RU2096339C1 - Аппарат помазкина для магнитной обработки жидкостей - Google Patents

Abstract

Использование: магнитная обработка жидкостей. Сущность изобретения: аппарат для магнитной обработки жидкостей содержит соленоидную катушку и установленные внутри нее корпус и концентратор магнитных силовых линий в виде расположенных на разных расстояниях один от другого ферромагнитных дисков с вырезами, выполненных из материалов с разными магнитными свойствами и имеющих на поверхности выпуклости и вогнутости для изменения напряженности и градиента напряженности магнитного поля в рабочих промежутках аппарата. 2 з. п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относится к области магнитной обработки жидкостей. Может быть использовано в теплотехнике и энергетике, в производстве бетонных и железобетонных изделий, в нефтяной, газодобывающей, пищевой и химической промышленностях, в авиа- и машиностроении, в сельском хозяйстве, медицине и фармакологии, в биологии и других областях народного хозяйства, где применяется магнитная обработка газообразных, жидких и вязких сред.

Известны аппараты для магнитной обработки воды серии АМО, выпускаемые многими заводами страны, в частности, Чебоксарским опытно-экспериментальным заводом "Энергозапчасть" [1] Аппарат состоит из соленоидной катушки, питаемой внешним источником электротока, внутри которой, коаксиально, вдоль ее продольной оси, расположен сплошной цилиндрический ферромагнитный сердечник
концентратор магнитных силовых линий. Воду пропускают в зазоре между корпусом катушки и ее сердечником вдоль продольной оси катушки аппарата.

Главным недостатком этого аппарата следует признать сильную зависимость эффективности обработки воды от даже незначительных изменений режимов его работы, например от скорости прохождения воды внутри аппарата, что делает его абсолютно непригодным для эксплуатации на магистралях с изменяющимся во времени расходом рабочей жидкости. Известно, что эффективность омагничивания определяется оптимизацией по крайней мере четырех магнитотропных параметров: напряженности и градиента напряженности магнитного поля, скорости перемещения и времени экспозиции воды в магнитном поле. Учитывая полиэкстремальный характер зависимости эффективности магнитной активации жидкостей от магнитотропных параметров аппарата [2] можно утверждать, что только их строго определенный набор может обеспечить необходимую степень омагничивания. Изменение в процессе работы хотя бы одного из параметров выводит аппарат из оптимального режима, что и обуславливает достаточно многочисленные неудачи при работе с аппаратами этого типа.

Омагничивание воды происходит лишь в двух узких участках аппарата, расположенных по его торцам, т.е. имеется лишь два рабочих зазора. Коэффициент использования рабочего объема (КИРО) аппарата, равный отношению протяженности рабочих зазоров, в которых происходит омагничивание, к общей длине рабочей части аппарата, по которой движется вода, не превышает 0,2-0,25, т. е. 75% рабочего объема аппарата для омагничивания воды не используется. При этом экспозиция воды в магнитном поле при скорости протекания 0,5-1,0 м/с не превышает 0,2 с. При настройке имеется возможность регулировки лишь одного из четырех магнитотропных параметров напряженности магнитного поля. Достаточно высока металлоемкость концентратора до 70% от общей массы аппарата.

Известен также аппарат для магнитной обработки жидкостей [3] содержащий соленоидную катушку, установленный внутри нее корпус и концентратор магнитных силовых линий, выполненный в виде расположенных на равных расстояниях друг от друга ферромагнитных шайб с отверстиями, жестко закрепленных на диамагнитном валу. Между шайбами установлены радиальные диамагнитные перегородки. Вал вместе с шайбами и перегородками приводит во вращение электродвигатель, установленный в верхней части аппарата. Данный аппарат является наиболее близким по технической сущности.

Главным недостатком этого аппарата является то, что напряженность магнитного поля, создаваемого во всех рабочих промежутках аппарата, одинакова и имеет достаточно высокую однородность, что приводит к тому, что вода обрабатывается только одним набором магнитотропных параметров, следовательно, сохраняется достаточно острая зависимость эффективности работы аппарата от изменений рабочих параметров водных магистралей, на которых данный аппарат установлен.

