МАГНИТНАЯ СИСТЕМА СЕПАРАТОРА (ЕЕ ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК B03C1/00 

Изобретение относится к магнитным системам сепараторов для извлечения магнитовосприимчивых частиц из сыпучих или жидкостных материалов и может быть использовано в магнитных сепараторах в горнодобывающей, металлургической, керамической, стекольной и в других отраслях.

Известна магнитная система сепаратора [1], выполненная с чередующимися полюсами и включающая установленные один за другим на магнитном шунте магнитные блоки, выполненные с одинаковыми направлениями намагничивания в границах одного магнитного блока и с различными направлениями намагничивания в пределах одного полюса магнитной системы.

В магнитной системе [1], принятой в качестве прототипа для обоих вариантов предложенной магнитной системы, задается математическая закономерность изменения направления намагничивания отдельных блоков, установленных один за другим по кругу. Эта закономерность описывается математической формулой

ψ_u=-nϕ_u,

где n - целое положительное число;

ψ_u - угол, который определяет направление намагничивания u-го блока магнитной системы;

ϕ_u- угол между линией, проходящей через центр тяжести u-го блока и нулевым радиусом-вектором магнитной системы.

Недостатком магнитной системы, построенной по такой математической закономерности, является недостаточная величина составляющей магнитной силы поля, действующей на магнитные частицы в направлении их осаждения на поверхность полюсов, ограничивающая использование такой магнитной системы для осаждения слабомагнитных частиц.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования (оптимизации) магнитной системы сепаратора для получения большей величины магнитных осаждающих сил в рабочем объеме сепаратора и большей гибкости в согласовании магнитной системы с конструктивными и технологическими параметрами и характеристиками сепаратора (производительностью, скоростью вращения барабана, диаметром барабана, магнитными свойствами магнитной фракции в материале, подлежащем сепарации и др).

Поставленная задача решается в варианте исполнения (I вариант) магнитной системы сепаратора, которая выполнена с чередующимися полюсами и включает установленные один за другим на магнитном шунте магнитные блоки, выполненные с различными направлениями намагничивания в пределах одного полюса магнитной системы, а каждый полюс магнитной системы образован поверхностью одного магнитного блока, выполненного с направлениями намагничивания, которые непрерывно изменяются вдоль ширины полюса, при этом все направления намагничивания пересекаются на одной линии, которая лежит в плоскости симметрии полюса.

Поставленная задача решается также в варианте исполнения (II вариант) магнитной системы сепаратора, которая выполнена с чередующимися полюсами и включает установленные один за другим на магнитном шунте магнитные блоки с одинаковым направлением намагничивания в пределах одного магнитного блока и с различными направлениями намагничивания магнитных блоков в пределах одного полюса, а магнитные блоки намагничены и установлены так, что направления намагничивания магнитных блоков, которые проходят через их геометрический центр, пересекаются на одной линии, которая лежит в плоскости симметрии полюса, образованного поверхностью этих блоков, при этом каждый полюс составлен, по меньшей мере, из трех магнитных блоков.

Поставленная задача решается в магнитных системах, выполненных по обоим вариантам, между полюсами которых установлены дополнительные постоянные магниты, намагниченные перпендикулярно к плоскости разделения смежных полюсов магнитной системы.

Поставленная задача решается в магнитных системах, выполненных по обоим вариантам, в которых магнитные блоки выполнены различных геометрических размеров.

Принятая закономерность в направлениях намагничивания полюсов для всех вариантов исполнения предложенной магнитной системы, а именно: пересечение всех направлений намагничивания на одной линии, которая лежит в плоскости симметрии каждого полюса на расстоянии h от поверхности полюса, как показывает математическое моделирование и расчет магнитного поля, позволяет на 10-30% увеличить величину осаждающих магнитных сил (нормальной составляющей полной магнитной силы), по сравнению с аналогичной по размерам и использованным в магнитных блоках маркам постоянных магнитов, магнитной системой [1]. Именно достижение такого улучшения эффективности магнитной системы и является основной целью предложенного изобретения.

Установка между полюсами магнитной системы дополнительных постоянных магнитов, которые намагничены перпендикулярно к плоскости раздела смежных полюсов магнитной системы, дополнительно увеличивает эффективность магнитной системы.

Неоднозначные требования к магнитным системам, относительно согласования их магнитных характеристик с технологическими и конструктивными параметрами (характеристиками) сепараторов, могут удовлетворяться в магнитных системах за счет их выполнения с различными геометрическими размерами магнитных блоков.

