RU2796979C1 - Cavitation-vortex disperser for magnetic materials - Google Patents

Cavitation-vortex disperser for magnetic materials Download PDF

Info

Publication number
RU2796979C1
RU2796979C1 RU2022117716A RU2022117716A RU2796979C1 RU 2796979 C1 RU2796979 C1 RU 2796979C1 RU 2022117716 A RU2022117716 A RU 2022117716A RU 2022117716 A RU2022117716 A RU 2022117716A RU 2796979 C1 RU2796979 C1 RU 2796979C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipe
cavitation
pump
cyclone
inlet pipe
Prior art date
Application number
RU2022117716A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Геннадьевич Иванов
Борис Александрович Гордеев
Сергей Николаевич Охулков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный агротехнологический университет" (ФГБОУ ВО Нижегородский ГАТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный агротехнологический университет" (ФГБОУ ВО Нижегородский ГАТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный агротехнологический университет" (ФГБОУ ВО Нижегородский ГАТУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2796979C1 publication Critical patent/RU2796979C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: ferromagnetic industry.
SUBSTANCE: cavitation-type devices for grinding solid materials, breaking molecular bonds used for grinding ferromagnetic materials. The cavitation-vortex disperser for ferromagnetic materials consists of a pump and a liquid movement accelerator made in the form of a cyclone collector, containing a shell, a first end wall connected by a central hole to the suction pipe of the pump, a second end wall equipped with an outlet transit pipe, a tangential inlet pipe connected to the discharge nozzle of the pump, the suction nozzle of which is equipped with an inlet transit pipe. The tangential inlet pipe of the cyclone in the end projection is made in the form of a part of the ring, the inner arc of which is connected to the shell according to the law of external interface. The cyclone collector shell is equipped with an inductor concentrically covering it, consisting of a power supply, windings, a magnetic circuit, in which a hole is provided for accommodating a tangential inlet pipe.
EFFECT: increasing the efficiency of grinding magnetic materials.
2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам кавитационного типа для измельчения (диспергации) твердых материалов, разрушения молекулярных связей, и может быть использовано в частности для измельчения ферромагнитных материалов, предназначенных для приготовления магнитореологических жидкостей, применяемых в системах демпфирования вибрации и ударов, а так же в устройствах уплотнений валов и штоков бесконтактного типа, управляемых внешним магнитным полем.The invention relates to cavitation-type devices for grinding (dispersing) solid materials, destroying molecular bonds, and can be used in particular for grinding ferromagnetic materials intended for the preparation of magnetorheological fluids used in vibration and shock damping systems, as well as in shaft sealing devices and non-contact type rods controlled by an external magnetic field.

Известно измельчающее устройство, шаровая мельница (Шинкоренко С.Ф. Справочник по обогащению руд черных металлов. - Москва: Недра, 1980. - 527 с), содержащая полый барабан с приводом вращения, внутри которого размещены шары-грузы и измельчаемый материал. Недостатком такой конструкции является ее низкая производительность [Вершинин Н.П. Установки активации процессов. «Использование в промышленности и в сельском хозяйстве. Экология». - Ростов на Дону, 2004, с. 22].A grinding device is known, a ball mill (Shinkorenko S.F. Handbook for the beneficiation of ferrous metal ores. - Moscow: Nedra, 1980. - 527 s), containing a hollow drum with a rotation drive, inside which balls-weights and the crushed material are placed. The disadvantage of this design is its low performance [Vershinin N.P. Process activation settings. “Use in industry and agriculture. Ecology". - Rostov-on-Don, 2004, p. 22].

Известен аппарат вихревого слоя (ABC), содержащий проточную цилиндрическую часть с внутренней гильзообразной соосной вставкой и металлическими иголками, охватываемых индуктором, включающим магнитопровод, обмотку и источник электропитания [Вершинин Н.П. Установки активации процессов. «Использование в промышленности и в сельском хозяйстве. Экология». - Ростов на Дону, 2004, с. 42]. Это устройство на операции измельчения в 200 раз производительнее и в 150 раз менее энергоемкое по сравнению с вышерассмотренной шаровой мельницей. Указанные преимущества достигаются благодаря вращению иголок от вращающегося магнитного поля индуктора. При этом они становятся магнитами-диполями, создавая неравномерное магнитное поле со сверхвысокими градиентами напряженности, создавая электрические разряды при соединении и рассоединении иголок (при образовании из иголок замкнутых контуров в них наводится высокая эдс). При вращении этих иголок в жидкости они ее разрывают, создавая кавитационные каверны, которые мгновенно схлопываются, создавая ударные волны, уплотнение энергии в точке схлопывания, обуславливая многократные изменения форм энергии и глубокую деформацию жидкости.Known apparatus of the vortex layer (ABC), containing a flowing cylindrical part with an internal sleeve-shaped coaxial insert and metal needles covered by an inductor, including a magnetic circuit, a winding and a power source [Vershinin N.P. Process activation settings. “Use in industry and agriculture. Ecology". - Rostov-on-Don, 2004, p. 42]. This device in the grinding operation is 200 times more productive and 150 times less energy-intensive compared to the ball mill discussed above. These advantages are achieved due to the rotation of the needles from the rotating magnetic field of the inductor. At the same time, they become magnets-dipoles, creating an uneven magnetic field with ultra-high intensity gradients, creating electrical discharges when connecting and disconnecting the needles (high emf is induced in them when closed loops are formed from the needles). When these needles rotate in the liquid, they break it, creating cavitation caverns that instantly collapse, creating shock waves, energy density at the point of collapse, causing multiple changes in energy forms and deep deformation of the liquid.