Конструкция аппарата предопределяет создание необходимого уровня напряженности магнитного поля в гораздо большем объеме, чем в аналогичных аппаратах такой же производительности, что требует соответствующего увеличения ампер-витков соленоидов и, следовательно, значительно большего количества провода для его изготовления.

Применение электродвигателя и необходимость передавать вращающий момент в герметичную рабочую камеру аппарата значительно снижают надежность конструкции и увеличивают частоту и объем регламентных работ при обслуживании аппарата. Для вращения концентратора необходим зазор между его шайбами и корпусом аппарата, что приводит к тому, что вода, идущая по этому зазору вдоль линий магнитной напряженности, активироваться магнитным полем не будет.

Необходимость создания соленоида большего объема и использование электродвигателя значительно увеличивают стоимость аппарата и величину эксплуатационных затрат, увеличивают массу, объем и металлоемкость конструкции. В процессе настройки есть возможность регулировать только один магнитотропный параметр напряженность магнитного поля. Данный аппарат является наиболее близким по технической сущности.

Цель данного изобретения получение высокой эффективности магнитной активации обрабатываемой жидкости независимо от колебаний эксплуатационных режимов обрабатываемой магистрали, снижение капитальных и эксплуатационных затрат, уменьшение объема и частоты регламентных работ при эксплуатации аппарата, повышение его надежности.

Цель достигается тем, что в аппарате, содержащем соленоидную катушку, установленные внутри нее корпус и концентратор магнитных силовых линий, выполненный в виде расположенных на расстоянии один от другого ферромагнитных дисков с вырезами, образующими рабочие магнитные промежутки аппарата, диски концентратора расположены на разных расстояниях один от другого, что обеспечивает разные значения скорости движения обрабатываемой жидкости, напряженности и градиента напряженности магнитного поля в рабочих промежутках аппарата. Чтобы увеличить число рабочих магнитных промежутков и иметь возможность создавать нужную величину и конфигурацию градиента напряженности магнитного поля в рабочих промежутках аппарата, на торцевых поверхностях дисков формируют неоднородности в виде выпуклостей и вогнутостей. Чтобы расширить диапазон варьирования напряженности и градиента напряженности магнитного поля в рабочих промежутках аппарата, отдельные диски концентратора выполнены из материалов, имеющих разные магнитные свойства (в частности, разное значение индукции насыщения) и неодинаковую массу.

Принципиальное отличие предлагаемого аппарата состоит в том, что напряженность и градиент напряженности магнитного поля в разных рабочих промежутках аппарата имеют разные значения, и скорость движения воды в рабочих промежутках разная. Поэтому жидкость за один цикл обработки подвергается воздействию целого набора комбинаций магнитотропных параметров: напряженности и градиента напряженности магнитного поля, скорости движения воды и времени ее экспозиции в магнитном поле.

Внутренний диаметр нашего аппарата больше, чем наружный диаметр трубопровода, подводящего обрабатываемую воду, всего в 1,2-1,3 раза. Конструктивные особенности аппарата-прототипа требуют увеличения внутреннего диаметра его соленоида по сравнению с трубопроводом в 6-8 раз. Следовательно, чтобы создать необходимый рабочий уровень напряженности магнитного поля в столь большом объеме понадобится 12-15-кратное увеличение длины и массы провода. Такое увеличение объема и массы соленоида, которым соответствует столь же большие размеры концентратора силовых линий, и необходимость использовать в его конструкции электродвигателя значительно удорожают сам аппарат, эксплуатационные затраты на его обслуживание и увеличивают металлоемкость конструкции в целом. Стоимость нашего аппарата, как минимум, в десять раз меньше, а расходует электроэнергии наш аппарат, по крайней мере, меньше в 6-8 раз. В нашем аппарате отсутствуют вращающиеся детали, поэтому его надежность гораздо выше, а частота и объем регламентных эксплуатационных работ значительно меньше.

