Магнитный фильтр

 

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкостей от взвешенных ферромагнитных частиц. Магнитный фильтр содержит цилиндрический корпус из немагнитного материала с входным и выходным патрубками, намагничивающую систему, расположенную снаружи корпуса, и размещенную внутри корпуса насадку, выполненную в форме тела вращения из материала с трехмерной сетчато-ячеистой структурой. Достигается повышение производительности и увеличение времени полезной работы фильтр. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкостей от взвешенных частиц, преимущественно ферромагнитных, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известен электромагнитный фильтр, включающий корпус с установленными на его внешней поверхности электромагнитными катушками, сердечник, заполненный ферромагнитной насадкой, которая располагается между перфорированными магнитопроводами, верхний из которых снабжен зубьями [а.с. N 523700, МКИ B 01 D 35/06. Электромагнитный фильтр. К.А.Блинов, М.Я.Полянский, Е.В.Шевченко/ БИ N 29. 05.08.76].

Применение указанного фильтра для очистки жидкостей от взвешенных, преимущественно ферромагнитных частиц, и комплексных соединений малоэффективно из-за неравномерности распределения магнитного потока по поверхности магнитной насадки, вызывающей проскок осевших на ней ферромагнитных частиц в очищенную жидкость. Недостатком фильтра являются также высокое гидравлическое сопротивление, низкие производительность и грязеемкость.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является магнитный фракционный фильтр-осадитель, включающий цилиндрический корпус из немагнитного материала, внутри которого размещена концентрическими слоями гранулированная ферромагнитная насадка с уменьшающейся высотой и увеличивающимся размером гранул в радиальном направлении, намагничивающую систему, расположенную снаружи корпуса, входной и выходной патрубки [а.с. 1487944 СССР, МКИ B 01 D 35/06. Магнитный фракционный фильтр-осадитель. И.Б.Лозин, А.В.Сандуляк// БИ N 23. 23.06.89].

В данной конструкции фильтра решена проблема выравнивания условий магнитного осаждения частиц, однако фильтр обладает низкой удельной производительностью и грязеемкостью и соответственно невысоким рабочим ресурсом. Это связано с тем, что магнитное поле выполняет работу по фильтрации в межгранульном (или поровом) пространстве насадки, а его объем при плотной утряске гранул составляет ~ 42% от объема насадки. Кроме того, гранульная насадка с малой величиной пор, при которой возможна тонкая и полная очистка фильтруемой среды, обладает большим гидравлическим сопротивлением. И, наконец, трудоемкой является процедура формования гранульной насадки с изменяющимися структурно-геометрическими параметрами и проблематично обеспечить неизменность структуры насадки в процессе эксплуатации магнитного фильтра.

Заявляемое устройство позволяет повысить производительность и эффективность очистки, снизить гидравлическое сопротивление и увеличить межрегенерационный период работы фильтра, а также сократить трудоемкость его изготовления.

Заявляемый магнитный фильтр, включающий цилиндрический корпус из немагнитного материала, внутри которого размещена ферромагнитная пористая насадка с изменяющимися структурно-геометрическими параметрами в радиальном направлении, намагничивающую систему, расположенную снаружи корпуса, входной и выходной патрубки, отличается тем, что насадка выполнена в форме тела вращения из материала с трехмерной сетчато-ячеистой структурой. При этом пористость материала составляет 85-97%, диаметр пор - 0,5-4,5 мм, а насадка выполнена цилиндроконической формы с отверстиями, расположенными соосно корпусу и имеющими диаметр, превышающий диаметр пор насадки.

Для равномерного распределения потока фильтр снабжен перфорированным диском-магнитопроводом, расположенным со стороны выходного патрубка.

На фиг. 1 приведена микрофотография материала с сетчато-ячеистой структурой, используемого для изготовления насадки. Материал характеризуется независимостью размера пор от пористости, что позволяет варьировать в отдельности магнитными и гидравлическими свойствами насадки.

Высокая пористость материала и соответственно низкий коэффициент заполнения объема насадки сетчато-ячеистым каркасом, составляющий 3-15%, позволяет существенно увеличить удельную грязеемкость насадки и снизите ее материалоемкость.

Сетчато-ячеистый материал обладает проницаемостью на два порядка выше по сравнению с плотноупакованными гранулами, что обеспечивает высокий расход очищаемой жидкости через выполненную из указанного материала насадку и низкое гидравлическое сопротивление насадки.

Насадка из сетчато-ячеистого материала характеризуется высокой удельной поверхностью, которая изменяется от 5000 до 800 м²/м³ при варьировании диаметра пор от 0,5 до 4,5 мм. Это создает благоприятные условия для осаждения частиц с магнитными свойствами, так как при прохождении очищаемой жидкости сквозь извилистую систему сообщающихся пор ферромагнитной насадки увеличивается время пребывания частиц вблизи насадки. Острые грани структурных элементов (тяжей) сетчато-ячеистой насадки и микронеровности на их поверхности также способствуют эффективному захвату частиц.

Для выравнивания эпюры скоростей насадка выполняется цилиндроконической формы и устанавливается в корпусе вершиной навстречу потоку. При работе фильтра часть потока жидкости проходит через коническую сетчато-ячеистую насадку и тормозится, при этом часть потока отклоняется насадкой в пристенную область корпуса, где движется с ускорением из-за уменьшения проходного сечения, незанятого насадкой.