Однако наличие металлических иголок в рабочем процессе и их ударные взаимодействия между собой приводят к их износу и засорению измельчаемого продукта их фрагментами. К тому же процесс кавитации в таком устройстве происходит хаотично и не в полной мере, каверны имеют вытянутую форму (не сферические), вследствие чего при коллапсе происходит не сфокусированный и не фронтальный удар противоположных стенок каверн - эффективность кавитации низка.However, the presence of metal needles in the working process and their impact interactions lead to their wear and clogging of the ground product with their fragments. In addition, the cavitation process in such a device occurs chaotically and incompletely, the cavities have an elongated shape (not spherical), as a result of which, during the collapse, there is a non-focused and non-frontal impact of the opposite walls of the cavities - the cavitation efficiency is low.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому, выбранным в качестве прототипа, является вихревой кавитатор, содержащий ускоритель движения жидкости, выполненный в виде циклона, первая торцевая стенка которого имеет центральное выходное отверстие, вторая торцевая стенка глухая, а обечайка снабжена тангенциальным входным патрубком, лопастной насос с рабочим колесом, всасывающим и нагнетательным патрубками, соединительный трубопровод, а так же подводящий и отводящий патрубки, циклон центральным выходным отверстием соосно соединен непосредственно со всасывающим патрубком лопастного насоса, а входной тангенциальный патрубок циклона и нагнетательный патрубок насоса имеют встречную ориентацию и связаны соединительным трубопроводом.The closest technical solution to the claimed, selected as a prototype, is a vortex cavitator containing a fluid accelerator made in the form of a cyclone, the first end wall of which has a central outlet, the second end wall is blank, and the shell is equipped with a tangential inlet pipe, a vane pump with impeller, suction and discharge nozzles, connecting pipeline, as well as inlet and outlet nozzles, the cyclone is coaxially connected directly with the suction nozzle of the vane pump by the central outlet, and the inlet tangential nozzle of the cyclone and the discharge nozzle of the pump have an opposite orientation and are connected by a connecting pipeline.

В рассматриваемом вихревом кавитаторе выходящий из напорного патрубка лопастного насоса поток жидкости попадает в тангенциальный входной патрубок циклона, далее совершив в циклоне почти полный оборот вдоль обечайки он в месте подсоединения тангенциального напорного патрубка взаимодействует с более поздним своим участком. Взаимодействие пересекающихся под острым углом блокированных с трех сторон конкурирующих потоков обуславливает периодический процесс изменения направления и параметров результирующего потока. В этом случае на площади сектора изменения направления результирующего потока (Фиг. 1) в функции времени меняется давление от манометрических до вакуумметрических значений. При этом фронты упругих возмущений распространяются в направлении выходного отверстия циклона, поэтому в зоне взаимодействия и в направлении распространения упругого возмущения происходит периодическая кавитация. В вакуумметрическую фазу при снижении давления до значения ниже давления насыщенных паров данной жидкости она, жидкость, на зародышах разрывается с образованием пустых каверн. В манометрическую фазу внешнее давление и силы поверхностного натяжения производят коллапс каверны с суммарной скоростью встречного движения стенок превышающей 3000 м/с, что обуславливает создание сверхвысокой плотности энергии в точке коллапса (Т=6000°, давление 50-100 МПа) Кроме того, после коллапса имеет место образование вторичных упругих волн с более высокой амплитудой изменения давления, которые взаимодействуя между собой так же создают аналогичные каверны. Совокупность этих процессов приводит к глубокой деформации жидкости, в том числе и твердых компонентов жидкости, высоким градиентам напряжений в твердых включениях, их местный нагрев, вибрации, звукокапиллярные эффекты и т.д. В результате твердые включения разрушаются на более мелкие фрагменты и таким образом происходит диспергация твердых компонентов в жидкости. Однако в рассматриваемом устройстве твердый компонент по входному потоку распределен произвольным образом и поэтому в зону взаимодействия попадает лишь часть от общего количества. Особенно это проявляется вдоль стенки тангенциального напорного патрубка, сопрягаемой с обечайкой. Площадь сектора взаимодействия потоков не перекрывает эту стенку (Фиг. 1), поэтому часть входного потока не подвергается кавитации, не подвергается кавитационному воздействию и твердый компонент, присутствующий в потоке жидкости. Это обстоятельство снижает эффективность операции дробления. Другим значимым обстоятельством является то, что в этом устройстве не проявляются физические эффекты, реализуемые в вышерассмотренном аналоге - аппарате вихревого слоя (ABC).In the vortex cavitator under consideration, the liquid flow leaving the pressure pipe of the vane pump enters the tangential inlet pipe of the cyclone, then, having made almost a complete revolution along the shell in the cyclone, it interacts with its later section at the connection point of the tangential pressure pipe. The interaction of competing flows intersecting at an acute angle and blocked from three sides causes a periodic process of changing the direction and parameters of the resulting flow. In this case, on the area of the sector of change in the direction of the resulting flow (Fig. 1), as a function of time, the pressure changes from gauge to vacuum values. In this case, the fronts of elastic perturbations propagate in the direction of the cyclone outlet, therefore, periodic cavitation occurs in the interaction zone and in the direction of propagation of the elastic perturbation. In the vacuum phase, when the pressure is reduced to a value below the saturated vapor pressure of a given liquid, it, the liquid, breaks on the nuclei with the formation of empty cavities. In the manometric phase, external pressure and surface tension forces cause the collapse of the cavity with a total speed of the counter-movement of the walls exceeding 3000 m/s, which leads to the creation of an ultra-high energy density at the collapse point (T=6000°, pressure 50-100 MPa) In addition, after the collapse there is the formation of secondary elastic waves with a higher amplitude of pressure changes, which, interacting with each other, also create similar caverns. The combination of these processes leads to deep deformation of the liquid, including the solid components of the liquid, high stress gradients in solid inclusions, their local heating, vibrations, sound-capillary effects, etc. As a result, solid inclusions are destroyed into smaller fragments and thus the dispersion of solid components in the liquid occurs. However, in the device under consideration, the solid component is distributed arbitrarily along the inlet flow and, therefore, only a part of the total amount enters the interaction zone. This is especially evident along the wall of the tangential discharge pipe, which is mated with the shell. The area of the flow interaction sector does not overlap this wall (Fig. 1), therefore, a part of the inlet flow is not subject to cavitation, and the solid component present in the liquid flow is not subject to cavitation. This circumstance reduces the efficiency of the crushing operation. Another significant circumstance is that this device does not exhibit the physical effects realized in the above-considered analogue - the vortex layer apparatus (ABC).

