RU2300421C1

RU2300421C1 - Magnetic separator

Info

Publication number: RU2300421C1
Application number: RU2005132649/03A
Authority: RU
Inventors: к Александр Васильевич Сандул (RU); Александр Васильевич Сандуляк; к Анна Александровна Сандул (RU); Анна Александровна Сандуляк; Дмитрий Борисович Лугинин (RU); Дмитрий Борисович Лугинин; Вера Александровна Ершова (RU); Вера Александровна Ершова
Original assignee: Александр Васильевич Сандуляк; Анна Александровна Сандуляк; Дмитрий Борисович Лугинин; Вера Александровна Ершова
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-06-10

Abstract

FIELD: equipment for removal of various ferrous admixtures tending to magnetic settling from fluid media.

SUBSTANCE: magnetic separator has filter-matrix consisting of rod-type settling members made in the form of high-porosity springy bodies. Axes of springy bodies are oriented relative to magnetizing system so that magnetic flux generated by magnetizing system is directed transverse to axes of springy bodies. Fluid medium under cleaning process is directed between springy body coils to be exposed to intensive magnetic field. Ferrous admixtures contained in this fluid medium are attracted to springy bodies to settle on their surfaces, and cleaned fluid medium is discharged from separator. During regeneration, there occurs pulsed deformation of the entire volume of working matrix resulted in discharge of sediment of caught admixtures from springy body surfaces.

EFFECT: increased efficiency of apparatus.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области магнитного разделения и может быть использовано в химической, пищевой, энергетической, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности для удаления из текучих сред примесей, склонных к магнитному осаждению. В их числе, например, такие ферропримеси, как частицы коррозии и износа оборудования, окалина, различные металлические включения (последствия металлообработки, ремонта, обслуживания, дробления и размола сырьевых компонентов и пр.). Снижая качество сред, эти примеси нередко являются серьезным дестабилизирующим фактором производства, так как уменьшают надежность и долговечность работы оборудования (поломки и выход из строя оборудования, аварийные остановки производства и т.д.).The invention relates to the field of magnetic separation and can be used in chemical, food, energy, metallurgical, engineering and other industries to remove impurities prone to magnetic deposition from fluids. Among them, for example, such impurities as particles of corrosion and wear of equipment, scale, various metal inclusions (the consequences of metalworking, repair, maintenance, crushing and grinding of raw materials, etc.). Reducing the quality of the media, these impurities are often a serious destabilizing factor in production, as they reduce the reliability and durability of the equipment (equipment breakdown and failure, emergency shutdowns, etc.).

Известен магнитный сепаратор (патент ФРГ №3314923), состоящий из корпуса с входным и выходным патрубками, намагничивающей системы и рабочей матрицы, представляющей собой засыпку элементов-тел правильной (неправильной) формы. Недостатком этого сепаратора является затрудненная регенерация из-за сравнительной сложности периодического освобождения такой фильтр-матрицы от уловленных ферропримесей. Так, плотность естественной упаковки фильтр-матрицы и ее пористость в корпусе того или иного объема являются фактически стабильными, фиксированными. В пределах установленного объема корпуса не представляется возможным осуществлять желаемую (при проведении регенерации) «деформацию» объема этой фильтр-матрицы для интенсификации разрушения образовавшегося осадка. Точнее говоря, в особо ответственных условиях эксплуатации такая «деформация» объема фильтр-матрицы все-таки осуществляется путем пропускания интенсивного промывного восходящего потока, причем с такой форсированной скоростью, при которой достигается гидродинамический подъем элементов матрицы, «набухания» матрицы в целом вплоть до создания псевдоожижженного слоя. Этот прием принудительной гидродинамической деформации (разрыхления) матрицы весьма эффективен, так как позволяет активно воздействовать на осадок примесей, разрушать его и осуществлять эффективную регенерацию фильтр-матрицы. Но, к сожалению, такой прием является весьма затратным, неэкономичным, так как для его реализации требуется использование большого количества промывной жидкости, применение мощных регенерационных (вспомогательных) напорных устройств, при этом возникает необходимость в осуществлении дополнительной очистки, а именно использованной (загрязненной вымытым осадком примесей) промывной жидкости. К тому же применение сепаратора-аналога ввиду низкой пористости фильтр-матрицы исключено для очистки высоковязких сред (масла, различные суспензии и т.п.), а тем более сыпучих сред.Known magnetic separator (German patent No. 3314923), consisting of a housing with inlet and outlet nozzles, a magnetizing system and a working matrix, which is a backfill of body elements of regular (irregular) shape. The disadvantage of this separator is the difficult regeneration due to the comparative complexity of the periodic release of such a filter matrix from trapped ferroimpurities. So, the density of the natural packing of the filter matrix and its porosity in the housing of a particular volume are actually stable, fixed. Within the established volume of the casing, it does not seem possible to carry out the desired (during regeneration) “deformation” of the volume of this filter matrix to intensify the destruction of the precipitate formed. More precisely, in particularly demanding operating conditions, such a “deformation” of the filter matrix volume is nevertheless carried out by passing an intensive washing upward flow, and at such a forced speed at which the hydrodynamic rise of the matrix elements is achieved, the matrix “swells” as a whole, up to fluidized bed. This technique of forced hydrodynamic deformation (loosening) of the matrix is very effective, since it allows you to actively influence the sediment of impurities, destroy it and carry out effective regeneration of the filter matrix. But, unfortunately, this technique is very costly, uneconomical, since its implementation requires the use of a large amount of washing liquid, the use of powerful regenerative (auxiliary) pressure devices, and there is a need for additional cleaning, namely, used (contaminated with washed sediment impurities) washing liquid. In addition, the use of an analog separator due to the low porosity of the filter matrix is excluded for the purification of highly viscous media (oils, various suspensions, etc.), and even more so for granular media.