На фиг.1 изображено поперечное сечение плоской магнитной системы с непрерывным изменением направления намагничивания в пределах одного полюса (1-й вариант) и с одинаковыми по размерам магнитными блоками для всей магнитной системы.

На фиг.2 изображено поперечное сечение плоской магнитной системы с полюсами, выполненными по 1-му варианту, и дополненной дополнительными постоянными магнитами.

На фиг.3 изображено поперечное сечение одного полюса плоской магнитной системы, выполненного по 1-му варианту.

На фиг.4 изображено поперечное сечение цилиндрической магнитной системы с магнитными блоками одинаковых геометрических размеров, выполненными по 1-му варианту.

На фиг.5 изображено поперечное сечение цилиндрической магнитной системы с полюсами магнитов, выполненными по 1-му варианту, и с дополнительными магнитами.

На фиг.6 изображено поперечное сечение одного полюса цилиндрической магнитной системы, выполненного по 1-му варианту.

На фиг.7 изображено продольное сечение цилиндрической магнитной системы с полюсами, выполненными по 1-му варианту, которые чередуются вдоль оси цилиндрической поверхности.

На фиг.8 изображено поперечное сечение через северный полюс (N) магнитной системы по фиг.7.

На фиг.9 изображено поперечное сечение через южный полюс (8) магнитной системы по фиг.7.

На фиг.10 изображено поперечное сечение одного полюса, плоской магнитной системы, составленного из одинаковых по геометрическим размерам блоков и выполненного по 2-му варианту.

На фиг.11 изображено поперечное сечение одного полюса плоской магнитной системы (2-й вариант), составленного из магнитных блоков различной ширины.

На фиг.12 изображено поперечное сечение цилиндрической магнитной системы, полюса которой выполнены по 2-му варианту одинаковой величины и составлены из отдельных одинаковых магнитных блоков.

На фиг.13 изображено поперечное сечение плоской магнитной системы с полюсами, выполненными по 1-му вариантом, из магнитных блоков различной величины.

На фиг.14 изображено поперечное сечение цилиндрической магнитной системы с полюсами, выполненными по 1-му варианту, из магнитных блоков различной величины.

Магнитная система по фиг.1 выполнена из плоских магнитных блоков 1 высотой Н_м, размещенных на ферромагнитном шунте 2. Каждый полюс магнитной системы шириной τ выполняют из одного магнитного блока и намагничивают его так, что направления намагничивания непрерывно изменяются вдоль ширины полюса τ и пересекаются на одной линии в точках А_N (или А_S) для данного сечения магнитной системы. Все точки пересечения в пределах полюса одной полярности лежат в плоскости симметрии этого полюса на одной линии, равноудаленной от поверхности полюса на расстояние h. Величина h обуславливается шириной полюса τ так, что h=(0,1-1)τ. Магнитные блоки 1 установлены на магнитном шунте 2 высотой Н_Ш, являющемся одновременно конструктивным элементом, на котором закрепляется магнитная система, и активным элементом магнитной системы, который не допускает замыкания магнитного потока полюсов в нерабочем объеме сепаратора.

Оснащение магнитной системы дополнительными магнитами 3, как это изображено на фиг.2, улучшает магнитное поле системы по критерию, принятому в поставленной задаче: увеличение осаждающих магнитных сил. Это объясняется тем, что размещение между полюсами разной полярности дополнительного магнита, намагниченного перпендикулярно к плоскости разделения этих полюсов, изменяет картину магнитного поля в зоне изменения полярности магнитных блоков 1 на увеличение осаждающих магнитных сил именно в этой зоне.

В изображенном на фиг.3 в системе координат OX и OY полюсе магнитной системы зависимость направлений намагничивания вдоль полюса описывается формулой

где α - угол наклона линии намагничивания, проходящей через точку х относительно оси OY;

х - координаты точек по оси ОХ, через которые проходят направления намагничивания;

h - расстояние от линии пересечения направлений намагничивания полюса от поверхности полюса.

Предложенная магнитная система может использоваться также с чередованием полярности полюсов вдоль окружности (цилиндрическая магнитная система), как это изображено на фиг.4.

При выполнении магнитной системы по фиг.4 (в виде полного кольца или кольцевого сектора) магнитные блоки 1 выполняют в виде кольцевых секторов, направление намагничивания в которых непрерывно изменяется вдоль дуги полюса так, чтобы все направления намагничивания каждого полюса пересекались на одной линии.

