CN1043643A - 表面积垢清理装置 - Google Patents

Abstract

表面积垢清理装置包括多层电磁线圈(1)、脉冲电源(3)和位于被清除表面(5)与电磁线圈(1)之间的顺磁板(4)。电磁线圈(1)层(8)的层数n为2～5，每层(8)均由矩形横截面导电条(7)以螺旋形制成。各层(8)位于相互平行的平面，且彼此顺联。

Description

表面积垢清理装置

本发明系采用积垢表面振动的方法清除和防止积垢的装置，亦即清除表面沉积物的装置。

本发明可用来清除料槽料箱、干燥箱、旋风除尘器、管道及其它类似设备壁面上粘挂的散粒物质、结冰及其它污垢。

已知的一种表面除垢装置(SU，A，875198)包括扁平电磁线圈，顺磁板，用以将冲量从电磁线圈传递到被清理表面的拉杆和推杆，以及位于电磁线圈对面的附加顺磁板。顺磁板借助于推杆与被清理表面发生关系，而附加顺磁板则借助于拉杆与被清理表面发生关系。

上述装置由于其电磁线圈是任意匝数的单层螺旋形线圈，不能获得足够大的冲击力。此外，由于电磁线圈呈扁平形，磁场对金属的等效穿透深度可能远远超过螺旋线圈导电体的高度，这样就极大地降低了电磁线圈与顺磁板的电磁耦合。因此，在上述装置中施加到被清理表面上的冲击力不够大，以致对表面的清理效率很低。

另一种已知的表面除垢装置(SU，A，918220)包括电磁线圈；与该电磁线圈连接的脉冲电源；由高导电率材料制成的顺磁板，该顺磁板置于电磁线圈端面与被清理表面之间；弹簧顶杆和座板。该装置还装有用高导电率材料制成的附加顺磁板以及通过传动机构与它相联并且同电磁线圈共轴的套圈，附加顺磁板装在电磁线圈对面，通过弹簧顶杆与电磁线圈和顺磁板弹性相联顺磁板固定在套筒的底部，在套筒的侧面安装着传动机构。套筒通过弹性构件与底板联接，并且在电磁线圈与套圈之间留有一定的移动量。上述装置将脉冲电源能量转换为清理表面机械能的效率很低，这是由于电磁线圈为单层、且匝数任意，这就极大地降低了施加给被清理表面的冲量，从而也降低了表面除垢的效率。因此，上述装置清理表面积垢的效率不够。

本发明的任务是创造这样一种结构型式的表面除垢装置，该装置应可利用增大施加给被清理表面的冲量的方法，提高脉冲电源能量转换为被清理表面机械能的效率，因此可提高表面积垢的清除效率。

解决所提出的任务的方法是：表面积垢清理装置包括电磁线圈，与电磁线圈接通的脉冲电源，以及用高电导率材料制成的、位于被清理表面和电磁线圈端面之间的顺磁板，根据本发明，电磁线圈为多层结构，层数n在2～5范围之内，每层均为螺旋形，由截面呈矩形的导电条构成，电磁线圈的各层呈互相平行的平面，且彼此顺联，两层式电磁线圈每层匝数W为0.4W₁～1.1W₁，导电条的高度h为Δ～1.5Δ：三层式电磁线圈每层匝数W为0.35W₁～0.9W₁，导电条的高度h为0.8Δ～Δ；四层式线圈每层匝数W为0.32W₁～0.75W₁，导电条的高度h为0.75Δ～0.9Δ；五层式电磁线圈每层匝数W为0.3W₁～0.65W₁，导电条的高度h为0.7Δ～0.8Δ。其中W₁—最佳匝数，Δ-电磁线圈磁场对金属的等效穿透深度。

上述的表面积垢清理装置，可增大施加给被清理表面的机械冲量，降低除垢所需的电能消耗，便于消除手工劳动，实现除垢自动化，延长除垢设备的寿命。这种装置还能提高表面除垢的效率。

下面将通过具体实例和附图说明本发明。

图1为本发明的表面积垢清理装置纵剖面全视图；

图2为根据本发明接连脉冲电源的三层式电磁线圈；

图3为根据本发明，在采用三层式电磁线圈情况下，施加给被清理表面的冲量S与每层匝数W的关系曲线。

图4为根据本发明，施加给被清理表面的冲量S与导电条高度h的关系曲线。

参见图1，表面极垢清理装置包括用导线2接通脉冲电源3的电磁线圈1，以及由高导电率材料制成的顺磁板4。顺磁板4位于被清理表面5与电磁线圈1端面之间。电磁线圈1浇注环氧绝缘混合胶6，以显著延长其使用期限。

电磷线圈1由铜导电条7构成，其横截面为高度h、宽度b的矩形。电磁线圈1由许多个层8构成，层数n至少等于2，但不超过5。在所述实例中，层8的层数n等于3。在每一个层8中，线匝9的数目W等于9。图中给出电磁线圈1的尺寸如下：

