Электромагнитное перемешивающее устройство

 

Сущность изобретения: устройство содержит цилиндрический корпус 1, охваченный статором 5 асинхронного двигателя и заполненный ферромагнитными элементами 9,10. С торцовых частей корпуса закреплены решетки 13, предохраняющие от выпадания ферромагнитных элементов из корпуса. Корпус снабжен системой трубопроводов 2 для подачи смешиваемых компонентов и отвода готовой смеси. Ферромагнитные элементы 9 из сильномагнитного анизотропного материала с наибольшими габаритными размерами меньше величины 0,01 от полюсного деления статора асинхронного, а элементы 10 - плоскими и с наибольшими габаритными размерами, превышающими величину полюсного деления статора. Корпус и решетки выполнены из немагнитного материала. При включенной обмотке статора асинхронного двигателя под действием его магнитного поля ферромагнитные элементы с габаритами, меньшими величины 0,01 от полюсного деления статора, вращаются в сторону, противоположную вращению магнитного поля, а остальные - в сторону вращения магнитного поля. За счет этого болееэ интенсивно и качественно происходит процесс перемешивания находящихся в корпусе компонентов. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к химическому и медицинскому машиностроению и может быть использовано для перемешивания жидких химических сред, а также жидких сред с твердыми сыпучими средами.

Известные электромагнитные устройства для перемешивания жидких химических сред содержат корпус, выполненный из немагнитного материала, который охвачен статором асинхронного двигателя, систему трубопроводов для подачи смешиваемых компонентов и отвода готовой смеси и частицы из ферромагнитного материала, размещенные в корпусе, вращающиеся под действием магнитного поля статора и взаимодействующие со смешиваемыми компонентами (1).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электромагнитное перемешивающее устройство, содержащее корпус, охваченный статором асинхронного двигателя и заполненный ферромагнитными частицами, выполненными в виде шариков, решетки, закрепленные с торцовых частей корпуса и предохраняющие частицы от выпадaния из корпуса, систему трубопроводов для подачи смешиваемых компонентов и отвода из корпуса готовой смеси и коллектор для сбора готовой смеси (2).

Общим недостатком известных устройств является ограниченная интенсивность перемешивания компонентов, обусловленная односторонним вращением под действием магнитного поля статора ферромагнитных частиц и взаимодействующих с ними перемешиваемых сред.

Средства же, обеспечивающие создание противоположного движения контактирующих фаз, как, например, в (1), усложняют и удорожают конструкцию перемешивающего устройства.

Целью изобретения является интенсификация процесса перемешивания, повышение качества перемешиваемого продукта без усложнения и удорожания конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в электромагнитном перемешивающем устройстве, содержащем цилиндрический корпус, охваченный статором асинхронного двигателя и заполненный ферромагнитными элементами, решетки, закрепленные с торцовых частей корпуса и предохраняющие элементы от выпадания из корпуса, систему трубопроводов для подачи смешиваемых компонентов и отвода из корпуса готовой смеси, часть ферромагнитных элементов выполнена из сильномагнитного анизотропного материала с габаритами не более 0,01 от полюсного деления статора асинхронного двигателя, другая часть ферромагнитных элементов выполнена плоскими и с габаритными размерами, превышающими величину полюсного деления статора, а корпус и решетки выполнены из немагнитного материала.

Часть плоских ферромагнитных элементов с габаритами, превышающими величину полюсного деления статора, выполнена в виде крыльчаток гребного винта, закрепленных с возможностью вращения по крайней мере на одной оси, размещенной вдоль цилиндрического корпуса.

В корпусе размещены с возможностью свободного вращения плоские элементы с габаритами, превышающими величину полюсного деления статора, выполненные из немагнитного электропроводящего материала, например алюминия или нержавеющей стали.

Часть немагнитных электропроводящих элементов выполнена в виде крыльчаток гребного винта, закрепленных с возможностью вращения по крайней мере на одной оси, размещенной вдоль цилиндрического корпуса.

Корпус и решетки выполнены из электропроводящего материала.

