CN1041117A - 流动介质中铁磁性物质的分离装置 - Google Patents

Abstract

流动介质中铁磁性物质的分离装置包括工作管道1，用隔板2将管道分成两段3和4，每一段内都装满铁磁性填料5，磁化系统6与工作管道1共轴安装，磁化系统6的往复移动机构至少由两个电磁线圈7构成，分别设置在管道1的相对的两端，其参量根据能保证磁化系统6在两个边缘位置(I、II)之间移动的条件来选择。

Description

本发明涉及物质的磁性分选装置，更确切地说，涉及从流动介质中分离铁磁性物质的装置，可应用于冶金、化学、热工、电工、机械制造、气体净化、生物等工业部门，主要是用于高精度净化，例如循环水、润滑油、冷凝液、氨水、氨气、碱液、流失的电解液、蒸气、设备腐蚀产物中的气体及其它流动介质、机器或机械零件的磨损产物以及散的铁屑等等的分离。

已知的流动介质中铁磁性物质的分离装置包括一个固定的工作管道，里面装满了用铁磁材料作成的填料，里面有一个入口短管，用来将欲净化的流动介质输入管道中，还有一个出口短管，用来输出已净化的流动介质，在管道外面装有一个呈螺线管形式的磁化装置，该装置与管道共轴，用来磁化铁磁性填料（DE，C，1277488）。

该装置不能保证进行连续的高精度磁净化过程。该装置的铁磁过滤填料在再生过程中（在再生期间），欲净化的流动介质暂时从环绕导管通过，而不经过工作管道，介质不能净化。当净化脏污程度很大的介质时，例如净化冶金循环水时，再生周期数小时。在这种情况下，净化过程的总效率不仅取决于装置在净化状态下的工作效率，而且还应考虑再生过程的时间，在此时间内流动介质沿环绕导管通过，而后进入工艺过程，这就降低了净化过程的总效率。

还有一种已知的流动介质中强磁性物质的分离装置，它包括至少一个固定的工作管道，並用密封的隔板将其分成连续配置的两段，每一段都装满用铁磁材料制成的填料，并且有一入口短管，用来将欲净化的工作介质输入该部分，还有一出口短管，用来输出已净化的流动介质，在管道外面装有磁化装置，用来磁化一段中的铁磁填料，该磁化装置能沿管道在两个管段的边缘位置之间往复移动（US，A，4602997）。

在这种已知的装置中，往复移动机构是一种很复杂的机电结构，包括电动机、减速器、蜗轮对和将磁化装置固定在蜗轮上的拉杆。除这些基本部件外，往复移动机构还包括减速器和蜗轮对的润滑系统以及固定零部件用的大型底座。由于这些辅助部件的存在，使得装置的结构更加复杂。此外，上述机构还包括一些电磁铁，这些电磁铁用来构成磁化系统停止时用的磁性垫板。

磁性系统利用电动机和蜗轮对上下移动，这是一个比较缓慢的过程，该过程要花费几分钟的时间。同时在磁化系统的整个移动过程中，电力驱动装置要消费电能，而脏污的流动介质或者被排放掉，或者进入生产工艺管道中，降低了净化过程的总效率和经济效益。

本发明的任务是制造出具有这样结构的一种流动介质中铁磁性物质的分离装置，该装置包括磁化系统往复移动机构，该机构没有传递动力脉冲的机械连接，磁化系统从一个管段移动到另一个管段，在几秒钟时间内便可完成，能保证净化过程实际上连续不断。

本发明的实质是：流动介质中铁磁性物质的分离装置包括至少一个固定的工作管道，该管道用密封隔板分成两个连续配置的管段，每一段都装满用铁磁性材料制成的填料，并且有一入口短管，用来将欲净化的流动介质输入该段，还有一出口短管，用来输出已净化的流动介质，在管道外面装有磁化系统，用来磁化一个管段中的铁磁填料，该磁化系统装有能沿管道在其两个管段的边缘之间往复移动的机构：根据本发明，往复移动机构的结构形式至少有两个电磁线圈，分别位于管道相对的两端，其参量是根据能保证磁化系统在两个边缘位置之间往复移动的条件来选择的。

如果用与工作管道同心设置的螺线管作磁化系统时，则在螺线管的每一端按照相应的电磁线圈的形状作一个槽是适宜的。

而且在槽的底部最好设置一个弹性垫圈。

合理的作法是在装置的各端部安装磁化系统定位器，每一个定位器都用电磁铁作成，並将其这样固定在管道的每一端，亦即使其铁心的移动方向垂直于管道轴线，而在螺线管的侧表面设有与电磁铁的数目相同的插孔，各插孔用来与相应的铁心发生作用。