Известен магнитный сепаратор - прототип (патент ФРГ №3316443), состоящий из корпуса с входным и выходным патрубками, намагничивающей системы и рабочей матрицы, состоящей из стержневых осадительных элементов. При этом рабочая полистержневая матрица выполнена в виде двух входящих друг в друга частей с возможностью их периодического перемещения друг относительно друга и тем самым изменения объема всей рабочей матрицы. Это позволяет активно разрушать образовавшийся осадок примесей, экономично (сравнительно малым объемом промывной жидкости при нефорсированной скорости) осуществлять его сброс с поверхности осадительных элементов и тем самым проводить эффективную регенерацию рабочей матрицы. Однако такой сепаратор обладает низкой пористостью рабочей матрицы, имеет малую площадь пропускных каналов между стержневыми элементами, а потому является малопроизводительным (при сравнительно высокой металлоемкости рабочей матрицы). Стремление же увеличить производительность ведет к существенному, технологически неоправданному повышению скорости в проходных каналах матрицы, снижению и исчезновению эффективности очистки. По тем же причинам сепаратор-прототип практически непригоден для очистки высоковязких жидких сред и совершенно непригоден для очистки сыпучих сред.Known magnetic separator is a prototype (German patent No. 3316443), consisting of a housing with inlet and outlet nozzles, a magnetizing system and a working matrix consisting of rod precipitating elements. In this case, the working polystyrene matrix is made in the form of two parts that enter into each other with the possibility of their periodic movement relative to each other and thereby changing the volume of the entire working matrix. This allows you to actively destroy the formed precipitate of impurities, economically (with a relatively small volume of washing liquid at an unrated speed) to discharge it from the surface of the precipitation elements and thereby carry out effective regeneration of the working matrix. However, such a separator has a low porosity of the working matrix, has a small area of the through channels between the rod elements, and therefore is inefficient (with a relatively high metal consumption of the working matrix). The desire to increase productivity leads to a significant, technologically unjustified increase in speed in the passage channels of the matrix, reducing and disappearing cleaning efficiency. For the same reasons, the prototype separator is practically unsuitable for cleaning highly viscous liquid media and is completely unsuitable for cleaning bulk solids.

Задача изобретения заключается в повышении производительности сепаратора и эффективности его работы, снижении металлоемкости, расширении области применения, прежде всего для очистки высоковязких жидких, а также сыпучих сред.The objective of the invention is to increase the performance of the separator and its efficiency, reducing metal consumption, expanding the scope, primarily for cleaning highly viscous liquid as well as granular media.

