Электромагнитный фильтр

 

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР, аключаюи(ий рабочую камеру с размещен 1ой в ней ферромагнитной загрузкой. электромагнитную каТушку, расположен-f ную снаружи камеры, патрубки входа и выхода, о т л и ч а ю зд и и с я тем, что, с целью повышения эффективности магнитного фильтрования и снижения удельного расхода электроэнергии, ка-. мера выполн«ца в виде тороида прямоугольного поперечного сечения, а ферромагнитная загрузка, выполнена в виде установленных параллельно друг другу по высоте тороида перфорированных коль цевых пластин. 2. Фильтр по п. 1, о т л и. ч а ющ и и с я тем,что отверстия в загрузке выполнены в шахматном порядке. &) С со о 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИС ГИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„SU„, 031464

Эцв В 01 0 35/06

ГОСУДАРСТВЕНЙЫЙ HOMHTET СССР

80 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3406729/23-26 (22) 02.03.82 (46) 30.07.83. Бюл. и 28 (72) A.Ì; Когановский, 10.В. Топкин .и Н.М. Топкина .(71) Институт коллоидной хииии и химии воды ии. А.В. Дуианского (53) 621.928.8(088.8) " (56) 1..Авторское свидетельство СССРи 319325 Ка. В 0I D 35/06 1971 °

2. Авторское свидетельство СССР

Н . 353381, кл. В 01 D 35/06, 1972. (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР, включающий рабочую:камеру с размещенной в ней ферромагнитной загрузкой, электромагнитную катушку, расположен ную снаружи каиеры, патруоки входа и выхода, отличающийся тем, что, с целью повышения .эффективности иагнитного фильтрования и снижения удельного расхода электроэнергии, ка-, мера выполнена в виде.тороида прямоугольного поперечного сечения, а ферромагнитная загрузка выполнена в виде установленных параллельно друг другу по высоте тороида перфорированных кольцевых пластин.

2. фильтр по и. 1, о т л .и. ч а юшийся тем,что отверстия в загрузке выполнены в шахматном порядке.

1 10314

Изобретение относится к устройствам для очистки среды (жидкой или га" зообразной )от взвешенных Ферромагнитных частиц и может найти применение в химической, металлургической, горнорудной, горнообогатительной и других отраслях промышленности.

Известен электромагнитный фильтр для очистки жидкостей и газов от механических примесей, включающий источник магнитного поля и Фильтрующий элемент, размещенный вокруг источника магнитного поля с образованием внешнего замкнутого контура. ФилЬтр содержит корпус, выполненный в виде двух разомкнутых симметричных

15 половин, которые заполнены ферромагнитной загрузкой и с двух сторон прифильтрования при относительно больших скоростях потока очищаемой жидкости 40 через Фильтр.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату .,к предлагаемому является соленоидальный фильтр с загрузкой из стальных шариков, предназначенный преимущественно для очистки питательной воды паросиловых установок от окислов желе" за, содержащий цилиндрический корпус, заполненный Ферромагнитной шариковой насадкой и катушку с электрической обмоткой для возбуждения в насадке мыкают к сплошному сердечнику с размещенной на нем электромагнитной ка- 20 тушкой. При скорости Фильтрации 23 см/с степень осветления в таких фильтрах составляет 70-903 (1g.

Недостатком данного Фильтра является большая неоднородность -намагни- 25 чивающего загрузку магнитного поля по объему рабочей камеры. Наибольшим магнитное поле будет в непосредгтвенной близости от концов сердечника и наименьшим - .на удаленных от него участках рабочей камеры. Кроме того, вследствие большего магнитного сопро тивления пористо" загрузки по сравнению со сплошным сердечником и резкого излома силовых линий в месте примыкания частей рабочей камеры к 35 сердечнику наблюдается рассеивание магнитного поля. Указанные недостатки приводят к малой эффективности .

64 2 щее Форму рабочей камеры Фильтра, т.е.

