ВЫСОКОГРАДИЕНТНЫЙ МАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР
HIGH GRADIENT MAGNETIC FILTER

Изобретение относится к устройствам для очистки водных и газовых потоков от содержащихся в них частиц, обладающих магнитными свойствами, и может быть использовано в объектах тепловой и атомной энергетики, 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 кольцевой формы с осевой намагниченностью, закрепленную снаружи корпуса [Патент РФ №2203124, Бюл. №12, 2003 г.].
Недостатком такого фильтра является его невысокая эффективность, обусловленная нерациональной конструкцией магнитной системы, не позволяющей эффективно реализовать энергию магнитного поля. Кроме того, использование в качестве матрицы магнитного порошка усложняет процесс очистки фильтра от примесей при его регенерации.
Известен высокоградиентный магнитный фильтр (ВГМФ) [А.с. СССР №1785104, Бюл. №16 (ч. II), 1998 г.]. ВГМФ содержит корпус, в котором размещены магнитная система, состоящая из постоянных магнитов, установленных в кассетах, и матрица. Так как магнитная система расположена непосредственно в корпусе фильтра, то для проведения регенерации она может быть удалена из фильтра только при его разборке, что затрудняет обслуживание фильтра при очистке радиоактивно загрязненных водных потоков из-за больших дозовых нагрузок на персонал. Данное устройство наиболее близко к заявляемому по большинству существенных признаков и выбрано в качестве прототипа.
Технической задачей изобретения является создание высокоградиентного магнитного фильтра более простой конструкции, позволяющего увеличить эффективность использования энергии магнитного поля и, как следствие, увеличить эффективность очистки технологических сред, упростить процедуру регенерации фильтра и, тем самым, снизить дозовые нагрузки на персонал.
Для решения данной задачи и достижения указанного технического результата в известном устройстве, включающем цилиндрический корпус, выполненный из немагнитного коррозионно-стойкого материала с входным и выходным патрубками, расположенную внутри корпуса магнитную систему на основе высококоэрцитивных аксиально намагниченных постоянных магнитов, выполненных в виде дисков и установленных в герметичных кассетах непосредственно в корпусе фильтра, и матрицу, особенность заключается в том, что корпус снабжен крышкой с отверстиями, в которых закреплены кассеты, а магнитная система дополнительно содержит полюсные наконечники в виде дисков равного с магнитами диаметра из магнитомягкого материала. Полюсные наконечники расположены между магнитами, обращенными друг к другу одноименными полюсами, при этом магниты и полюсные наконечники объединены жесткой немагнитной механической связью с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения относительно кассеты и с возможностью извлечения из кассеты через отверстия в крышке. Матрица представляет собой катушку, размещенную непосредственно на кассете, при этом обмотка катушки выполнена многослойной намоткой. Намотка катушки выполнена из магнитомягкого коррозионно-стойкого проволочного элемента диаметром (0,03-0,1) мм, например, из нержавеющей стали марки Х17Н9Т или 00Х13 с шагом (0,03-0,1) мм. Каждый последующий слой намотки выполнен под углом 30°-60° к предыдущему.
Признаки изобретения связаны с достигаемым техническим результатом следующим образом.
В заявляемом техническом решении вся магнитная сборка, состоящая из постоянных магнитов и расположенных между ними полюсных наконечников, размещена в одной кассете, что значительно упрощает конструкцию магнитной системы и фильтра в целом. Кроме того, такая конструкция создает достаточно сильное радиальное поле вокруг магнитной сборки, что приводит к достижению высокой эффективности улавливания частиц продуктов коррозии, обладающих ферромагнитными, парамагнитными и диамагнитными свойствами и имеющих размеры от сотых долей мкм до нескольких десятков мкм.
5
Для достижения высокого значения индукции магнитного поля внутри матрицы в качестве магнитов используют высококоэрцитивные магниты, например CoSm, NdBFe. Диаметр магнитов целесообразно выбрать в пределах 30÷50 мм, толщину - 10÷15 мм. Для достижения сильного радиального поля толщина полюсных наконечников не должна превышать толщину магнитов. Опыт показал, что индукция радиального поля на поверхности полюсных наконечников почти равна индукции на поверхности полюсов используемых магнитов. По мере удаления от магнитных сборок индукция радиального поля довольно быстро уменьшается, но на расстоянии 30-40 мм, при наличии намагниченной матрицы, составляет около 0,2 Тл, что достаточно для эффективной работы фильтра. Такая конструкция магнитной системы в предлагаемом техническом решении позволяет во много раз уменьшить количество используемых постоянных магнитов.
Объединение магнитов и полюсных наконечников жесткой механической связью позволяет просто и легко извлекать магнитную сборку из корпуса фильтра, что значительно упрощает процесс размагничивания матрицы при ее регенерации и, тем самым, снижает дозовые нагрузки на персонал.
Матрица размещена непосредственно на кассете, что дает возможность сконцентрировать магнитное поле по объему матрицы, сводя к минимуму потери магнитной энергии. Кроме того, обмотка матрицы выполнена многослойной, каждый последующий слой проволочной намотки матрицы выполнен под углом 30°-60° к предыдущему слою. Проволочная намотка имеет диаметр 0,03-0,1 мм и выполнена с шагом 0,03-0,1 мм. Такое формирование матрицы позволяет создать максимальную рабочую поверхность матрицы при минимальном коэффициенте заполнения объема фильтра, это приводит к уменьшению гидравлического сопротивления фильтра, что, в свою очередь, увеличивает эффективность очистки технологических сред.
Эскиз предлагаемого устройства представлен на чертеже.
Устройство содержит корпус 1 с крышкой 2 и входной 3 и выходной 4 патрубки. В крышке 2 корпуса 1 закреплены одна или несколько кассет 5, внутри которых размещены мощные постоянные магниты 6 и полюсные наконечники 7. Непосредственно на кассете расположена матрица 8.
Устройство работает следующим образом. Поток очищаемой среды подается через входной патрубок 3, проходит через матрицу 8, сформированную на цилиндрической кассете 5 и находящуюся в магнитном поле аксиально намагниченных дисковых высококоэрцитивных постоянных магнитов 6 и полюсных наконечников 7. При этом ферро-, пара- и диамагнитные частицы примесей удерживаются матрицей фильтра. Для проведения регенерации матрицы фильтра после накопления достаточного количества продуктов коррозии подача теплоносителя в фильтр прекращается, магнитные сборки выводятся из фильтра. Очистка производится прямым или обратным повышенным расходом промывочной воды со сбросом в спецканализацию.