專利名稱：流動介質(zhì)中鐵磁性物質(zhì)的分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物質(zhì)的磁性分選裝置，更確切地說，涉及從流動介質(zhì)中分離鐵磁性物質(zhì)的裝置，可應(yīng)用于冶金、化學(xué)、熱工、電工、機(jī)械制造、氣體凈化、生物等工業(yè)部門，主要是用于高精度凈化，例如循環(huán)水、潤滑油、冷凝液、氨水、氨氣、堿液、流失的電解液、蒸氣、設(shè)備腐蝕產(chǎn)物中的氣體及其它流動介質(zhì)、機(jī)器或機(jī)械零件的磨損產(chǎn)物以及散的鐵屑等等的分離。
已知的流動介質(zhì)中鐵磁性物質(zhì)的分離裝置包括一個固定的工作管道，里面裝滿了用鐵磁材料作成的填料，里面有一個入口短管，用來將欲凈化的流動介質(zhì)輸入管道中，還有一個出口短管，用來輸出已凈化的流動介質(zhì)，在管道外面裝有一個呈螺線管形式的磁化裝置，該裝置與管道共軸，用來磁化鐵磁性填料(DE，C，1277488)。
該裝置不能保證進(jìn)行連續(xù)的高精度磁凈化過程。該裝置的鐵磁過濾填料在再生過程中(在再生期間)，欲凈化的流動介質(zhì)暫時從環(huán)繞導(dǎo)管通過，而不經(jīng)過工作管道，介質(zhì)不能凈化。當(dāng)凈化臟污程度很大的介質(zhì)時，例如凈化冶金循環(huán)水時，再生周期數(shù)小時。在這種情況下，凈化過程的總效率不僅取決于裝置在凈化狀態(tài)下的工作效率，而且還應(yīng)考慮再生過程的時間，在此時間內(nèi)流動介質(zhì)沿環(huán)繞導(dǎo)管通過，而后進(jìn)入工藝過程，這就降低了凈化過程的總效率。
還有一種已知的流動介質(zhì)中強(qiáng)磁性物質(zhì)的分離裝置，它包括至少一個固定的工作管道，並用密封的隔板將其分成連續(xù)配置的兩段，每一段都裝滿用鐵磁材料制成的填料，并且有一入口短管，用來將欲凈化的工作介質(zhì)輸入該部分，還有一出口短管，用來輸出已凈化的流動介質(zhì)，在管道外面裝有磁化裝置，用來磁化一段中的鐵磁填料，該磁化裝置能沿管道在兩個管段的邊緣位置之間往復(fù)移動(US，A，4602997)。
在這種已知的裝置中，往復(fù)移動機(jī)構(gòu)是一種很復(fù)雜的機(jī)電結(jié)構(gòu)，包括電動機(jī)、減速器、蝸輪對和將磁化裝置固定在蝸輪上的拉桿。除這些基本部件外，往復(fù)移動機(jī)構(gòu)還包括減速器和蝸輪對的潤滑系統(tǒng)以及固定零部件用的大型底座。由于這些輔助部件的存在，使得裝置的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。此外，上述機(jī)構(gòu)還包括一些電磁鐵，這些電磁鐵用來構(gòu)成磁化系統(tǒng)停止時用的磁性墊板。
磁性系統(tǒng)利用電動機(jī)和蝸輪對上下移動，這是一個比較緩慢的過程，該過程要花費幾分鐘的時間。同時在磁化系統(tǒng)的整個移動過程中，電力驅(qū)動裝置要消費電能，而臟污的流動介質(zhì)或者被排放掉，或者進(jìn)入生產(chǎn)工藝管道中，降低了凈化過程的總效率和經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明的任務(wù)是制造出具有這樣結(jié)構(gòu)的一種流動介質(zhì)中鐵磁性物質(zhì)的分離裝置，該裝置包括磁化系統(tǒng)往復(fù)移動機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)沒有傳遞動力脈沖的機(jī)械連接，磁化系統(tǒng)從一個管段移動到另一個管段，在幾秒鐘時間內(nèi)便可完成，能保證凈化過程實際上連續(xù)不斷。
