Устройство электромагнитной обработки жидкостей Советский патент 1985 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 

2

Й

./ .

:о л

ел Изобретение относится к устройствам электромагнитной обработки жидкостей, например воды и водных систем, и может быть испоупьзовано в сельском хозяйстве и других отра лях производства. . Известно устройство электромагн ной обработки жидкости во вращающем ся магнитном поле, состоящее из трехфазной обмотки, охватывающей трубопровод из неферромагнитного диэлектрика. В этом устройстве поток обрабатываемой жидкости,проходящей по трубопроводу, пересекает перпендикулярно вращающееся магнитное поле, созданное трехфазной обмоткой,питаемой трехфазным током ij Основным недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет изменять (регулировать) одновременно напряженность и часто вращения магнитного поля в зависимости от степени активированности жидкости. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому-результату является устройство электромагнитно обработки, содержащее симметричную трехфазную обмотку, трубопровод из неферромагнитного диэлектрика и ре улируемый (по частоте и напряжению источник электропитания 2J . Основным недостатком известного устройства является то, что оно содержит регулируемый (по -частоте и напряжению)источник электропитания трехфазной обмотки, который удорожает и усложняет его. Указанный источник электропитания (например, преобразователь частоты) в несколько раз.может быть дороже остальной части устройства электромагнитной обработки жидкостей. Цель изобретения - повышение эффективности и .экономичности путем одновременного регулирования частоты вращения магнитного поля и его напряженности в зависимости от состава жидкости и степени ее активированности. Цель достигается тем, что в устройстве электромагнитной обработ ки жидкостей, содержащем симметричную трехфазную электромагнитную обмотку и расположенный внутри нее тр бопровод из неферромагнитного диэлектрика, каждая фаза обмотки выполнена изотдельных катушечных групп, установленных с возможностью коммутации между собой. На фиг.1 схематично изображено устройство электромагнитной обработки жидкостей; на фиг.2 - схема фазы обмотки, состоящей из отдельны коммутируемых катушечных групп; на фиг.3-14 - примеры выполнения устройства с тремя ступенями регулирования частоты вращения магнитного поля и его напряженности. Устройство содержит трубопровод 1 для обрабатываемой жидкости, выполненный из неферромагнитного диэлектрика, и трехфазную симметричную обмотку 2, состоящую из отдельных катушечных групп 3. В качестве симметричной трехфазной обмотки, возбуждающей вращающееся магнитное поле с изменяющимися (регулируемыми) одновременно частотой вращения и напряженностью , может быть использовано устройство, состоящее из трех одинаковых обмоток (катушек), секционированных на отдельные коммутируемые катушечные группы, расположенные по окружности со сдвигом между собой на угол 21Т/3 120°, аналогичное статору многоскоростного трехфазного асин хронного электродвигателя. Устройство электромагнитной обработки жидкостей работает следующим образом. Жидкость, проходя зону действия симметричной трехфазной обмотки 2, каждая фаза которой состоит из отдельных коммутируемых катушечных групп, по трубопроводу из неферромагнитного диэлектрика, охваченному обмоткой 2, обрабатывается во вращающемся магнитном поле соответствующей частоты вращения и напряженности, устанавливаемом коммутацией катушечных групп фаз обмотки 2 в зависимости от степени активированности жидкостей (например, подвижности ионов). Частота врещения магнитного поля П симметричной трехфазной обмотки, питающейся симметричным трехфазным : напряжением,связана с частотой изменения напряжений f и числом пар полюсов фаз Р обмотки соотношением Из этого выражения видно, что изменять (регулировать) л можно двумя способами: изменением i и изменением Р. . Если,например, в фазе трехфазной симметричной обмотки, состоящей из 5 катушечных групп, скоммутировать (соединить) указанные катушечные группы последовательно (пунктирные линии на фиг.2) и к выводам подвести стабильное фазное напряжение сети (например, фазы А), то по сторонам катушечных групп пойдет ток -i ,направление которого показано на фиг.2. При этом вокруг сторон катушечных групп образуются магнитные силовые линии (мел), направления которых,связанные с токами правилом правоходового буравчика, указаны на фиг.2. Это значит, что первые плоскости Образуют северные (N) магнитные полюса, вторые (S) - южные. В результате фаза обмотки возбуждае 5 пар полюсов, т.