ФЕРРОВИХРЕВОЙ АППАРАТ Российский патент 2008 года по МПК B01F13/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к аппаратам электромеханической переработки жидких, сыпучих и других смесей и может быть использовано в сельском хозяйстве, медицине, химической, газонефтяной отраслях промышленности, в коммунальном хозяйстве и других областях.

Уровень техники

Известен аппарат вихревого слоя, содержащий корпус с крышками, патрубки для ввода и вывода масла, подключенные к внешней системе подачи и охлаждения масла, и размещенную в корпусе реакционную камеру в виде трубы, заполненной ферромагнитными частицами и снабженной охватывающим ее индуктором вращающегося электромагнитного поля, катушки которого расположены вокруг трубы с зазором относительно друг друга, снабженный дисковыми стабилизаторами из электропроводного немагнитного материала, закрепленными по обе стороны от индуктора перпендикулярно трубе, причем стабилизаторы электрически изолированы от корпуса, а индуктор - от корпуса и стабилизатора. Аппарат снабжен масляной камерой, размещенной на наружной стороне крышки, и набором сообщенных с этой камерой трубчатых оросителей, установленных в зазорах между катушками индуктора. Отверстия в каждом оросителе расположены в три ряда и направлены в сторону реакционной камеры и двух ближайших катушек индуктора перпендикулярно их поверхностям. Индуктор закреплен на оросителях при помощи втулок из изоляционного материала (см. патент РФ №2072256 Кл. В01F 13/08).

Известен аппарат активации процессов для обработки материалов, содержащий трубчатую реакционную камеру с охватывающим ее индуктором вращающегося электромагнитного поля, снабженный сменной вставкой, трехфазным тиристорным преобразователем, подвижной решеткой с толкателем, изменяющей величину объема рабочей зоны, и полой трубкой с заваренным торцем, имеющей внутри нагреватель или охлаждающее устройство и возможность возвратно-поступательного движения вдоль оси рабочего пространства, трубку, содержащую нагреватель или холодильник, расположенную по оси рабочей зоны, имеющую площадь поперечного сечения, равную 10...40% от площади поперечного сечения сменной вставки аппарата, и герметично закрытый торец, расположенный в рабочей зоне аппарата, подвижная решетка снабжена толкателем в виде полой трубки и термодатчиком, помещенным в торце толкателя у подвижной решетки и работающим в магнитном поле, отношение длины рабочего пространства с наведенным вращающимся электромагнитным полем к его диаметру составляет 4...10 (см. патент РФ №2170707, кл. С02F 1/48, C02F 103:02).

Недостатками указанных аппаратов являются

- интенсивный износ ферромагнитных частиц и внутренней поверхности реакционной камеры;

- засорение обрабатываемого материала частицами износа внутренней поверхности реакционной камеры и ферромагнитных частиц;

- неоднородность обработки материала по радиусу реакционной камеры - максимум у ее стенок и минимум вдоль ее оси, что требует неоднократного прохождения через рабочую камеру и дополнительного перемешивания обрабатываемого материала;

- низкие энергетические показатели из-за большого немагнитного зазора по диаметру индуктора;

- применение индукторов с числом пар полюсов, равным только единице;

- концентрация ферромагнитных частиц неоднородна по радиусу: максимальна у поверхности рабочей камеры и минимальна вдоль ее оси;

- электромагнитное поле в рабочей зоне неравномерно - индукция внутри рабочей камеры у ее стенок значительно больше, чем вдоль центральной оси, что ухудшает качество обработки материалов и способствует потерям энергии;

- наличие полой трубки при равной производительности увеличивает массу, габарит и стоимость аппарата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту и принимаемым авторами за прототип является аппарат вихревого слоя, содержащий крышки с патрубками подвода и отвода охлаждающей среды, подключенными к внешней системе подачи и охлаждения, размещенный между крышками индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий осевой канал, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы с ферромагнитными частицами, снабженный системой регулирования подаваемой мощности. Аппарат снабжен коллектором, сообщенным с патрубком подвода охлаждающей среды и разделяющим ее поток на два потока. Аппарат снабжен кожухом, соединенным с крышками, а индуктор обечайкой, охватывающей его снаружи и установленной с зазором относительно кожуха, при этом в стенке коллектора, обращенной к индуктору, выполнены кольцевая выточка и отверстия по обе стороны от нее, а один из торцев обечайки закреплен в этой выточке. Обечайка индуктора выполнена из немагнитного материала. Кожух и обечайка индуктора выполнены цилиндрическими (см. патент РФ №2072257, кл. В01F 13/08).