本發(fā)明的實質(zhì)是流動介質(zhì)中鐵磁性物質(zhì)的分離裝置包括至少一個固定的工作管道，該管道用密封隔板分成兩個連續(xù)配置的管段，每一段都裝滿用鐵磁性材料制成的填料，并且有一入口短管，用來將欲凈化的流動介質(zhì)輸入該段，還有一出口短管，用來輸出已凈化的流動介質(zhì)，在管道外面裝有磁化系統(tǒng)，用來磁化一個管段中的鐵磁填料，該磁化系統(tǒng)裝有能沿管道在其兩個管段的邊緣之間往復(fù)移動的機(jī)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明，往復(fù)移動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式至少有兩個電磁線圈，分別位于管道相對的兩端，其參量是根據(jù)能保證磁化系統(tǒng)在兩個邊緣位置之間往復(fù)移動的條件來選擇的。
如果用與工作管道同心設(shè)置的螺線管作磁化系統(tǒng)時，則在螺線管的每一端按照相應(yīng)的電磁線圈的形狀作一個槽是適宜的。
而且在槽的底部最好設(shè)置一個彈性墊圈。
合理的作法是在裝置的各端部安裝磁化系統(tǒng)定位器，每一個定位器都用電磁鐵作成，並將其這樣固定在管道的每一端，亦即使其鐵心的移動方向垂直于管道軸線，而在螺線管的側(cè)表面設(shè)有與電磁鐵的數(shù)目相同的插孔，各插孔用來與相應(yīng)的鐵心發(fā)生作用。
可以這樣制作螺線管，亦即，使其各部分的線圈匝數(shù)不等，其匝數(shù)由中間部分向端部逐漸增加，而且最好使端部的匝數(shù)超過中間部分匝數(shù)的(20～40)%。
如果在裝置上安裝磁化系統(tǒng)的冷卻裝置，該冷卻裝置具有輸入和排出冷卻劑的短管，在這種情況下，適宜的作法是將輸入和排出冷卻劑的短管分別相對地安裝在管道的兩端，並且使它們的軸線平行于管道軸線，而且每一個短管都應(yīng)裝上流量調(diào)節(jié)器和改變冷卻劑供給方向的裝置。
按照本發(fā)明制造的流動介質(zhì)中鐵磁性物質(zhì)的分離裝置，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、技術(shù)維護(hù)簡單。
根據(jù)本發(fā)明，裝置能極大地縮短磁化系統(tǒng)從一個工作段到另一段的移動時間，實際上保證了凈化過程的連續(xù)性，特別是在液態(tài)和氣態(tài)介質(zhì)的臟污程度很大的情況下顯得更為有利，例如冶金循環(huán)水，由于極其臟污，從一段轉(zhuǎn)換到另一段，每一次都必須經(jīng)過1～2小時。
下面，通過該裝置的具體實施方案和如下所附的附圖來說明本發(fā)明

圖1為流動介質(zhì)中鐵磁性物質(zhì)的分離裝置的概括性示意圖，所包括的一個工作管道圖示為其縱剖面;
圖2為圖1所示裝置的俯視圖(未畫導(dǎo)軌);
圖3為沿圖1中的Ⅲ-Ⅲ線的剖面圖;
圖4為流動介質(zhì)中的鐵磁性物質(zhì)分離裝置的概括性示意圖，所包括的兩個工作管段圖示為沿其中的一個管道軸的縱剖面;