Сущность изобретения заключается в следующем (см. фиг.1-5). Магнитный сепаратор содержит намагничивающую систему, корпус, снабженный патрубками ввода очищаемой и вывода очищенной среды, рабочую фильтр-матрицу, состоящую из стержневых осадительных элементов уменьшенного диаметра (т.е. по сути - проволочных элементов) с возможностью изменения объема рабочей матрицы. При этом проволочные элементы выполнены в виде высокопористых пружинных (упругодеформирующихся) тел, обладающих низкой металлоемкостью, легкопроходимы для любых текучих сред и в то же время способны формировать высокоградиентные магнитные поля для эффективного захвата ферропримесей. В предлагаемом сепараторе для создания поля в наиболее подходящих для этого межвиточных кольцеобразных (спиральных) зонах оси пружинных тел ориентированы по отношению к намагничивающей системе (внешней электромагнитной, внешней с блоками постоянных магнитов и направляющими магнитопроводами, внешней соленоидной, внутренней электромагнитной или с блоками постоянных магнитов, комбинированной) таким образом, чтобы магнитный поток, генерируемый намагничивающей системой, преимущественно проходил именно вдоль осей пружинных тел (в противном случае он, проходя, например, поперек осей пружинных тел, будет шунтироваться витками пружинных тел, создавая лишь локальные зоны захвата по бокам пружинных тел, а не в рабочих зонах между витками). Вместе с тем в предлагаемом сепараторе пружинные тела рабочей матрицы имеют и другую обязательную ориентацию - по отношению к направлению потока очищаемой среды в самой рабочей матрице, причем таким образом, чтобы этот поток очищаемой среды проходил поперек осей пружинных тел (в противном случае он, проходя, например, нормально виткам, не будет, в основном, пересекать активные межвиточные зоны и не будет в полной мере подвергаться очистке).The invention consists in the following (see Fig.1-5). The magnetic separator contains a magnetizing system, a housing equipped with nozzles for the input of the cleaned and output of the cleaned medium, a working filter matrix, consisting of rod-shaped precipitation elements of reduced diameter (i.e., essentially, wire elements) with the possibility of changing the volume of the working matrix. In this case, the wire elements are made in the form of highly porous spring (elastically deforming) bodies having low metal consumption, are easily passable for any fluid, and at the same time they are able to form highly gradient magnetic fields for efficient capture of ferrous impurities. In the proposed separator, in order to create a field in the most suitable inter-turn ring-shaped (spiral) zones, the axes of the spring bodies are oriented with respect to the magnetizing system (external electromagnetic, external with permanent magnet blocks and guide magnetic circuits, external solenoid, internal electromagnetic or with permanent magnet blocks, combined) so that the magnetic flux generated by the magnetizing system mainly passes along the axes of the spring bodies (in contrast In the real case, passing, for example, across the axes of the spring bodies, it will be shunted by the turns of the spring bodies, creating only local gripping zones on the sides of the spring bodies, and not in the working areas between the turns). At the same time, in the proposed separator, the spring bodies of the working matrix have another obligatory orientation with respect to the direction of flow of the medium being cleaned in the working matrix itself, so that this stream of the medium being cleaned passes across the axes of the spring bodies (otherwise, passing through, for example, it is normal for turns, it will not mainly cross active inter-turn zones and will not be fully cleaned).

