Электромагнитно-центробежный масс-сепаратор

Предлагаемый электромагнитно-центробежный масс-сепаратор относятся к технике масс-сепарации электропроводных растворов и смесей, использующей центробежные силы и является альтернативой центрифугам, основанным на вращении жесткого ротора.
Известные центрифуги применяемые для выделения из электропроводных жидкостей (ЭЖ), например, из морской воды или подобных многокомпонентных жидкостей, нужных элементов оказывают на сепарируемую жидкость центробежную силу посредством жесткого ротора, в основном металлического. Эффективность сепарирования напрямую зависит от скорости вращения ротора, его радиуса, качества внутренней поверхности и угла наклона конической стенки ротора к его оси вращения, а так же от средств удаления из ротора отсепарированных компонентов. Увеличению скорости вращения ротора препятствуют прочность материала ротора его вес и узлы крепления (подшипники, сальники и прочие крепежные элементы, ограничивающие ресурс центрифуги). [I].
Известна униполярная машина [II], осуществляющая воздействие на ионосодержащую среду (она же ЭЖ), находящуюся в стационарном диэлектрическом якоре, магнитным полем вращающегося индуктора, при котором в этой среде наводится электрический ток, разделяющей ее на иониты и катиониты для электрофореза. Используется сила Лоренца.
Задачей предлагаемого «Электромагнитно-центробежного масс-сепаратора (ЭЦМС)» является повышение производительности и качества центрифужного сепарирования ЭЖ путем исключения жесткого ротора и создания центробежной силы в самой ЭЖ, проходящей по коническому магнитному зазору в униполярном двигателе, облицованному фторопластом с отходными трубками и регулирующими вентилями, а также контактирующей с кольцевыми электродами торцов этого конического зазора. При этом через подключенные к источнику переменного тока электроды конического зазора и стационарный индуктор по ЭЖ проходит ток этого источника, взаимодействующий с пересекающим его магнитным полем индуктора. Согласно правилу левой руки от этого синхронного электромагнитного взаимодействия образуется однонаправленная сила Лоренца, вращающая ЭЖ в коническом зазоре. Вращающаяся во фторопластовой конической полости ЭЖ не испытывает значительного сопротивления. Линейная скорость движения элементов ЭЖ в конусе разная и, следовательно, центробежная сила, на них оказываемая с увеличением диаметра конуса увеличивается. Более массивные элементы сосредотачиваются на стенке большего диаметра конуса, вытесняя легкие к меньшему его диаметру. По отходящим от конуса трубкам, расположенным на разных диаметрах конуса, происходит отбор разных по массе отсепарированных элементов.
Осевой разрез ЭЦМС показан на прилагаемом рисунке, который отбражает: 1 - индуктор, 2 - шихтованый магнитопровод с коническим магнитным зазором, образующий облицованную фторопластом коническую полость 3 с N-ым количеством отходящих трубок - 4. Эти трубки расположены на разных диаметрах полости 3 и имеют регулирующие вентили 5. Один из выводов индуктора 1 подключен к выключателю переменного тока 6, а другой вывод подключен к кольцевому электроду 7, размещенному на меньшем торце полости 3. Противоположный кольцевой электрод 8 большего торца полости подключен сквозь диэлектрическую шайбу 9, закрывающую эту полость, к включателю 6. Через соответствующие вентиль 5 и трубку 4 меньшего диаметра полости 3 происходит ее заполнение ЭЖ (прочие вентили 5 закрыты кроме крайнего, большего диаметра полости 3). После чего через выключатель 6 подается переменный электрический ток, идущий через индуктор 1, кольцевой электрод 7, по ЭЖ полости 3, на электрод 8. Магнитное поле индуктора 1 пересекает электрический ток в конической полости 3, в результате чего образуется сила Лоренца, оказывающая на ЭЖ (она же ротор-якорь) вращательное движение. Изменение направления переменного электрического тока синхронно с изменением магнитного поля индуктора его пересекающего. Сила же Лоренца не меняет своего направления (правило левой руки). (Стрелками на рисунке показано это взаимодействие, соответствующее одному из полупериодов переменного эл. тока) Регулируя ток в цепи, тем самым изменяя скорость вращения ЭЖ-ного конуса-якоря, не испытывающего значительного сопротивления между фторопластовыми стенками полости 3, можно достичь такой центробежной силы, воздействующей на элементы ЭЖ, при которой эти элементы кольцеобразно разместятся на внешней стороне фторопластовой облицовки конической стенки полости 3 согласно своему удельному весу. Через вентили 5 можно отбирать отсортированные элементы ЭЖ. (С увеличением диаметра конуса увеличивается линейная скорость движения ЭЖ и, следовательно, возрастает центробежная сила оказывающая на разномассные элементы ЭЖ разную силу. Элементы с большим удельным весом сосредотачиваются на поверхности большего диаметра конической полости 3, вытесняя более легкие элементы в сторону меньшего диаметра этой полости. Переменное электромагнитное взаимодействие в ЭЖ ускоряет сепарацию ее элементов). Емкости для сбора отсепарированных элементов должны быть электроизолированы во избежание через них электрозамыкания. Так же, во избежание короткозамкнутых витков кольцевые электроды 7, 8 должны иметь диэлектрический промежуток.
Источники информации.
I - Центробежное сепарирование. Википедия.
Очистка льяльной воды - какой способ сепарации лучше? Журнал «Морская биржа» №2(32) 2010. Судоходство. www.maritime market.ru
II - Униполярная машина. А.С. №1339791. H02K 31/00, А61В 5/05. 23.09.87. Бюл. №35.
Учебник для вузов. «Специальные электрические машины» изд. 1984. Стр. 312, рис. 8.29а - цилиндрическая униполярная машина с полым ротором.