ВЫСОКОГРАДИЕНТНЫЙ МАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 2003 года по МПК B01D35/06 B03C1/00 C02F1/48 C02F103/00 

Изобретение относится к устройствам для очистки водных и газовых потоков от содержащихся в них частиц, обладающих ферро-, пара- и диамагнитными свойствами, и может быть использовано в объектах атомной и тепловой энергетики, химической и пищевой промышленности, металлургии, в медицине, химической и других отраслях промышленности, где используются подобные процессы.

Известен высокоградиентный магнитный фильтр (ВГМФ), состоящий из проточной емкости - канистры с размещенной в ней матрицей, внутренней магнитной системой, содержащей постоянные магниты, установленные в герметичных кассетах непосредственно в корпусе фильтра [1].

Данная конструкция ВГМФ не позволяет проводить регенерацию и затрудняет его обслуживание после очистки радиоактивно-загрязненных водных потоков из-за больших дозовых нагрузок на персонал вследствие того, что магнитные элементы расположены непосредственно в корпусе фильтра.

Известен также магнитный фильтр, содержащий корпус из немагнитного материала с входным и выходным штуцерами, ферромагнитную матрицу (загрузку) и магнитную систему кольцевой формы с осевой намагниченностью, закрепленную снаружи корпуса [2]. Данное устройство наиболее близко к заявляемому по большинству существенных признаков и служит прототипом.

Недостатком такого фильтра является его невысокая эффективность, обусловленная нерациональной конструкцией магнитной системы, не позволяющей в полной мере реализовать энергию магнитного поля. Кроме того, использование в качестве матрицы магнитного порошка усложняет процесс очистки фильтра от примесей при его регенерации.

Технической задачей изобретения является создание высокоградиентного магнитного фильтра, обеспечивающего увеличение эффективности очистки технологических сред от ферро-, пара- и диамагнитных примесей, упрощение процесса очистки фильтра при регенерации, а также процедуры формирования матрицы и сборки ВГМФ.

Для решения данной задачи устройство включает в себя цилиндрический корпус, выполненный из немагнитного коррозионно-стойкого материала с входным и выходным штуцерами. Снаружи корпуса расположена магнитная система, представляющая собой регулярную последовательность аксиально намагниченных кольцевых высококоэрцитивных постоянных магнитов, каждый из которых обращен друг к другу одноименными полюсами с минимальным зазором между ними и полюсных наконечников, выполненных из ферромагнитного материала. По оси корпуса расположен стержень, выполненный из магнитно-мягкого коррозионно-стойкого материала, являющийся концентратором магнитного потока в объеме матрицы и одновременно выполняющий роль конструктивного элемента, на котором формируется матрица, расположенная внутри корпуса и выполненная также из магнитно-мягкого коррозионно-стойкого материала. Такая конструкция позволяет уменьшить поля рассеяния снаружи корпуса и максимально сконцентрировать магнитное поле не только в центре матрицы, но и по всей ее высоте, сведя к минимуму магнитные потери.

Технический результат, достигаемый решением указанной задачи, состоит в следующем:
- увеличение эффективности устройства; это достигается повышением величины магнитной индукции (и, следовательно, градиента магнитного поля) во всем объеме матрицы за счет наличия ферромагнитного стержня (сердечника), размещенного по оси корпуса, чередующейся по высоте фильтра полярностью каждого из магнитов и минимизации межполюсного зазора между ними.

- упрощение конструкции и технологии изготовления фильтра, а также процессы его разборки для регенерации, это достигается возможностью формирования матрицы непосредственно на центральном стержне как едином конструктивном узле, легко заменяемом в процессе регенерации (для дальнейшего упрощения процесса регенерации конструктивные узлы "стержень-матрица" могут быть объединены жесткой механической немагнитной связью).

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются
- конструкция магнитной системы, представляющая собой регулярную последовательность кольцевых магнитов с осевой намагниченностью, каждый из которых обращен друг к другу одноименными полюсами, и полюсных наконечников между ними из ферромагнитного материала;
- наличие осевого ферромагнитного стержня диаметром 0,3-0,5 внутреннего диаметра корпуса.

На прилагаемом чертеже представлен эскиз заявляемого устройства.