圖5為圖4所示裝置的俯視圖(未畫導(dǎo)軌);
圖6為沿圖5中的Ⅵ-Ⅵ線的剖面圖;
圖7為鐵磁性物質(zhì)分離裝置的概括性示意圖，其內(nèi)所設(shè)的磁化系統(tǒng)的定位器和磁化系統(tǒng)的冷卻裝置圖示為其縱剖面;
圖8為沿圖7中的Ⅷ-Ⅷ線的剖面圖;
圖9為圖7中帶有電磁線圈部分A的詳圖。
如圖1、2、3所示，流動介質(zhì)中的鐵磁性物質(zhì)分離裝置包括至少一個工作管道，在所述的方案中為一個工作管道1，該管道被密封隔板2分成連續(xù)配置的兩段3、4，每一段都裝滿了由鐵磁性材料制成的填料5。
填料5可采用鐵磁性材料，例如用鐵氧體或鐵電體制成的細(xì)粒小球、碎屑、薄片或細(xì)桿。當(dāng)使用該裝置對流動介質(zhì)進(jìn)行高精度凈化，其中包括液態(tài)和氣態(tài)介質(zhì)的凈化時，填料5除了上述要求外，還應(yīng)具有防腐蝕性能。該裝置還包括設(shè)置在管道1外面的磁化系統(tǒng)6，當(dāng)磁化系統(tǒng)位于軸端位置Ⅰ時，如圖1所示，它能對管段3中的強(qiáng)磁性填料5進(jìn)行磁化，或者當(dāng)磁化系統(tǒng)位于另一端位置Ⅱ時，使管段4中的磁性填料5磁化(Ⅰ位于管段3，Ⅱ位于管段4)，位置Ⅰ和Ⅱ設(shè)有兩個電磁線圈7，分別位于管道1相對的兩端。線圈7的參量匝數(shù)、通入線圈7中的電流強(qiáng)度，根據(jù)這樣的條件選擇，即保證磁化系統(tǒng)6能從一個邊緣位置(例如Ⅰ)移動到另一個邊緣位置(例如Ⅱ)。在所述的本發(fā)明的實施方案中，磁化系統(tǒng)6呈多層螺線管的形式并與工作管道1同心設(shè)置，螺線管6同管道的外壁之間有一間隙。為了減少螺線管6移動時的摩擦力和所消耗的能量，螺線管上裝有滑動或滾動軸承8，軸承與導(dǎo)軌9相互作用。管段3、4分別裝有入口短管10、11，用來將待凈化的流動介質(zhì)輸入到管段3或4，此外還分別裝有出口短管12、13，用來輸出已凈化的流動介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，如圖4、5、6所示方案的裝置與圖1、2、3所示方案不同，它包括兩個相同的工作管道1和1′，每一個工作管道都有自己的磁化系統(tǒng)，作成多層螺線管6，而且各螺線管6的導(dǎo)磁體彼此之間用連接板14剛性地緊固在一起，該連接板是用含碳量低的磁性材料制成的。連接板14保證構(gòu)成閉合的磁回路并且由于減少了磁場損失，而使整個容積內(nèi)的填料5獲得所必要大小的磁化強(qiáng)度，主要是為了提高填料5的端部區(qū)域的磁化強(qiáng)度。此外，剛性連接板14保證兩個螺線管6移動的同步性。當(dāng)必須凈化流量很大的流動介質(zhì)時，這種方案有利。管道1、1′的直徑在這種情況下達(dá)0.5～2.0米，鐵磁性填料的長度達(dá)0.5～1.5米。在該裝置的這些參量條件下，如果磁路不閉合，那么磁通量在周圍介質(zhì)中的損失可達(dá)(30～60)%。有了磁性連接板14就可克服這一缺點。
圖7、8所示方案的流動介質(zhì)中的鐵磁性物質(zhì)分離裝置具有垂直設(shè)置的工作管道1，在其外面與其同心地裝有線圈匝數(shù)不均勻的螺線管15。螺線管15的線圈匝數(shù)從其中間部分向兩端逐漸增加，而且螺線管15兩端的匝數(shù)超過其中間部分的匝數(shù)達(dá)(20～40)%。在螺線管15的每一端都設(shè)有槽16，其形狀與線圈7的端部形狀相同，在每個槽16的底部都裝有用彈性材料(例如橡膠)制成的彈性墊圈17。此外，在這種方案中，裝置上還裝有磁化系統(tǒng)(螺線管15)的定位器18，分別安裝在它的末端位置Ⅰ(上端)和Ⅱ(下端)。