可以这样制作螺线管，亦即，使其各部分的线圈匝数不等，其匝数由中间部分向端部逐渐增加，而且最好使端部的匝数超过中间部分匝数的（20～40）%。

如果在装置上安装磁化系统的冷却装置，该冷却装置具有输入和排出冷却剂的短管，在这种情况下，适宜的作法是将输入和排出冷却剂的短管分别相对地安装在管道的两端，並且使它们的轴线平行于管道轴线，而且每一个短管都应装上流量调节器和改变冷却剂供给方向的装置。

按照本发明制造的流动介质中铁磁性物质的分离装置，其特点是结构简单、可靠性高、技术维护简单。

根据本发明，装置能极大地缩短磁化系统从一个工作段到另一段的移动时间，实际上保证了净化过程的连续性，特别是在液态和气态介质的脏污程度很大的情况下显得更为有利，例如冶金循环水，由于极其脏污，从一段转换到另一段，每一次都必须经过1～2小时。

下面，通过该装置的具体实施方案和如下所附的附图来说明本发明：

图1为流动介质中铁磁性物质的分离装置的概括性示意图，所包括的一个工作管道图示为其纵剖面;

图2为图1所示装置的俯视图（未画导轨）;

图3为沿图1中的Ⅲ-Ⅲ线的剖面图;

图4为流动介质中的铁磁性物质分离装置的概括性示意图，所包括的两个工作管段图示为沿其中的一个管道轴的纵剖面;

图5为图4所示装置的俯视图（未画导轨）;

图6为沿图5中的Ⅵ-Ⅵ线的剖面图;

图7为铁磁性物质分离装置的概括性示意图，其内所设的磁化系统的定位器和磁化系统的冷却装置图示为其纵剖面;

图8为沿图7中的Ⅷ-Ⅷ线的剖面图;

图9为图7中带有电磁线圈部分A的详图。

如图1、2、3所示，流动介质中的铁磁性物质分离装置包括至少一个工作管道，在所述的方案中为一个工作管道1，该管道被密封隔板2分成连续配置的两段3、4，每一段都装满了由铁磁性材料制成的填料5。

填料5可采用铁磁性材料，例如用铁氧体或铁电体制成的细粒小球、碎屑、薄片或细杆。当使用该装置对流动介质进行高精度净化，其中包括液态和气态介质的净化时，填料5除了上述要求外，还应具有防腐蚀性能。该装置还包括设置在管道1外面的磁化系统6，当磁化系统位于轴端位置Ⅰ时，如图1所示，它能对管段3中的强磁性填料5进行磁化，或者当磁化系统位于另一端位置Ⅱ时，使管段4中的磁性填料5磁化（Ⅰ位于管段3，Ⅱ位于管段4），位置Ⅰ和Ⅱ设有两个电磁线圈7，分别位于管道1相对的两端。线圈7的参量：匝数、通入线圈7中的电流强度，根据这样的条件选择，即保证磁化系统6能从一个边缘位置（例如Ⅰ）移动到另一个边缘位置（例如Ⅱ）。在所述的本发明的实施方案中，磁化系统6呈多层螺线管的形式并与工作管道1同心设置，螺线管6同管道的外壁之间有一间隙。为了减少螺线管6移动时的摩擦力和所消耗的能量，螺线管上装有滑动或滚动轴承8，轴承与导轨9相互作用。管段3、4分别装有入口短管10、11，用来将待净化的流动介质输入到管段3或4，此外还分别装有出口短管12、13，用来输出已净化的流动介质。

根据本发明，如图4、5、6所示方案的装置与图1、2、3所示方案不同，它包括两个相同的工作管道1和1′，每一个工作管道都有自己的磁化系统，作成多层螺线管6，而且各螺线管6的导磁体彼此之间用连接板14刚性地紧固在一起，该连接板是用含碳量低的磁性材料制成的。连接板14保证构成闭合的磁回路并且由于减少了磁场损失，而使整个容积内的填料5获得所必要大小的磁化强度，主要是为了提高填料5的端部区域的磁化强度。此外，刚性连接板14保证两个螺线管6移动的同步性。当必须净化流量很大的流动介质时，这种方案有利。管道1、1′的直径在这种情况下达0.5～2.0米，铁磁性填料的长度达0.5～1.5米。在该装置的这些参量条件下，如果磁路不闭合，那么磁通量在周围介质中的损失可达（30～60）%。有了磁性连接板14就可克服这一缺点。