е. , Если, например, частота Гц, то при указанной коммутации катушечны групп фаз симметричной трехфазной обмотки предлагаемое устройство электро магнитн й обработки жидкостей возбудит вращающееся магни-яное поле с частотой вращения 600. Так как напряженность магнитного поля HI пропорциональна току i.,, то Н , При последовательных коммутациях 4-, 3-, 2-й 1-й катушечной группы фаз трехфазовых обмоток образуют ся соответственно 4,3,2 и 1 пара по люсов , а устройство электромагнитно обработки жидкостей возбуждает вращающиеся магнитные., поля с частотами вращения 750, 1000 1500 и 3000 об/мин соответственно с напряженностями н Н, И И Hj соответственно. Для получения тех же частот вращения магнитного поля, но других нап ряженностей, катушечные группы фаз трехфазной обмотки можно скоммутировать по другим схемам.например,дл получения 3000 об/мин соединить пер вые 2 или 4 катушечные группы парал лельно, для получения 1500 об/мин первые и вторые пары катушечных груп последовательно, получившиеся параллельно и т.д. Вариант устройства с тремя ступенями регулирования частоты вращения магнитного поля и и.его напряженности Н состоит из неферромагнит .ного тоубопровода 4 с Зб-ю пазами 5 : и- Зб7Ю зубцами 6, расположенными с внешней стороны трубопровода 4 в средней его части, а также двух .. трехфазных симметричных обмоток 7 и 8, уложенных в пазы соответствующим образом. Каждая фаза обмотки 7, например А-Х, в свою очередь состоит из двух отдельных катушек, свитых из W витков. Указанные катушки образуют соответствую.щие катушечные группы в зависимости от характера их соединения в фазах. Например, две катушки фазы А-Х, соединенные параллельно образуют первую катушечную группу. Если указанные две катушки соединить последовательно, то образуется вторая катушечная группа. Две другие фазы (В-У и C-Z) обмотки 7 идентичны фазе А-Х (их начала, отводы и концы А,В,С; А,, В,, С,, Х Обмотка 8 также состоит из трех фаз ( Xj , Х2Г Су- Zg) , кажда из которых содержит по одной (третьей) катушечной группе с тремя катушками, соединенными последовательно. Каждая катушка этой обмотки состоит из Kj витков. Таким образом, обмотки устройства образуют в целом три катушечных группы. Обмотки 7 и 8 укладывают в пазы трубопровода 4 симметрично, . так, чтобы катувжи, принадлежащие к одной фазе, занимали по 1/3 длины внешнего диаметра трубопровода 4. Для этого число последовательно соединенных катут.цек в фазе А-Х обмотки 7 равно 2, а число сторон этих катушек - 4, шаг обмотки - 9. То есть, если первая сторона первой катушки обмотки 7 заняла паз номер 1, то вторая расположится через 9 пазов от первой в пазу номер . Выдерживая эту дистанцию (9 пазов), располагают первую сторону второй катушки обмотки 7 (она рас17оложится в пазу ) и вторую тоже ( в пазу номер 19+9 28)„ Аналогично размещают катушки фаз В-Х и C-Z обмотки 7. При этом первая сторона первой катушки .фазы В-Х будет сдвинута относительно А-Х на 120 и будет находиться в пазу номер 13 (36:3+1 13), фазы С-Х на 120° относительно В-Хт.е. номер 25 () , вторые же стороны этих катушек будут в пазах номер 22 () и номер 34 (). После укладки обмотки 7 укладывают обмотку 8, придерживаясь тех же прввил, что и для обмотки.Так,число последовательно соединенных катушек в фазе А2- Х обмотки 8 ровно 3, сторон - 6, шаг обмотки равен , т.е. если первая сторона первой катушки фазы .обмотки 8 расположена в пазу номер 1, то. вторая будет в пазу номер , первая сторона второй катушки в пазу номер , вторая - в пазу номер 19 (13+6) и т.д. После укладки обмоток 7 и 8 в пазах с номерами 1,7,13,19,25 и 31 окажутся по две сторюны катушек, пазы с номерами 2,6,8,12,14,18,20,24,26,30,32 и 36 окажутся пустыми; а в остальных пазах будет по одной стороне катушек , 1В процессе укладки обмоток 7 и 8 соединяют следующие концы: по обг мотке 8 - концы первых катушек с началами вторых с отводами А, В, С, а также концы всех трех фаз (Х,У и Z вместе), по обмотке 11 концы первых катушек с началами вторых, концы вторых с началами третьих, а также концы фаз (.У.,У и Z) вместе. При этом .наружу выводят: по обмотке 7 - начала фаз (А,В,С) и отводы А, В, по отмотке 8 .- лишь начала фаз

( Aj, 85-, Л), т.е. всего девять выводов.