Технический результат, который достигается вследствие использования изобретения, состоит в том, что применение фильтр-матрицы в виде высокопористых пружинных тел позволяет существенно повысить производительность аппарата, сделать его пригодным для очистки широкого круга текучих сред (в том числе высоковязких и сыпучих), значительно снизить металлоемкость рабочей матрицы с сохранением высокого уровня эффективности работы сепаратора. Это обеспечивается созданием круговых (спиральных) межвиточных зон захвата (оси пружинных тел ориентированы вдоль направления магнитного потока, генерируемого намагничивающей системой), сквозь которые (при упомянутом условии расположения осей пружинных тел поперек направления потока очищаемой среды в рабочей матрице) проходит обязательно весь поток очищаемой среды, в отсутствие пассивных, малоэффективных зон. Предлагаемый сепаратор действительно приобретает гораздо большие возможности относительно области его применения: легкопроходимая рабочая матрица позволяет пропускать сквозь себя и очищать практически все, в том числе высоковязкие и сыпучие среды. При этом важно и то, что в предлагаемом сепараторе сохраняются достоинства сепаратора-прототипа, а именно обеспечивается возможность «деформации» объема всей рабочей матрицы (в данном случае - пружинных тел). Значит, обеспечивается оперативный сброс осадка уловленных примесей с осадительных поверхностей пружинных тел, что характеризует экономичную и эффективную регенерацию сепаратора.The technical result that is achieved due to the use of the invention is that the use of a filter matrix in the form of highly porous spring bodies can significantly increase the productivity of the apparatus, make it suitable for cleaning a wide range of fluids (including highly viscous and loose), significantly reduce the metal consumption working matrix while maintaining a high level of separator performance. This is ensured by the creation of circular (spiral) interturn capture zones (the axes of the spring bodies are oriented along the direction of the magnetic flux generated by the magnetizing system) through which (under the mentioned condition of the location of the axes of the spring bodies transverse to the direction of flow of the medium to be cleaned in the working matrix), the entire stream of the medium to be cleaned passes through , in the absence of passive, ineffective zones. The proposed separator really acquires much greater possibilities with respect to its field of application: an easily passable working matrix allows passing through itself and cleaning almost everything, including highly viscous and granular media. It is also important that the proposed separator retains the advantages of a prototype separator, namely, the possibility of “deformation” of the volume of the entire working matrix (in this case, spring bodies) is ensured. This means that an operative discharge of sediment of trapped impurities from the precipitation surfaces of the spring bodies is ensured, which characterizes the economical and efficient regeneration of the separator.

Варианты выполнения сепаратора показаны на фиг.1-5.Separator embodiments are shown in FIGS. 1-5.

На фиг.1 изображен сепаратор, корпус 7 которого имеет входной 2 и выходной 3 патрубки. Очищаемая среда пропускается в необходимом поперечном по отношению к осям пружинных тел 4 направлении (на фиг.1 и последующих чертежах ход направления потока очищаемой среды показан бледными стрелками 5), т.е. преимущественно - сквозь межвиточные зоны пружинных тел 4. Намагничивающая система 6 периодического действия, расположенная внутри корпуса 1, а именно внутри рабочей матрицы, состоящей из пружинных тел 4 (в таком варианте сепаратора намагничивающая система включает, например, легко извлекаемые при помощи штока блоки постоянных магнитов с магнитопроводами), собрана по принципу прохождения магнитного потока в продольном (но не в поперечном!) направлении, т.е. сообразно осям пружинных тел 4 для создания кольцевых межвиточных зон захвата примесей (здесь же, на фиг.1 и последующих чертежах ход магнитного потока частично, на примере прилежащих пружинных тел, показан тонкими линиями 7). Изменение объема рабочей матрицы, состоящей из пружинных тел 4, производится механическим устройством 8, при помощи которого осуществляется продольное перемещение передвижного верхнего основания 9 (предпочтительно импульсное), на котором закреплены верхние концы пружинных тел 4. Нижние концы пружинных тел 4 закреплены на нижнем основании 10.Figure 1 shows a separator, the housing 7 of which has an inlet 2 and an outlet 3 nozzles. The medium to be cleaned is passed in the direction transverse with respect to the axes of the spring bodies 4 (in FIG. 1 and subsequent drawings, the flow direction of the medium to be cleaned is shown by pale arrows 5), i.e. mainly through the inter-coil zones of the spring bodies 4. The magnetizing system 6 of periodic action located inside the housing 1, namely, inside the working matrix consisting of spring bodies 4 (in this version of the separator, the magnetizing system includes, for example, blocks of permanent magnets that are easily removable by means of the rod with magnetic cores), assembled on the principle of the passage of magnetic flux in the longitudinal (but not in the transverse!) direction, i.e. in accordance with the axes of the spring bodies 4 to create annular inter-turn zones for trapping impurities (here, in FIG. 1 and the subsequent drawings, the course of the magnetic flux is partially shown by thin lines 7 as an example of adjacent spring bodies). The change in the volume of the working matrix, consisting of spring bodies 4, is performed by a mechanical device 8, with the help of which the longitudinal movement of the mobile upper base 9 (preferably pulsed) is carried out, on which the upper ends of the spring bodies 4 are fixed. The lower ends of the spring bodies 4 are fixed on the lower base 10 .

