CS203736B1 - Zařízení k magnetickému prostředí - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení k magnetickému odlučování pevných částic z kapalného- prostředí, přičemž se řeší takové jeho uspořádání, jímž se dosahuje vyššího využití magnetického pole.

U dosud známých zařízení se k účinnému magnetickému odlučování pevných částic z kapalného prostředí používá elektromagnetické stejnosměrné cívky k vyvození magnetického pole, v němž se nachází filtrační lože z materiálu způsobilého k zmagnetování.

Tato řešení se ukázala jako účinnější ve srovnání s dříve realizovanými filtry s permanentními sloupcovými magnety procházejícími nádobou filtru -a nad to elektromagnety umožňují po přerušení budicího proudu demagnetizaci potřebnou k jednoduchému uvolnění zachycených produktů ve filtru a jeho snadný proplach před novým filtračním během.

Je znám patent NSR 1 277 488. z rokli 1967 na zařízení k elektromagnetickému odlučování kysličníku železa z kapalin, ve kterém souosá elektromagnetická cívka obklopuje jednu filtrační válcovou nádobu s ložem kuliček z feromagnetické oceli.

Stejný princip je uplatněn u zlepšeného řešení s nátokem filtrované kapaliny do středu filtračního lože se spojeným odvodem vrchem a spodem filtru, uváděné v r. 203736

1973 v NSR v patentu Heitmanna a Schotta

318 755, přihlášeném i v USA*pod číslem

979 288 z r. 1975.

Filtr, u něhož je nestejnoměrnou hustotou závitů elektromagnetické cívky dosaženo vzestupu magnetické indukce po proudu filtrované tekutiny, je předmětem autorského osvědčení č. 19 637 podaného v r. 1974 v BLR.

Magnetická indukce ve filtračním loži feromagnetických kuliček obvyklého průměru 4 až 6 mm, podle našich měření, dosahuje v příznivých případech hodnot 0,4 T (tesla). Tato hodnota je dostatečná pro zachycení feromagnetických disperzí o velikosti částice nad 500 nm, jaké ve značném podílu vznikají například při korozi stěn zařízení tlakovodního okruhu v tepelných a jaderných elektrárnách při teplotách nad 150 až 200 °C. Zachycení menších částic z tekutin nebo částic slabě feromagnetických nebo částic paramagnetických vyžaduje vyšší magnetickou indukci ve filračním loži.

Snaha, o zvýšení hodnoty magnetické indukce vedla k řešením využívajícím vláknité filtrační struktury, v níž magnetická indukce dosahuje hodnot 1,2 T. Filtr s· vláknitou. strukturou navrhl Kolm a Meadow v r. 1968 v patentu USA 3 567 026 a podobné řešení obsahuje francouzský -patent číslo 2 268 552 z r. 1975.

Nevýhodu vláknité náplně, kde dochází k nerovnoměrnosti hustoty lože a neúčinnosti vláken ležících souběžně s proudem kapaliny, odstraňuje návrh filtrační struktury z pevné drátové mříže mezi pólovými nástavci, jejichž vrtáním prochází filtrovaná tekutina.

Toto řešení podává patent NSR 2 628 095 Hillenbranda a dalších z r. 1976. Ve filtrační drátové struktuře dosahuje magnetická indukce hodnot větších než 0,7 T. V patentních nárocích je rovněž zahrnuto použití pasivního magnetického jha k uzavření magnetického obvodu mezi elektromagnetickými cívkami navlečenými na jednotlivých válcích filtru, jimiž proudí rozvětvený tok filtrované kapaliny. Dále je obecně zmíněna také možnost použití supravodivého magnetu, aniž by bylo uvedeno technické řešení.

