МАГНИТНЫЙ АКТИВАТОР
MAGNETIC ACTIVATOR

Изобретение относится к методам и средствам магнитной активации жидких, коллоидных и газообразных сред и может быть использовано при разработке и эксплуатации двигателей внутреннего и внешнего сгорания транспортных средств и технологических машин, жидкостных реактивных двигателей, в теплотехнике и энергетике, в нефтяной, пищевой промышленности, в медицине, биологии, сельском хозяйстве и других областях. Физические процессы, происходящие при магнитных воздействиях на неферромагнитные жидкости, обладающие свойствами диамагнетиков и парамагнетиков, описаны в [1, 2] и других источниках.
Известны магниточастотные резонаторы «Super Fuel Мах», запатентованные корпорацией «General Motor» на базе магнитожестких ферритов [3]. Устройство состоит из пяти пар постоянных магнитов на основе сплавов неодим-железо-бор, объединенных в два блока, которые жестко крепятся на противоположных сторонах сечений топливопровода в непосредственной близости от карбюратора, инжектора или перед топливным насосом высокого давления таким образом, чтобы северные полюса магнитов одного блока находились против южных полюсов другого.
Недостатком этого устройства является то, что в пределах активного участка топливопровода напряженность магнитного поля будет существенно различаться. Если, по данным разработчиков, вблизи полюсов она будет равна 1400-1600 эрстед, то в центре топливопровода (диаметром 20 мм) напряженность не будет превышать 150-300 эрстед, то есть воздействие магнитного поля на разные слои топлива будет не одинаково. Длина пути, на протяжении которого топливо обрабатывается магнитным полем, составляет не более 70 мм. Не предусмотрена компенсация изменения скорости протекания топлива при работе двигателя на разных рабочих режимах. Представляется проблемной активация больших масс жидких сред с помощью подобного устройства. Конструкция не предусматривает корректировку основных магнитотропных параметров.
Известен также аппарат [4], состоящий из неферромагнитного корпуса, внутри которого закреплены постоянные магниты, расположенные так, что обеспечивается зигзагообразное движение рабочей жидкости между ними.
Основным преимуществом активатора [4] перед резонаторами «Super Fuel Мах» [3] является увеличение пути и времени движения рабочего тела в магнитном поле не менее, чем в 3 раза. Однако зигзагообразный поток активируемой жидкости с резкими изменениями проходных сечений активатора и направлений движения жидкости неизбежно приводит к нежелательным турбулентным и кавитационным явлениям, нарушающим рабочие процессы, и усложнению процесса регулирования магнитных параметров активатора. При увеличении скорости потока жидкости, названные негативные эффекты усиливаются.
В заявляемом устройстве осуществлена иная схема активации рабочего тела переменным магнитным полем, основанная на локальном увеличении проходного сечения трубопровода, что позволяет обеспечить снижение скорости движения и пропорционально увеличить время пребывания рабочего тела в магнитном поле.
На рисунке представлено разъяснение принципа работы заявленного устройства, показанного в частично разобранном положении. Взаимная ориентация основных составляющих магнитного активатора соответствует реальному рабочему положению. Устройство содержит встраиваемую в рабочий трубопровод расширительную емкость 1 и корпус из немагнитного материала 2, состоящий из двух параллельных кассет, в которых выполнены продольные параллельные каналы с расположенными в них постоянными магнитами 3. Полюсы магнитов условно выделены цветом: N - светлый, S - темный. Количество магнитов в каждом канале одинаковое, и они контактируют друг с другом одноименными полюсами. Расширительная емкость монтируется внутри сквозного проема корпуса, а ее размеры соответствуют размерам проема. Магниты расположены таким образом, чтобы их силовые линии проходили сквозь активируемое рабочее тело, движущееся в расширительной емкости, и замыкались на противоположных полюсах ближайших магнитов параллельной кассеты. Переменное магнитное поле создается изменением полярности магнитов на противоположную через определенные промежутки, равные длине магнита, а число циклов перемагничивания рабочего тела на единицу превышает количество магнитов, смонтированных в канале: на рисунке количество магнитов в канале равно пяти, а число циклов перемагничивания - шести.