Форму цилиндра (или прямоугольного с те ржня ). Согласно теории поля ри зации Ферромагнитное тело, помещенное в магнитное поле, намагничивается.

Его намагниченность определяется не только напряженностью внешнего поля, проницаемостью вещества, иэ которо- . го изготовлено тело, и пористостью этого тела, но также его Формой и положением. Наведенные на теле свободные магнитные массы создают новое поле, ослабляющее действие внешнего. Для тел конечной длины справед ливы соотношения

Ъ =H Но

Н = f43 о где Ь - намагничивающее поле; Нвнешнее поле; Н > - размагничивающее поле; 1 - раэмагничивающий Фактор;

3 - намагниченность. Здесь N3 представляет уменьшение индукции в теле конечной длины по сравнению с бесконечно длинным или кольцевым образцом. У ! загрузки в виде цилиндра или стержня значение магнитной индукции на торцах меньше, чем в среднем сечении. Это различие тем больше, чем больше размагничивающий фактор, т.е. чем меньше отношение длины загрузки к ее поперечному размеру $2).

Таким образом, фильтр соленоидального типа с Ферромагнитной загрузкой . в виде цилиндра или стержня прямоугольного сечения характеризуется наличием рассеянных магнитных потоков . и неоднородности намагниченности загрузки flo длине Фильтрующего канала, что приводит к уменьшению эффективности фильтрования и непроязводи-! тельным потерям электроэнергии.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса магнитного Фильт- рования и снижение удельного расхода электроэнергии путем устранения рас1 стояния магнитного потока через загрузку ЭИФ, Поставленная цель достигается тем, что в электромагнитном фильтре, включающем рабочую камеру с размещенной в ней ферромагнитной загрузкой, элект- ромагнитную катушку, расположенную снаружи камеры, патрубки входа и выжи корпуса. При пропускании тока через электромагнитную катушку шарики загрузки намагничиваются и притягиваются друг к другу, образуя в совокупности пористое единое тело, имею55 магнитного поля, расположенную снарухода, рабочая камера выполнена в виде тороида прямоугольного поперечного сечения, а Ферромагнитная загрузка выполнена в виде установленных паралдельно друг другу по высоте тороида перфорированных кольцевых пластин.

4 4 осредоточено внутри рабочей камеры фильтра, а структура загрузки позволяет использовать относительно высокие скорости фильтрования.

П р и и е р. Изготавливают лабораторную модель предлагаемого ЭМФ (фиг. 1 и 2 ). Рабочая камера ЭИФ I, патрубки 2 входа и 3 выхода изготовлены из немагнитного материала (оргстекло . Электромагнитная катушка 4 намотана медным проводом диаметром

1,2 мм с числом витков около 1000.

Загрузка, представляющая собой пакет из пяти отстоящих друг от друга кон« центрических колец с отверстиями, из" готовлена из листа магнитно-мягкой стали толщиной 3 мм. Кольца соединены в пакет посредством шести стержней, расположенных перпендикулярно плоскости колец (не показаны . Эти стержни, изготовленные из латуни, служат для обеспечения постоянного и равного зазора между кольцами и при" дания всему пакету колец необходимой конструкционной жесткости. В каждом кольце выполнено по 90 отверстий диа-, метром 4 мм. Отверстия располагаются радиальными рядами, причем ряд из трех отверстий чередуется с рядом из двух отверстий (шахматный порядок J.

Расстояние между кольцами равно удвоенной их толщине.

3 103146

При этом отверстия в загрузке выполнены в шахматном порядке.

На фиг. 1 изображен- предлагаемый фильтр, поперечный разрез;на фиг. 2то же, продольны" ; на фиг.3график зависимости эффективности фильтрования от тока; на фиг. 4то же, с учетом фона.

Электромагнитный фильтр (ЭМФ ), предназначенный для отделения железосодержащих активных углей от растворов, включает замкнутую рабочую камеру 1 тороидальной формы с прямоугольным поперечным сечением с патрубками. 2 входа и 3 выхода очищаемой суспензии. Снаружи камеры размещена тороидальная катушка 4. Внутри камеры расположена ферромагнитная фильтрующая загрузка 5 в виде колец с отверстиями 6.

