Электромагнитный фильтр-осадитель

 

Изобретение может быть использовано в металлургии, машиностроении, тепловой и атомной энергетике для магнитного разделения водно-дисперсных систем и позволяет повысить эффективность процесса очистки за счет создания условий для равномерного намагничивания ферромагнитной насадки (ФН) по ее объему. Для этого корпус фильтра снабжен дополнительными электрическими катушками (ЭК) 5, выполненными криволинейной формы в радиальном направлении и установленными с возможностью перемещения. Наличие ЭК позволяет эффективно намагнитить пристенную область ФН, а смещением ЭК достигается возможность включить в процесс очистки области ФН, ранее не задействованные в процессе осаждения. Кроме того, смещение ЭК приводит к перераспределению магнитного поля в ФН и созданию областей ФН с повышенными значениями индукции магнитного поля. Очищаемая среда поступает по патрубку 7 в корпус 1, где в ФН 2 происходит осаждение примесей в местах контакта гранул ФН. Намагничивание ФН осуществляется электромагнитами 3 и 4, между которыми установлена ЭК 5. Очищенная среда выводится по патрубку 8. После насыщения ФН примесями отключают намагничивающую систему и промывают ФН. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1)5 В 01 D 35 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ CHHT СССР

1 (21) 4485967/31-26 (22) 04 ° 10. 88 (46) 23.06.90. Бюл. № 23 (71) Украинский институт инженеров водного хозяйства (72) В.И.Гаращенко, И.В.Волков, И.П.Господинов и 9).В.Недашковский (53) 621.928.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1088796, кл. В 03 С 1/00, 1982. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР-ОСАДИТЕЛЬ (57) Изобретение может быть использовано в металлургии, машиностроении, тепловой и атомной энергетике для магнитного разделения водно-дисперсных систем и позволяет HQBbIcHTb эффективность процесса очистки за счет создания условий для равномерного намагничивания ферромагнитной насадки (ФН) по ее объему. Для этого корпус фильтра снабжен дополнительными

„„SU„„1572679 А1

2 электрическими катушками (ЭК) 5, вы-. полненными криволинейной формы в радиальном направлении и установленными с возможностью перемещения. Наличие ЭК позволяет эффективно намагнитить пристенную область ФН, а смещением ЭК достигается возможность включить в процесс очистки области ФН, ранее не задействованные в процессе осаждения. Кроме того, смещение ЭК приводит в перераспределению магнитного поля в ФН и созданию областей

ФН с повышенными значениями индукции магнитного поля . Очищаемая среда поступает по патрубку 7 в корпус 1, где в ФН 2 происходит осаждение приО месей в местах контакта гранул ФН, ф

Намагничивание ФН осуществляется электромагнитами 3 и 4, между которыми установлена ЭК 5. Очищенная среда ( выводится по патрубку 8. После насыщения ФН примесями отключают намагни- Я .Ф чивающую .систему и промывают ФН.

2 з.п.A-лы, 6 ил.

1572б79

Изобретение относится к области магнитного разделения веществ, преиМущественно для сепарации текучих сред на магнитные и немагнитные фрак5 ции, и может быть использовано в меТаллургической, машиностроительной, пищевой, химической, биологической, фармацевтической промышленности, в, тепловой и атомной энергетике, в газо"1О очистке, на водоочистных станциях пля извлечения магнитосодержащей фракции из конденсата, масел, аммиака, природных и сточных вод, газов металлургических и машиностроительных npo-I5 изводств.

Целью изобретения является повыШение эффективности процесса очистки

sa счет создания условий для равномерного намагничивания насадки по ее объему.

На фиг. 1 изображен фильтр-осади тель, общий вид; на фиг. 2 — разрез

А-А на фиг.. 1; на фиг. 3 — корпус с дополнительными катушками, установленными соответственно с возможностью поворота; на фиг.4 — то же, с возможно стью осевого возвратно-поступательног о перемещения; на фиг ° 5 — лабораторная экспериментальная установка; на фиг. 6 — графики измерений величины магнитной индукции.

