Электромагнитный фильтр-осадитель Советский патент 1990 года по МПК B01D35/06 

5

10

31572679

Изобретение относится к области агнитного разделения веществ, преиущественно для сепарации текучих сред на магнитные и немагнитные фрак- ции9 и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, пищевой, химической , биологической, фармацевтической промышленности, в тепловой и атомной энергетике, в газо очистке, на водоочистных станциях для извлечения магнитосодержащей фрак- Д ии из конденсата, масел, аммиака, Природных и сточных вод, газов метал- ургических и машиностроительных про- .- Нзводств.

Целью изобретения является повы- щение эффективности процесса очистки за счет создания условий для равномерного намагничивания насадки по ее объему.

На фиг. 1 изображен фильтр-осади20

тель, общий вид; на фиг. 2 - разр ез -А на фиг. 1; на фиг. 3 - корпус с ополнительными катушками, установенными соответственно с возможностью поворота; на фиг.4-тоже, с возможно- стью осевого возвратно-поступательного перемещения; на фиг. 5 - лабораторная экспериментальная установка; на фиг, 6 - графики измерений величины магнитной индукции.

Фильтр содержит корпус 1, заполненный ферромагнитной насадкой 2, в качестве которой используют шары, легированную дробь, сетки, рифленые пластины, стержни, отходы феррита, электромагнитную систему, состоящую из сердечников 3, катушек электромагнитов 4 и дополнительных криволинейных катушек 5, расположенных на каркасе 6, патрубки подвода 7 очищаемой и вывода 8 очищенной среды и привод 9.

Фильтр работает следующим образом.

Включают катушки электромагнитов 4 и дополнительные криволинейные катушки 5. В зависимости от параметров очищаемой среды (концентрации, фракции, доли ферромагнитных примесей) устанавливают требуемую напряженность внешнего магнитного поля, которая определяется в ходе предварительных исследований. Очищаемая среда подается по патрубку 7 в корпуса 1, где в точках контакта гранул насадки 2 происходит осаждение магнитных примесей.

В ходе очистки свойства примесей и их концентрация изменяются. Коррек4

5

0

-

0

5

30

35

40

45

50

55

тировку эффективности очистки в этом случае осуществляют с помощью криволинейной катушки путем перемещения ее между торцами сердечников по высоте корпуса, увеличивая силовое воздействие на осаждаемые примеси, так как уменьшению расстояния между торцом сердечника и криволинейной катушкой соответствует увеличение напряженности магнитного поля. Это перемещение может осуществляться как с помощью любого вида привода, так и силового магнитного взаимодействия между катушкой и электромагнитом. По мере насыщения примесями зон насадки, прилегающих к виткам катушки 5, осуществляется поворот катушки вокруг продольной оси корпуса с помощью привода 9, соединенного механической связью с каркасом 6, т.е. включают в работу зоны насадки, ранее пропускавшие примесные частицы. Выноса частиц из зон насадки с уменьшившейся намагниченностью не происходит, так как на примеси действуют силы притяжения со стороны гранул насадки, намагниченных электромагнитами, и силы остаточной намагниченности. Очищенная среда выводится по патрубку 8. После окончания фильтроцикла, т.е. насыщения всего объема насадки примесями, отключают намагничивающую систему 3 - 5 и промывают насадку водо- воздушной смесью. По окончании регенерации, длящейся 5-10 мин, приступают к процессу очистки.

Достигаемый положительный эффект состоит в следующем.

Между сердечниками, расположенными со смещением,, устанавливаются криволинейные катушки в радиальном направлении, по форме представляющие собой вытянутые эллипсы, которые в зонах насадки с пониженным значением .индукции магнитного поля, из-за потерь магнитного потока при прохождении насадки, повышают значения индукции поля, выравнивая условия протекания процесса очистки. В результате отпадает необходимость в установке промежуточных большегабаритных электромагнитов. Изготовление катушек именно криволинейной формы дает возможность ориентировать вектор магнитного потока в необходимую сторону, например , по линии, соединяющей смеженные по высоте сердечники. При одинаковой ориентации векторов магнитного потока

катушки и сердечников происходит их алгебраическое суммирование, а не геометрическое, следовательно, величина результирующего вектора максимальная. Угол с/ , на который нормаль к диаметральной плоскости катушки отклоняется от продольной оси корпуса (фиг. 5), можно записать как:

с/ arctg (D/1) , где 1 (1)

смещение сердечников электромагнитов по высоте корпуса; Г) - диаметр корпуса. Расстояние между сердечниками можно найти по известной формуле:

I ы 1,1 HL

де I uJ - н -

Lcотока

в катушке

(2) электросиламагнита;

количество витков катушки; напряженность магнитного поля;

расстояние между сердечниками.