Устройство состоит из собственно корпуса цилиндрической формы 1, выполненного из немагнитного коррозионно-стойкого материала (например, стали Х18Н10Т), заполненного многослойной матрицей 2 из магнитно-мягкого коррозионно-стойкого материала (например, стали 08Х17Н). По оси корпуса расположен цилиндрический стержень 3, выполненный также из магнитно-мягкого коррозионно-стойкого материала и являющийся концентратором магнитного потока в объеме матрицы. Одновременно с этим стержень выполняет роль конструктивного элемента, на котором формируется матрица, например, в случае изготовления ее из металлической ваты. Снаружи корпуса 1 размещена магнитная система, выполненная из аксиально намагниченных кольцевых высококоэрцитивных постоянных магнитов 4 (например, на основе сплава SmСо₅), обращенных друг к другу одноименными полюсами. Между магнитами находятся ферромагнитные полюсные наконечники 5, также имеющие форму колец и одинаковые с магнитами наружный и внутренний диаметры. Для обеспечения максимального значения магнитной индукции в объеме матрицы (максимального радиального магнитного потока) толщина полюсных наконечников должна быть минимально возможной (но не более половины высоты магнита) и лимитируется лишь максимальным усилием сближения магнитов, то есть допустимым осевым усилием узла фиксации магнитов в рабочем состоянии. Конструкция узла фиксации (на чертеже не показан) может быть произвольной в зависимости от условий применения фильтра и места его установки и включать в себя, например, подвижный нижний фланец 6, надеваемый на корпус и фиксируемый с помощью шпилек или посредством резьбы на корпусе. Стержень 3 жестко закреплен на верхнем фланце 7 из немагнитного материала.

Устройство работает следующим образом. Поток подается на вход корпуса 1, проходит через слои матрицы 2, сформированные на стержне-концентраторе 3 и находящиеся в магнитном поле расположенных снаружи корпуса аксиально намагниченных кольцевых высококоэрцитивных постоянных магнитов 4 и полюсных наконечников 5. Ввод в объем матрицы стрежня-концентратора позволяет максимально увеличить градиент магнитного поля в объеме матрицы и увеличить эффективность улавливания ферро-, пара- и диамагнитных частиц, а также существенно упростить процесс формирования и регенерации матрицы.

Источники информации
1. Высокоградиентный магнитный фильтр. Авторское свидетельство СССР, 1785104, B 01 D 35/06, Бюл. 16 (ч.II), 1998 г. стр.425.

2. Магнитный фильтр. Патент РФ 2006256 С1, B 01 D 35/06, Бюл. 2, 1994 г. , стр.14.

Высокоградиентный магнитный фильтр относится к устройствам для фильтрования и может быть использован для очистки потоков газов или жидкостей от диспергированных в них ферро-, пара- и диамагнитных частиц в объектах атомной и тепловой энергии, химической и пищевой промышленности, металлургии и других отраслях промышленности, где используются подобные процессы. Устройство включает в себя корпус, заполненный матрицей из магнитно-мягкого материала, через которую осуществляется поток фильтруемой среды, оснащенный постоянными кольцевыми магнитами, охватывающими корпус с матрицей. С целью повышения напряженности магнитного поля в объеме матрицы все магниты обращены друг к другу одноименными полюсами, а внутри корпуса по его оси установлен концентратор магнитного потока в виде ферромагнитного стержня. Технический результат - увеличение эффективности очистки, упрощение технологии изготовления фильтрующей матрицы и процедуры ее регенерации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Высокоградиентный магнитный фильтр для очистки водных и газовых потоков от примесей, содержащий корпус из немагнитного материала с входным и выходным штуцерами, пористую фильтрующую матрицу из ферромагнитного материала и кольцевую магнитную систему с осевой намагниченностью на основе постоянных магнитов, расположенную снаружи корпуса, отличающийся тем, что магнитная система содержит магниты, каждый из которых обращен одноименными полюсами друг к другу, и полюсные наконечники между ними толщиной не более половины высоты магнитов. 2. Высокоградиентный магнитный фильтр по п.1, отличающийся тем, что по оси фильтра размещен цилиндрический стержень из магнитно-мягкого материала с диаметром 0,3-0,5 внутреннего диаметра корпуса.