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности вихревого кавитатора при измельчении магнитных материалов.The aim of the invention is to increase the efficiency of the vortex cavitator when grinding magnetic materials.

Для достижения поставленной цели в известном вихревом кавитаторе включающем насос и ускоритель движения жидкости, выполненный в виде циклона, содержащего обечайку, первую торцовую стенку, центральным отверстием соединенную с всасывающим патрубком насоса, вторую торцовую стенку, снабженную выходным транзитным патрубком, тангенциальный входной патрубок, соединенный с нагнетательным патрубком насоса, всасывающий патрубок которого снабжен подводящим транзитным патрубком, тангенциальный входной патрубок циклона в торцовой проекции выполнен в виде части кольца, внутренняя дуга которого соединена с обечайкой по закону внешнего сопряжения, а обечайка циклона снабжена концентрично охватывающим ее индуктором, состоящим из источника электропитания, обмоток, магнитопровода, в котором предусмотрено отверстие для размещения тангенциального входного патрубка.To achieve this goal in a well-known vortex cavitator, including a pump and an accelerator of fluid movement, made in the form of a cyclone, containing a shell, the first end wall connected by a central hole to the suction pipe of the pump, the second end wall equipped with an outlet transit pipe, a tangential inlet pipe connected to the discharge pipe of the pump, the suction pipe of which is equipped with an inlet transit pipe, the tangential inlet pipe of the cyclone in the end projection is made in the form of a part of the ring, the inner arc of which is connected to the shell according to the law of external conjugation, and the cyclone shell is equipped with an inductor concentrically covering it, consisting of a power supply source, windings, magnetic core, in which there is a hole for accommodating a tangential inlet pipe.

При этом магнитопровод индуктора может быть выполнен разомкнутым и дополнительно охватывающим выпуклую часть тангенциального входного патрубка.In this case, the magnetic circuit of the inductor can be made open and additionally covering the convex part of the tangential inlet pipe.

Выполнение тангенциального входного патрубка циклона в торцовой проекции в виде части кольца, внутренняя дуга которого соединена с обечайкой по закону внешнего сопряжения (Фиг. 2) обуславливает изгиб потока и проявление в нем центробежных сил. В этом случае твердые компоненты потока, чаще всего более тяжелые, чем жидкость, за счет центробежных сил переходят на большие радиусы к линии слияния рассматриваемого входного и окружного вдоль обечайки циклона потоков, то есть в сектор кавитационного процесса. Это обстоятельство увеличивает долю твердых частиц потока, подвергающихся кавитационному процессу, причем, в более интенсивной зоне его воздействия. В результате этого мероприятия повышается производительность и эффективность измельчения в вихревом кавитаторе.The execution of the tangential inlet pipe of the cyclone in the end projection in the form of a part of the ring, the inner arc of which is connected to the shell according to the law of external conjugation (Fig. 2) causes the bending of the flow and the manifestation of centrifugal forces in it. In this case, the solid components of the flow, most often heavier than the liquid, due to centrifugal forces, move to large radii to the confluence line of the considered inlet and circumferential flows along the cyclone shell, that is, to the sector of the cavitation process. This circumstance increases the proportion of solid particles of the flow that are subject to the cavitation process, moreover, in a more intense zone of its impact. As a result of this measure, the productivity and efficiency of grinding in the vortex cavitator is increased.

Снабжение обечайки циклона концентрично охватывающим ее индуктором, состоящим из источника электропитания, обмоток, магнитопровода, в котором предусмотрено отверстие для размещения тангенциального входного патрубка наделяет вихревой кавитатор дополнительными способностями, аналогичными способностям ABC (аппарату вихревого слоя). В этом случае магнитные компоненты являются аналогами иголок, и они обуславливают появление следующих факторов:The supply of the cyclone shell with a concentrically enveloping inductor, consisting of a power supply, windings, a magnetic circuit, in which a hole is provided for accommodating a tangential inlet pipe, gives the vortex cavitator additional capabilities similar to those of the ABC (vortex layer apparatus). In this case, the magnetic components are analogues of needles, and they cause the following factors to appear:

- намагничивание твердых компонентов внешним магнитным полем обуславливает их взаимодействие друг с другом;- magnetization of solid components by an external magnetic field causes their interaction with each other;

- движение со всеми степенями свободы твердых компонентов и их соударение вызывают возникновение акустических волн, кавитацию способствующих разрушению твердого материала;- movement with all degrees of freedom of solid components and their collision cause the appearance of acoustic waves, cavitation contributing to the destruction of solid material;

- энергия столкновений твердых компонентов достаточна для образования зарядов на них;- the energy of collisions of solid components is sufficient for the formation of charges on them;