Секторные магнитные блоки 1 высотой Н_м и полюсной шириной τ устанавливают на кольцевом магнитном шунте 2 высотой Н_Ш, который экранирует замыкание магнитного потока полюсов в глубь магнитной системы.

Так же как и плоская магнитная система, цилиндрическая магнитная система может быть оснащена дополнительными постоянными магнитами 3, как это изображено на фиг.5.

Функциональное назначение дополнительных магнитов 3, которые тоже выполняют в виде кольцевых секторов, заключается в улучшении магнитного поля в зоне изменения полярности полюсов, для увеличения магнитных осаждающих сил в этих зонах.

На фиг.6 изображен один полюс цилиндрической магнитной системы в системе координат (OX; OY), в которых математическая закономерность изменения направлений намагничивания вдоль дуги полюса определяется по формулам

X=R_OM tgβ;

где R_OM - нулевой радиус-вектор цилиндрической поверхности магнитных блоков, который совпадает с осью OY и от которого отсчитывается угол β;

β - угол между осью OY и линией, соединяющей ось магнитной системы с точкой х;

х - произвольная координата точек на оси ОХ;

α - угол между осью OY и линией, соединяющей точку А_N (или А_S) с точкой х;

h - расстояние от линии пересечения направлений намагничивания полюса от поверхности полюса.

Цилиндрическая магнитная система может выполняться с чередованием полярности полюсов вдоль оси цилиндрической поверхности магнитных блоков, как это изображено на фиг.7. Направления намагничивания в пределах одного полюса сходятся на одной линии 4. Но в этом случае линия представляет собой кольцевую линию с радиусом R_кл большим, чем радиус цилиндрической поверхности магнитных блоков R_м (так, что R_кл=R_м+h). На фиг.8 и фиг.9 изображены поперечные сечения магнитной системы за фиг.7 соответственно через северный полюс (N) и южный полюс (S).

Предложенная магнитная система может использоваться с полюсами, образованными поверхностью нескольких магнитных блоков. На фиг.10 изображена плоская магнитная система, составленная из одинаковых магнитных блоков 6. Направление намагничивания в пределах одного блока неизменное, а направления намагничивания смежных блоков между собою отличаются. При этом для любого из блоков одного полюса направление намагничивания всего блока совпадает с направлением линии, которая соединяет геометрический центр блока O_k с линией, на которой лежат точки А_N (или А_S). Математическая зависимость для направлений намагничивания любого с k-блоков (фиг.10) может быть выражена формулой

где x_k - координата геометрических центров магнитных блоков по оси OX;

y_k - координата геометрических центров магнитных блоков по оси OY;

α_k - угол между осью OY и линией, которая соединяет точку А_N (или А_S);

h - расстояние от линии пересечения направлений намагничивания полюса от поверхности полюса.

Такая магнитная система наиболее технологична. Полюса магнитной системы могут состоять из поверхности отдельных неодинаковых по ширине магнитных блоков 7 (фиг.11). Направления намагничивания в границах каждого такого блока тоже между собой совпадают и параллельны направлению, которое проходит через геометрический центр каждого отдельного магнитного блока.

Ширина центрального магнитного блока полюса (через который проходит центр системы координат OX, OY) равна b₁=2х₁, а ширина всех других магнитных блоков 7 разная (b₂=x₂-x₁; b₃==x₃-x₂;...; b_k=x_к-x_k-1). Закономерность изменения направления намагничивания блоков одного полюса выражается математически формулой

где α_k - угол между осью OY и линией, которая соединяет точку А_N (или А_S);

x_k - координата центра к-блока по оси х;

h - расстояние от точки (А_N) пересечения направлений намагничивания полюса к этому полюсу в системе координат ОХ, OY.

Цилиндрическая магнитная система с полюсами, образованными поверхностями одинаковых магнитных блоков, изображена на фиг.12. В этом случае отдельные магнитные блоки имеют форму кольцевых секторов 9. Дополнительные магниты тоже выполняют, как кольцевые секторы 3. Ширина дуги одного блока τ_б, дуги дополнительного магнита τ_дм, а полюсная дуга одного полюса равняется τ.

Размеры τ, τ_б=τ/n (где n - количество блоков, из которых составляют полюс), τ_дм и n определяются в зависимости от размеров слоя сепарируемого материала.

Математическая закономерность направлений намагничивания отдельных магнитных блоков одного полюса выражается формулой

где x_k - координата геометрического центра k-блока по оси ОХ;

α_k - угол между осью OY и линией, которая соединяет точку А_N (или А_S);

R_гц- радиус геометрических центров блоков;

h - расстояние от точки А_N к поверхности полюсов.