各定位器18都用電磁鐵19制成，固定在裝置的外殼20上，靠近管道1的一端，并且使其鐵心21的移動方向垂直于管道1的縱軸線，而在螺線管15的側(cè)表面設(shè)有插孔22，插孔的數(shù)目與電磁鐵19的個數(shù)相同，各插孔用來與相應(yīng)的彈簧支承的鐵心21配合作用。在這種方案的裝置中，導(dǎo)軌9上有斷面為“燕尾形”的溝槽。在螺線管15的兩端裝有凸塊23，其形狀與導(dǎo)軌9的槽的形狀相適應(yīng)，以保證螺線管15沿導(dǎo)軌9滑動。在各凸塊23上設(shè)有插孔22，當(dāng)接通定位器18時，插孔22便的鐵心21相互作用。
在這種方案的裝置上還裝有導(dǎo)管系統(tǒng)，用來向螺線管15供給冷卻介質(zhì)。同時冷卻劑的輸入和排出短管24相對地位于管道1的兩端，而且它們的軸線平行于管道1的縱軸線。每一短管24上都裝有流量調(diào)節(jié)器25，而冷卻導(dǎo)管系統(tǒng)則裝有改變冷卻劑供給方向的裝置26。裝置的外殼20是用鐵磁性材料制成的封閉殼。此外，在螺線管15的末端裝有用鐵磁性材料制成的薄片27，該薄片與外殼20構(gòu)成閉合的磁路。
根據(jù)本發(fā)明如圖9所示方案的裝置，電磁線圈28呈階梯式，其中間部分的高度比周邊部分大，而其外徑等于螺線管15的外徑，這樣能保證電磁線圈28與螺線管15的相互作用面積大。
為了使圖面清楚，各電源及其接通和斷開的操作系統(tǒng)未在圖中繪出。
流動介質(zhì)中的鐵磁性物質(zhì)分離裝置的工作情況如下根據(jù)本發(fā)明，如圖1、2、3所示的裝置中的管段3處于從流動介質(zhì)中分離鐵磁性顆粒的凈化狀態(tài)，而管段4則處于再生狀態(tài)。而且處于管道1的末端(位置Ⅰ處)的螺線管線圈6和電磁線圈7中通過這樣極性的電流，即這些線圈的磁感應(yīng)矢量方向相同。螺線管6被吸引到線圈7上。管段3中的鐵磁性填料5被磁化。臟污的流動介質(zhì)沿短管10進(jìn)入管段3並流經(jīng)鐵磁性過濾填料5清除其中的鐵磁性及非鐵磁性的顆粒，然后沿短管12從管段3流出。
這時，裝置中的管段4處于再生狀態(tài)。位于管段4(位置Ⅱ)處的電磁線圈7處于斷電狀態(tài)，該段中的鐵磁性填料5被退磁。水和空氣的混合物沿短管11以這樣一種流量進(jìn)入管段4，即這種流量保證能將填料5的顆粒上的雜質(zhì)清洗到所要求的程度。臟污的清洗混合物則沿短管13流出。
當(dāng)管段3中的填料5臟污后，磁化系統(tǒng)(螺線管6)便從位置Ⅰ移動到位置Ⅱ。為此，改變管段3處的線圈7的供電電流的極性，結(jié)果是該線圈7和螺線管6的磁感應(yīng)矢量的方向相反，于是螺線管6受到來自管段3處的線圈7方向的推力作用。同時有電流流入管段4處的線圈7中，該電流的極性保證管段4處的電磁線圈7和螺線管6中的磁感應(yīng)矢量方向一致，于是螺線管6受到朝向管段4處的線圈7的吸引力的作用。在上述的這些力的作用下，螺線管6以很大的速度沿導(dǎo)軌9移動到位置Ⅱ。螺線管6從位置Ⅰ(Ⅱ)移動到Ⅱ(Ⅰ)所需時間只有一至數(shù)秒。