каждый твердый компонент является микро-электролизером, непрерывная работа которых насыщают рабочую зону ионами различной полярности, что способствует ускорению окислительно-восстановительных реакций;each solid component is a micro-electrolyzer, the continuous operation of which saturates the working area with ions of different polarity, which contributes to the acceleration of redox reactions;

- при перемагничивании магнитных компонентов возникает явление магнитострикции, следовательно, каждый твердый магнитный компонент при своем движении непрерывно излучает силовые импульсы большой разрушительной силы, воздействующие на соседние твердых включений;- when magnetization reversal of magnetic components occurs, the phenomenon of magnetostriction occurs, therefore, each solid magnetic component during its movement continuously emits force impulses of large destructive force, affecting neighboring solid inclusions;

- на короткое время возникают замкнутые цепи из электропроводящих твердых материалов, в которых внешнее магнитное поле индуцирует сильные токи инициирующие микродуги.- for a short time there are closed circuits of electrically conductive solid materials, in which an external magnetic field induces strong currents initiating micro-arcs.

В результате магнитострикционных импульсов, кавитации, индукционных токов, микродуг и других факторов твердые компоненты эффективно и с большей полнотой измельчаются [Вершинин Н.П. Установки активации процессов. «Использование в промышленности и в сельском хозяйстве. Экология». - Ростов на Дону, 2004, с. 21-22].As a result of magnetostrictive pulses, cavitation, induced currents, microarcs and other factors, solid components are effectively and more completely crushed [Vershinin N.P. Process activation settings. “Use in industry and agriculture. Ecology". - Rostov-on-Don, 2004, p. 21-22].

Другим обстоятельством рассматриваемого процесса является взаимодействие твердого компонента и жидкой фазы. Вращающееся магнитное поле индуктора (при подаче на него электропитания) воздействует на магнитные частицы, упорядочивает и стабилизирует их движение. Кроме того дополнительное воздействие вращающегося магнитного поля на магнитные частички твердой фазы реализуется в эффект линейного индукционного насоса, что позволяет снизить мощность привода лопастного насоса. Причем, управляемое дополнительное воздействие магнитного поля на частицы магнитного материала позволяет разделять в процессе обработки частицы по крупности и тем самым получать более стабильную фракцию порошка.Another circumstance of the process under consideration is the interaction of the solid component and the liquid phase. The rotating magnetic field of the inductor (when power is applied to it) affects the magnetic particles, streamlines and stabilizes their movement. In addition, the additional effect of the rotating magnetic field on the magnetic particles of the solid phase is realized in the effect of a linear induction pump, which makes it possible to reduce the drive power of the vane pump. Moreover, the controlled additional effect of the magnetic field on the particles of the magnetic material makes it possible to separate the particles by size during processing and thereby obtain a more stable powder fraction.

В итоге, в результате предлагаемых мероприятий повышается производительность процесса диспергации, качество получаемого продукта, однородность его фракционного состава, снижается энергоемкость процесса, что позволяет констатировать общее повышение эффективности.As a result, as a result of the proposed measures, the productivity of the dispersion process, the quality of the resulting product, the uniformity of its fractional composition increase, the energy intensity of the process decreases, which allows us to state a general increase in efficiency.

Развитие технического прогресса предполагает, как развитие известных технологий и устройств, так создание новых. Одним из перспективных и актуальных направлений является создание систем демпфирования вибраций и ударов (магнитореологических трансформаторов - МРТ), как на транспортных системах, так и в других отраслях. Другим очень актуальным направлением является создание уплотнительных устройств в технических системах с вращательными и линейными уплотнительными сопряжениями. И в тех и других устройствах очень перспективным является использование магнитореологических жидкостей (МРЖ), состоящих из жидкой фазы и твердого магнитного компонента. В магнитожидкостных уплотнениях такая жидкость помещается в зазор между подвижным и неподвижным элементами и удерживается в нем внешним магнитным полем. В таких устройствах отсутствует непосредственный контакт элементов подвижной пары, отсутствует износ, снижены энергоемкость перемещений, требования к изготовлению. В магнитореологических трансформаторах магнитная жидкость размещается в двух полостях, соединенных каналами, окруженными источниками магнитного поля. Внешнее механическое воздействие вызывает переток МРЖ из одной полости в другую. Магнитное поле, напряженность которого управляется от этого механического воздействия, меняет вязкостные свойства жидкости (МРЖ), изменяя и величину перетока через соединительный канал и, таким образом изменяя степень демпфирования.The development of technological progress involves both the development of known technologies and devices, and the creation of new ones. One of the promising and relevant areas is the creation of vibration and shock damping systems (magnetorheological transformers - MRT), both in transport systems and in other industries. Another very relevant direction is the creation of sealing devices in technical systems with rotational and linear sealing interfaces. In both devices, it is very promising to use magnetorheological fluids (MRF) consisting of a liquid phase and a solid magnetic component. In magnetic fluid seals, such a liquid is placed in the gap between the movable and fixed elements and is held in it by an external magnetic field. In such devices, there is no direct contact between the elements of a moving pair, there is no wear, the energy intensity of movements is reduced, and manufacturing requirements are reduced. In magnetorheological transformers, the magnetic fluid is placed in two cavities connected by channels surrounded by magnetic field sources. External mechanical action causes the flow of MRF from one cavity to another. The magnetic field, the intensity of which is controlled by this mechanical action, changes the viscous properties of the fluid (MFR), changing the amount of flow through the connecting channel and, thus, changing the degree of damping.