Фильтр работает следующим образом.

Подключают обмотку катушки 4 к источнику постоянного тока и пропускают воду со взвешенными в ней ферромагнитными частицами сквозь загрузку 5 фильтра. Под действием магнитного поля катушки кольца намагничиваются, причем возле отверстий 6 возникают области повышенного градиента магнитного поля. Именно в этих областях происходит извлечение ферромагнитных частиц из потока и их удержание. Задержанные частицы накапливаются возле отверстий и частично в самих отверстиях, которые можно рассматривать как микроемкости для задержан- 35 ных частиц. После пропускания неко-. торого объема суспензии через фильтр размагничивают загрузку путем отключения источника тока и вымывают из

Фильтра задержанные частицы допол- 4р нительным количеством воды.

Загрузка фильтра в виде колец с отверстиями позволяет регулировать коэффициент заполнения рабочей камеры фильтра металлом в самом широ- 45 ком диапазоне. Отверстия загрузки из колец играют роль областей повышенного градиента магнитного поля подобно тому, как в дискретной загрузке эту функцию выполняют контакты между 5р отдельными частицами.

В -целях увеличения задерживающей способности отдельного ряда отверстий последние выполнены в шахматном порядке. Таким образом, в замкнутом 55 фильтре с загрузкой тороидальной формы в виде пакета концентрическйх колец с отверстиями все магнитное поле

Для сравнительного изучения эффективности и экономичности предлагаемой кольцевой конструкции ЭМФ был дополнительно изготовлен ЭМФ соленоидального типа. Катушка намагничивания для соленоидального ЭИФ выполнена проводом того же сечения,чfo и для кольцевого ЭМФ, с тем же количеством витков и плотностью намотки, равной средней для кольцевого ЭМФ. Длина загрузки соленоидального ЭМФ (377)мм равна средней длине окружности загрузки кольцевого ЭМФ. Объемы рабочих камер обоих фильтров равны 340 см .

Загрузка соленоидального ЭМФ представляет собой пакет из пяти равноотстоящих параллельных пластин с отверстиями. Ширина и толщина пластин равна ширине и толщине колец предлагаемого ЭИФ. Загрузки обоих фильтров изготавливают из стали одного сорта.

Геометрия отверстий и их число для обоих фильтров одинаковы. Таким об" разом, различие между фильтрами заключается лишь в форме рабочей камеры, загрузки, электромагнитной катуш1031464

Количество угля, г, при токе намагничивания, А

Расход суспензии, мл/с

5,0 6,5

0 (фон) 0,5

2,0

3 5

Предлагаемый (кольцевой ) 5у42 5ю53 7159 9,55 11 ° 20 12,78

1,66 2,01 4,23 6,09 7,66 8,96

1 08 1 37 3,20 5 10 6,62 7,47

Известный (соленоидальный ) 48

0,96 2,20 4,22 5,94 7,04

0,41 1,48 2,92 4,29 5,49

0,39 1,23 2,53 3 41 4 43

0 73

0,31

0,24 ки и месте расположения патрубков ,входа и выхода.

Для опытов по определению различий в эффективности и экономичности указанных фильтров готовят водную сус- 5 пензию железосодержащего активного угля в количестве 3 л с концентрацией 5 г/л. Берут уголь КАД иодный с размером частиц 0,4-0,25 мм и содержанием магнетита около 34. Варьируют та-1О кие параметры магнитного фильтрования как напряженность внешнего магнитного поля (ток питания катушки намагничивания ) и расход угольной суспензии, так как измечение именно 15 этих параметров призвано выявить различия в условиях намагничивания

Фильтрующей ферромагнитной загрузки и в гидродинамических условиях протеИз таблицы видно, что абсолютные количества угля, задержанного в 45 предлагаемом кольцевом ЭМФ, намного превышают таковые, задержанные при том же токе намагничивания и расходе, .угольной суспензии в соленоидальном

ЭМФ.. Эффективность фильтрования опре- деляют как отношение = -,где

М - количество задержанного в фильтре железосодержащего активного угля;

М - полное количество угля, использованного в опыте.