當(dāng)螺線管6移動到位置Ⅱ之后，管段4中的填料5被磁化，而管段3中的填料5被退磁。管段3過渡到再生狀態(tài)，水和空氣的混合物沿短管10進(jìn)入管段3，而應(yīng)該凈化的流動介質(zhì)則沿短管11進(jìn)入管段4，此時該管段處于凈化工作狀態(tài)。由于磁化系統(tǒng)從一個管段移動到另一管段的時間很短，因此裝置實際上是在連續(xù)的凈化狀態(tài)下工作。
圖4、5、6所示方案的裝置，其工作情況與上述的情況相似，其區(qū)別僅在于裝有兩個管道1和1′，可提高裝置的工作效率，同時降低能耗。
由于螺線管15(圖7、8)在其端面設(shè)有與電磁線圈7的形狀相同的槽16，因此吸引時保證線圈7“進(jìn)入”螺線管15的線圈上的槽16中。而且線圈7的一部分線匝直接位于螺線管15的端表面的鄰近區(qū)域。這樣有利于增強(qiáng)螺線管15的線圈和電磁線圈7之間既在吸引過程(在凈化狀態(tài)下)、又在排斥過程(向再生狀態(tài)過渡)中的力的相互作用。
螺線管15的線圈匝數(shù)從其中間部分向兩端增加(20～40)%，一方面可使強(qiáng)磁性填料5的末端區(qū)域的磁化強(qiáng)度與其中間區(qū)域的磁化強(qiáng)度均勻一致，另一方面可增強(qiáng)螺線管6的線圈和電磁線圈7之間力的相互作用，同時保證螺線管15迅速而準(zhǔn)確地移動，並定位在邊緣位置Ⅰ或Ⅱ處。槽16中的彈性墊圈17保證螺線管15運動到電磁線圈7處時減輕碰撞，防止螺線管15和線圈7受損，增大它們的使用壽命。
螺線管15安裝在邊緣位置Ⅰ或Ⅱ后利用相應(yīng)的定位器18，將螺線管15被牢固地支撐在這個位置上。當(dāng)螺線管15需要移動到另一個邊緣位置時，向電磁鐵19的線圈中通入電流，鐵心21克服彈簧的作用，從插孔22中被拉出，螺線管15便可無阻礙地沿導(dǎo)軌9移動。
由于冷卻系統(tǒng)的短管24與裝置的管道1共軸設(shè)置，冷卻劑的射流從這些短管中流出，相當(dāng)于在螺線管15的端部附加了一個作用力，可減少螺線管15從一個邊緣位置Ⅰ或Ⅱ移動到另一個邊緣位置時的能耗。利用流量調(diào)節(jié)器25改變冷卻劑的流量，形成壓頭，有助于磁化系統(tǒng)的移動，同時保證消除電磁線圈7和螺線管15的發(fā)熱。而且鐵磁性薄板27起著運動“活塞”的作用，當(dāng)螺線管15移動時，與冷卻劑的壓力流相互作用。冷卻系統(tǒng)的短管24與管道1共軸配置，各短管上裝有流量調(diào)節(jié)器25和改變冷卻劑的供給方向的裝置26，該冷卻系統(tǒng)的存在，對于垂直安裝的磁化系統(tǒng)和工作管道1特別有利，因為在這種情況下，為了使磁化系統(tǒng)從下向上移動，需要一個等于或大于磁化系統(tǒng)重量的吸引力，而從上向下移動時，為了延緩磁化系統(tǒng)向低部邊緣位置的運動，則需要一個反向作用力。
根據(jù)本發(fā)明，圖9所示方案的裝置，其工作情況與圖7、8所示方案相似，其區(qū)別僅僅是電磁線圈28作成階梯式的，這樣除了保證螺線管15的移動以外，還可以使鐵磁性填料5的末端區(qū)域磁化。在凈化過程中，線圈28是這樣接通的，即線圈28和螺線管15(磁化系統(tǒng))的磁感應(yīng)矢量方向相同，因此在所選擇的線圈28的形狀的情況下，使得鐵磁性填料5的末端區(qū)域的磁化增強(qiáng)，有助于整個填料5的磁化均勻。
權(quán)利要求