В рассмотренных технических системах, а так же и во многих других устройствах используемых МРЖ ее характеристики должны соответствовать высоким требованиям, в частности по крупности и однородности. Для приготовления твердого компонента МРЖ и предлагается предполагаемое изобретение. Обеспечение необходимого качества МРЖ может дать импульс к дальнейшему развитию магнитореологических устройств и их разновидностей.In the considered technical systems, as well as in many other devices used by the GRM, its characteristics must meet high requirements, in particular, in terms of size and uniformity. For the preparation of the solid component of the MRM, the proposed invention is proposed. Ensuring the required quality of MRM can give impetus to the further development of magnetorheological devices and their varieties.

Сущность изобретения пояснена чертежами:The essence of the invention is illustrated by drawings:

Фиг. 1. Схема образования упругих сигналов в циклоне вихревого кавитатора.Fig. Fig. 1. Scheme of the formation of elastic signals in the vortex cavitator cyclone.

Фиг. 2. Схема организации движения твердого магнитного компонента в кавитационно-вихревом диспергаторе для магнитных материалов.Fig. Fig. 2. Scheme of organizing the movement of a solid magnetic component in a cavitation-vortex disperser for magnetic materials.

Фиг. 3. Циклон вихревого кавитатора, снабженный индуктором.Fig. 3. Cyclone of a vortex cavitator equipped with an inductor.

Фиг. 4. Циклон вихревого кавитатора, снабженный разомкнутым индуктором.Fig. 4. Cyclone of a vortex cavitator equipped with an open inductor.

Фиг. 5. Фронтальный разрез по циклону и индуктору кавитационно-вихревого диспергатора для магнитных материалов. Разрез В-В по изображению А-А.Fig. Fig. 5. Frontal section along the cyclone and the inductor of the cavitation-vortex disperser for magnetic materials. Section B-B according to the image A-A.

Фиг. 6. Меридиональный разрез по индуктору кавитационно-вихревого диспергатора для магнитных материалов. Разрез А-А по изображению В-В.Fig. Fig. 6. Meridian section along the inductor of the cavitation-vortex disperser for magnetic materials. Section A-A according to the image B-B.

Кавитационно-вихревой диспергатор для магнитных материалов включает насос 1 и ускоритель движения жидкости, выполненный в виде циклона 2, содержащего обечайку 3, первую торцовую стенку 4, центральным отверстием 5, соединенную с всасывающим патрубком 6 насоса 1, вторую торцовую стенку 7, снабженную выходным транзитным патрубком 8, тангенциальный входной патрубок 9, соединенный трубопроводом 10 с нагнетательным патрубком 11 насоса 1, всасывающий патрубок 6 которого снабжен подводящим транзитным патрубком 12, тангенциальный входной патрубок 9 циклона 2 в торцовой проекции выполнен в виде части кольца, внутренняя дуга 13 которого соединена с обечайкой 3 по закону внешнего сопряжения, а обечайка циклона 3 снабжена концентрично охватывающим ее индуктором, состоящим из источника электропитания 14, обмоток 15, магнитопровода 16, в котором предусмотрено отверстие 17 для размещения тангенциального входного патрубка 9. Индуктор размещен в корпусе 18.The cavitation-vortex disperser for magnetic materials includes a pump 1 and a fluid movement accelerator made in the form of a cyclone 2, containing a shell 3, the first end wall 4, a central hole 5 connected to the suction pipe 6 of the pump 1, the second end wall 7, equipped with an outlet transit branch pipe 8, the tangential inlet pipe 9 connected by a pipeline 10 to the discharge pipe 11 of the pump 1, the suction pipe 6 of which is equipped with an inlet transit pipe 12, the tangential inlet pipe 9 of the cyclone 2 in the end projection is made in the form of a part of the ring, the inner arc 13 of which is connected to the shell 3 according to the law of external conjugation, and the shell of the cyclone 3 is equipped with an inductor concentrically covering it, consisting of a power supply 14, windings 15, a magnetic circuit 16, in which an opening 17 is provided to accommodate the tangential inlet pipe 9. The inductor is placed in the housing 18.

При этом магнитопровод 16 индуктора может быть выполнен разомкнутым и дополнительно охватывающим выпуклую часть тангенциального входного патрубка 9 (Фиг. 4).In this case, the magnetic circuit 16 of the inductor can be made open and additionally covering the convex part of the tangential inlet pipe 9 (Fig. 4).

Кавитационно-вихревой диспергатор для магнитных материалов работает следующим образом. Вначале кавитационно-вихревой диспергатор заполняется водой через транзитные патрубки 8, 12 и включается насос 1. Из насоса 1 вода через напорный патрубок 11 и далее через трубопровод 10 поступает в тангенциальный входной патрубок 9 и далее в циклон 2, совершая в нем вихревое движение. При этом пополнение циклона водой обуславливает переток из него во всасывающий патрубок 6 через центральное отверстие 5 в насос 1. После стабилизации режима и выхода воздуха из устройства через выходной транзитный патрубок 8 далее подается водяная пульпа магнитного материала с размерами зерен до Д=5 мм (после предварительного механического измельчения) через входной транзитный патрубок 12 в насос 1 и подключается источник электропитания 14.Cavitation-vortex disperser for magnetic materials works as follows. First, the cavitation-vortex disperser is filled with water through the transit pipes 8, 12 and the pump 1 is turned on. From the pump 1, water through the pressure pipe 11 and then through the pipeline 10 enters the tangential inlet pipe 9 and then into the cyclone 2, making a vortex motion in it. At the same time, the replenishment of the cyclone with water causes an overflow from it into the suction pipe 6 through the central hole 5 into the pump 1. After the regime is stabilized and air is released from the device through the outlet transit pipe 8, then water pulp of magnetic material with grain sizes up to D = 5 mm is supplied (after preliminary mechanical grinding) through the inlet transit pipe 12 to the pump 1 and the power supply 14 is connected.