Недостатками указанного аппарата являются

- интенсивный износ ферромагнитных частиц и внутренней поверхности реакционной камеры;

- засорение обрабатываемого материала частицами износа ферромагнитных частиц и внутренней поверхности реакционной камеры;

- электромагнитное поле в рабочей зоне неравномерно - индукция внутри рабочей камеры у ее стенок значительно больше, чем вдоль центральной оси, что ухудшает качество обработки материалов и способствует потерям энергии;

- неоднородность обработки материала по радиусу реакционной камеры - максимум у ее стенок и минимум вдоль ее оси, что требует неоднократного прохождения через рабочую камеру и дополнительного перемешивания обрабатываемого материала;

- концентрация ферромагнитных частиц неоднородна по радиусу: максимальна у поверхности рабочей камеры и минимальна вдоль ее оси;

- низкие энергетические показатели из-за большого немагнитного зазора по диаметру индуктора;

- применение индукторов с числом пар полюсов, равным только единице.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью изобретения, сводится к созданию однородного электромагнитного поля в рабочей зоне реакционной камеры, уменьшению износа внутренней поверхностей реакционной камеры, улучшению энергетических показателей.

Технический результат достигается с помощью ферровихревого аппарата, состоящего из корпуса с патрубками для подвода и отвода охлаждающей среды, индуктора вращающегося электромагнитного поля, реакционной камеры из немагнитного материала с ферромагнитными частицами, при этом реакционная камера образована крышками и цилиндрическим корпусом, причем крышки дополнительно снабжены подводящим и отводящим патрубками реакционной камеры, при этом магнитопровод индуктора выполнен в виде шихтованного кольца прямоугольного сечения с выполненными на одной из двух его торцевых поверхностей пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой с числом пар полюсов не менее одного, причем аппарат дополнительно снабжен аксиальным магнитопроводом, который помещен внутрь реакционной камеры и выполнен без пазов и обмотки в виде шихтованного кольца прямоугольного сечения, при этом аксиальный магнитопровод защищен кожухом из немагнитного материала, причем площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром цилиндрического корпуса реакционной камеры и наружным диаметром кожуха аксиального магнитопровода не меньше площади сечения подводящего патрубка реакционной камеры, при этом рабочая зона реакционной камеры образована внутренней стороной крышки реакционной камеры, внутренней стороной цилиндрического корпуса реакционной камеры и торцевой поверхностью кожуха аксиального магнитопровода.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен в разрезе общий вид ферровихревого аппарата.

На фиг.2 (а, б) - то же, показаны пояснения к принципу работы ферровихревого аппарата.

Осуществление изобретения

Ферровихревой аппарат (фиг.1) содержит корпус 1 с патрубками 2 и 3 для подвода и отвода охлаждающей среды, крышки 4 корпуса 1 с патрубками 5 корпуса 1, размещенную в корпусе 1 реакционную камеру 6 из немагнитного материала в виде цилиндрического корпуса 7 реакционной камеры 6 и крышек 8 и 9 реакционной камеры 6, дополнительно снабженных подводящим 10 и отводящим 11 патрубками реакционной камеры 6, последняя содержит рабочую зону 12 с помещенными в нее ферромагнитными частицами 13, причем реакционная камера 6 дополнительно снабжена помещенным в нее аксиальным магнитопроводом 14, выполненным без пазов и обмотки в виде шихтованного кольца прямоугольного сечения, при этом рабочая зона 12 реакционной камеры 6 образована внутренней стороной крышки 8 реакционной камеры 6, внутренней стороной цилиндрического корпуса 7 реакционной камеры 6 и одной из двух торцевых поверхностей аксиального магнитопровода 14, служащего боковым ярмом и дополнительно защищенного кожухом 15 аксиального магнитопровода 14, выполненным из немагнитного материала, причем аксиальный магнитопровод 14 зафиксирован при помощи системы креплений 16, при этом магнитопровод индуктора 17, представляющий собой шихтованное кольцо прямоугольного сечения с выполненными на одной из двух его торцевых поверхностей пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой 18 с числом пар полюсов не менее одного, размещен на подводящем патрубке 10 крышки 8 реакционной камеры 6, причем рабочая зона 12 реакционной камеры 6 состоит из участка А, условно ограниченного внутренним диаметром магнитопровода индуктора 17, участка Б, условно ограниченного внешним и внутренним диаметрами магнитопровода индуктора 17, и участка В, условно ограниченного внешним диаметром магнитопровода индуктора 17 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 7 реакционной камеры 6, причем площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром цилиндрического корпуса 7 реакционной камеры 6 и наружным диаметром кожуха 15 аксиального магнитопровода 14 не меньше площади сечения подводящего патрубка 10 реакционной камеры 6.

