ФЕРРОВИХРЕВОЙ АППАРАТ Российский патент 2017 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. B01F 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 торцом, имеющей внутри нагреватель или охлаждающее устройство и возможность возвратно-поступательного движения вдоль оси рабочего пространства, трубка, содержащая нагреватель или холодильник, расположена по оси рабочей зоны, имеет 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. C02F 1/48, C02F 103:02).

Известен 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 торцов обечайки закреплен в этой выточке. Обечайка индуктора выполнена из немагнитного материала. Кожух и обечайка индуктора выполнены цилиндрическими (см. патент РФ №2072257, кл. B01F 13/08).

Недостатками указанных аппаратов являются:

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

- 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;

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

- 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;

- время обработки материала в рабочей зоне мало из-за ее недостаточной длины, что требует неоднократного прохождения обрабатываемого материала через рабочую камеру;

- интенсивный износ ферромагнитных частиц и внутренней поверхности реакционной камеры;

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

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

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

Известен близкий по технической сущности и достигаемому эффекту и принимаемый авторами за прототип ферровихревой аппарат, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода охлаждающей среды, индуктор вращающегося электромагнитного поля, реакционную камеру из немагнитного материала с ферромагнитными частицами. Реакционная камера аппарата образована крышками и цилиндрическим корпусом, при этом крышки дополнительно снабжены подводящим и отводящим патрубками реакционной камеры. 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. Аппарат дополнительно снабжен аксиальным магнитопроводом, который помещен внутрь реакционной камеры и выполнен без пазов и обмотки в виде шихтованного кольца прямоугольного сечения. 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. Рабочая зона реакционной камеры образована внутренней стороной крышки реакционной камеры, внутренней стороной цилиндрического корпуса реакционной камеры и торцевой поверхностью кожуха аксиального магнитопровода (см. Патент РФ №2323040, кл. B01F 13/08).

Недостатками указанного аппарата являются:

- электромагнитное поле в рабочей зоне неравномерно - индукция у поверхности магнитопровода индуктора больше, чем у поверхности аксиального магнитопровода, что ухудшает качество обработки материалов и способствует потерям энергии;

- время обработки материала в рабочей зоне мало из-за ее недостаточной активной длины рабочего зазора, что требует или снижения скорости прохождения через рабочую камеру обрабатываемого материала, или неоднократного прохождения через рабочую камеру обрабатываемого материала, или увеличения рабочего зазора, что ухудшает качество обработки материалов и способствует потерям энергии.

Раскрытие изобретения

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

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 двумя дисками с кожухами, причем диски реакционной камеры дополнительно снабжены патрубками реакционной камеры, при этом индуктор состоит из двух аксиально расположенных электромагнитных элементов переменного тока, имеющих равномерный зазор по плоскости, причем магнитопроводы электромагнитных элементов представляют собой шихтованные кольца прямоугольного сечения с выполненными на одной из их двух торцевых поверхностей радиальными пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой с числом пар полюсов не менее одного, при этом пазы магнитопроводов электромагнитных элементов расположены строго соосно по пазам, а обмотки электромагнитных элементов, расположенные в пазах друг против друга, питаются напряжением, совпадающим по фазе, причем части обмотки, расположенные на зубцах друг против друга, соединены согласно последовательно, при этом площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром кожухов реакционной камеры и наружным диаметром пластины реакционной камеры не меньше площади сечения патрубка реакционной камеры, причем рабочие зоны образованы внутренними поверхностями дисков реакционной камеры с кожухами реакционной камеры и одной из двух сторон пластины реакционной камеры из немагнитного материала, закрепленной внутри реакционной камеры.