В насосе 1 пульпа получает энергию в виде давления и скорости потока и попадает через тангенциальный входной патрубок 9 в циклон 2. Причем, за счет выполнения тангенциального входного патрубка 9 криволинейным, то есть в торцовой проекции в виде части кольца, твердый компонент под действием центробежных сил отдаляется от стенки 13 и переходя на большие радиусы собирается вдоль ее противоположной. В месте слияния этого входного потока с окружным в циклоне 2 имеет место их взаимодействие, выражающееся в периодическом взаимном отжимании с пересечением направлений их начального вытекания. В этом случае в секторе наибольшей интенсивности взаимодействия потоков имеет место наибольшая концентрация твердого компонента, особенно крупных фракций. Наибольший интервал изменения давлений при взаимодействии потоков порождает наибольшую интенсивность кавитации, обуславливает наибольший запас энергии, запасенной в каждой из каверн, высокий уровень высвобождаемой энергии при коллапсе каверн. Кумулятивный эффект каверн, ударные волны от коллапса, интерференция ударных волн, звукокапиллярные эффекты, глубокая и подробная деформация вызывают разрушение твердых компонентов, то есть их измельчение. После прохождения зоны взаимодействия потоков пульпа разделяется на фракции - более крупные включения за счет большей массы центробежными силами относятся на периферию к обечайке 3. Более мелкие фракции под действием сил вязкости уносятся потоком к центру к центральному транзитному выходному патрубку 8 и далее в тару готовой продукции (на фигурах не показана). Другая часть окружного потока в циклоне 2 через центральное отверстие 5, выходной патрубок 6 уходит в насос 1 и далее на следующий цикл обработки.In the pump 1, the pulp receives energy in the form of pressure and flow velocity and enters the cyclone 2 through the tangential inlet pipe 9. Moreover, due to the implementation of the tangential inlet pipe 9 curvilinear, that is, in the end projection in the form of a part of the ring, the solid component under the action of centrifugal forces moves away from wall 13 and, passing to large radii, is collected along its opposite wall. At the confluence of this input stream with the circumferential one in cyclone 2, their interaction takes place, which is expressed in periodic mutual squeezing with the intersection of the directions of their initial outflow. In this case, in the sector of the highest intensity of the interaction of flows, the highest concentration of the solid component, especially large fractions, takes place. The largest range of pressure changes during the interaction of flows generates the greatest intensity of cavitation, causes the largest amount of energy stored in each of the cavities, a high level of energy released during the collapse of cavities. The cumulative effect of caverns, shock waves from collapse, shock wave interference, sound-capillary effects, deep and detailed deformation cause the destruction of solid components, that is, their grinding. After passing through the zone of interaction of the flows, the pulp is divided into fractions - larger inclusions due to the greater mass are centrifugally carried to the periphery to the shell 3. Smaller fractions under the action of viscosity forces are carried away by the flow to the center to the central transit outlet pipe 8 and further into the container of the finished product ( not shown in the figures). The other part of the circumferential flow in the cyclone 2 through the central hole 5, the outlet pipe 6 goes to the pump 1 and then to the next processing cycle.

При этом включение в рабочий процесс индуктора, состоящего из источника электропитания 14, обмоток 15, магнитопровода 16, в еще большей степени интенсифицирует процесс дробления. Индуктор создает вращающееся магнитное поле аналогичное вращающемуся магнитному полю в статоре электродвигателя, скорость вращения которого может регулироваться либо частотой электрического тока, либо числом включаемых пар полюсов. Это подвижное поле воздействует на магнитные твердые частицы, обеспечивая им дополнительный импульс движения. Эти плохо обтекаемые тела с острыми кромками разрывают сплошность воды, создают кавитационные каверны по всему объему циклона. Коллапсы этих каверн обуславливают увеличение объема кавитационной обработки, следовательно, повышается ее производительность. Причем, работа этой части устройства обуславливает возникновение замкнутых цепочек из токопроводящих частиц. Они так же быстро распадаются, как и возникают. При наличии внешнего переменного поля в этих контурах наводятся импульсные электротоки, что сильно разогревает все цепи, а при их разрыве образуются электрические дуги. Кроме того, магнитные частицы и вращающиеся магнитное поле в жидкости обуславливают появление следующих факторов:At the same time, the inclusion of an inductor in the working process, consisting of a power supply 14, windings 15, and a magnetic circuit 16, further intensifies the crushing process. The inductor creates a rotating magnetic field similar to the rotating magnetic field in the stator of an electric motor, the rotation speed of which can be controlled either by the frequency of the electric current or by the number of pole pairs to be switched on. This moving field acts on magnetic solid particles, providing them with an additional momentum of movement. These poorly streamlined bodies with sharp edges break the continuity of water, create cavitation caverns throughout the volume of the cyclone. The collapse of these caverns cause an increase in the volume of cavitation treatment, therefore, its productivity increases. Moreover, the operation of this part of the device causes the emergence of closed chains of conductive particles. They disintegrate as quickly as they arise. In the presence of an external alternating field, pulsed electric currents are induced in these circuits, which greatly heats up all the circuits, and when they break, electric arcs are formed. In addition, magnetic particles and a rotating magnetic field in a liquid cause the following factors to appear:

- дополнительное намагничивание твердых компонентов внешним магнитным полем обуславливает их взаимодействие друг с другом;- additional magnetization of solid components by an external magnetic field causes their interaction with each other;