Ферровихревой аппарат работает следующим образом.

После подачи напряжения на обмотку 18 в ней возникает переменный ток, создающий переменный магнитный поток. Создаваемый магнитный поток проходит в аксиальном направлении от магнитопровода индуктора 17 через рабочую зону 12 реакционной камеры 6, замыкается по расположенному аксиально магнитопроводу 14. После этого магнитный поток возвращается через рабочую зону 12 реакционной камеры 6 и замыкается по магнитопроводу индуктора 17. В рабочей зоне 12 реакционной камеры 6 возникает вращающееся электромагнитное поле, увлекающее за собой ферромагнитные частицы 13.

Исходное вещество (фиг.2, а) из подводящего патрубка 10 реакционной камеры 6 попадает во внутреннюю часть А рабочей зоны 12 реакционной камеры 6, условно ограниченную внутренним диаметром магнитопровода индуктора 17. В этой части плотность вихревого слоя ферромагнитных частиц 13 незначительна, так как ферромагнитные частицы 13 попадают сюда после столкновения с другими частицами 13 и с рабочими поверхностями реакционной камеры 6. Обрабатываемое вещество (фиг.2, а), перемешиваясь за счет комплекса сил, действующих на частицы 13, приобретает вращательное движение. Под напором вновь поступающего исходного обрабатываемое вещество поступает на участок Б рабочей зоны 12 реакционной камеры 6, условно ограниченный внешним и внутренним диаметрами магнитопровода индуктора 17.

В шихтованном магнитопроводе индуктора 17 принимаемой конструкции каждый слой магнитного материала разделен слоем изоляции. В этом случае каждый слой магнитопровода индуктора 17 можно условно рассматривать как элементарный участок полюса, создающий поток со своими силовыми линиями.

Путь, который проходит каждая силовая линия магнитного поля от магнитопровода индуктора 17 к расположенному аксиально магнитопроводу 14 и обратно (фиг.2, б) на участке Б рабочей зоны 12 реакционной камеры 6, является равноограниченным и значительно меньше пути, преодолеваемого силовыми линиями в аппаратах цилиндрического исполнения (по прототипу - см. патент РФ №2072257, кл. В01F 13/08). Следовательно, электромагнитное поле, создаваемое этими линиями, является более однородным, а значение магнитной индукции и плотность вихревого слоя (во время работы аппарата) максимальны.

В объеме участка Б происходит основная обработка вещества.

Ферромагнитные частицы 13 в вихревом слое стремятся к образованию отдельных элементарных слоев (фиг.2, б), расположенных на расстоянии друг от друга вдоль силовых линий магнитного поля. Проскок частиц 13 из слоя в слой возможен за счет их столкновений и под напором поступающего обрабатываемого вещества. Так как электромагнитное поле на участке Б рабочей зоны 12 реакционной камеры 6 является однородным, то ферромагнитные частицы 13 не притягиваются к рабочим поверхностям реакционной камеры 6. Разрушение поверхностей крышки 8 реакционной камеры 6 и кожуха 15 аксиального магнитопровода 14 происходит, в основном, не за счет удара, а за счет трения о них слоя частиц 13, так как амплитуда и сила удара в таких условиях минимальны.

Однородное электромагнитное поле в вихревом слое участка Б позволяет удерживать основную массу ферромагнитных частиц 13 и препятствует их проскоку на участок В (фиг.2, а), условно ограниченный внешним диаметром магнитопровода индуктора 17 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 7 реакционной камеры 6.