D₁，D₂-外径和内径；

b——层8的导电条7的宽度；

b₁——导电条7绝缘层厚度

h——层8导电条7的高度

h₁——电磁线圈1高度

脉冲电源3可采用已公开的方案(Л.Н.КарПЕНКО″ЪыСТРО

ЕЙ-СТВУЮ

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ИНАМИЧЕСКИЕОТКПЮЧАЮ ИЕУСТРОЙСТБА″1973，《ЭНЕРТИЯ》(列宁格勒)，第31～35页)。在通常情况下，两层或电磁线圈1线匝9的数目W为0.4W₁～1.1W₁，导电条7的高度h为Δ～1.5Δ，其中W₁-线圈1层8的最佳匝数，Δ-电磁线圈1磁场对金属的等效穿透深度。三层式电磁线圈0线匝9的数目W为0.35W₁～0.9W₁，导电条7的高度h为0.8Δ～Δ。四层式电磁线圈1线匝9的数目W为0.32W₁～0.75W₁，导电条7的高度h为0.75Δ～0.9Δ。五层式电磁线圈1每一个层8的线匝9的数目W为0.3W₁～0.65W₁，导电条7的高度h为0.7Δ～0.8Δ。

图2所示为接通脉冲电源3的三层式电磁线圈1。电磁线圈1的每一个层8位于相互平行的平面内，彼此顺联，而最外的层8的导电条7的输出端，通过导线2连接到脉冲电源3。

图3中曲线A说明D₁＝40毫米和D₂＝10毫米的三层式电磁线圈1冲量S与层8线匝9的数目W的关系。曲线A给出了层8线匝9的数目W的变化范围。在此情况下，0.35W₁≤W≤0.9W₁，其中 $W_1=\frac{D_1-D_2}{12b_1}---\left(1\right)$

这时，线匝9的数目W范围为：7≤W≤19。在层8线匝9的数目W的这一变化范围内，线圈1和顺磁板4之间产生的冲量S到达最大值——0.56～0.72牛顿·秒。具有层8线匝9的数目W大于0.9W₁或小于0.35W₁的三层式电磁线圈1的冲量S变得与相同尺寸的单层电磁线圈1的冲量S相当。电磁线圈1的导电条7的高度h，根据图4所示的关系曲线选择。曲线B给出了冲量S与导电条7高度h的相对关系。由曲线B可以看出高度h的变化范围。在n＝3，D₁＝40毫米，D₂＝10毫米，W＝9的具体情况下，导电条7的高度h应至少不小于或等于0.75Δ，而且不大于或等于0.9Δ，或者说≥1.8毫米和≤2.16毫米，与之对应的冲量S为0.66～0.69牛顿·秒。电磁线圈1磁场对金属的等效穿透深度Δ，由下式确定： $\mathrm{\Δ}={\left\{\frac{2{\left[C(L_1-M^2/L_2)\right]}^{\frac{1}{2}}}{{\mathrm{\μ}}_0\mathrm{\γ}}\right\}}^{\frac{1}{2}}---\left(2\right)$ 式中：

C——脉冲电源3电容

L₁——电磁线圈1电感系数

L₂—顺磁板4电感系数

M——电磁线圈1—顺磁板4系统的互感系数

γ—电磁线圈1材料电导率

μ₀——磁导常数

如果导电条7高度h大于0.9Δ或小于0.75Δ，则三层式电磁线圈1的冲量S就变成与同样尺寸的单层式电磁线圈1的冲量S相当。表面5(图1)积垢清理装置的工作方式如下。在所述的实施例中，电磁线圈1每一层线匝9的数目W等于9，导电条7高度h等于2毫米，当电流脉冲通过导线2连续地从脉冲电源3传到电磁线圈1的每一层8时，便在三层式电磁线圈1的周围形成脉动磁场，并在顺磁板4中产生涡流。由于脉动磁场与涡流相互作用的结果，便有一冲量S作用于顺磁板4，并被传递给被清理表面5。被清理表面5产生弹性振动，其结果表面5上的粘着物被清除掉。随着作用于被清理表面5上的冲量S的增大，由于作用于粘着物的力也增大，从而提高了清除效率。冲量S的大小与电磁线圈1及其结构型式有很大关系。

电磁线圈1的每一层8系用横截面为矩形的导电条7以螺旋形制成，因而可保证电磁线圈1端面的平度，使电磁线圈1与顺磁板4之间的间隙达到最小，并且增大了电磁线圈1的充填系数K。充填系数K由下式决定： $K=\frac{2n\·W\·h\·b}{(D_1-D_2)\·b}---\left(3\right)$ 式中：

n——层8的数量

W——层8线匝9的数目

h，b—导电条7的高度和宽度

D₁，D₂——电磁线圈1的外径和内径

h₁——电磁线圈1的高度

因此，由增大电磁线圈1充填系数K，可减小磁通漏泄，增大电磁线圈1端面上的磁场强度。由于顺磁板4受到的磁压在数值上等于磁场能量的容积密度，因此上述情况将导致冲量S的增大，从而也提高了表面清除效率。