С целью недопущения замыкания силовых линий магнитного потока между магнитами, расположенными внутри каждого канала, и обеспечения безусловной направленности силовых линий к ближнему полюсу магнита противоположной кассеты через расширительную емкость с движущимся рабочим телом, длина каждого магнита должна не менее чем в 2 раза превышать расстояние между продольными осями магнитов, расположенных в ближайших каналах противоположных кассет корпуса. Принятое относительное увеличение длины магнита в 2 раза и более обусловлено тем, что соединение магнитов в каналах происходит одноименными полюсами, что удваивает напряженность магнитного поля в зоне их контакта, и при использовании магнитов меньшей длины замыкание магнитного потока будет происходить внутри канала. С целью заданной ориентации магнитного потока следует так же минимизировать толщину расширительной емкости и соответствующий размер проема корпуса.
Для реализации магнитожестких характеристик и высокой напряженности магнитного поля используются магниты из сплава неодим-железо-бор. В заявляемом устройстве использованы серийно выпускаемые ниодимовые магниты цилиндрической формы размером 10×40 мм. Суммарное количество магнитов в кассетах корпуса назначается по критерию обеспечения заданных параметров магнитной активации рабочего тела с учетом вида активируемого рабочего тела и характеристик движения его потока. На рисунке показано распределение магнитов в 11 параллельных каналах каждой кассеты и их количеством 5 шт. в каждом канале. Общее количество магнитов в устройстве в нашем случае составляет 110 шт.
Геометрические и магнитные характеристики активной части заявляемого устройства и время пребывания в нем рабочего тела при прочих равных условиях кратно превышают соответствующие показатели аналогов.
Сборка устройства и приведение его в рабочее положение осуществляется в последовательности:
- маркировка полюсов всех магнитов;
- размещение магнитов в каналах кассет корпуса по назначенной схеме;
- монтаж расширительной емкости трубопровода внутри корпуса;
- подключение штатного магистрального трубопровода активируемого рабочего тела к входному и выходному патрубкам расширительной емкости трубопровода;
- реализация рабочего процесса магнитной обработки.
Контроль эффективности магнитной активации жидкостей в условиях применения заявляемого устройства осуществляется косвенными методами, основанными на регистрации изменения поверхностного натяжения или вязкости жидкости до магнитной обработки, в ее процессе и после обработки. При необходимости назначается процесс обработки, предусматривающий несколько циклов прохождения рабочего тела через аппарат.
Заявляемый аппарат магнитной активации обладает следующими преимуществами:
- позволяет реализовать высокоэффективные процессы магнитной обработки, универсальные для активации большинства жидких и газообразных сред;
- обеспечивает заданные характеристики магнитного поля на всех отдельных участках движения жидкости;
- позволяет замедлить скорость течения рабочего тела в зоне расширительной емкости и, соответственно, увеличить время, в течение которого переменное магнитное поле воздействует на активируемое рабочее тело;
- обеспечивает простоту контроля и регулирования рабочих режимов;
- компактность и модульность конструкции;
- автономность устройства, связанная с отсутствием внешних источников питания;
- минимальные регламентные процедуры в процессе эксплуатации.
Источники информации
1. Помазкин В.А. Неспецифические воздействия физических факторов на объекты биотехносферы: Монография. - Оренбург, ИПК ОГУ, 2001. - 340 с.
2. Щурин К.В. Изменение свойств немагнитных жидкостей в переменном магнитном поле / К.В. Щурин, И.Г. Панин // «Информационно-технологический вестник» - №1. - 2017. - С. 103-114.
3. Патенты USA №4802931, №4496395, №7458412, General Motor.
4. Пат. 2411190 РФ, МПК G02F 1/48. Магнитный активатор жидких сред / Помазкин В.А., Щурин К.В., Цветкова Е.В. - Опубл. 10.02.2011. Бюл. №4.