Nevýhodou uvedených známých řešení zařízení elektromagnetických filtrů k odlučování pevných částic z kapalin je okolnost, že k uzavření magnetického· obvodu v zájmu lepšího využití budicí energie se používá přídavného masívního jha, které nemá v zařízení jiné funkční využití a zvyšuje váhu celku i spotřebu materiálu a práce. Další nevýhodóu je počet elektromagnetických cívek umístěných na každé z filtračních nádob, což je spojeno mimo jiné s vysokou potřebou materiálu na vinutí cívek, složitostí chlazení vinutí, zvýšenou spotřebou el. energie a s problémy při řešení uspořádání v supravodivém stavu.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny zařízením k magnetickému odlučování pevných částic z kapalného prostředí proudícího filtračním ložem feromagnetických tělísek uložených v souběžných válcích zhotovených z nemagnetíckého materiálu a umístěných v magnetickém poli buzeném stejnosměrným proudem v souběžně připojené elektromagnetické cívce s vloženým feromagnetickým jádrem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že dva souběžné válce jsou spojeny oddělitelným společným přívodem a odvodem proudící kapaliny, zhotovenými z masívního feromagnetického materiálu a opatřenými na vstupu a výstupu síty, mezi nimiž je umístěna filtrační náplň feromagnetických tělísek spojitě vyplňující celý vnitřní prostor válců í jejich spojení, takže celek uspořádání tvoří uzavřený magnetický obvod.

Novým uspořádáním zařízení dochází k rozdělení filtrované disperze do souběžných filtračních válců s náplní feromagnetických tělísek umístěných v magnetickém poli buď souosých elektromagnetických cívek nebo jedné středové cívky, přičemž k uzavření magnetického· obvodu se využívá těles přívodu a odvodu filtrované kapaliny, které současně tvoří magnetické jho. Přídavného účinku se dosahuje uzavřením magnetického obvodu rovněž ložem feromagnetické filtrační náplně spojitě vyplňující filtrační prostor válců a prostory jejich-spojení přívodem a odvodem kapaliny mezi oddělovacími síty.

Uzavřením magnetického obvodu se podstatně omezí ztráta magnetického pole rozptylem a tím se lépe využije. Použitím funkčních dílů přívodu a odvodu jako magnetického jha se vyloučí obvykle aplikovaná pasivní jha, jimiž se dosud propojují cívky navzájem; ušetří se tím práce a materiál potřebné k výrobě jha. Rovněž uzavření lože feromagnetické filtrační náplně do okruhu přispívá ke snížení ztrát magnetického pole rozptylem.

Lepšího využití magnetického pole se dosahuje v uspořádání souboru filtračních válců obklopujících středovou budicí cívku, a to zejména tehdy, jestliže je souhrnný příčný průřez filtračních válců volen tak, aby souhrnný magnetický odpor filtrační náplně válců byl srovnatelný s magnetickým odporem jádra středové cívky.

Rozdělení toku filtrované disperze- do dvou a více souběžných filtračních válců umožňuje výhodnější řešení jejich konstrukce pro provoz při vyšším· tlaku a teplotě filtrovaného prostředí, jako například při použití v podmínkách čištění vody primárního okruhu tlakovodního jaderného reaktoru. Obtíž z dilatačních posuvů, vyvolaných rozdílem teplot stěn filtračních válců a jádra cívky ve středovém uspořádání, je řešena možností osového posunu rozděleného jádra budicí cívky při zachování dostatečné styčné plochy jádra, jímž prochází magnetický tok. Odvod ztrátového tepla z vinutí budicí cívky se provádí průtočným chlazením kapalinou trubkovým vodičem vinutí. ·

Uspořádáním zařízení s magnetickou budicí cívkou v supravodivém stavu vzniká velká úspora budicí energie a současně je to výhodné řešení k překlenutí případného výpadku el. proudu, kdy zabraňuje následné demagnetizaci filtračního lože a nežádoucímu uvolnění zachycených produktů. Předmětem vynálezu je rovněž řešení filtru s cívkou udržovanou v supravodivém stavu.

Na připojených výkresech jsou znázorněny tři příklady provedení elektromagnetického filtru podle vynálezu, kde vystupující filtrovaná kapalina se rozděluje do dvou filtračních válců s náplní feromagnetických kuliček a odvádí se do společného výstupu.

Na obr. 1 je znázorněno provedení s dvěma souběžnými filtračními válči, z nichž na každém je navlečena budicí cívka. Obr. 2 ukazuje provedení filtru se středovou cívkou, která budí magnetické pole v náplni dvou sousedních válců, mezi nimiž je umístěna. Na obr. 3 je znázorněno uspořádání: zařízení s -magnetickou budicí cívkou, jejíž vinutí je udržováno v supravodivém stavu.