Выполнение сетчато-ячеистой насадки цилиндроконической формы оправдано также необходимостью концентрации магнитного поля магнита в месте, где эпюра скоростей потока имеет максимальное значение, что способствует выравниванию условий магнитного осаждения частиц.

Возможны также другие формы насадки, отличные от цилиндроконической, которые выбираются исходя из требования обеспечения максимальной эффективности процесса фильтрации.

Выравнивание локальных скоростей потока счищаемой жидкости по поперечному сечению насадки достигается также за счет увеличения размера пор насадки от центральной части к периферии. В предлагаемой конструкции фильтра с насадкой из сетчато-ячеистого материала выполнить это достаточно просто. Технология изготовления материала с сетчато-ячеистой структурой, основанная на снятии позитивной реплики с проницаемого пенополиуретана путем его металлизации и последующего спекания, позволяет формировать заранее заданные структурно-геометрические характеристики насадки за счет выбора соответствующей структурообразующей полимерной подложки.

Для уменьшения гидравлического сопротивления фильтра и перераспределения потока очищаемой жидкости по сечению фильтрующей насадки в последней могут быть выполнены сквозные или глухие отверстия, направленные параллельно оси корпуса. Максимальный диаметр отверстий и расстояние между ними определяются структурно-геометрическими характеристиками сетчато-ячеистой насадки и необходимостью исключения непроизводительных протечек фильтруемой жидкости через отверстия, в то же время для проявления эффекта снижения гидросопротивления диаметр отверстий должен быть не меньше диаметра пор насадки.

Для повышения магнитных свойств сетчато-ячеистой насадки и концентрации магнитного потока в ее центральной области насадка может быть установлена на перфорированном диске-магнитопроводе, расположенном со стороны выходного патрубка. При этом перфорированную часть диска-магнитопровода внутри корпуса выполняют из сетчато-ячеистого магнитомягкого материала и соединяют с обечайкой из литого металла металлической связью. Такая конструкция позволяет снизить перепад давления на сетчато-ячеистом диске-магнитопроводе по сравнению с диском из литого металла с отверстиями. По сути сетчато-ячеистая насадка и сетчато-ячеистая часть диска магнитопровода изготавливаются как единый элемент.

На фиг. 2 изображен магнитный фильтр. Магнитный фильтр содержит корпус 1 из немагнитного материала с расположенной в нем сетчато-ячеистой насадкой из ферромагнитного материала 2, магнитную систему 3, перфорированный магнитопровод 4, патрубок 5 подвода очищаемой и патрубок 6 вывода очищенной жидкости.

Фильтр работает следующим образом. Очищаемая жидкость, содержащая примесные частицы с магнитными свойствами, подается через входной патрубок 5 в корпус 1 и фильтруется через сетчато-ячеистую ферромагнитную насадку 2, которая находится в магнитном поле, создаваемом магнитной системой 3. Ферромагнитные шламовые частицы осаждаются на поверхности структурных составляющих сетчато-ячеистой насадки, а очищенная жидкость отводится из корпуса через перфорированный диск-магнитопровод 4, где дополнительно очищается, в выходной патрубок 6.

За счет выполнения насадки с увеличивающимся размером пор и соответственно с уменьшающимся гидравлическим сопротивлением в радиальном направлении исключается отрицательное влияние неравномерности эпюры скоростей фильтрации. Придание насадке цилиндроконической формы способствует более эффективному улавливанию частиц, так как создает условия для ускоренного движения фильтруемой жидкости в периферийную область сетчато-ячеистой насадки, где напряженность магнитного поля максимальна. Частицы, осевшие на тяжах сетчато-ячеистой насадки, развивают ее поверхность, увеличивают ее шероховатость, что еще в большей степени улучшает способность насадки к захвату не только ферромагнитных, но и немагнитных частиц, чем повышается тонкость очистки.

Предлагаемый фильтр обладает повышенным рабочим ресурсом, т.к. основную долю в объеме сетчато-ячеистой насадки занимают поры, которые при работе фильтра заполняются шламом. Фильтр легко промывается благодаря хорошо сообщающейся системе пор и высокой проницаемости насадки, что позволяет использовать насадку многократно. Для удаления осажденных частиц насадка размагничивается, например, путем снятия кольцевого магнита, и скоагулированный шлам отделяется от потерявшей удерживающую способность сетчато-ячеистой насадки и вместе с промывочной жидкостью удаляется в дренажную систему.

Формула изобретения

1. Магнитный фильтр, включающий цилиндрический корпус из немагнитного материала, внутри которого размещена ферромагнитная пористая насадка с изменяющимися структурно-геометрическими параметрами в радиальном направлении, намагничивающую систему, расположенную снаружи корпуса, входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что насадка выполнена в форме тела вращения из материала с трехмерной сетчато-ячеистой структурой.

2. Магнитный фильтр по п.1, отличающийся тем, что пористость насадки составляет 85 - 97%, а диаметр пор 0,5 - 4,5 мм.

3. Магнитный фильтр по пп.1 и 2, отличающийся тем, что насадка выполнена цилиндроконической формы.

4. Магнитный фильтр по пп.1 - 3, отличающийся тем, что в насадке соосно с корпусом выполнены отверстия с диаметром, превышающим 1 диаметр пор насадки.

5. Магнитный фильтр по п.1, отличающийся тем, что он со стороны входного патрубка снабжен диском-магнитопроводом с перфорированной частью из магнитомягкого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2