Поскольку в нашем аппарате диски концентратора смонтированы в корпусе аппарата без зазора со стенками корпуса (вплотную), вся обрабатываемая вода движется, практически пересекая линии магнитной индукции, т.е. активизируются все 100% воды. В аппарате по [3] обусловленный конструктивно зазор между дисками концентратора и боковыми стенками аппарата приводит к тому, что до 10% обрабатываемой воды движется вдоль магнитных силовых линий и поэтому активироваться магнитным полем не будет.

Одной из важнейших особенностей данного аппарата является возможность регулировки при его настройке всех четырех магнитотропных параметров.

На чертеже представлена принципиальная схема аппарата Помазкина для магнитной обработки жидкостей.

Аппарат содержит соленоидную катушку 1, корпус аппарата 2, концентратор магнитных силовых линий, состоящий из дисков 3, на которых сформированы выпуклости 4, размер и форма которых определяют величину и вид градиента напряженности магнитного поля в рабочих зазорах аппарата, и регулировочные кольца 5, которые могут быть заменены любым другим приспособлением, позволяющим обеспечить необходимые зазоры между дисками концентратора.

Лабораторная модель аппарата для магнитной обработки жидкостей была изготовлена автором и апробирована в лаборатории межотраслевого научно-технического предприятия физических методов воздействия на газообразные, жидкие и вязкие среды МНТП "Градиент" совместно с сотрудниками кафедры физики Оренбургского Государственного университета. Аппарат представляет собой соленоидную катушку 1, которая надета на латунную трубку 2 диаметром 20 мм. Внутри трубки смонтирован концентратор из шести дисков 3 диаметром 18 мм, с одной стороны каждого из которых удален сегмент высотой 3 мм. Диски выполнены разной толщины из материала сталь-3 и армко-железо. На плоских поверхностях дисков сформированы призматические выступы 4, длинные стороны которых параллельны основанию вырезанных фрагментов и друг другу. Расстояние между дисками регулировали медными кольцами 5, свободно перемещающимися внутри трубки, высота которых и определяла расстояние между дисками концентратора. Вырезанные сегменты соседних дисков установлены диаметрально противоположно. В качестве объекта омагничивания использовали водопроводную воду. Установленный на выходе аппарата вентиль позволял регулировать расход воды и, следовательно, скорость ее протекания в зазорах аппарата. Эффективность омагничивания определяли способом, разработанным сотрудниками МНТП "Градиент" на базе стандартного прибора ТЛФП 679/67 М [4]
В первой серии опытов определяли зависимость эффективности омагничивания от токового режима аппарата. Расход воды был выбран таким, чтобы в средних зазорах аппарата вода текла со скоростью 0,5 м/с. Результаты эксперимента сведены в табл.1. Значение эффективности омагниченности определяли как среднее арифметическое из 7-9 однотипных измерений, соответствующих данной токовой нагрузке аппарата.

При разработке способа индикации степени омагниченности воды нами установлено, что омагниченность более 18-20% приводит к уменьшению размеров кристаллов накипи при их микроскопировании в 1,5-2 раза, что соответствует значительному снижению накипеобразования, а омагниченность 30% и более приводит к уменьшению кристаллов накипи в три и более раза, что свидетельствует о безнакипной работе обработанной воды [2] Анализируя результаты, приведенные в таблице 1, можно прийти к выводу, что аппарат сохраняет высокую работоспособность при изменении его токового режима в диапазоне от 0,5 до 3,5 А, т.е. изменение рабочего тока в семь раз и более не выводит аппарат из рабочего режима. Изменение рабочего тока аналогичных аппаратов более чем на 30% при стабильности скорости перемещения воды полностью выводит аппарат из режима эффективного омагничивания. Следовательно, стабильность нашего аппарата по отношению к изменению токового режима в 15-20 раз выше, чем у существующих омагничивающих аппаратов.

Чтобы оценить работоспособность аппарата по отношению к изменению скорости протекания жидкости в рабочей магистрали, нами была проведена вторая серия опытов. Согласно табл.1, токовый режим аппарата был выбран в середине рабочего диапазона, т.е. ток взяли равным 2 А. Результаты эксперимента представлены в табл.2. Каждое значение эффективности омагниченности определяли усреднением по результатам 5-7 однотипных измерений. Скорость движения определяли в средних зазорах аппарата по расходу воды в единицу времени.

