Электромагнитный фильтр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСГИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 09) О 1) у 5 р В 01 Р 35/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСН электромагнитную катушку,ную снаружи камеры, патрубвыхода, о т л и ч а ю щ ичто, с целью повышения .эффмагнитного Фильтрования иудельного расхода злектроэмера выполнена в виде. тороугольного поперечного сечеромагнитная загрузка выполустановленных параллельнопо высоте тороида перориркольцевых пластин.2. фильтр по и. 1, о тщ и й с я тем,что отверстике выполнены в шахматном и л.и.ч а юя в загрузорядке. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИГЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(71) Институт коллоидной химии и химии воды им, А.В. Думанского(56) 1. Авторское свидетельство СССР И 319325, кл. В 01 0 35/06, 1971.2. Авторское свидетельство СССР Н. 353381, кл. В 01 0 35/06, 1972. (54)(57) 1электРомдГнитнйй ФильтР,включающий рабочую:камеру с размещен ной в ней Ферромагнитной загрузкой,расположен,ки входа ийся тем,ективностиснижениянергии, каида прямонияа Фернена в видедруг другуованных1 10314Изобретение относится к устройст"вам для очистки среды 1, 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 10 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 железа, содержащий цилиндрический корпус,заполненный Ферромагнитной шариковой 50насадкой и катушку с электрическойобмоткой для возбуждения в насадке магнитного поля, расположенную снаружи корпуса. При пропускании тока через электромагнитную катушку шарики загрузки намагничиваются и притягиваются друг к другу, образуя в совокупности пористое единое тело, имеюмыкают к сплошному сердечнику с раз" мещенной на нем электромагнитной ка-. 20 тушкой. При скорости Фильтрации 2- 3 см/с степень осветления в таких фильтрах составляет 70-90 1 1.Недостатком данного Фильтра является большая неоднородность -намагни чивающего загрузку магнитного поля по объему рабочей камеры. Наибольшим магнитное поле будет в непосредгтвенной близости от концов сердечника и наименьший - на удаленных от него участках рабочей камеры, Кроме того, вследствие большего магнитного сопротивления пористой 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. 61 2 щее Форму рабочей камеры Фильтра, т.е. Форму цилиндраили прямоугольногостержня ). Согласно теории поляризации 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 сво" бодные магнитные массы создают новое поле, ослабляющее действие внешнего. Для тел конечной длины справедливы соотношенияЪ =Н-Н 0Н =ИЗогде Ь " намагничивающее поле; Н- внешнее поле; Н о - размагничивающее поле; 11 - раэмагничивающий Фактор;3 - намагниченность. Здесь МЭ представляет уменьшение индукции в теле ко"нечной длины по сравнению с бесконечно длинным или кольцевым образцом. Узагрузки в виде цилиндра или стержня значение магнитной индукции на торцахменьше, чем в среднем сечении. Эторазличие тем больше, чем больше размагничивающий Фактор, т.е. чем меньше отношение длины загрузки к ее поперечному размеру 1.2.1.Таким образом, Фильтр соленоидального типа с Ферромагнитной загрузкой .в виде цилиндра или стержня прямоугольного сечения характеризуетсяналичием рассеянных магнитных потоков.и неоднородности намагниченности загрузки по длине Фильтрующего канала,что приводит к уменьшению эффектив"ности Фильтрования и непроязводительным потерям электроэнергии,Цель изобретения - повышение эфФективности процесса магнитного Фильт-рования и снижение удельного расходаэлектроэнергии путем устранения рас"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 выхода, рабочая камера выполнена в виде тороида прямоугольного поперечногосечения, а Ферромагнитная загрузка выполнена в виде установленных параллельно друг другу по высоте тороида перфорированных кольцевых пластин.4осредоточено внутри рабочей камеры фильтра, а структура загрузки позволяет использовать относительно высокие скорости Фильтрования.П р и м е р. Изготавливают лабораторную модель предлагаемого ЭИФ фиг, 1 и 2 ). Рабочая камера ЭИФ 1, патрубки 2 входа и 3 выхода изготовлены из немагнитного материалаоргстекло ). 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, слу" жат 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 ). Расстояние между кольцами равно удвоенной их толщине. 3 103146При этом отверстия в загрузке выполнены в шахматном порядке.На Фиг. 1 изображен предлагаемыйФильтр, поперечный разрез;на фиг. 2 то же, продольный разрез; на фиг.3 график зависимости эффективностиФильтрования оттока; на.фиг,то же, с учетом фона.Электромагнитный фильтр ЭМф ),предназначенный для отделения железосодержащих активных углей от раство"ров, включает замкнутую рабочую камеру 1 тороидальной Формы с прямоугольным поперечным сечением с патрубками. 