图7、8所示方案的流动介质中的铁磁性物质分离装置具有垂直设置的工作管道1，在其外面与其同心地装有线圈匝数不均匀的螺线管15。螺线管15的线圈匝数从其中间部分向两端逐渐增加，而且螺线管15两端的匝数超过其中间部分的匝数达（20～40）%。在螺线管15的每一端都设有槽16，其形状与线圈7的端部形状相同，在每个槽16的底部都装有用弹性材料（例如橡胶）制成的弹性垫圈17。此外，在这种方案中，装置上还装有磁化系统（螺线管15）的定位器18，分别安装在它的末端位置Ⅰ（上端）和Ⅱ（下端）。

各定位器18都用电磁铁19制成，固定在装置的外壳20上，靠近管道1的一端，并且使其铁心21的移动方向垂直于管道1的纵轴线，而在螺线管15的侧表面设有插孔22，插孔的数目与电磁铁19的个数相同，各插孔用来与相应的弹簧支承的铁心21配合作用。在这种方案的装置中，导轨9上有断面为“燕尾形”的沟槽。在螺线管15的两端装有凸块23，其形状与导轨9的槽的形状相适应，以保证螺线管15沿导轨9滑动。在各凸块23上设有插孔22，当接通定位器18时，插孔22便的铁心21相互作用。

在这种方案的装置上还装有导管系统，用来向螺线管15供给冷却介质。同时冷却剂的输入和排出短管24相对地位于管道1的两端，而且它们的轴线平行于管道1的纵轴线。每一短管24上都装有流量调节器25，而冷却导管系统则装有改变冷却剂供给方向的装置26。装置的外壳20是用铁磁性材料制成的封闭壳。此外，在螺线管15的末端装有用铁磁性材料制成的薄片27，该薄片与外壳20构成闭合的磁路。

根据本发明如图9所示方案的装置，电磁线圈28呈阶梯式，其中间部分的高度比周边部分大，而其外径等于螺线管15的外径，这样能保证电磁线圈28与螺线管15的相互作用面积大。

为了使图面清楚，各电源及其接通和断开的操作系统未在图中绘出。

流动介质中的铁磁性物质分离装置的工作情况如下：

根据本发明，如图1、2、3所示的装置中的管段3处于从流动介质中分离铁磁性颗粒的净化状态，而管段4则处于再生状态。而且处于管道1的末端（位置Ⅰ处）的螺线管线圈6和电磁线圈7中通过这样极性的电流，即这些线圈的磁感应矢量方向相同。螺线管6被吸引到线圈7上。管段3中的铁磁性填料5被磁化。脏污的流动介质沿短管10进入管段3並流经铁磁性过滤填料5清除其中的铁磁性及非铁磁性的颗粒，然后沿短管12从管段3流出。

这时，装置中的管段4处于再生状态。位于管段4（位置Ⅱ）处的电磁线圈7处于断电状态，该段中的铁磁性填料5被退磁。水和空气的混合物沿短管11以这样一种流量进入管段4，即这种流量保证能将填料5的颗粒上的杂质清洗到所要求的程度。脏污的清洗混合物则沿短管13流出。

当管段3中的填料5脏污后，磁化系统（螺线管6）便从位置Ⅰ移动到位置Ⅱ。为此，改变管段3处的线圈7的供电电流的极性，结果是该线圈7和螺线管6的磁感应矢量的方向相反，于是螺线管6受到来自管段3处的线圈7方向的推力作用。同时有电流流入管段4处的线圈7中，该电流的极性保证管段4处的电磁线圈7和螺线管6中的磁感应矢量方向一致，于是螺线管6受到朝向管段4处的线圈7的吸引力的作用。在上述的这些力的作用下，螺线管6以很大的速度沿导轨9移动到位置Ⅱ。螺线管6从位置Ⅰ（Ⅱ）移动到Ⅱ（Ⅰ）所需时间只有一至数秒。

当螺线管6移动到位置Ⅱ之后，管段4中的填料5被磁化，而管段3中的填料5被退磁。管段3过渡到再生状态，水和空气的混合物沿短管10进入管段3，而应该净化的流动介质则沿短管11进入管段4，此时该管段处于净化工作状态。由于磁化系统从一个管段移动到另一管段的时间很短，因此装置实际上是在连续的净化状态下工作。

图4、5、6所示方案的装置，其工作情况与上述的情况相似，其区别仅在于装有两个管道1和1′，可提高装置的工作效率，同时降低能耗。

由于螺线管15（图7、8）在其端面设有与电磁线圈7的形状相同的槽16，因此吸引时保证线圈7“进入”螺线管15的线圈上的槽16中。而且线圈7的一部分线匝直接位于螺线管15的端表面的邻近区域。这样有利于增强螺线管15的线圈和电磁线圈7之间既在吸引过程（在净化状态下）、又在排斥过程（向再生状态过渡）中的力的相互作用。