Условия сепарации конкретного материала (магнитные свойства магнитной фракции, слой материала, условия подачи материала, скорость движения материала и др.) требуют гибкого формирования топологии магнитного поля вдоль всей траектории движения материала.

Корректирование топологии магнитного поля дополнительно можно достичь за счет изменения геометрических размеров ширины полюса τ и высоты Н_M магнитных блоков как для плоской (фиг.13), так и для цилиндрической (фиг.14) магнитных систем.

Выполнение полюсов магнитной системы из отдельных блоков вносит некоторое отличие в картину магнитного поля по сравнению с картиной поля при непрерывном изменении направления намагничивания полюса. Как показывает математическое моделирование на компьютере, это отличие небольшое и уменьшается при увеличении количества блоков в одном полюсе.

Окончательный выбор одного из вариантов выполнения предложенной магнитной системы диктуется технико-экономическими соображениями, в особенности относительно стоимости постоянных магнитов сопоставленных между собой вариантов.

Источник информации

1. Патент DE №3637200, B 03 C 1/10, публ.05.05.88.

Изобретение относится к магнитным системам сепараторов для извлечения магнитовосприимчивых частиц из сыпучих или жидкостных материалов. Магнитная система сепаратора выполнена с чередующимися полюсами и включает установленные один за другим на магнитном шунте магнитные блоки, выполненные с различными направлениями намагничивания в границах одного полюса, каждый полюс магнитной системы образован поверхностью одного магнитного блока, выполненного с направлениями намагничивания, непрерывно изменяющимися вдоль ширины полюса, при этом все направления намагничивания пересекаются на одной линии, которая лежит в плоскости симметрии полюса. Между полюсами могут быть установлены дополнительные постоянные магниты, намагниченные перпендикулярно к плоскости разделения смежных полюсов магнитной системы, а магнитные блоки могут быть выполнены различных геометрических размеров. Во втором варианте магнитная система выполнена с чередующимися полюсами и включает установленные один за другим на магнитном шунте магнитные блоки с одинаковым направлением намагничивания в границах одного магнитного блока и с различными направлениями намагничивания магнитных блоков в границах одного полюса, при этом магнитные блоки намагничены и установлены так, что направления намагничивания блоков, которые проходят через их геометрический центр, пересекаются на одной линии, которая лежит в плоскости симметрии полюса, образованного поверхностью этих блоков, а каждый полюс составлен по меньшей мере из трех магнитных блоков. Изобретение позволяет получить большую величину магнитных осаждающих сил и большую гибкость в согласовании магнитной системы с конструктивными и технологическими параметрами сепаратора. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Магнитная система сепаратора, которая выполнена с чередующимися полюсами и включает установленные один за другим на магнитном шунте магнитные блоки, выполненные с различными направлениями намагничивания в пределах одного полюса магнитной системы, отличающаяся тем, что каждый полюс магнитной системы образован поверхностью одного магнитного блока, выполненного с направлениями намагничивания, непрерывно изменяющимися вдоль ширины полюса, при этом все направления намагничивания пересекаются на одной линии, которая лежит в плоскости симметрии полюса.2. Магнитная система по п. 1, отличающаяся тем, что между полюсами установлены дополнительные постоянные магниты намагниченные перпендикулярно плоскости разделения смежных полюсов магнитной системы.3. Магнитная система по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что магнитные блоки выполнены различных геометрических размеров.4. Магнитная система сепаратора, которая выполнена с чередующимися полюсами и включает установленные один за другим на магнитном шунте магнитные блоки с одинаковым направлением намагничивания в пределах одного магнитного блока и с различными направлениями намагничивания магнитных блоков в пределах одного полюса, отличающаяся тем, что магнитные блоки намагничены и установлены так, что направления намагничивания магнитных блоков, проходящие через их геометрический центр, пересекаются на одной линии, лежащей в плоскости симметрии полюса, образованного поверхностью этих блоков, при этом каждый полюс составлен по меньшей мере из трех магнитных блоков.5. Магнитная система по п. 4, отличающаяся тем, что между полюсами магнитной системы установлены дополнительные постоянные магниты, намагниченные перпендикулярно плоскости разделения смежных полюсов магнитной системы.6. Магнитная система по любому из пп. 4 и 5, отличающаяся тем, что магнитные блоки выполнены различных геометрических размеров.