с помощью предлагаемого устройства можно получить вращ щееся магнитное поле с тремя ступенями вращения п, , п.; и ii , соответствую.щими числам пар Полюсов Р, 1, Р, 2 и Р 3, а также напряженностям Н, .к Н соответственно.

Устройство работает следующим образом. ,. для получения от устройства Р 1 и соответствующих ему п и н коммутируют начала фаз А,В,С обмотки 7 вместе (на фиг.7 - пунктирный круг внутри трубопровода) и подают трехфазное симметричное напряжение А,В С, на отводы А, С, В,, соответственно.

В результате этого катушки обмотки 7 окажутся соединенными параллельно, т,е„ образуют первую Катушечную .группу. Тогда ток д, фазы А - X входит в стороны катушек -с номерами 10 и 19 и, пройдя через катушки фазы А - Х выходит из сторон с номерами 1 и 28„ Токи IB, и -Ic, выходят из сторон 34-7 и 31-22 и входят в стороны 25-15 и 4-15 соответственно

Направления симметричных токов А, , «в, f, f в рассматриваемый момент времени, показаны на фиг, 8. (ток IA, , направлен вверх, токи g, и с, вниз. , т.е последние по направлениям, противоположным первому)„ Токи, протекададие по сторонам катушек с номерами 7,10,13, 16,19 и 22, в совокупности образуют результирующий магнитный поток Ф, направленный по направлению вращения рукоятки правоходового буравчика, вворачиваемого в пазы по направлению большинства токов (с но-4 мерами 10,13,16.и 19),. т„е. от нас относительно плоскости фиг,5 Вследствие этого магнитный поток Ф,охва:тывая правую половину трубопровода (пазы 7-22), замыкается по направлению движения рукоятки правоходового буравчика (фиг,5 - нижний контур со стрелками), т.е. выходит с паза б и входит в паз 23, Поток же, образуемый токами сторон с номерами 4,1,34,31,28 и 25,, замыкается по верхнему трубопроводу, выходя с паза 5 и входя в паз 24 ( верхний контур со стрелками),

Таким образом, устройство с прив денной схемой.коммуникации кат лиечных групп фаз обмотки 7 образует одну пару полюсов () с северными (N на фиг.5) и южными (S на фиг.5) полюсами.

Это значит,. что частота вращения магнитного поля

п f/P f об/с.

При f 50 Гц, п 50 /мнн«

Приведенной схеме коммутации ответствует напряженность

Н, 2

W

На фиг«9 схематически изображены две катушки фазы , соединенные параллельно (поэтому общее число вит:i pB равно 2 W) и подключенные к фазе А источника питания. При этом ток ifl, направлен верх по внутренним сторонам обмоток и вниз . по внешним В соответствии с указанными направлениями тока IA обмотки образуют поток, выходящий с плоскости первой катушки {север - N) и входящий в плоскость второй (юг - S). Суммарные потоки между внутренними сторонами -катушек компенсируют друг друга и поэтому равнь 0. в результате фаза А - X образует Р 1. J, Для получения от устройства

5 и соответствующих ему пг и На раз-ь единлют начала фаз ,С обмотки 7 и подают напряжение на эти же выводы (АрВ и С)„ В этом случае катушки обмотки 7 соединены последовательно, т«е. образуют вторую катушеч- . кую группу. При этом ток 1д входит в сторону 1, выходит из стороны 10, входит в сторону 19 и выходит из стороны 28; токи Vg и icj, соответственно ВЫ.ХОДЯТ из сторон 13 к 25, входят в стороны 22 и 34, выходят из 31 и 7 и входят в 4 и 16, Вследствие этого возбуждается вращающееся магнитное поле с Р2 2.

Соответственно этому п f/ (npk Гц; Пг 25 об/с 1500 об/мин), W ift.

Н2

Снятием напряжения питания с выводов А,В и С обмотки 8 и подведенк

5 ем

его на выводы А, С 2 обмотки В устройства получают третью катушечную группу (катушки обмотки 8 соединены последовательно). Она образует вращающееся магнитное поле 0 с Р 3.