2 входа и 3 выхода очищаемойсуспензии. Снаружи камеры размещенатороидальная катушка 4. Внутри каме-ры расположена ферромагнитная фильтрующая загрузка 5 в виде колец с отверстиями б,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 магнитно"го поля катушки кольца намагничиваются, причем возле отверстий б возникают области повышенного градиентамагнитного 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 задержанных частиц. После пропускания неко".торого объема суспензии через Фильтрразмагничивают загрузку путем отключения источника тока и вымывают изФильтра задержанные частицы допол рнительным количеством воды.Загрузка Фильтра в аиде колец сотверстиями позволяет регулироватькоэффициент заполнения рабочей камеры фильтра металлом в самом широком диапазоне, Отверстия загрузки изколец играют роль областей повышенного градиента магнитного поля подобно тому, как в дискретной загрузкеэту Функцию выполняют контакты между 5 ротдельными 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 концентрицескйх колец с отверстиями все магнитное поле Для сравнительного изучения эффективности и экономичности предлагаемой кольцевой конструкции ЭИФ был дополнительно изготовлен ЭМФ соленоидального типа, Катушка намагничивания для соленоидального ЭИФ выполнена проводом того же сечения,что и для кольцевого ЭМФ, с тем же количеством витков и плотностью намотки, равной средней для кольцевого ЭИФ. Длина загрузки соленоидального ЭИФ 377)мм равна средней длине окружности загрузки кольцевого ЭИФ. Объемы рабочих камер обоих Фильтров равны 340 см Загрузка соленоидального ЭИФ 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 Расходсуспензии,мл/с ЭМФ 5,0 6,5 0 фон) 0,5 2,0 3,5 Предлагаемый кольцевой ) 542 5)53 7,59 9,55 11,20 12,781,66 2,01 4,23 6,09 7,66 8,961,08 1,37 3,20 5,10 6,62 7,47 78 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 78 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 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.1 О кие параметры магнитного Фильтрования как напряженность внешнего магнитного поля ток питания катушки намагничивания ) и расход угольной суспензии, так как изменение 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 ЗМФ Эффективность Фильтрования опре- деляют как отношение= -Д ,где50М - количество задержанного в фильтре железосодержащего активного угля;М - полное количество угля, использованного в опыте.График зависимости эФфективности 55 фильтрования от намагничивающего тока для двух фильтров при расходах суспензии, равных й = 48 мл/с; Я 2кания суспензии через Фильтры, Вцелях более отчетливого выявленияуказанных различий между фильтрамисуспензию пропускают вертикальносверху 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 намагницивающего тока приведены в таблице. Определяют также механический эффект Фильтрования угольной суспензии сквозь ненамагниченную загрузку ЭМФ фон). Относительная по" грешность результатов 2-33,= 78 мл/с; Я = 96 мл/с, без учета фо- на приведен на Фиг. 3 1,сплошная линия - кольцевой ЭМФ, пунктирная - со леноидальный ЗМФ ), Из графика видно, что эффективность кольцевого ЭМФ во всем диапазоне измененения параметров Фильтрования превосходит эфФективность соленоидального. Это различие составляет 31-.394.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 8соленоидальному надо подвести большую мощность. Различие в потребляемой кольцевым и соленоидальным ЗИФмощности для среднего участка изменния тока при одинаковой скоростипротекания суспензии через Фильтрующий канал составляет 283 расчет производят по формуле 32 й, где 3- токнамагничивания, Й = 3,6 Ом " сопро тивление катушки ). Но при этом расход суспензии в кольцевом ЭИФ в двараза больше, чем в соленоидальном.Следовательно, чтобы обеспечить сте-.пень очистки У и расход йЭ 96 мл/с,5 надо к соленоидальному ЭИФ параллельно подклочить еще точно такой же соленоидальный Фильтр. В этом случаеэнергопотребление кольцевого ЭИФ на6 И меньше, чем в двух соленоидальных, которые обеспечивают такие жерасход и степень очистки. 7 10тока суспензии суммарное живое сечение Фильтрующих каналов при прочихравных условиях в два раза больше,чем в соленоидальном, и равно 12,0 смПоэтому скорость протекания суспен"зии через кольцевой ЭИФ при том жерасходе, что и в соленоидальном, вдва раза меньше,На Фиг. 4 приведен график зависимости эффективности фильтрования оттока с учетом фона для кольцевогосплошная линия )при расходе 696 мл/с и соленоидального (пунктир)при расходе Я щ 48 мл/с фильтров,т.е. при одинаковой скорости протекания суспензии сквозь фильтрующий,канал, равной 8 см/с. Из графикавидно, что ольцевой ЭИФ эффективнеесоленоидального во всем диапазоне изменения намагничивающего тока, Длясреднего участка это превышение составляет 4.С ростом тока различие сглаживается, так как намагниченность загрузокобоих фильтров приближается к намаг- .ниченности насыщения. Чтобы достичьэтого же значения эффективности1(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 6 И экономичнее, чем соленоидальный, 1031 йбй