На фиг.2 изображен сепаратор, намагничивающая система 6 которого (включающая блоки постоянных магнитов или электромагниты), расположенная снаружи корпуса 1, согласно предлагаемому изобретению также, как и в предыдущем варианте, собрана по принципу прохождения магнитного потока в необходимом продольном направлении (кроме тонкой, частично иллюстрирующей линии 7, об этом свидетельствует показанное на фиг.2 соответствующее расположение разноименных магнитных полюсов N и S). Остальные элементы этого варианта сепаратора и их назначение - те же, что и в предыдущем варианте.Figure 2 shows a separator, the magnetizing system 6 of which (including blocks of permanent magnets or electromagnets) located outside the housing 1, according to the invention also, as in the previous embodiment, is assembled according to the principle of passage of the magnetic flux in the required longitudinal direction (except for the thin, partially illustrating the line 7, this is shown by the corresponding arrangement of the opposite magnetic poles N and S) shown in Fig. 2. The remaining elements of this variant of the separator and their purpose are the same as in the previous version.

На фиг.3 изображен сепаратор, корпус 1 которого имеет входной 2 и выходной 3 патрубки, расположенные здесь в верхней части корпуса, и сегментные, частично перфорированные (в области расположения пружинных тел 4) перегородки 11 для обеспечения пропускания очищаемой среды в необходимом поперечном (по отношению к осям пружинных тел 4) направлении (см. стрелки: поз.5). Намагничивающая система 6 такого варианта сепаратора, представляющая собой соленоид (катушку), расположенную снаружи корпуса 1, создает, как и в предыдущих вариантах, необходимый именно продольный магнитный поток (см. тонкую линию, которая частично, на примере прилежащих пружинных тел, иллюстрирует ход магнитного потока сквозь пружинные тела: поз.7). Остальные элементы этого варианта сепаратора и их назначение те же, что и в предыдущих вариантах.Figure 3 shows a separator, the housing 1 of which has an inlet 2 and an outlet 3 nozzles located here in the upper part of the housing, and segmented, partially perforated (in the area of the location of the spring bodies 4) of the partition 11 to ensure the transmission of the cleaned medium in the necessary transverse (along relative to the axes of the spring bodies 4) direction (see arrows: pos. 5). The magnetizing system 6 of such a variant of the separator, which is a solenoid (coil) located outside the housing 1, creates, as in previous versions, the necessary longitudinal magnetic flux (see a thin line, which partially illustrates the course of magnetic flux by the example of adjacent spring bodies) flow through spring bodies: pos. 7). The remaining elements of this variant of the separator and their purpose are the same as in the previous versions.

На фиг.4 и 5 (фото) показан опытный образец предлагаемого сепаратора, соответствующий варианту, показанному на фиг.1, с демонстрацией демонтированной рабочей матрицы, состоящей из пружинных тел. Нумерация видимых на фиг.4 элементов соответствует нумерации на фиг.1.Figures 4 and 5 (photo) show a prototype of the proposed separator, corresponding to the variant shown in figure 1, with a demonstration of the dismantled working matrix, consisting of spring bodies. The numbering of the elements visible in FIG. 4 corresponds to the numbering in FIG. 1.