Dva válce 1, 2 filtru (obr. 1), zhotovené z nemagnetíckého materiálu, jsou spojeny tlustostěnným přívodem 3 a odvodem 4, zhotovenými z feromagnetického materiálu.

Filtrační prostor mezi oddělovacími síty 5 je vyplněn feromagnetickými kuličkami 6 průměru 4 až 6 mm. V celém filtračním loži je vybuzeno magnetické pole cívkami 7 napájenými stejnosměrným proudem, jež jsou navinuty a elektricky zapojeny tak, aby v uzavřeném magnetickém obvodu vyvolaly' magnetický tok v souhlasném smyslu'

Příkladem provedení zařízení podle vynálezu je elektromagnetický filtr pro výkon

2,6 th¹ vody filtrované pří teplotě 360 °C á tlaku 18 MPa. Ve filtračním loži kuliček o průměru 6 mm z nerezavějící chromové oceli o celkové hmotnosti 15 kg se dosahuje řízené intenzity magnetického pole do 150 kAm^-1. Délka jedné větve filtračního lože činí 1,3 m. Filtrační válce jsou zhotoveny z aústenitické nerezavějící oceli, pro tělesa přívodu a odvodu vody je použita nerezavějící chromová ocel feretická. Vinutí cívek, zhotovené z .izolovaného trubkového vodiče, je chlazeno průtokem vody 160 až 120 lh^-1.

Při zkouškách změny účinnosti filtrace vody s disperzí kysličníků železa 2,5 mg železa^-1 při přechodu z otevřeného magnetického systému na uzavřený obvod podle vynálezu, při zachování nezměněných ostatních podmínek zkoušky, se účinnost zlepšila o 33 %.

V provedení elektromagnetického filtru podle obr. 2 jsou filtrační válce 1, 2 rovněž spojeny přívodem· 3 a odvodem 4 s filtračním ložem kuliček 6 mezi oddělovacími síty 5. Budicí cívka 8, je však jenom jedna a je¹ navlečena na jádře 9, které se dotýká těles 3 a 4. Jádro, zhotovené z materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou je děleno a umožňuje vzájemný osový posun 10 obou částí jádra, k vyrovnání teplotních dilatací tělesa filtru proti délce jádra při současném zachování velikosti styčné plochy dostatečné pro průchod magnetického toku jádrem.

Středová cívka 9 elektromagnetického filtru může budit magnetické pole ve větším počtu filtračních válců obklopujících cívku a spojených společným přívodem 3 a odvodem 4.

Elektromagnetický filtr se středovou cívkou v základním uspořádání podle obr. 2 je znázorněn· na obr. 3 v provedení s cívkou 11 udržovanou v supravodivém stavu. Tento stav plného· vodiče vinutí je dosahován chlazením kapalným héliem 16 ve vnitřní nádobě 12 soustavy plášťových nádob. Střední nádoba 13 je naplněna kapalným dusíkem 15. Zkapalněné plyny jsou doplňovány z okruhů zásobníků stanice kapalných plynů. Vnější plášťovou izolaci tvoří nádoba 14, v níž je kontrolováno a občas obnovováno vakuum 17. Supravodivým stavem cívky se dlouhodobě udržuje magnetické pole nepatrným příkonem budicí energie a účinného překlenutí období případného výpadku napájení cívky, aniž došlo k· odloučení zachycených látek z filtračního lože.

Elektromagnetické filtry všech provedení podle obr. 1 až 3, jsou připojovány prostřednictvím oddělovacích armatur jednak k okruhu kapaliny určené k filtraci a proháněné filtrem, jednak k okruhu proplachu filtru. Nasycení filtračního lože zachycenými látkami se kontroluje vně sledováním růstu tlakového spádu na vstupu a výstupu filtru. Typický tlakový rozdíl u prázdného· lože činí 10 kPa a ke konci filtrace vzrůstá na 100 kPá. Po odpojení filtru vstupním a výstupním ventilem, a vypnutí buzení elektromagnetu je uvolněný filtrační kal odluhován bočním přívodem a odvodem proplachové vody. Filtr je pak připraven k dalšímu filtračnímu cyklu v délce například 1 týden.