Величина магнитной индукции, а следовательно, и плотность вихревого слоя на участке В минимальна. Поэтому силы, приложенные к частицам 13 во время удара их о внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса 7 реакционной камеры 6, удаленную от магнитной цепи, не приводят к ее значительному износу.

После участка В обработанное вещество (фиг.2, а), обтекая поверхность кожуха 15 аксиального магнитопровода 14, через отводящий патрубок 11 реакционной камеры 6 подается для дальнейшего использования.

Площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром цилиндрического корпуса 7 реакционной камеры 6 и наружным диаметром кожуха 15 аксиального магнитопровода 14 не меньше площади сечения подводящего патрубка 10 реакционной камеры 6, благодаря чему не происходит потери напора обрабатываемого вещества в реакционной камере 6, препятствуя при этом выносу ферромагнитных частиц 13 потоком обработанного вещества.

Улучшение энергетических показателей ферровихревого аппарата по сравнению с аппаратами цилиндрического исполнения (по прототипу - см. патент РФ №2072257, кл. В01F 13/08) происходит благодаря уменьшению немагнитного зазора между магнитопроводом индуктора 17 и аксиальным магнитопроводом 14, что приводит к уменьшению магнитодвижущей силы магнитной цепи и намагничивающего тока ферровихревого аппарата, благодаря чему возрастает его cosϕ и уменьшаются потери в обмотке 18 магнитопровода индуктора 17.

Перемещение аксиального магнитопровода 14 за счет системы креплений 16 вдоль оси реакционной камеры 6 позволяет регулировать объем рабочей зоны 12 реакционной камеры (фиг.1).

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- однородное электромагнитное поле в рабочей зоне реакционной камеры;

- уменьшенный износ внутренней поверхностей реакционной камеры;

- улучшенные энергетические показатели.

Изобретение относится к аппаратам электромеханической переработки жидких, сыпучих и других смесей и может использоваться в сельском хозяйстве, медицине, химической, газонефтяной промышленности, в коммунальном хозяйстве и других областях. Аппарат содержит корпус, в котором размещена реакционная камера из немагнитного материала в виде цилиндрического корпуса и крышек, снабженных подводящим и отводящим патрубками. Камера содержит рабочую зону с ферромагнитными частицами. Камера снабжена помещенным в нее аксиальным магнитопроводом, выполненным без пазов и обмотки в виде шихтованного кольца прямоугольного сечения. Рабочая зона камеры образована внутренней стороной крышки, внутренней стороной корпуса камеры и одной из двух торцевых поверхностей аксиального магнитопровода, служащего боковым ярмом и дополнительно защищенного кожухом. Магнитопровод индуктора представляет собой шихтованное кольцо прямоугольного сечения с выполненными на одной из двух его торцевых поверхностей пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой. Технический результат состоит в повышении однородности электромагнитного поля и уменьшении износа поверхности реакционной камеры. 2 ил.

Ферровихревой аппарат, состоящий из корпуса с патрубками для подвода и отвода охлаждающей среды, индуктора вращающегося электромагнитного поля, реакционной камеры из немагнитного материала с ферромагнитными частицами, отличающийся тем, что реакционная камера образована крышками и цилиндрическим корпусом, причем крышки дополнительно снабжены подводящим и отводящим патрубками реакционной камеры, при этом магнитопровод индуктора выполнен в виде шихтованного кольца прямоугольного сечения с выполненными на одной из двух его торцевых поверхностей пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой с числом пар полюсов не менее одного, причем аппарат дополнительно снабжен аксиальным магнитопроводом, который помещен внутрь реакционной камеры и выполнен без пазов и обмотки в виде шихтованного кольца прямоугольного сечения, при этом аксиальный магнитопровод защищен кожухом из немагнитного материала, причем площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром цилиндрического корпуса реакционной камеры и наружным диаметром кожуха аксиального магнитопровода не меньше площади сечения подводящего патрубка реакционной камеры, при этом рабочая зона реакционной камеры образована внутренней стороной крышки реакционной камеры, внутренней стороной цилиндрического корпуса реакционной камеры и торцевой поверхностью кожуха аксиального магнитопровода.