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 двух соединенных цилиндров 7 реакционной камеры 6, имеющих крышки 8 реакционной камеры 6, дополнительно снабженные патрубками 9 реакционной камеры 6, последняя содержит две рабочие зоны 10 с помещенными в них ферромагнитными частицами 11, причем реакционная камера 6 дополнительно снабжена помещенной в нее пластиной 12 реакционной камеры 6 из немагнитного материала, закрепленной при помощи системы креплений (на фиг. 1 не показаны), при этом рабочие зоны 10 реакционной камеры 6 образованы внутренними поверхностями крышек 8 реакционной камеры 6, внутренними поверхностями цилиндров 7 реакционной камеры 6 и одной из двух сторон пластины 12 реакционной камеры 6, причем индуктор состоит из двух аксиально расположенных электромагнитных элементов переменного тока 13, имеющих равномерный зазор по плоскости, при этом магнитопроводы электромагнитных элементов 13, представляющие собой шихтованные кольца прямоугольного сечения с выполненными на одной из их двух торцевых поверхностей радиальными пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой 14 с числом пар полюсов не менее одного, размещены на патрубках 9 крышек 8 реакционной камеры 6, причем каждая из рабочих зон 10 реакционной камеры 6 состоит из участка А, условно ограниченного внутренним диаметром магнитопровода электромагнитного элемента 13, участка Б, условно ограниченного внешним и внутренним диаметрами магнитопровода электромагнитного элемента 13, и участка В, условно ограниченного внешним диаметром магнитопровода электромагнитного элемента 13 и внутренней поверхностью цилиндра 7 реакционной камеры 6, причем площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром цилиндра 7 реакционной камеры 6 и наружным диаметром пластины 12 реакционной камеры 6 не меньше площади сечения патрубка 9 крышек 8 реакционной камеры 6, при этом пазы магнитопроводов электромагнитных элементов 13 расположены строго соосно по пазам, а обмотки 14 электромагнитных элементов 13, расположенные в пазах друг против друга, питаются напряжением, совпадающим по фазе, причем части обмотки, расположенные на зубцах друг против друга, соединены согласно последовательно.

Ферровихревой аппарат работает следующим образом.

После подачи напряжения на обмотку 14 в ней возникает переменный ток, создающий переменный магнитный поток. Создаваемый магнитный поток проходит в аксиальном направлении от магнитопровода электромагнитного элемента 13 через рабочую зону 10 реакционной камеры 6, пластину 12 реакционной камеры 6, рабочую зону 10 реакционной камеры 6, замыкается по расположенному аксиально магнитопроводу электромагнитного элемента 13. После этого магнитный поток возвращается через рабочую зону 10 реакционной камеры 6, пластину 12 реакционной камеры 6, рабочую зону 10 реакционной камеры 6 и замыкается по магнитопроводу электромагнитного элемента 13. В рабочих зонах 10 реакционной камеры 6 возникает вращающееся электромагнитное поле, увлекающее за собой ферромагнитные частицы 11.

Исходное вещество (фиг. 2, а) из патрубка 9 крышки 8 реакционной камеры 6 попадает во внутреннюю часть А рабочей зоны 10 реакционной камеры 6, условно ограниченную внутренним диаметром магнитопровода электромагнитного элемента 13. В этой части плотность вихревого слоя ферромагнитных частиц 11 незначительна, так как ферромагнитные частицы 11 попадают сюда после столкновения с другими частицами 11 и с рабочими поверхностями реакционной камеры 6. Обрабатываемое вещество (фиг. 2, а), перемешиваясь за счет комплекса сил, действующих на частицы 11, приобретает вращательное движение. Под напором вновь поступающего исходного обрабатываемое вещество поступает на участок Б рабочей зоны 10 реакционной камеры 6, условно ограниченный внешним и внутренним диаметрами магнитопровода электромагнитного элемента 13.

В шихтованных магнитопроводах электромагнитных элементов 13 принимаемой конструкции каждый слой магнитного материала разделен слоем изоляции. В этом случае каждый слой магнитопровода электромагнитного элемента 13 можно условно рассматривать как элементарный участок полюса, создающий поток со своими силовыми линиями.

Значение магнитной индукции вдоль силовых линий магнитного поля от магнитопровода индуктора к расположенному аксиально магнитопроводу на участке Б рабочей зоны реакционной камеры на холостом ходу (при отсутствии ферромагнитных частиц в рабочей зоне) снижается (по прототипу - см. патент РФ №2323040, кл. B01F 13/08). При этом силовые линии магнитного поля магнитопроводов электромагнитных элементов 13 ферровихревого аппарата являются взаимнонаправленными. 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 11 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 11 из слоя в слой возможен за счет их столкновений и под напором поступающего обрабатываемого вещества. Так как электромагнитное поле на участке Б рабочей зоны 10 реакционной камеры 6 является однородным, то ферромагнитные частицы 11 не притягиваются к рабочим поверхностям реакционной камеры 6. Разрушение поверхностей крышек 8 реакционной камеры 6 и пластины 12 реакционной камеры 6 происходит, в основном, не за счет удара, а за счет трения о них слоя частиц 11, так как амплитуда и сила удара в таких условиях минимальны.

Однородное электромагнитное поле в вихревом слое участка Б позволяет удерживать основную массу ферромагнитных частиц 11 и препятствует их проскоку на участок В (фиг. 2, а), условно ограниченный внешним диаметром магнитопровода электромагнитного элемента 13 и внутренней поверхностью цилиндров 7 реакционной камеры 6.