Учитывая, что Lc V 1г+ D , и подставляя в (2), находят смещение сердечников 1:

- KV О

Подставляя (3) в (1), получают выражение для угла /

arctg (

I со

1,1H-D

-)

-1-0,5 - 1 . (4)

Генерируемое дополнительной криволинейной катушкой магнитное поле имеет ту особенность, что напряженность его максимальна в пристенной области, т.е. в той зоне, где поле, генерируемое электромагнитом, минимально.

Положительный эффект также достигается и за счет того, что в новом электромагнитном фильтре выгодно использованы преимущества существующего электромагнита и нового криволинейного соленоида. Магнитная проницаемость сердечника примерно в 2 раза выше, чем в насадке, поэтому при невысоких энергозатратах (по сравнению с соленоидом) можно создавать высокоградиентные поля. Недостатком электромагнитов является то, что эффективное намагничивание насадки происходит локально, а именно того объ-

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ема насадки, который прилегает к сердечнику. С помощью дополнительной криволинейной катушки производится намагничивание областей насадки, которые электромагнитами намагнитить трудно либо невозможно. Именно сочетанием электромагнитов и криволинейных катушек достигается выравнивание намагничивания объема насадки в корпусе фильтра.

В процессе очистки возникает необходимость в создании различной по длине насадки индукции поля. Например, известно, что крупные частицы оседают в первых по ходу движения среды слоях насадки, а более мелкие распределяются в удаленных или вовсе проскакивают насадку, снижая эффективность работы сепаратора. Осаждение частиц зависит от преобладания магнитной силы над другими, например стоксо- вой силы, силы тяжести, величина которой должна быть выше для улавливания более мелких частиц, чем для осаждения крупных. Если концентрация и фракция примесей постоянны во времени, можно проектировать стационарную магнитную систему с постоянными параметрами. Но, как показывает опыт, концентрация примесей, их крупность, а иногда и магнитные свойства с течением времени изменяются, а так как требования к конечной величине концентрации примесей остаются прежними, то при проектировании намагничивающей системы приходится учитывать нетипичные варианты соотношения параметров, характеризующих примеси, уве- личивая габариты намагничивающей системы. В предлагаемом случае перемещением катушки вдоль корпуса к одному из сердечников достигается повышение силового воздействия на осаждаемые примеси, причем перемещение может осуществляться путем увеличения магнитного взаимодействия между катушкой и сердечником, что также увеличивает силовое воздействие.

С помощью поворота катушки вокруг оси корпуса достигаются два положительных момента. Первый - это возможность оптимального использования объема насадки, эффективного использования множества точек контактов гранул насадки. По мере поворота катушки осаждение ведется в тех пристенных областях насадки,которые прилегают в данный момент к катушке, т.е. поворотом

обеспечивается равномерное заполнение железосодержащими примесями перовых каналов гранул насадки. Второй - это с помощью сочетания продольного и вращательного движений катушек достигается возможность намагничивать насадку в любой зоне и до требуемой величины. Таким образом получают мобильную магнитную систему с универсальным применением. С помощью перемещения катушки вовлекают в процесс захвата примесей дополнительные зоны насадки поочередно, по мере переме0(ения катушки вдоль либо вокруг корпуса. Причем сброс примесей в очищаемую среду из зон с уменьшившейся намагниченностью не происходит, поскольку известно, что для улавливания частиц требуются силы в несколько раз выше, чем для их Удержания. Так, например, для выполнения регенерации насадки необходимо предварительно размагничивать насадку, даже силы остаточной намагниченности препятствуют выносу примесей а в данном случае, кроме сил остаточной намагниченности в насадке, на примеси действуют еще и магнитные силы со стороны гранул насадки, намагниченных электромагнитами.

Пример. На лабораторной экспе- р|иментальной установке изучают распре- Деление магнитного поля в рабочем объеме корпуса фильтра. Лабораторная установка (фиг. 5) состоит из немагнитного корпуса диаметром 128 мм, дли- Ной 300 мм; двух электромагнитов,

сердечники которых смещены друг относительно друга по высоте корпуса на расстояние 140 мм, криволинейной катушки с внутренними полуосями: а 125 мм, b 64 мм, и углом et двух независимых регулируемых источников постоянного тока. Показания снимаются с помощью комбинированного цифрового прибора Щ4311 датчиками М и С. Величина напряженности магнитного поля электромагнитов и катушки в ходе экспериментов постоянная, а соотношение напряженностей гкодбирают так, что значения индукции в центре сердечника электромагнита и индукции в пристенной области катушки приблизительно равны между собой ( #10 ml). Измерения проводятся в диаметральной плоскости криволинейной катушки и в полости, проходящей через центры торцов сердечников электромагнитов.