Navrhovaný elektromagnetický filtr nachází použití v tepelných elektrárnách při úpravě vody turbinového kondenzátu před zpětným) napájením do kotlů. Řešení je rovněž vhodné k úpravě vody primárního okruhu jaderné tlakovodní elektrárny, kde může filtr s výhodou pracovat při plném tlaku například 14 MPa a teplotě 320 °C čištěného radioaktivního teplosměnného prostředí. ,

Začlenění elektromagnetického filtru do koncepce technologického uzlu speciálního čištění vody jaderné elektrárny umožňuje urpavovat řádově vyšší množství vody I. okruhu ve srovnání s dosavadním průtokem vody upravované v ionexové stanici, čištění vody. Tím se podstatně sníží kontaminace zařízení okruhu i náklady na provádění jeho revize a oprav a současně se zlepší podmínky dodržení čistého povrchu obálek palivových článků v zájmu bezpečnosti provozu jaderného reaktoru. Dalším příznivým důsledkem je okolnost, že se tím vytváří předpoklad pro účelnější a hospodárnější využití dosavadních ionexových stanic speciálního čištění vody, které se mohou lépe uplatnit při chemické úpravě vody a řízení vodního režimu v primárním okruhu. Přitom se ionexy hospodárněji využijí.

Dalšími oblastmi využití navrhovaného elektromagnetického filtru jsou průmyslové procesy čištění vodných i nevodných kapalin od feromagnetických částic o velikosti od 500 nm a výše, zejména vytvářených při mechanickém opracování nebo abrazi materiálů, při korozi zařízení kapalinami při teplotách nad 150 °C k zachycení korozních produktů, při výrobě feromagnetických kysličníků kovů, při opotřebení katalyzátorů a podobně, přičemž ve všech případech zachycené částice lze po demagnetizaci filtru snadno zpětně získat a filtraci znovu zahájit.

Claims (5)

1. PŘEDMĚT

   1. Zařízení k magnetickému odlučování pevných částic z kapalného prostředí proudícího- filtračním ložem feromagnetických tělísek uložených v souběžných válcích zhotovených z nemágnetického materiálu a umístěných v magnetickém poli buzeném stejnosměrným proudem v souběžně připojené elektromagnetické cívce s vloženým feromagnetickým jádrem, vyznačené tím, že dva souběžné, válce (1, 2) jsou spojeny oddělitelným společným přívodem (3) a odvodem (4) proudící kapaliny, zhotovenými z masívního feromagnetického materiálu a opatřenými na vstupu a výstupu síty (5), mezi nimiž Je umístěna filtrační náplň feromagnetických tělísek (6) spojitě vyplňujících celý vnitřní prostor válců i jejích spojení, takže celek uspořádání tvoří uzavřený magnetický obvod.
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že na každém z válců je souose umístěna budicí elektromagnetická cívka (7), přičemž filtrační lože (6) tvoří jádro cívky.
3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že budicí elektromagnetická cívka (8) s vynalezu vlastním pevným jádrem (9) je pevně připojena ke stěně přívodů (3) a odvodu (4) uprostřed souboru spojených válců ji obklopujících.
4. 4.. Zařízení podle bodu (3), vyznačené tím, že souběžných válců, všech spojených společným přívodem a odvodem kapaliny, je větší počet než dva.

   δ. Zařízení podle bodu 3, vyznačené tím, že jádro (9) cívky je rozděleno, na dvě části, do sebe nebo k sobě suvně lícující, a tím umožňující osový posun k vyrovnání odlišného tepelného roztažení (10) tělesa filtračních válců (1, 2) a pevně připojeného jádra (9). cívky.

   8. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, Že vinutí budicí cívky je zhotoveno z trubkového vodiče.
5. 7. Zařízení podle bodu 3, vyznačené tím, že vinutí cívky (11) je Umístěno v soustavě plášťových nádob (12, 13, 14), s chladicím prostředím kapalného dusíku (15) a helia (16) a tepelně izolovaných vaukovým pláštěm (17) a vodičem cívky (11) v supravodivém stavu.