Величина магнитной индукции, а следовательно, и плотность вихревого слоя на участке В минимальна. Поэтому силы, приложенные к частицам 11 во время удара их о внутреннюю поверхность цилиндров 7 реакционной камеры 6, удаленную от магнитной цепи, не приводят к ее значительному износу.

Пройдя участок В и преодолев сопротивление вихревого слоя участков Б и А рабочей зоны 10, обработанное вещество через патрубок 9 крышки 8 реакционной камеры 6 подается для дальнейшего использования (фиг. 2, а).

Площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром цилиндров 7 реакционной камеры 6 и наружным диаметром пластины 12 реакционной камеры 6 не меньше площади сечения патрубка 9 крышки 8 реакционной камеры 6, благодаря чему не происходит потери напора обрабатываемого вещества в рабочей зоне 10 реакционной камере 6, препятствуя при этом выносу ферромагнитных частиц 11 потоком обрабатываемого вещества из участка Б на участок Б через участок В.

Улучшение энергетических показателей ферровихревого аппарата по сравнению с ферровихревыми аппаратами (по прототипу - см. патент РФ №2323040, кл. B01F 13/08) происходит благодаря взаимной направленности их силовых линий, что приводит к уменьшению магнитодвижущей силы магнитной цепи и намагничивающего тока ферровихревого аппарата, благодаря чему возрастает его cosϕ и уменьшаются потери в обмотке 14 магнитопроводов электромагнитных элементов 13.

Обрабатываемый материал дважды проходит сквозь вихревой слой ферромагнитных частиц 11 участков А, Б и В, что улучшает качество обработки материалов.

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

- улучшенные энергетические показатели;

- однородное электромагнитное поле в рабочей зоне реакционной камеры;

- путь прохождения, а следовательно, время и качество обработки материалов в реакционной камере увеличены.

Изобретение может использоваться в сельском хозяйстве, медицине, химической, газонефтяной отраслях промышленности, в коммунальном хозяйстве и других областях. Ферровихревой аппарат состоит из корпуса с патрубками для подвода и отвода охлаждающей среды, индуктора вращающегося электромагнитного поля, реакционной камеры из немагнитного материала с ферромагнитными частицами. Реакционная камера образована двумя цилиндрами реакционной камеры с крышками реакционной камеры. Крышки реакционной камеры дополнительно снабжены патрубками реакционной камеры. Индуктор состоит из двух аксиально расположенных электромагнитных элементов переменного тока, имеющих равномерный зазор по плоскости. Магнитопроводы электромагнитных элементов представляют собой шихтованные кольца прямоугольного сечения с выполненными на одной из их двух торцевых поверхностей радиальными пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой с числом пар полюсов не менее одного. Пазы магнитопроводов электромагнитных элементов расположены строго соосно по пазам, а обмотки электромагнитных элементов, расположенные в пазах друг против друга, питаются напряжением, совпадающим по фазе. Части обмотки, расположенные на зубцах друг против друга соединены согласно последовательно. Площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром цилиндров реакционной камеры и наружным диаметром пластины реакционной камеры не меньше площади сечения патрубка реакционной камеры. Рабочие зоны образованы внутренними поверхностями цилиндров реакционной камеры с крышками реакционной камеры и одной из двух сторон пластины реакционной камеры из немагнитного материала, закрепленной внутри реакционной камеры. Технический результат изобретения заключается в улучшении энергетических показателей и создании однородного электромагнитного поля в рабочей зоне 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 двумя цилиндрами реакционной камеры с крышками реакционной камеры, причем крышки реакционной камеры дополнительно снабжены патрубками реакционной камеры, при этом индуктор состоит из двух аксиально расположенных электромагнитных элементов переменного тока, имеющих равномерный зазор по плоскости, причем магнитопроводы электромагнитных элементов представляют собой шихтованные кольца прямоугольного сечения с выполненными на одной из их двух торцевых поверхностей радиальными пазами и заложенной в них трехфазной обмоткой с числом пар полюсов не менее одного, при этом пазы магнитопроводов электромагнитных элементов расположены строго соосно по пазам, а обмотки электромагнитных элементов, расположенные в пазах друг против друга питаются напряжением совпадающим по фазе, причем части обмотки, расположенные на зубцах друг против друга, соединены согласно последовательно, при этом площадь кольцевого зазора между внутренним диаметром цилиндров реакционной камеры и наружным диаметром пластины реакционной камеры не меньше площади сечения патрубка реакционной камеры, причем рабочие зоны образованы внутренними поверхностями цилиндров реакционной камеры с крышками реакционной камеры и одной из двух сторон пластины реакционной камеры из немагнитного материала, закрепленной внутри реакционной камеры.