由于电磁线圈1的层8顺联(图2)，电磁线圈1端面上的总磁通和磁场强度都增大，而各层8位于相互平行的平面可保证磁压沿轴向均匀地作用于顺磁板4，结果提高了脉冲电源3的能量转换效率和表面清除效率。电磁线圈1由层8的层数n为2～5构成，加之由于施加到被清理表面5的冲量S增大，故可保证最有效地将脉冲电源3的能量转变成被清理表面5(图1)的机械能。在这种情况下，传递到被清理表面5的冲量S与采用单层电磁线圈1时相比，其数值要增大20％至35％。之所以能获得如此大的效果，是由于与单层电磁线圈1相比，多层电磁线圈1的电感系数和质量因数均有所增大。随着层8的层数n增加到大于5时，由于电磁线圈1最远层8与顺磁板4的电磁耦合减弱，冲量S值降低，并变得与单层电磁线圈1的冲量S相当。

选择电磁线圈1每一层8的线匝9的匝数W的范围如下：对于二层式电磁线圈1，应大于或等于0.4W₁，而小于或等于1.1W₁；对于三层式电磁线圈1，应大于或等于0.35W₁，而小于或等于0.9W₁；对于四层式电磁线圈1，应大于或等于0.32W₁，而小于或等于0.75W₁：对于五层式电磁线圈1，应大于或等于0.3W₁，而小于或等于0.65W₁。其中W₁为层8线匝9的最佳数目，这个匝数是在脉冲电源3和导线2没有寄生电感和寄生有效电阻，以及在不考虑顺磁板4有效电阻的影响的条件下获得的。

当二层电磁线圈1的层8线匝9的数目，W小于0.4W₁、三层电磁线圈1的W小于0.35W₁，四层电磁线圈1的W小于0.W₁、五层电磁线圈1的W小于0.3W时，作用于顺磁板4的冲量S减小。这是由于电磁线圈1电感系数U₁减小，以及电磁线圈1和顺磁板4之间互感系数M也减小的缘故。另一方面，当二层电磁线圈1的层8线匝9的数目W增加到大于1.1W₁、三层电磁线圈1的W大于0.9W₁，四层电磁线圈1的W大于0.75W₁、五层电磁线圈1的W大于0.65W₁时，电磁线圈1电感系数L₁和互感系数M则增大。但是在这种情况下，在电磁线圈1有效电阻上的能量损失开始显露出极大的影响，其结果是冲量S减小，装置的效率降低，从而降低了表面清理效率。

选择导电条7高度h的范围如下：对于二层电磁线圈1，应大于或等于Δ，而小于或等于1.5Δ；对于三层电磁线圈1，应大于或等于0.8Δ，而小于或等于Δ；对于四层电磁线圈1，应大于或等于0.75Δ，而小于或等于0.9Δ，对于五层电磁线圈1，应大于或等于0.7Δ，而小于或等于0.8Δ  其中Δ为磁场在电磁线圈1中的等效穿透深度。当二层电磁线圈1的导电条7高度h小于Δ、三层电磁线圈1的h小于0.8Δ、四层电磁线圈1的h小于0.75Δ、五层电磁线圈1的h小于0.7Δ时，电磁线圈1的有效电阻增大，质量因数减小。这将导致能量在有效电阻上的损失增大，以及冲量S减小(图4曲线B)。当二层电磁线圈1的导电条7高度h(图1)大于1.5Δ、三层电磁线圈1的h大于Δ、四层电磁线圈1的h大于0.9Δ、五层电磁线圈1的h大于0.7Δ时，电磁线圈1各层8(图1)与顺磁板4之间的电磁耦合则减弱(图4曲线B)。这是由于第二、三、四、五各层8(图1)与顺磁板4之间的间隙增大，以至冲量S减小(图4曲线B)。

因此，所提供的表面积垢清理装置可通过增大作用于被清理表面5(图1)的冲量S，来提高脉冲电源3能量转换成被清除表面5机械能的效率，从而提高表面清除效率。

Claims (1)

1.表面积垢清理装置，包括电磁线圈(1)，与电磁线圈(1)相连接的脉冲电源(3)，以及用电导率高的材料制成、位于被清理表面(5)和电磁线圈1端面之间的顺磁板(4)，其特征在于：电磁线圈(1)系多层结构，层(8)的层数n为2～5，每层(8)为矩形横截面导电条(7)螺旋线形成，电磁线圈(1)的各层(8)位于相互平行的平面并彼此顺联，二层电磁线圈(1)每层(8)线匝(9)的数目W为0.4W₁～11W₁，而导电条(7)高度h为Δ～1.5Δ，三层电磁线圈(1)每层(8)线匝(9)的数目W为0.35W₁～0.9W₁，而导电条(7)高度h为0.8Δ～Δ，四层电磁线圈(1)每层(8)线匝(9)的数目W为0.32W₁～0.75W₁，而导电条(7)高度h为0.75Δ～0.9Δ，五层电磁线圈(1)每层(8)线匝(9)的数目W为0.3W₁～0.65W₁，而导电条(7)高度h为0.7Δ～0.8Δ，其中W₁为线匝(9)的最佳数目，Δ为电磁线圈(1)磁场对金属的等效穿透深度。

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