CN2336853Y - 横向旋转磁场流化床 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及横向旋转磁场流化床，特征是流体床位于横向旋转磁场发生器的空心定高圆柱体内，横向旋转磁场发生器由铁芯和嵌在铁芯中的线圈绕组组成，铁芯由圆环形矽钢片叠压而成，并纵向开六或六的倍数个槽并以六个槽为佳，每对对向的槽中各放置一对线圈绕组，槽的开口处有绝缘材料制成的用以固定线圈绕组的槽楔，线圈绕组与槽之间有槽绝缘层，该磁场发生器可产生横向旋转的磁场，铁磁性颗粒在该磁场中能够形成自旋的链状物，破碎流化床中的气泡和聚团，提高流化质量。

Description

横向旋转磁场流化床

本实用新型涉及多相反应及流态化技术领域的流化床，特别是涉及一种横向旋转磁场流化床。

磁场流化床按磁场方向可分横向磁场流化床和轴向磁场流化床；按磁场强度可分均匀稳定磁场流化床和脉动磁场流化床。这些磁场流化床实际上是在流化床外部套入磁场发生器。轴向磁场流化床外产生磁场的磁场发生器是霍耳姆兹线圈，而横向磁场流化床外产生磁场的磁场发生器是螺旋线圈或马鞍形线圈。往线圈中通入直流电则产生均匀稳恒磁场，如果通入脉冲电流，则产生脉动磁场。图1所示为现有轴向和横向磁场流化床的示意图，其中(a)为轴向磁场流化床的结构示意图；(b)为螺旋线圈横向磁场流化床的结构示意图；(c)为马鞍形线圈磁场流化床的结构示意图。

上述的磁场流化床均能形成磁稳定床，并且铁磁性颗粒能够沿着磁力线方向排列而形成链状物。但由于磁场方向不变，形成的链状物不会旋转。如果借助于上述线圈来产生横向旋转磁场，就需要增加辅助设备以不断转动线圈，这样做就会使设计难度增大，对设备要求高，而且不易操作。

本实用新型的目的在于克服上述流化床存在的缺陷，并针对这些缺陷，而提供一种具有横向旋转磁场发生器的横向旋转磁场流化床。该流化床的横向旋转磁场发生器，使得线圈绕组固定，产生的磁场不断旋转，这样，铁磁性颗粒在流化床中沿磁力线能够形成链状物并且该链状物能够自旋，自旋的链状物在流化床中犹如一个个微小的螺旋桨，对流化颗粒能起到搅拌和混合作用，提高流化床内的传质、传热效率，改善流化质量，尤其对于Geldart分类中的C类颗粒，它们由于极强的粘性作用力，流化时易于形成聚团，产生沟流，而自旋的链状物能够有效地破碎聚团，阻止沟流的发生，改善C类颗粒的流化质量。本实用新型的实施方案如下

本实用新型提供的横向旋转磁场流化床，包括流化床和流化床外部套入的磁场发生器及变频器、变压器、转子流量计等辅助设备，其特征在于磁场发生器为横向旋转磁场发生器，该横向旋转磁场发生器为一定高的空心圆柱体，流化床放在其内，横向旋转磁场发生器由铁芯和嵌在铁芯中的线圈绕组组成，铁芯由圆环形矽钢片叠压而成，在圆环形截面上纵向冲有六或六的倍数个槽，并以六个槽为佳，其槽可以是半闭口槽或开口槽或半开口槽，并以半闭口槽为较佳，每对对向的槽中分别放置一组线圈绕组，以开有六个半闭口槽为例，则在圆环形铁芯的六个半闭口槽中共放置三相对称的线圈绕组，线圈与槽壁间有绝缘材料制成的槽绝缘层，槽的开口处放置用以固定线圈绕组的槽楔，槽楔由绝缘材料制成，其线圈绕组采用高强度漆包铜线绕制，布置形式为集中式单层绕组。

本实用新型的横向旋转磁场流化床中产生横向旋转磁场是根据对称的三相绕组中在通有对称的三相交流电时会产生旋转磁场这一原理设计而成，其原理如下(以三相对称绕组为例)：

如图2所示，三相对称绕组每相仅由一个线圈组成，A-X、B-Y、C-Z为三相交流电每相线圈；⊙表示电流流出，用表示电流流入，A-X、B-Y、C-Z三个线圈彼此互隔离120°，分布在铁芯内圆的圆周上构成三相对称绕组，三相对称绕组在空间的位移是B相从A相后移120°，C相从B相后移120°，对称的三相绕组通入对称三相电流，各相电流的瞬间表达式为：

i_A=I_mcosωt,i_B=I_mcos(ωt-120°),i_C=I_mcos(ωt-240°)