График зависимости эФфективности M фильтрования от намагничивающего тока для двух фильтров при расходах суспензии, равных Я„ = 48 мл/с; Q2 кания суспензии через фильтры. В целях более отчетливого выявления указанных различий между фильтрами суспензию пропускают вертикально сверху вниз (фиг. 2 ).

Диапазон изменения параметров фильтрования угольной суспензии и результаты опытов по определению количества задержанного железосодержащего активного угля в предлагаемом и известном фильтрах для различных вначений расхода угольной суспензии и намагничивающего тока приведены в таблице. Определяют также механический эффект фильтрования угольной суспензии сквозь ненамагниченную засру3Ку ЭМФ (фон). Относительная по" грешность результатов 2-33.

= 78 мл/с; Q = 96 мл/с, без учета фо- на приведен на фиг. 3 (сплошная линия - кольцевой ЭМФ, пунктирная — со» леноидальный ЭМФ ). Из графика видно, что эффективность кольцевого ЭМФ во всем диапазоне измененения параметров фильтрования превосходит эффективность соленоидального. Это различие составляет 31-393.

Эффективность кольцевого ЭМФ превосходит эффективность соленоидального не только за счет устранения рассеяния магнитных потоков, но также за счет улучшения гидродинамических условий протекания суспензии. В коль- цевом ЭМФ вследствие разветвления по31464 8 соленоидальному надо подвести большую мощность. Различие в потребляемой кольцевым и соленоидальным ЗИФ мощности для среднего участка измен ния тока при одинаковой скорости протекания суспензии через фильтрую щий канал составляет 283 (расчет производят по Формуле 32 й, где 3- ток намагничивания, Й = 3,6 Ом - сопро10 тивление катушки ). Но при этом расход суспензии в кольцевом ЭИФ в два раза больше, чем в соленоидальном.

Следовательно, чтобы обеспечить сте-.

lleHb o4HcTKH 9 и расход Qy 96 мл/с,.

15 .надо к соленоидальному ЭИФ параллельно подклочить еще точно такой же соленоидальный фильтр. В этом случае энергопотребление кольцевого ЭИФ на

643 меньше, чем в двух соленоидальных, которые обеспечивают такие же расход и степень очистки.

7 10 тока суспензии суммарное живое сече-. ние Фильтрующих каналов при прочих равных условиях s два раза больше, чем в соленоидальном, и равно 12,0 см

Поэтому скорость протекания суспензии через кольцевой ЭИФ при том же расходе, что и в соленоидальном, в два раза меньше.

На Фиг. 4 приведен график зависимости эффективности фильтрования от тока с учетом Фона для кольцевого (сплошная линия )при расходе Я

96 мл/с и соленоидального (пунктир) при расходе Я„ 48 мл/с фильтров, т.е. при одинаковой скорости протекания суспензии сквозь фильтрующий, канал, равной 8 см/с. Из графика видно, что ольцевой ЭИФ эффективнее соленоидального во всем диапазоне изменения намагничивающего тока. Для среднего участка это превышение составляет 43.

С ростом тока различие сглаживается, так как намагниченность загрузок обоих фильтров приближается к намагниченности насыщения. Чтобы достичь этого же значения эффективности

t (фиг. 4), что и для кольцевого ЭИФ, Таким образом, приведенные результаты сравнительных испытаний двух различных конструкций фильтров свидетельствуют о том, что кольцевой ЭИФ на 31-393 эффективнее и на 643 экономичнее, чем соленоидальный.

103l464

1031464

f,00

1Ф

Р,7д

450 фиг. Ф

ВНИИПИ Заказ 5258/3 Тираж 688 Подписное

Фюй Е аа1 м Е а е филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4