螺线管15的线圈匝数从其中间部分向两端增加（20～40）%，一方面可使强磁性填料5的末端区域的磁化强度与其中间区域的磁化强度均匀一致，另一方面可增强螺线管6的线圈和电磁线圈7之间力的相互作用，同时保证螺线管15迅速而准确地移动，並定位在边缘位置Ⅰ或Ⅱ处。槽16中的弹性垫圈17保证螺线管15运动到电磁线圈7处时减轻碰撞，防止螺线管15和线圈7受损，增大它们的使用寿命。

螺线管15安装在边缘位置Ⅰ或Ⅱ后利用相应的定位器18，将螺线管15被牢固地支撑在这个位置上。当螺线管15需要移动到另一个边缘位置时，向电磁铁19的线圈中通入电流，铁心21克服弹簧的作用，从插孔22中被拉出，螺线管15便可无阻碍地沿导轨9移动。

由于冷却系统的短管24与装置的管道1共轴设置，冷却剂的射流从这些短管中流出，相当于在螺线管15的端部附加了一个作用力，可减少螺线管15从一个边缘位置Ⅰ或Ⅱ移动到另一个边缘位置时的能耗。利用流量调节器25改变冷却剂的流量，形成压头，有助于磁化系统的移动，同时保证消除电磁线圈7和螺线管15的发热。而且铁磁性薄板27起着运动“活塞”的作用，当螺线管15移动时，与冷却剂的压力流相互作用。冷却系统的短管24与管道1共轴配置，各短管上装有流量调节器25和改变冷却剂的供给方向的装置26，该冷却系统的存在，对于垂直安装的磁化系统和工作管道1特别有利，因为在这种情况下，为了使磁化系统从下向上移动，需要一个等于或大于磁化系统重量的吸引力，而从上向下移动时，为了延缓磁化系统向低部边缘位置的运动，则需要一个反向作用力。

根据本发明，图9所示方案的装置，其工作情况与图7、8所示方案相似，其区别仅仅是电磁线圈28作成阶梯式的，这样除了保证螺线管15的移动以外，还可以使铁磁性填料5的末端区域磁化。在净化过程中，线圈28是这样接通的，即线圈28和螺线管15（磁化系统）的磁感应矢量方向相同，因此在所选择的线圈28的形状的情况下，使得铁磁性填料5的末端区域的磁化增强，有助于整个填料5的磁化均匀。

Claims (7)

1、流动介质中铁磁性物质的分离装置，包括至少一个固定工作管道(1)，它被密封隔板(2)分成两个连续配置的管段(3、4)，每一段都装满用铁磁性材料制成的填料(5)，每一部分都有入口短管(10、11)，用来将欲净化的流动介质输入到管段(3或4)，还有出口短管(12、13)，用来输出已净化的流动介质，在管道(1)的外面装有磁化系统(6)，用来使一个管段(3或4)中的铁磁性填料(5)磁化，磁化系统上装有能沿管道(1)在管段(3)或(4)的两个边缘位置(Ⅰ、Ⅱ)之间往复移动的机构，其特征在于往复移动机构由至少两个电磁线圈(7)构成，分别设置在管道(1)相对的两端，电磁线圈的参量根据保证磁化系统(6)能在边缘位置(Ⅰ和Ⅱ)之间移动的条件来选择。

2、根据权利要求1所述的装置，利用螺线管（15）作为磁化系统，该螺线管与管道（1）同心设置，其特征在于螺线管（15）的每一端面上设有槽（16），其形状与相应的电磁线圈（7）的形状相似。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征是在槽（16）的底部装有弹性垫圈（17）。

4、根据权利要求2所述的装置，其特征是在其边缘位置（Ⅰ、Ⅱ）装有磁化系统定位器（18），每个定位器都由电磁铁（19）制成，这样固定在管道（1）的一端，即它的铁心（21）的移动方 向垂直于管道（1）的轴线，而在螺线管（15）的侧表面设有插孔（22），其数目与电磁铁（19）的个数相同，每个插孔都用来与对应的铁心（19）相互作用。

5、根据权利要求2所述的装置，其特征在于螺线管（15）的线圈不均匀，线圈匝数从中间部分向两端逐渐增加。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于端部的线圈匝数超过中间部分匝数的（20～40）%。

7、根据权利要求1所述的装置，装有磁化系统的冷却装置，该冷却装置有输入和排出冷却剂的短管（24），其特征在于输入和排出冷却剂的短管（24）设置在管道（1）的相对的两端，而且短管的轴线平行于管道（1）的轴线，同时每个短管（24）都装有流量调节器（25）和改变冷却剂供给方向的装置（26）。

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