其中i_A,i_B,i_C表示为瞬时三相交流电电流强度；I_m表示为三相交流电电流强度幅值；ω表示角速度；t表示为时间。

电流为正值时，电流从每相线圈的首端(A、B、C)流出，由线圈末端(X、Y、Z)流入：电流为负值时，从每相线圈的末端流出，从首端流入。

由于三相电流随时间的变化是连续的，且极为迅速。为了考察对称三相电流产生的合成磁效应，选择以下 $\mathrm{\ωt}=0^o(t=0),\mathrm{\ωt}={120}^o(t=\frac{T}{3}),\mathrm{\ωt}=240^o(t=\frac{2T}{3}),$ ωt=360°(t=T)其中T为三相交流电变化周期四个特定的瞬间进行讨论。在ωt=0°(t=0)时，i_A=I_m, $i_B=i_C=-\frac{1}{2}{I}_m,$ 将各相电流方向表示在各相线圈剖面图上，A相电流为正值，从A流出，由X流入，而B、C两相电流均为负值，由B、C流入，从Y、Z流出。由图可以看出，Y、A、Z三个线圈边中电流都从图面流出，且Y、Z边中的电流数值相等，根据右手螺旋定则，可知该三个线圈中电流产生的合成磁场磁力线分布必为以A边为中心，左右反向对称，磁场的方向为从下向上。同样的道理，可决定B、X、C三个线圈边中，电流产生的合成磁场磁力线分布。整个磁场的磁力线分布左右对称。因此，从磁力线的图象看，和一对磁极产生的磁场一样。用同样的方法可以画出 $\mathrm{\ωt}=120^o(t=\frac{T}{3}),\mathrm{\ωt}=240^o(t=\frac{2T}{3}),$ ωt=360°(t=T)三个特定时刻的电流方向和磁力线分布情况。从这些图中可以看出，由ωt=0°(t=0)到 $\mathrm{\ωt}={120}^o(t=\frac{T}{3}),\mathrm{\ωt}={240}^o(t=\frac{2T}{3}),$ ωt=360°(t=T)的瞬间，三相电流相应的变化，使三相电流合成的磁场在空间相应地转过了120°,240°,360°。旋转的方向从A相转向到B相，再转向到C相。即按A→B→C顺序旋转并且旋转的速度一定。

由以上可以看出，对称的三相电流通过对称的三相绕组后，建立了一个旋转的磁场并且当三相电流随着时间变化经过一个周期T，横向旋转磁场在空间相应地转过了360°，即交流电变化一次，横向旋转磁场就旋转一周。因此，在一对级条件下，电流的频率即为磁场旋转的频率。

由理论可知，单相绕组的磁势是一种在空间位置上固定、幅值随时间变化的脉振磁势。这种脉振磁势可按富氏级数展开，并由此把脉振磁势波分为基波和谐波。单相绕组的磁势方程为： $f_{\mathrm{\φ}1}(x,t)=0.9\frac{W1}{p}\[k_{w1}\cos \frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}x-\frac{1}{3}{k}_{w3}\cos 3\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}x+\frac{1}{5}{k}_{w5}\cos 5\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}x-\frac{1}{7}{k}_{w7}\cos 7\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}x+...\]$

其中f为单相绕组的磁势；W为相绕组的串联总匝数；p为极对数；分布系数k_ql和短距系数k_yl的乘积叫作基波绕组系数k_wl，即

                     k_Wl=K_ql·k_yl对于v次谐波，则有

                     k_Wv=K_qv·K_yv对基波及所有谐波的磁势幅值在时间上都是以绕组中电流变化的频率脉振。

对于三相绕组的磁势合成磁势，其实就是把单相绕组磁势波逐点相加，得到的合成磁势。谐波的合成磁势在一般情况下或采取一些措施如采用分布绕组、短距线圈组等可以使其变得较小，所以可以不考虑。要考虑的是基波磁势。若以A相绕组轴线为空间原点，并以正相序方向为X方向，则对于三相绕组的基波磁势各为： $f_{A1}=F_{\mathrm{\φ}1}\cos \frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}x\cos \mathrm{\ωt}$ $f_{B1}=F_{\mathrm{\φ}1}\cos (\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}x-{120}^o)\cos (\mathrm{\ωt}-{120}^o)$ $f_{C1}=F_{\mathrm{\φ}1}\cos (\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}x-{240}^o)\cos (\mathrm{\ωt}-{240}^o)$ 合成基波的磁势为：     $f_1(x,t)=f_{A1}+f_{B1}+f_{C1}=\frac{3}{2}{F}_{\mathrm{\φ}1}\cos (\mathrm{\ωt}-\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}x)$ 其中：F-表示各个单相基波脉振磁势的幅值。 $\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}x\right),\cos (\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}x-{120}^o),\cos (\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}}x-{240}^o)$ -表示A、B、C三个单相基 波磁势随空间分布的规律。