Фильтр содержит корпус 1, заполненный ферромагнитной насадкой 2, в качестве которой используют шары, легированную дробь, сетки, рифленые

35 пластины, стержни, отходы феррита, электромагнитную систему, состоящую из сердечников 3, катушек электромагнитов 4 и дополнительных криволинейных катушек 5, расположенных на каркасе б, патрубки, подвода 7 очищаемой, и вывода8 очищеннойсреды и привод 9.

Фильтр работает следующим образом..:

Включают катушки электромагнитов

4 и дополнительные криволинейные ка" тушки 5. В зависимости от параметров очищаемой среды (концентрации, фракции, доли ферромагнитных примесей) устанавливают требуемую напряженность внешнего магнитного поля, которая определяется в ходе предварительных исследований, Очищаемая среда подается по патрубку 7 в корпуса 1, где в точках контакта гранул насадки 2 происходит осаждение магнитных примесей.

В ходе очистки свойства примесей и их концентрация изменяются. Корректировку эффективности очистки в этом случае осуществляют с помощью криволинейной катушки путем перемещения ее между торцами серде ников по высоте корпуса, увеличивая силовое воздействие на осаждаемые примеси, так как уменьшению расстояния между торцом сердечника и криволинейной катушкой соответствует увеличение напряженности магнитного поля. Это перемещение может осуществляться как с Помощью любого випа привода, так и силового магнитного взаимодействия между катушкой и электромагнитом.

По мере насыщения примесями зон насадки, прилегающих к виткам катушки 5, осуществляется поворот катушки вокруг продольной оси корпуса с помощью привода 9, соединенного механической связью с каркасом б, т.е. включают в работу зоны насадки, ранее пропускавшие причесные частицы. Выноса частиц из зон насадки с уменьшившейся намагниченностью не происходит, так как на примеси действуют силы притяжения со стороны гранул насадки, намагниченных электромагнитами, и силы остаточной намагниченности. Очищенная среда выводится по патрубку 8.

После окончания фильтроцикла, т.е. насыщения всего объема насадки примесями, отключают намагничивающую систему 3 — 5 и промывают насадку водовоздушной смесью. По окончании регенерации, длящейся 5 — 10 мин, приступают к процессу очистки.

Достигаемый положительный эффект состоит в следующем.

Между сердечниками, расположенными со смещением,, устанавливаются криволинейные катушки в радиальном направлении, по форме представляющие собой вытянутые эллипсы, которые в зонах насадки с пониженным значенйем .индукции магнитного поля, из-за потерь магнитного потока при прохождении насадки, повышают значения индукции поля, выравнивая условия протекания процесса очистки. В результате отпадает необходимость в установке промежуточных бальшегабаритных электромагнитов. Изготовление катушек именно криволинейной формы дает возмож" ность ориентировать вектор магнитного потока в необходимую сторону, например, по линии, соединяющей смеженные по высоте сердечники. При одинаковой ориентации векторов магнитного. потока

1572Ü79 катушки и сердечников происходит их алгебраическое суммирование, а не геометрическое, следовательно, величина результирующего вектора.максималь5 ная. Угол

10 где 1 — смещение сердечников электромагнитов по высоте корпуса;

D — - диаметр корпуса.

Расстояние между сердечниками мож- 15 но найти по известной формуле:

I CJd = 1,1 HI. (2) где I — сила тока в катушке электромагнита;

Н вЂ” напряженность магнитного поля; — расстояние между сердечниками. 25 учитывая, что Ь = 3 1тт D и подставляя в (2), находят смещение сердечников 1:

30 (3) Подставляя (3) в (1), получают выражение для угла а

I la -1-о, o(= агс1.р (— — — — ) —, 1J . (4)

1,1Н D

Генерируемое дополнительной криволинейной катушкой магнитное поле имеет ту особенность, что напряженность его максимальна в пристенной области, т.е. в той зоне, где поле, генерируемое электромагнитом, минимально.