Ферромагнитные элементы должны быть выполнены из сильномагнитного (более 2 Гс˙см³/г) анизотропного материала, например, окисла железа, магнетита Fe₃O₄ и т. п. Ограничение размеров ферромагнитных элементов вызвано тем, что в зависимости от габаритов частицы могут перемещаться в магнитном поле статора либо в направлении его вращения, либо встречно. Механизм поведения мелких ферромагнитных частиц и крупных плоских ферромагнитных или электропроводящих элементов во вращающемся или бегущем магнитном поле заключается в том, что мелкие частицы в отличие от крупных плоских ферромагнитных или электропроводящих элементов перемещаются не в направлении распространения магнитного поля, а в обратном. Этот феномен описывается в статьях профессора E. R. Laithwaite. The evolution of a three-dimensional еlectric motor, Electrical Keview, 26 October 1973, p. 566-568 и авторов В. Г. Дейча и В. П. Тeрехова. Поведение малых ферромагнитных частиц в бегущем магнитном поле. -Электромеханика, 1984, N 10, Известия ВУЗов, с. 23-26. Целесообразность выбора габаритов мелких ферромагнитных частиц, не превышающих величину 0,01 от полюсного деления статора асинхронного электродвигателя, вытекает из материала упомянутой выше статьи В. Г. Дейча и В. П. Терехова, где указано условие (см. выражение (18)), согласно которому для обеспечения упомянутого выше эффекта a ферромагнитной частицы должны быть много меньше длины волны λ магнитного поля, т. е. К˙а << 1, где К - коэффициент, связанный с различием в нормировке бегущего или вращающегоcя поля, или иначе а < 0,01 τ, где τ - полюсное отделение статора электродвигателя. Указанное последним соотношение подтверждается также экспериментально полученными результатами.

Из этих результатов также следует, что при изготовлении ферромагнитных частиц с габаритами от 0,01 до 0,2 от величины полюсного деления скорость перемещения частиц в направлении, встречном направлению вращения поля, уменьшается, а с габаритами от 0,2 до 1,0 от величины полюсного деления перемещения частиц практически не наблюдается. Это связано с тем, что при габаритах частиц а = 0,01 τ. . . 1,0 τ квазиоднородность магнитного поля, при которой имеет место эффект Магнуса, резко уменьшается.

При а > 1,0 τ ферромагнитные частицы перемещаются в направлении распространения уже неоднородного (по отношению к частице) магнитного поля.

Пpедложенное техническое решение позволяет сократить принципиально новую конструкцию электромагнитного перемешивающего устройства.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в вариантах, когда его корпус заполнен либо ферромагнитными элементами, либо ферромагнитными элементами и элементами, выполненными из немагнитного электропроводящего материала; на фиг. 2 - то же, вид в поперечном сечении; на фиг. 3 - то же, вариант, когда в его корпусе размещены с возможностью вращения элементы в виде крыльчаток гребного винта, выполненные либо из ферромагнитного материала, либо из немагнитного электропроводящего материала.

Предлагаемое устройство содержит цилиндрический корпус 1, выполненный из немагнитного материала с системой трубопроводов 2 и 3 для подачи исходных компонентов и отвода готовой смеси соответственно и коллектором 4 для сбора готовой смеси. Корпус 1 охвачен статором 5 асинхронного двигателя, включающим магнитопровод 6 с пазами 7, заполненными обмоткой 8. Внутри корпуса 1 свободно размещены ферромагнитные элементы 9, выполненные из сильномагнитного анизотропного материала, например, окисла железа, магнетита Fe₃O₄, электромагнитной стали и т. п. Часть из указанных элементов - элементы 9 имеют форму либо шариков, либо параллелепипедов, либо цилиндров, либо конусов, либо кубов, либо и тех и других вперемешку, при этом максимальный габаритный размер элементов равен не более 0,01 от величины полюсного деления статора 5 асинхронного двигателя. Другая часть элементов - элементы 10 выполнена также из ферромагнитного материала, а в других вариантах исполнения предлагаемого устройства - либо из немагнитного электропроводящего материала, либо некоторые из элементов 10 выполнены из ферромагнитного материала, а остальные - из немагнитного электропроводящего.

Все элементы 10 имеют форму плоских параллелепипедов и выполнены с максимальным габаритным размером, превышающим величину полюсного деления. В некоторых вариантах исполнения предлагаемое устройство снабжено ферромагнитными элементами с габаритами, превышающими величину полюсного деления статора, выполненными в виде крыльчаток 11 гребного винта, жестко закрепленных на осях 12, ориентированных вдоль цилиндрического корпуса 1. При этом оси 12 устанавливаются в опорах вращения (на чертежах не показаны), закрепленных в корпусе 1. В других вариантах крыльчатки 11 выполнены из немагнитного электропроводящего материала и имеют такие же габариты.

У торцовых частей корпуса 1 жестко закреплены выполненные из немагнитного материала решетки 13, предохраняющие элементы 9 и 10 от выпадения из корпуса 1. Опоры вращения осей 12 могут быть также закреплены в решетках 13.