- движение со всеми степенями свободы твердых компонентов и их соударение вызывают возникновение акустических волн, еще один вид кавитации способствующей разрушению твердого материала;- movement with all degrees of freedom of solid components and their collision cause the appearance of acoustic waves, another type of cavitation contributing to the destruction of solid material;

- энергия столкновений твердых компонентов достаточна для образования зарядов на них;- the energy of collisions of solid components is sufficient for the formation of charges on them;

- каждый твердый компонент является микро-электролизером, непрерывная работа которых насыщают рабочую зону ионами различной полярности, что способствует ускорению окислительно-восстановительных реакций;- each solid component is a micro-electrolyzer, the continuous operation of which saturates the working area with ions of different polarity, which contributes to the acceleration of redox reactions;

- при перемагничивании магнитных компонентов возникает явление магнитострикции, следовательно, каждый твердый магнитный компонент при своем движении непрерывно излучает силовые импульсы большой разрушительной силы, воздействующие на соседние твердые включения.- when magnetization reversal of magnetic components occurs, the phenomenon of magnetostriction occurs, therefore, each solid magnetic component, during its movement, continuously emits force impulses of large destructive force, affecting neighboring solid inclusions.

В результате магнитострикционных импульсов, кавитации, индукционных токов, микродуг и других факторов твердые компоненты эффективно и с большей полнотой измельчаются [Вершинин Н.П. Установки активации процессов. «Использование в промышленности и в сельском хозяйстве. Экология». - Ростов на Дону, 2004, с. 21-22].As a result of magnetostrictive pulses, cavitation, induced currents, microarcs and other factors, solid components are effectively and more completely crushed [Vershinin N.P. Process activation settings. “Use in industry and agriculture. Ecology". - Rostov-on-Don, 2004, p. 21-22].

Для увеличения протяженности магнитного воздействия на магнитные частицы целесообразно индуктор продлить и на входной тангенциальный патрубок 9 циклона 2. В этом случае действие подвижного магнитного поля на частицы пульпы будет производиться и до кавитационного воздействия на нее, до зоны конкурирующего слияния потоков, что в еще большей степени увеличит объем рабочей области устройства при тех же исходных его размерах и тем самым увеличит его производительность, следовательно, и эффективность.To increase the length of the magnetic effect on the magnetic particles, it is advisable to extend the inductor to the inlet tangential pipe 9 of the cyclone 2. In this case, the action of the moving magnetic field on the particles of the pulp will be carried out before the cavitation effect on it, to the zone of competing merging of flows, which is even more will increase the volume of the working area of the device with the same initial dimensions and thereby increase its productivity, and hence efficiency.

Дополнительное воздействие подвижного магнитного поля на магнитные частички твердой фазы реализуется в эффект линейного индукционного насоса, что позволяет снизить мощность привода насоса 1.An additional effect of a moving magnetic field on the magnetic particles of the solid phase is realized in the effect of a linear induction pump, which makes it possible to reduce the drive power of pump 1.

Причем, управляемое дополнительное воздействие магнитного поля на частицы магнитного материала позволяет разделять в процессе обработки частицы по крупности и тем самым получать более стабильную фракцию порошка.Moreover, the controlled additional effect of the magnetic field on the particles of the magnetic material makes it possible to separate the particles by size during processing and thereby obtain a more stable powder fraction.

В итоге, в результате проведенных мероприятий повышается производительность процесса диспергации, качество получаемого продукта, однородность его фракционного состава, снижается энергоемкость процесса, что позволяет констатировать общее повышение эффективности.As a result, as a result of the measures taken, the productivity of the dispersion process, the quality of the resulting product, the uniformity of its fractional composition increase, the energy intensity of the process decreases, which allows us to state a general increase in efficiency.

Общественно-полезный положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в том, что во-первых, решается задача импортозамещения, поскольку до настоящего времени этот порошок импортировался из США. Во-вторых, использование, а впоследствии и дальнейшее развитие этой конструкции диспергатора позволит в еще большей степени совершенствовать прогрессивные и перспективные направления по созданию высоко эффективных виброгасящих опор, адаптирующихся к внешним условиям эксплуатации, а также высоко эффективных магнито-жидкостных бесконтактных уплотнений. В итоге, с учетом развития смежных и других отраслей техники, повысится ресурс производимых машин, производительность, снизится себестоимость выпускаемой с помощью этой техники продукции, повысится благосостояние населения.The socially beneficial positive effect of the proposed technical solution lies in the fact that, firstly, the problem of import substitution is solved, since until now this powder has been imported from the USA. Secondly, the use, and subsequently further development of this dispersant design, will make it possible to further improve progressive and promising directions for the creation of highly efficient vibration-damping supports that adapt to external operating conditions, as well as highly efficient magnetic fluid non-contact seals. As a result, taking into account the development of related and other branches of technology, the resource of manufactured machines will increase, productivity will decrease, the cost of products manufactured using this technology will decrease, and the well-being of the population will increase.