Из табл. 2 видно, что работоспособность аппарата сохраняется при изменении скорости протекания воды от 0,35 до 1,2 м/с, т.е. изменение скорости в 3,4 раза не выводит аппарат из оптимального рабочего режима. В существующих аналогичных аппаратах изменение скорости на 50-60% (и даже менее) делает аппарат при данном токовом режиме неработоспособным. Чтобы вновь ввести их в режим эффективного омагничивания, необходимо опять подобрать величину рабочего тока. Следовательно, стабильность нашего аппарата к изменению расхода жидкости рабочей магистрали в 5-6 раз выше, чем у существующих аналогичных омагничивающих аппаратов.

Из табл. 2 видно, что в диапазоне скоростей от 0,1 до 0,3 м/с эффективного омагничивания не происходит. Чтобы добиться эффективной работы аппарата и при малых скоростях, произвели перекомпоновку концентратора, которая заключалась в изменении величины зазоров между дисками концентратора и увеличении числа дисков до десяти. Результаты этой серии опытов представлены в табл.3. Каждое значение эффективности омагниченности усреднялось по результатам пяти однотипных измерений. Приведены результаты для трех значений тока нагрузки обмотки аппарата.

Произведя соответствующую перекомпоновку концентратора, можно добиться высокой эффективности работы аппарата на любом режиме расхода (за исключением нулевого) рабочей жидкости.

Из вышеизложенного видно, что заявляемый аппарат для магнитной обработки воды по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:
1. Обеспечивает высокую эффективность магнитной активации обрабатываемой жидкости даже при достаточно больших колебаниях эксплуатационных режимов рабочей магистрали:
стабильность эффективности омагничивания по отношению к изменению рабочего тока в обмотке соленоида возрастает в 15-20 раз;
стабильность эффективности магнитной активации по отношению к изменению скорости течения жидкости рабочей магистрали увеличивается в 5-6 раз.

2. При настройке аппарата имеется возможность регулировки всех четырех магнитотропных параметров, что не обеспечивает ни один из существующих аналогичных аппаратов.

3. Масса, объем и металлоемкость нашего аппарата в несколько раз меньше, чем у прототипа, что, помимо прочего, значительно снижает его стоимость.

4. Энергопотребность аппарата в 6-8 раз меньше, чем у прототипа.

5. Отсутствие в предлагаемом аппарате вращающихся деталей заметно повышает его надежность и долговечность, упрощает процесс регламентного обслуживания и уменьшает объем и частоту регламентных профилактических работ.

6. Предлагаемый аппарат предусматривает стопроцентную активацию прошедшей через него воды, в то время как особенности конструкции прототипа приводят к тому, что до 10% обрабатываемой им воды не пересекают линий магнитной напряженности, т.е. практически не активируются магнитным полем.

Источники информации
1. Аппараты для магнитной обработки воды серии АМО. Из-во Чувашского обкома КПСС, Чебоксары, 1987.

2. Стукалов П.С. Васильев Е.В. Глебов Н.А. Магнитная обработка воды. Л. Судостроение, 1969.

3. Авт. св. СССР N 606819, кл. B 03 C 1/00, 1978.

4. Помазкин В. А. Экспресс-анализ физической активации жидкостей, ИЛ N 250-95, ОрЦНТИ, 1995.

Claims (3)

1. Аппарат для магнитной обработки жидкостей, содержащий соленоидную катушку, установленные внутри нее корпус и концентратор магнитных силовых линий, выполненный в виде расположенных на расстоянии один от другого ферромагнитных дисков с вырезами, образующих рабочие промежутки аппарата, отличающийся тем, что диски концентратора расположены на разных расстояниях один от другого и выполнены с возможностью обеспечения разных значений скорости движения обрабатываемой жидкости, напряженности и градиента напряженности магнитного поля в рабочих промежутках аппарата.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что на поверхностях дисков выполнены неоднородности в виде выпуклостей и вогнутостей для изменения напряженности и градиента напряженности магнитного поля в рабочих промежутках аппарата.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что диски концентратора имеют разную массу и выполнены из материалов, имеющих разные магнитные свойства.

Images