В некоторых вариантах исполнения предлагаемого устройства корпус 1 и решетки 13 выполнены из электропроводящего немагнитного материала.

Электромагнитное перемешивающее устройство работает следующим образом.

По трубопроводам 2 в корпус 1 заданной пропорции поступают исходные компоненты в виде жидких сред, либо в виде жидкой среды и мелкой твердой сыпучей среды. При подаче переменного напряжения на обмотку 8 статора 5 асинхронного двигателя в статоре 5 возникает вращающееся магнитное поле. Под действием магнитного поля статора 5 ферромагнитные элементы 9 и 10 и крыльчатки 11 из ферромагнитного материала, а также немагнитные электропроводящие элементы 10 и крыльчатки 11 совершают вращательное движение. При этом элементы 10, выполненные из ферромагнитного и (или) электропроводящего немагнитного материала, с габаритами, превышающими величину полюсного деления статора, перемещаются в направлении бегущего магнитного поля, а крыльчатки 11 вращаются в этом же направлении, создавая своими лопастями потоки перемешиваемой массы, направленные вдоль осей 12 вращения и перпендикулярно потокам, создаваемыми элементами 10. Ферромагнитные элементы 9 с габаритами, не превышающими 0,01 от полюсного деления статора, в отличие от элементов 10 вращаются за счет эффекта Магнуса в сторону, противоположную вращающемуся полю и, следовательно, перемещению элементов 10. Помимо вихревого перемещения элементы 9 и 10 из ферромагнитного материала совершают колебательные движения за счет магнитострикционного эффекта. Характер же перемещения электропроводящих немагнитных элементов 10 по сравнению с перемещением ферромагнитных элементов 10 за счет другого значения магнитного момента, а также отсутствия явления гистерезиса будет другим.

Таким образом, под действием элементов 9, 10, крыльчаток 11, совершающих различные в одном вращающемся поле статора 5 перемещения и колебательные движения за счет усиления турбулизации потоков контактирующих фаз, повышается интенсификация процесса перемешивания исходных компонентов, а также качество готовой смеси.

Повышению интенсификации перемешивания и качества готового продукта, в отдельных случаях, в зависимости от химического состава перемешиваемых сред, будет также способствовать выполнение корпуса 1, решеток 13, а также элементов 10 и 11 из электропроводящего материала, поскольку указанные элементы за счет наведения в них вихревых токов будут выделять в смешиваемые продукты со всех сторон значительное количество тепла.

В предлагаемом устройстве рационально, без усложнения и удорожания конструкции использовано явление противоточного движения во вращающемся магнитном поле мелких ферромагнитных элементов и крупных плоских проводящих тел для достижения указанных выше целей.

(56) Авторское свидетельство СССР N 413952, кл. B 01 D 3/20, 1974.

Авторское свидетельство СССР N 192755, кл. B 01 F 13/08, 1967.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее цилиндрический корпус, охваченный статором асинхронного двигателя и заполненный ферромагнитными элементами, решетки, закрепленные с торцевых частей корпуса и предохраняющие элементы от выпадания из корпуса, систему трубопроводов для подачи смешиваемых компонентов и отвода из корпуса готовой смеси, и коллектор для сбора готовой смеси, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процесса перемешивания, повышения качества готовой смеси без усложнения и удорожания конструкции, одна часть ферромагнитных элементов выполнена из сильномагнитного анизотропного материала с наибольшим габаритным размером, меньшим величины 0,01 от полюсного деления статора асинхронного двигателя, другая часть ферромагнитных элементов выполнена плоскими и с габаритами, превышающими величину полюсного деления статора, а корпус и решетки выполнены из немагнитного материала.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено ферромагнитными элементами с габаритами, превышающими величину полюсного деления статора, выполненными в виде крыльчаток гребного винта, закрепленных с возможностью вращения по крайней мере на одной оси, размещенной вдоль цилиндрического корпуса.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено размещенными в корпусе с возможностью свободного вращения плоскими элементами с габаритами, превышающими величину полюсного деления статора, выполненными из немагнитного электропроводящего материала, например алюминия или нержавеющей стали.

4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что часть немагнитных электропроводящих элементов выполнена в виде крыльчаток гребного винта, закрепленных с возможностью вращения по крайней мере на одной оси, размещенной вдоль цилиндрического корпуса.

5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что корпус и решетки выполнены из электропроводящего материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3