Положительный эффект также достигается и за счет того, что в новом электромагнитном фильтре выгодно использованы преимущества существующего электромагнита и нового криволинейного соленоида. Иагнитная проницаемость сердечника примерно в 2 раза вьш е, чем в насадке, поэтому при невысоких энергозатратах (по сравнению с соленоидом) можно создавать высокоградиентные поля ° Недостатком электромагнитов является то, что эффективное намагничивание насадки про- исходит локально, а именно того объ-

50

55 ема насадки, который прилегает к сердечнику. С помощью дополнительной криволинейной катушки производится намагничивание областей насадки, которые электромагнитами намагнитить трудно либо невозможно. Именно сочетанием электромагнитов и криволинейных катушек достигается выравнивание намагничивания объема насадки в корпусе фильтра.

В процессе очистки возникает необходимость в создании различной по длине насадки индукции поля. Например, известно, что крупные частицы оседают в первых по ходу движения среды слоях насадки, а более мелкие распределяются в удаленных или вовсе проскакивают насадку, снижая эффектив. ность работы сепаратора. Осаждение частиц зависит от преобладания магнитной силы над другими, например стоксовой силы, силы тяжести, величина которой должна быть выше для улавливания более мелких частиц, чем для осаждения крупных. Если концентрация и фракция примесей постоянны во времени, можно проектировать стационарную магнитную систему с постоянными параметрами, Но, как показывает опыт, кон1 центрация примесей, их крупность, а иногда и магнитные свойства с течением времени изменяются, а так как требования к конечной величине концентрации примесей остаются прежними, то при проектировании намагничивающей системы приходится учитывать нетипичные варианты соотношения параметров, характеризующих примеси, увеличивая габариты намагничивающей системы. В предлагаемом случае перемещением катушки вдоль корпуса к одному из сердечников достигается повышение силового воздействия на осаждаемые примеси, причем перемещение может осуществляться путем увеличения магнитного взаимодействия между катушкой и сердечником, что также увеличивает силовое воздействие.

С помощью поворота катушки вокруг оси корпуса достигаются два положительных момента. Первый — это возможность оптимального использования объема насадки, эффективного использования множества точек контактов гранул насадки. По мере поворота катушки осаждение ведется в тех пристенных, *областях насадки, которые прилегают в данный моментк катушке, т.е. поворотом

1572679 обеспечивается равномерное заполнение железосодержащими примесями поровых каналов гранул насадки. Второй — это с помощью сочетания продольного и вращательного движений катушек достига-.

5 ется возможность намагничивать насадку в любой зоне и до требуемой величины.. аким образом получают мобильную магнитную систему с универсальным применением. С помощью перемещения катушки вовлекают в процесс захвата примесей дополнительные зоны насадки поочередно, по мере перемещения катушки вдоль либо вокруг корпуса. Причем сброс примесей в очищаемую среду из зон с уменьшившейся намагниченностью не происходит, поскольку известно, что для улавливания частиц требуются силы в несколько раз вышее, чем для их

20 держания. Так, например, для выпол- . нения регенерации насадки необходимо предварительно размагничивать насадку, даже силы остаточной намагниченности препятствуют выносу примесей 25 а в данном случае, кроме сил остаточной намагниченности в насадке, на примеси действуют еще и магнитные силы

cо стороны гранул насадки, намагниЧенных электромагнитами.