cos(ωt),cos(ωt-120°),cos(ωt-240°)-表示这三个单相基波磁势随时间变化的规律。

由此可见，三相绕组的合成磁势是一个大小不变，旋转的行波，旋转速度(n₀)与交流电的频率(f₁)有如下的关系：

                        n₀=f₁

从以上可知，本发明的横向旋转磁场流化床的横向旋转磁场的主要特点是磁场强度大小不变、方向不断旋转并且旋转频率和交流电的频率相等。

本发明的横向旋转磁场流化床的横向旋转磁场发生器是依据上述原理设计的定高的圆柱体，由铁芯和嵌在铁芯内的线圈绕组组成。铁芯是横向旋转磁场发生器的主磁通磁路。横向旋转磁场发生器的内腔可以产生较强的横向旋转磁场，并且该旋转磁场相对于铁芯是以同步转速旋转的，但由于铁芯中磁场的大小和方向都是变化的，所以必须减少由于横向旋转磁场在铁芯内的涡流损耗和磁滞损耗。因此，铁芯由导磁性较好的0.5毫米厚并冲有一定槽形的矽钢片叠压而成。该横向旋转磁场发生器的三相基波磁势的合成磁势是一个大小不变旋转的行波，而各次谐波磁势的合成作用较为复杂，但总体而言，各次谐波的合成作用将影响到横向旋转磁场的大小，使其产生振荡。集中式绕组，减少级数、槽数将有助于减小各次谐波的影响，所以本横向旋转磁场发生器采用集中式绕组，较少的级数，以一对级为佳，并在铁芯上开六或六的倍数个槽，以六个槽为佳。为了提高磁场发生器的效率，铁芯槽形采用半闭口槽为佳。线圈绕组可采用高强度的漆包铜线绕成，布置形式为单层绕组，线圈放在槽内与槽壁之间有槽绝缘层，槽内绕组的导线用槽楔固定。

横向旋转磁场发生器的旋转频率可通过变频器调节交流电的频率来控制。磁场强度可通过调压变压器调节交流电电流强度来控制。本实用新型的效果

本横向旋转磁场流化床在液固流态化的实验表明：铁磁性颗粒在流化床中沿磁力线能够形成链状物并且该链状物能够自旋，自旋的链状物在流化床中犹如一个个微小的螺旋桨，对流化颗粒能起到搅拌和混合作用，提高流化床内的传质、传热效率，改善流化质量，尤其对于Geldart分类中的C类颗粒，它们由于极强的粘性作用力，流化时易于形成聚团，产生沟流，而自旋的链状物能够有效地破碎聚团，阻止沟流的发生，改善C类颗粒的流化质量。下面结合附图及实施例进一步描述本实用新型

附图1为现有技术中轴向和横向磁场流化床的示意图。附图2为本实用新型的原理图。附图3为本实用新型结构示意图。附图4为本实用新型的磁场发生器外形结构图。附图5为本实用新型俯视示意图。附图6为铁芯的槽的几种形态示意图。其中1---线圈绕组；2---流化床；3---铁芯；4---槽楔；5---槽；5-1---开口槽；5-2---半闭口槽；5-3---半开口槽。

由图3-图6可知，本实用新型提供的横向旋转磁场流化床包括流化床和流化床外部套入的磁场发生器及变频器、变压器、转子流量计等辅助设备，其特征在于磁场发生器是横向旋转磁场发生器，该横向旋转磁场发生器为一定高的空心圆柱体，流化床2位于其内，横向旋转磁场发生器由铁芯3和嵌在铁芯3中的线圈绕组1组成，铁芯3由圆环形矽钢片叠压而成，在圆环形矽钢片上纵向冲有六或六的倍数个槽5，并以六个槽为佳，其槽5可以是半闭口槽5-2或开口槽5-1或半开口槽5-3，本实施例为六个半闭口槽5-2，六个半闭口槽5-2均匀分布在铁芯3的截面上，每相对的两个半闭口槽5-2中各放置一线圈绕组1，本实施例六个半闭口槽5-2中共放置三相对称的线圈绕组，其半闭口槽5-2的开口处放置有用以固定线圈绕组的由绝缘材料制成的槽楔4，线圈绕组1和半闭口槽5-2之间有绝缘材料制成的槽绝缘层，其线圈绕组1采用高强度漆包铜线绕成，布置形式为集中式单层绕组。

Claims (5)

1．一种横向旋转磁场流化床，包括流化床和流化床外部套入的磁场发生器及变频器、变压器、转子流量计等辅助设备，其特征在于磁场发生器为横向旋转磁场发生器，该横向旋转磁场发生器为一定高的空心圆柱体，流化床位于其内，横向旋转磁场发生器由铁芯和嵌在铁芯中的线圈绕组组成，铁芯由圆环形矽钢片叠压而成，在圆环形矽钢片截面上纵向冲有六或六的倍数个槽，并以六个槽为佳，每对对向的槽中放置一组线圈绕组，槽的开口处有用绝缘材料制成的用以固定线圈绕组的槽楔，线圈绕组和槽之间有绝缘材料制成的槽绝缘层。

2．按权利要求1所述的横向旋转磁场流化床，其特征在于所述的槽可以是开口槽。

3．按权利要求1所述的横向旋转磁场流化床，其特征在于所述的槽可以是半开口槽。

4．按权利要求1所述的横向旋转磁场流化床，其特征在于所述的槽可以是半闭口槽，并以半闭口槽较佳。

5．按权利要求1所述的横向旋转磁场流化床，其特征在于所述的线圈绕组采用高强度漆包铜线绕制，布置形式为集中式单层绕组。

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