставка 2 (фиг. 4, фиг. 5) собрана из секций 21, каждая из которых образована из последовательно соединенных между собой одинаковых по площади равносторонних треугольников 22, которые в секции соединены своими боковыми гранями 23 и 24, а каждая секция между собой по длине колонны соединена основаниями 25 треугольников 22.
Вершины треугольников 22 образуют явные правую и левую ломаные винтовые линии. Например, позициями 26-34 обозначена одна из правых винтовых линий, а позициями 35-36-28-37-38-39-40-33-41 обозначена одна из левых винтовых линий.
1
2
1
1
2
Вставка 2, например, может быть выполнена (фиг. 6, фиг. 7) из секций 42, смонтированных из шести равносторонних треугольников 43 (на фиг. 6 один из треугольников 43 показан двойной линией), соединенных друг с другом по свободным сторонам 44 и 45. При этом сами секции 42 соединены в винтовую вставку 2 свободными сторонами 46 равносторонних треугольников 43. В результате соединения секций друг с другом образуется винтовая многозаходная поверхность с явно выраженными непрерывными ломаными винтовыми линиями, направленными навстречу друг другу. На фиг. 6 и фиг. 7 ломаными линиями показаны одна из трех правых винтовых линии 47-48-49-50-51-52-53 основного направления с шагом S и одна из трех левых винтовых линий 54-55-51-56-57-48-58 противоположного направления с шагом S, равным шагу S основного направления. Вставка 2 характеризуется тем, что площадь входного сечения по его длине за один шаг винтовых линии меняется дважды в каждой секции от шестиугольника (фиг. 8) к треугольнику (фиг. 9) и вновь к шестиугольнику (фиг. 10) Один шаг S или S винтовых линий содержит шесть секций с переменной площадью проходного сечения, что нарушает стационарность движения ферромагнитных частиц (иголок) и обрабатываемых материалов.
3
4
3
4
Вставка 2, например, может быть выполнен (фиг. 11, фиг. 12) из секций, собранных из восьми одинаковых равносторонних треугольников 59 (на фиг. 11 один из треугольников 59 показан двойной линией) с образованием по периметру вставки 2 направленных навстречу друг другу четырех правых и четырех левых ломаных винтовых линий с одинаковым шагом. На фиг. 11 показаны утолщенными линиями 60-61-62-63-64-65 одна из четырех правых винтовых линий с шагом S и одна из четырех левых ломаных винтовых линий 66-57-63-68-69-70. с шагом S. Один шаг S или S винтовых линии содержит восемь секций с переменной площадью проходного сечения, что нарушает стационарность ферромагнитных частиц и обрабатываемых материалов вставке 2.
Аппарат вихревого слоя работает следующим образом.
Включают систему охлаждения. При этом охлаждающая среда через патрубок 14 поступает в коллектор 15 и через отверстия 18, 19 в нем в зазоры 5 и 16, равномерно омывает индуктор 4 и трубу 1 и выводится из аппарата через патрубок 13. Затем подают энергию и устанавливают заданную нагрузку, после чего в трубу 1 подают продукт (материал),
Так как вставка 2 снабжена по периметру плоскими элементами, смонтированными под углом друг к другу и направленными навстречу друг другу, то в ней создаются потоки ферромагнитных частиц, направленные один навстречу другому с максимально возможной энергоемкостью соударений. При этом, так как площадь и форма поперечного сечения вставки изменяется не только в каждом поперечном сечении, но и по всей ее длине от загрузки к выгрузке, то интенсифицируется процесс смешивания и взаимодействия ферромагнитных частиц, расширяются технологические возможности. Причем, так как поперечное проходное сечение вставки имеет форму многоугольника, площадь которого по длине многократно меняется от загрузки к выгрузке, обеспечивая периодическое поджатие масс ферромагнитных частиц, то увеличивается их интенсивность смешивания и энергоемкость соударений, расширяются технологические возможности.
Продукт (материал) после обработки ферромагнитными частицами 3 направляют на дальнейшую переработку или потребителю.
Технико-экономические преимущества возникают за счет повышения производительности и расширения технологических возможностей, обусловленных увеличением интенсивности смешивания и энергоемкости соударений ферромагнитных частиц друг с другом и с обрабатываемым материалов, а также тем, что частота движения ферромагнитных частиц в предлагаемом аппарате увеличивается и определяется не только частотой электромагнитного вращающегося поля, но и количеством плоских элементов (граней) в каждой секции вставки.