Пример. На лабораторной экспе риментальной установке изучают распределение магнитного поля в рабочем объейе корпуса фильтра. Лабораторная установка (фиг. 5) состоит из немагнит- . ного корпуса диаметром 128 мм, длиной 300 мм; двух электромагнитов, сердечники которых смещены друг относительно друга по высоте корпуса на расстояние 140 мм,криволинейной, 40 катушки с внутренними полуосями; а = 125 мм, Ь = 64 мм, и углом с =

43 ; двух независимых регулируемых йсточников постоянного тока. Показания снимаются с помощью комбинированного цифрового прибора Щ4311 датчиками М и С. Величина напряженности магнитного поля электромагнитов и катушки в ходе экспериментов постоянная, а соотношение напряженностей подбирают так, что значения индукции в центре сердечника электромагнита и индукции в пристенной области ка-. . тушки приблизительно равны между собой (10 mT}. Измерения проводятся в диаметральной плоскости криволинейной катушки и в полости, проходящей через центры торцов сердечников электромагнитов.

Результаты измерений величины магнитной индукции представлены на фиг.6, из которой видно, что для данной намагничивающей системы характерно то, что снижению величины индукции магнитного поля электромагнитов в любой области рабочего объема корпуса соответствует повышение ее для криволинейной катушки и наоборот, т.е. электромагниты и криволинейная катушка взаимно компенсируют друг друга, снижая неоднородность поля и повышая значения индукции до требуемой величины. Так, для электромагнитов индукция вблизи сердечника в 10 раз выше, чем в пристенной области корпуса в его центральной части, а для криволинейной катушки индукция в ее пристенной части в 2 — 3 раза выше, чем в околосердечниковой области корпуса, тогда как при их совместной работе перепад индукции по объему корпуса снижается до 1,45 раза (фиг. 6б). При распределении магнитного поля н диаметарльной плоскости катушки (фиг. 6а) наблюдается картина еще более равномерного распределения ноля (индукция отличается в 1,2 раза); Причем„ если в диаметральной плоскости криволинейной катушки область равномерного распределения индукции (фиг. 6а) составляет для электромагнитов 247., для криволинейной катушки 317, а в плоскости, проходящей через центры сердечников электромагнитов (фиг. 6б) — соответственно 14 и 13Х, в предлагаемом варианте область с равномерной индукцией в этих плоскостях, соответственно составляет 83 и 277, т.е. область с равномерной индукцией увеличивается в измеряемых плоскостях в 2-3 5раза. Эффективный рабочий объем корпуса с требуемой индукцией увеличива-, ( ется в 1,35 раза, что соответствует увеличению емкости поглощения насадки, а значит, увеличению межрегенерационного периода и повышению эффективности очистки в 1,1 — 1,2 раза, так как рабочая длина насадки увеличивается на 357.

Формула изобретения !.

1, Электромагнитный фильтр-осади, тель, включающий корпус с насадкой, намагничивающую систему ввиде электромагнитов, содержащих основныекатушки намагничивания, размещенные на сер1572679

10 дечниках, полюса которых плотно прилегают к поверхности корпуса, и смещенные по высоте друг относительно друга,пат- . рубки вводаи вывода, о т л и ч а ю5 шийся тем, что,с целью повышения эффективности процесса очистки эа счет создания условий для равномерного намагничивания насадки по ее объему, корпус снабжен дополнительными катушками криволинейной формы, установ- ленными в наклонной плоскости снаружи корпуса, с возможностью перемещения, причем нормаль к диаметральной плоскости катушки образует угол с продольной осью корпуса („) 1-Оса

О(= arctg (— --- ) 1

1,1Н.D где I, И вЂ” соответственно, сила тока в основной катушке и количество ее витков;

Н вЂ” напряженность магнитного поля;

D — - диаметр корпуса.

2. Фильтр-осадитель по п. 1, о тл и ч а ю щ .и и с я тем, что дополнительные электрические катушки установлены с возможностью вращения вокруг корпуса.

3. Фильтр-осадитель по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что дополнительные катушки установлены с возможностью перемещения .вдоль корпуса фильтра.

1572679

Дт 1л

Усру5 7 J 2 1 g 1 2 5 Ф 5 6 7 д 9 10 11 18,er;

Составитель О. Симоненко

Реактор А.Шандор Техред Л. Сердюкова

Корректор N.Ñàèáîðcêàÿ

Заказ 1604 Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский коибинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101