Сепаратор работает следующим образом (на примере варианта, показанного на фиг.1, 4 и 5). Поток очищаемой среды по входному патрубку 2 поступает в корпус 1 и проходит в поперечном (по отношению к осям пружинных тел 4) направлении (см. стрелки: поз.5). Внутренняя намагничивающая система периодического действия 6, включающая, в частности, внутренний блок постоянных магнитов (например, с направляющими магнитопроводами), создает такой замыкающийся посредством пружинных тел 4 контур, когда магнитный поток преимущественно проходит в продольном (но не в поперечном!) направлении (ход магнитного потока частично, иллюстративно, на примере прилежащих пружинных тел, показан тонкой линией: поз.7), т.е. сообразно осям пружинных тел 4 - для создания кольцевых межвиточных эффективных зон захвата примесей. Проходящая между витками пружинных тел очищаемая среда подвергается воздействию интенсивного магнитного поля. При этом находящиеся в этой среде ферропримеси притягиваются к пружинным телам 4, оседают на их поверхностях, а очищенная среда выводится из сепаратора через патрубок вывода очищенной среды 3. Для осуществления регенерации, во-первых, прекращается подача рабочей среды, во-вторых, осуществляется отключение намагничивающей системы 6 (вывод или перемещение блока постоянных магнитов, отключение тока питания), в-третьих, посредством устройства 8, воздействующего на верхнее основание 9, производится деформация, в частности импульсная, всего объема рабочей матрицы, состоящей из легко подвергаемых такой деформации пружинных тел 4: деформация пружинных тел вызывает интенсивный сброс осадка примесей с поверхности этих тел, в-четвертых, посредством промывки (небольшим количеством промывной жидкости) или продувки осадок примесей легко выводится из сепаратора. После регенерации сепаратор опять включается в эксплуатационный режим работы.The separator works as follows (for example, the option shown in figures 1, 4 and 5). The flow of the medium to be cleaned through the inlet pipe 2 enters the housing 1 and passes in the transverse (with respect to the axes of the spring bodies 4) direction (see arrows: pos. 5). The internal magnetizing system of periodic action 6, including, in particular, the internal block of permanent magnets (for example, with guiding magnetic circuits), creates such a circuit closed by means of spring bodies 4, when the magnetic flux mainly passes in the longitudinal (but not in the transverse!) Direction (stroke magnetic flux partially, illustratively, by the example of adjacent spring bodies, is shown by a thin line: pos.7), i.e. in accordance with the axes of the spring bodies 4 - to create annular inter-turn effective zones for the capture of impurities. The cleaned medium passing between the turns of the spring bodies is exposed to an intense magnetic field. At the same time, the ferrous impurities in this medium are attracted to the spring bodies 4, settle on their surfaces, and the cleaned medium is discharged from the separator through the outlet pipe of the cleaned medium 3. For regeneration, firstly, the working medium is stopped, and secondly, it is turned off magnetizing system 6 (output or displacement of a block of permanent magnets, turning off the supply current), thirdly, by means of a device 8 acting on the upper base 9, deformation, in particular pulsed, is performed ma working matrix, consisting of spring bodies 4 easily subjected to such deformation: deformation of spring bodies causes an intensive discharge of impurity sediment from the surface of these bodies, fourthly, by washing (with a small amount of washing liquid) or by purging the impurity sediment is easily removed from the separator. After regeneration, the separator is again included in the operational mode of operation.

Описанный принцип работы сепаратора, показанного на фиг.1 и 4, в полной мере применим и к сепараторам, показанным на фиг.2, 4 и 5.The described principle of operation of the separator shown in figures 1 and 4, is fully applicable to the separators shown in figures 2, 4 and 5.

Использование изобретения позволяет повысить производительность сепаратора, снизить его металлоемкость, расширить область применения с эффективной очисткой различных текучих сред от ферропримесей, таких как последствия коррозии и износа оборудования, металло- и термообработки, ремонта и обслуживания оборудования, дробления и размола сырьевых компонентов и пр. Тем самым улучшается качество сред, повышаются надежность и долговечность работы оборудования за счет предотвращения поломок и выхода из строя оборудования, аварийных остановок оборудования.Using the invention allows to increase the performance of the separator, reduce its metal consumption, expand the scope with effective cleaning of various fluids from impurities, such as the effects of corrosion and wear of equipment, metal and heat treatment, repair and maintenance of equipment, crushing and grinding of raw materials, etc. the quality of the media improves, the reliability and durability of the equipment increase due to the prevention of breakdowns and equipment failure, emergency stops ok equipment.

Claims

A magnetic separator containing a magnetizing system, a housing equipped with nozzles for the input of the cleaned and the output of the cleaned medium, a working matrix consisting of rod, including wire, precipitation elements with the ability to change the volume of the working matrix, characterized in that the wire elements are made in the form of spring bodies oriented with respect to the magnetizing system with the possibility of passing the magnetic flux generated by it along the axes of the spring bodies and simultaneously oriented transverse to the direction otok cleaned in the working environment matrix.