0

0

5

0

5

0

5

0

5

Результаты измерений величины маг- нитной индукции представлены на фиг.6, из которой видно, что для данной намагничивающей системы характерно то, что снижению величины индукции магнитного поля электромагнитов в любой области рабочего объема корпуса соответствует повышение ее для криволинейной катушки и наоборот, т.е. электромагниты и криволинейная катушка взаимно компенсируют друг друга, снижая неоднородность поля и повышая значения индукции до требуемой величины. Так, для электромагнитов индукция вблизи сердечника в 10 раз выше, чем в пристенной области корпуса в его центральной части, а для криволинейной катушки индукция в ее пристенной части в 2-3 раза выше, чем в око- лосердечниковой области корпуса, тогда как при их совместной работе перепад индукции по объему корпуса снижается до 1,45 раза (фиг. 66). При распределении магнитного поля в диамет- арльной плоскости катушки (фиг. 6а) наблюдается картина еще более равномерного распределения поля (индукция отличается в 1,2 рдза).- Причем, если в диаметральной плоскости криволинейной катушки область равномерного распределения индукции (фиг. 6а) составляет для электромагнитов 24%, для криволинейной катушки 31%, а в плоскости, проходящей через центры сердечников электромагнитов (фиг. 66) - соответственно 14 и 13%, в предлагаемом варианте область с равномерной индукцией в этих плоскостях, соответственно составляет 83 и 27%, т.е. область с равномерной индукцией увеличивается в измеряемых плоскостях в 2-3,5раза. Эффективный рабочий объем корпуса с требуемой индукцией увеличива- ( ется в 1,35 раза, что соответствует v увеличению емкости поглощения насадки, а значит, увеличению межрегене- рационного периода и повышению эффективности очистки в 1,1 - 1,2 раза, так как рабочая длина насадки увеличивается на 35%,

Формула изобретения /

1 , Электромагнитный фильтр-осади- , , тель, включающий корпусе насадкой, намагничивающую систему в виде электромагнитов, содержащих основные катушки намагничивания, размещенные на сердечниках, полюса которых плотно прилегают к поверхности корпуса, и смещенные по высоте друг относительно друга,пат- рубки вводам вывода, отличающийся тем, что,с целью повышения эффективности процесса очистки за счет создания условий для равномерного намагничивания насадки по ее объему, корпус снабжен дополнительными катушками криволинейной формы, установленными в наклонной плоскости снаружи корпуса, с возможностью перемещения, причем нормаль к диаметральной плоскости катушки образует угол с продольной осью корпуса

/ Г/ х

оГ arctg (-т-тггпг Ч

0

5

где I, цг - соответственно, сила тока в основной катушке и количество ее витков;

Н - напряженность магнитного поля;

D - диаметр корпуса.

2.Фильтр-осадитель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные электрические катушки установлены с возможностью вращения вокруг корпуса.

3.Фильтр-осадитель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные катушки установлены с возможностью перемещения вдоль корпуса фильтра.

Изобретение может быть использовано в металлургии, машиностроении, тепловой и атомной энергетике для магнитного разделения водно-дисперсных систем и позволяет повысить эффективность процесса очистки за счет создания условий для равномерного намагничивания ферромагнитной насадки (ФН) по ее объему. Для этого корпус фильтра снабжен дополнительными электрическими катушками (ЭК) 5, выполненными криволинейной формы в радиальном направлении и установленными с возможностью перемещения. Наличие ЭК позволяет эффективно намагнитить пристенную область ФН, а смещением ЭК достигается возможность включить в процесс очистки области ФН, ранее не задействованные в процессе осаждения. Кроме того, смещение ЭК приводит к перераспределению магнитного поля в ФН и созданию областей ФН с повышенными значениями индукции магнитного поля. Очищаемая среда поступает по патрубку 7 в корпус 1, где в ФН 2 происходит осаждение примесей в местах контакта гранул ФН. Намагничивание ФН осуществляется электромагнитами 3 и 4, между которыми установлена ЭК 5. Очищенная среда выводится по патрубку 8. После насыщения ФН примесями отключают намагничивающую систему и промывают ФН. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Фиг.3

Фиг.2

Фиг.Ц

S.mTji

Уем 5 Ч 3 I I U 23 456789 Ю ПК ,ел,