1.流動介質(zhì)中鐵磁性物質(zhì)的分離裝置，包括至少一個固定工作管道(1)，它被密封隔板(2)分成兩個連續(xù)配置的管段(3、4)，每一段都裝滿用鐵磁性材料制成的填料(5)，每一部分都有入口短管(10、11)，用來將欲凈化的流動介質(zhì)輸入到管段(3或4)，還有出口短管(12、13)，用來輸出已凈化的流動介質(zhì)，在管道(1)的外面裝有磁化系統(tǒng)(6)，用來使一個管段(3或4)中的鐵磁性填料(5)磁化，磁化系統(tǒng)上裝有能沿管道(1)在管段(3)或(4)的兩個邊緣位置(Ⅰ、Ⅱ)之間往復(fù)移動的機(jī)構(gòu)，其特征在于往復(fù)移動機(jī)構(gòu)由至少兩個電磁線圈(7)構(gòu)成，分別設(shè)置在管道(1)相對的兩端，電磁線圈的參量根據(jù)保證磁化系統(tǒng)(6)能在邊緣位置(Ⅰ和Ⅱ)之間移動的條件來選擇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，利用螺線管(15)作為磁化系統(tǒng)，該螺線管與管道(1)同心設(shè)置，其特征在于螺線管(15)的每一端面上設(shè)有槽(16)，其形狀與相應(yīng)的電磁線圈(7)的形狀相似。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是在槽(16)的底部裝有彈性墊圈(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是在其邊緣位置(Ⅰ、Ⅱ)裝有磁化系統(tǒng)定位器(18)，每個定位器都由電磁鐵(19)制成，這樣固定在管道(1)的一端，即它的鐵心(21)的移動方向垂直于管道(1)的軸線，而在螺線管(15)的側(cè)表面設(shè)有插孔(22)，其數(shù)目與電磁鐵(19)的個數(shù)相同，每個插孔都用來與對應(yīng)的鐵心(19)相互作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于螺線管(15)的線圈不均勻，線圈匝數(shù)從中間部分向兩端逐漸增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于端部的線圈匝數(shù)超過中間部分匝數(shù)的(20～40)%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，裝有磁化系統(tǒng)的冷卻裝置，該冷卻裝置有輸入和排出冷卻劑的短管(24)，其特征在于輸入和排出冷卻劑的短管(24)設(shè)置在管道(1)的相對的兩端，而且短管的軸線平行于管道(1)的軸線，同時每個短管(24)都裝有流量調(diào)節(jié)器(25)和改變冷卻劑供給方向的裝置(26)。
全文摘要
流動介質(zhì)中鐵磁性物質(zhì)的分離裝置包括工作管道1，用隔板2將管道分成兩段3和4，每一段內(nèi)都裝滿鐵磁性填料5，磁化系統(tǒng)6與工作管道1共軸安裝，磁化系統(tǒng)6的往復(fù)移動機(jī)構(gòu)至少由兩個電磁線圈7構(gòu)成，分別設(shè)置在管道1的相對的兩端，其參量根據(jù)能保證磁化系統(tǒng)6在兩個邊緣位置(I、II)之間移動的條件來選擇。
文檔編號B01D35/06GK1041117SQ8810659
公開日1990年4月11日 申請日期1988年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月12日
發(fā)明者弗耶切斯拉夫·伊萬諾維奇·蓋蘭斯琴科 申請人:烏克蘭水利工程學(xué)院