Claims (2)

1. Кавитационно-вихревой диспергатор для ферромагнитных материалов, включающий насос и ускоритель движения жидкости, выполненный в виде циклона, содержащего обечайку, первую торцовую стенку, центральным отверстием соединенную с всасывающим патрубком насоса, вторую торцовую стенку, снабженную выходным транзитным патрубком, тангенциальный входной патрубок, соединенный с нагнетательным патрубком насоса, всасывающий патрубок которого снабжен подводящим транзитным патрубком, отличающийся тем, что тангенциальный входной патрубок циклона в торцовой проекции выполнен в виде части кольца, внутренняя дуга которого соединена с обечайкой по закону внешнего сопряжения, а обечайка циклона снабжена концентрично охватывающим ее индуктором, состоящим из источника электропитания, обмоток, магнитопровода, в котором предусмотрено отверстие для размещения тангенциального входного патрубка.1. A cavitation-vortex disperser for ferromagnetic materials, including a pump and an accelerator of fluid movement, made in the form of a cyclone, containing a shell, a first end wall connected by a central hole to the suction pipe of the pump, a second end wall equipped with an outlet transit pipe, a tangential inlet pipe, connected to the discharge pipe of the pump, the suction pipe of which is equipped with an inlet transit pipe, characterized in that the tangential inlet pipe of the cyclone in the end projection is made in the form of a part of the ring, the inner arc of which is connected to the shell according to the law of external conjugation, and the cyclone shell is equipped with an inductor concentrically covering it , consisting of a power source, windings, a magnetic circuit, in which a hole is provided for accommodating a tangential inlet pipe. 2. Кавитационно-вихревой диспергатор для ферромагнитных материалов по п. 1, отличающийся тем, что магнитопровод индуктора выполнен разомкнутым и дополнительно охватывающим выпуклую часть тангенциального входного патрубка.2. Cavitation-vortex disperser for ferromagnetic materials according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit of the inductor is made open and additionally enclosing the convex part of the tangential inlet pipe.
RU2022117716A 2022-06-28 Cavitation-vortex disperser for magnetic materials RU2796979C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2796979C1 true RU2796979C1 (en) 2023-05-30

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2013308C1 (en) * 1991-03-04 1994-05-30 Товарищество с ограниченной ответственностью "Рондо" Vortex propeller
RU2203738C2 (en) * 2001-07-26 2003-05-10 Институт горного дела - научно-исследовательское учреждение СО РАН Method of grinding rebellious ores and cavitation disperser for method embodiment
RU95558U1 (en) * 2010-03-31 2010-07-10 Открытое акционерное общество "САВЕЛОВСКИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ЗАВОД" ELECTROMAGNETIC MILLER-ACTIVATOR
WO2014044233A1 (en) * 2012-09-19 2014-03-27 Vysoké učeni technické v Brně Method of preparation of magnetically conductive powders by cavitation and device to carry out the method
RU2588298C1 (en) * 2015-02-12 2016-06-27 Евгений Геннадьевич Иванов Hydrodynamic cavitator
RU2669442C2 (en) * 2016-12-22 2018-10-11 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Нижегородская Государственная Сельскохозяйственная Академия" (ФГБОУ ВО НГСХА) Vortex cavitator
RU190168U1 (en) * 2018-11-12 2019-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия (ФГБОУ ВО Нижегородская ГСХА) Vortex Cavitator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2013308C1 (en) * 1991-03-04 1994-05-30 Товарищество с ограниченной ответственностью "Рондо" Vortex propeller
RU2203738C2 (en) * 2001-07-26 2003-05-10 Институт горного дела - научно-исследовательское учреждение СО РАН Method of grinding rebellious ores and cavitation disperser for method embodiment
RU95558U1 (en) * 2010-03-31 2010-07-10 Открытое акционерное общество "САВЕЛОВСКИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ЗАВОД" ELECTROMAGNETIC MILLER-ACTIVATOR
WO2014044233A1 (en) * 2012-09-19 2014-03-27 Vysoké učeni technické v Brně Method of preparation of magnetically conductive powders by cavitation and device to carry out the method
RU2588298C1 (en) * 2015-02-12 2016-06-27 Евгений Геннадьевич Иванов Hydrodynamic cavitator
RU2669442C2 (en) * 2016-12-22 2018-10-11 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Нижегородская Государственная Сельскохозяйственная Академия" (ФГБОУ ВО НГСХА) Vortex cavitator
RU190168U1 (en) * 2018-11-12 2019-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия (ФГБОУ ВО Нижегородская ГСХА) Vortex Cavitator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2506127C1 (en) Method of jet-acoustic disintegration of hydraulic mix mineral component and hydrodynamic generator of acoustic oscillations
WO2006001126A1 (en) Crushing equipment
JP7212965B2 (en) Stirrer
US3529936A (en) Apparatus for producing binder particles by precipitation
RU2796979C1 (en) Cavitation-vortex disperser for magnetic materials
EP3109000A1 (en) Polishing of complex internal geometries
JP2009142750A (en) Bubble atomizer
US2292275A (en) Crushing mill
CN103157401A (en) Vibration agitating type mixing device
CN103111223B (en) Ultrasonic wave industrial mixing homogenization installation and homogenization process
KR20220071495A (en) Powder milling device
RU2688709C1 (en) Method for initiation of cavitation-hydrodynamic microdisintegration of mineral component of hydraulic mixture
US3233872A (en) Acoustic processing method and means
RU2592801C1 (en) Combined static mixer-activator
KR20070080257A (en) Mill device
RU119261U1 (en) MICROWAVE DISINTEGRATOR
RU2344874C1 (en) Method for dispersion of liquids, their mixtures and solid substance suspensions in liquids
RU2264850C2 (en) Dispenser
US10233097B2 (en) Liquid treatment apparatus with ring vortex processor and method of using same
RU2041395C1 (en) Pump-dispergator
EP3639917A2 (en) Method for creating parametric resonance in the atoms of chemical elements in a substance
KR20180003166A (en) Vortex Induced Compressive Dispersing devices for Viscous paste
ITRM20110423A1 (en) APPARATUS FOR PULVERIZATION, DEHYDRATION AND STERILIZATION OF MATERIALS, BOTH LIQUIDS AND SOLID
RU2304261C1 (en) Method and device for heat and mass exchange
CN205761600U (en) Liquid phase nano grinder