Соответственно этому п, f/) (при f 50 Гц; 1000 об/мин) , а Ы,- W.ifl,,

Таким образом, с помощью устрой,5 ства электромагнитной обработки

жидкостей получают вращающееся магнитное поле с тремя ступенями регулирования частоты его вращения п и напряженности Н, соответствующими 0 трем катушечныг/ группам обмоток 7 (первая и вторая) и 8 (третья).

Обмотки типа 7, позволяющие коммутировать (переключать) ее части в разное число катушечных групп (две), будем называть полюсно- коммутируемыми, ибо каждому их переключению (коммутации) соответствуют определе ные числа пар полюсо Р (а значит п и Н), а обмотки типа 8, не позволяющие коммутировать ее части, г.е содержащие постоянные числа катушечных групп (одну), будем называть обычными. Для полюсно-клммутируемых обмото характерно то, что они секционирова ны, т.е. выполнены с отводами,делящими всю обмотку на части - обычно равные друг другу, т.е.двум. Так,в рассмотренном примере обмотки 7 секционированы пополам, в каждой КЗ которых содержится по одной катушке . Таким образом, полюсно-коммутиру емые обмотки обычно состоят из четного числа катушэк (2,4,6 и т,д.) и образуют по две катушечные группы и любого числа катушек (1,2,3 и т.д.) .соединенных последовательно (или параллельно), При этом у обычной об мотки катушки не секционированы и образуют одну катушечную группу. В зависимости от требуемого числ пар полюсов Р (или п и Н) предлагае мые устройства электромагнитной обработки жидкосте,й могу.т. содержать разное число полюсно-коммутируемых и обычных обмоток. Hanpi-iwep, для получения вращающех-ося магнитногополя Р 2 исполь зуют одну полюсно-коммутируемую обмотку (типа 1 рассмотренного варианта) ; с - одну полюсно-коммути руемую и одну обычную (предлагаемый вариант); с две полюснокрммутируемые (например, одну с возможностью получения Р 3 и Р б, другую - Р 4 и Р 8) ; с Р : 5. - две полюсно-коммутируе.ые и. одну обычную (например, с Р., 3 , PJ 6 , Р, 4 , Р 8 , , РЗ 10) и др. При этом в фазе полюсно-переключаемой обмотки с Р, 3 к Ру 6 содержится 6 секционированных пополам катушек (в каждой секции по 3 катушки), за счет которых получают первую катушечную группу путем соединения указанных секций параллельно, вторую - последовательно: с Р 4 и Р4 8 содержится с 8 секционированных также пополам катушек (в секции по 4),за счет которых получают третью катушечную группу путем соединения секций параллельно, четвертую - последовательно. В фазе обычной катушки с Pj 10 содержится 10 катушек,соединенных последовательно и образующих пятую катушечную группу.Принципиально число ступеней регулирования и и Н в устройстве можно довести до нескольких десятков. Однако при этом устройство усложняется, становится громоздким и трудно коммутируемым технически. Поэтому число ступеней регулирования посредством предлагаемого устройства следует ограничить четырьмяпятью. В устройствах с 4-5-ю ступенями регулирования коммутации катушечных групп фаз обмоток можно ВЫПОЛНЯТЬ с помощью простейших барабанных переключателей вручную или специальных устройств (относительно несложных сзем) автоматически. Таким образом, предлагаемое устройство электромагнитной обработки жидкостей обладает широкими регулировочными свойствами по частоте вращения и напряженности одновременно, оставаясь простьлм по конструкции и дешевым в изготовлении и эксплуатации, ибо оно не требует для питания автономного устройства электроснабжения с регулируемой частотой и напряжением, а питается от имеющейся сети со стабильными частотой и напряжением.

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ, содержащее /симметричную трехфазную электромаг нитную обмотку и расположенный внутри нее. трубопровод из йеферрсмагнитного диэлектрика, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения его эффективности и акономичности путем одновременного регу-лирования частоты вращения магнит :ного поля и его напряженности в аа;висимрсти от состава жидкости и сте|пени ее активировайности, каждая фа|за обмотки выполнена из отдельных катушечных групп, установленных с возможностью коммутации между собой.

м

Н

м

N

N

Риг.2

7 77//////////////////77:

«/

5

24

23

22

6-6

7

в

/J

/4

7$

.C)

ft)2

Ai(

1,

Х{Уп2}

rffffiCf) Ф(/г.У

UJf

Фиг. в

Ф(/ё.9

Фиг. 70

О/Г

го

2P. Рз-2

Фиг. Г2