Результат интеллектуальной деятельности: АППАРАТ ВИХРЕВОГО СЛОЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к аппаратам, использующим для обработки материалов энергию вращающегося электромагнитного поля, воздействующего на ферромагнитные частицы, которые непосредственно взаимодействуют с обрабатываемым материалом, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известен аппарат вихревого слоя (Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах вихревого слоя, техника, 1976 г.), содержащий охлаждаемый маслом корпус, в котором размещена реакционная камера в виде трубы с ферромагнитными частицами, с зазором, установленной в осевом канале, охватывающего ее индуктора вращающегося электромагнитного поля.

Недостатком известного устройства являются ограниченные технологические возможности и недостаточная производительность.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является аппарат вихревого слоя (патент РФ №2072257, МКИ B01F 13/08, 1997 г.), содержащий коллектор, сообщенный с патрубком подвода охлаждающей среды и разделяющий ее поток на два потока, крышки с патрубками подвода и отвода охлаждающей среды, подключенными к внешней системе подачи и охлаждения, размещенный между крышками индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий осевой канал, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы, в рабочей зоне которой расположена вставка с ферромагнитными частицами, при этом аппарат снабжен системой регулирования подаваемой мощности, а также снабжен цилиндрическим кожухом, соединенным с крышками, а индуктор обечайкой, выполненной из немагнитного материала, охватывающей его снаружи и установленной с зазором относительно кожуха, при этом в стенке коллектора, обращенной к индуктору, выполнены кольцевая выточка и отверстия по обе стороны от нее, а один из торцов обечайки закреплен в этой выточке.

Техническим результатом является повышение производительности и расширение технологических возможностей.

Технический результат достигается тем, что в аппарате вихревого слоя непрерывного действия, содержащем коллектор, сообщенный с патрубком подвода охлаждающей среды и разделяющий ее поток на два потока, крышки с патрубками подвода и отвода охлаждающей среды, подключенными к внешней системе подачи и охлаждения, размещенный между крышками индуктор вращающегося электромагнитного поля, имеющий осевой канал, в котором с зазором к стенкам канала установлена реакционная камера в виде трубы, в рабочей зоне которой расположена вставка с ферромагнитными частицами, при этом аппарат снабжен системой регулирования подаваемой мощности, а также снабжен цилиндрическим кожухом, соединенным с крышками, а индуктор обечайкой, выполненной из немагнитного материала, охватывающей его снаружи и установленной с зазором относительно кожуха, при этом в стенке коллектора, обращенной к индуктору, выполнены кольцевая выточка и отверстия по обе стороны от нее, а один из торцов обечайки закреплен в этой выточке, вставка выполнена из четного количества, не менее четырех, полос постоянной ширины прямоугольной формы, скрученных в продольном направлении относительно собственной оси 0₁-0₁ и изогнутых по винтовой линии на цилиндрической оправке в поперечном направлении, при этом полосы согнуты попеременно в противоположные стороны по зонам ослабленного сечения в виде надрезов, выполненных с разных противоположных сторон полос под углом 60° друг к другу и к продольным кромкам полос с различным сочетанием углов наклона стенок в форме скосов зон ослабленного сечения в виде надрезов, а затем края стенок в форме скосов зон ослабленного сечения в виде надрезов соединяются друг с другом с образованием по длине полосы равносторонних треугольников, расположенных попеременно в противоположные стороны, при этом полосы соединены одна с другой по продольным кромкам с образованием по внутреннему периметру четырех и более криволинейных ломаных винтовых поверхностей и криволинейных ломаных винтовых канавок основного направления, а также четырех и более криволинейных ломаных винтовых поверхностей и криволинейных ломаных винтовых канавок противоположного направления.

По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого аппарата вихревого слоя непрерывного действия.

Новизна заключается в том, что вставка выполнена из четного количества, не менее четырех, полос постоянной ширины прямоугольной формы, скрученных в продольном направлении относительно собственной оси 0₁-0₁ и изогнутых по винтовой линии на цилиндрической оправке в поперечном направлении, при этом полосы согнуты попеременно в противоположные стороны по зонам ослабленного сечения в виде надрезов, выполненных с разных противоположных сторон полос под углом 60° друг к другу и к продольным кромкам полос с различным сочетанием углов наклона стенок в форме скосов надрезов зон ослабленного сечения в виде надрезов (α, β, ω, γ, δ, ω), а затем края надрезов соединяются друг с другом с образованием по длине полосы равносторонних треугольников, расположенных попеременно в противоположные стороны, при этом полосы соединены одна с другой по продольным кромкам с образованием по внутреннему периметру четырех и более криволинейных ломаных винтовых поверхностей и криволинейных ломаных винтовых канавок основного направления, а также четырех и более криволинейных ломаных винтовых поверхностей криволинейных ломаных винтовых канавок противоположного направления, что расширяет диапазон результирующих векторов перемещений ферромагнитных частиц между собой и с обрабатываемым материалом. Таким образом, двоякая кривизна поверхности элементов вставки обеспечивает усиление технологического эффекта благодаря наличию разнонаправленных векторов движения ферромагнитных частиц между собой и с обрабатываемым материалом, повышает производительность, расширяет технологические возможности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что элементы ломанной криволинейной винтовой поверхности вставки разнонаклонены не только друг к другу, но и к оси симметрии вставки, поэтому ферромагнитные частицы и обрабатываемые материалы получают дополнительное движение от наклоненных друг к другу элементов ломаных криволинейных винтовых поверхностей вставки, и так как количество криволинейных ломаных винтовых канавок основного направления равно количеству ломаных винтовых канавок противоположного направления, то увеличивается интенсивность взаимодействия ферромагнитных частиц между собой и с обрабатываемым материалом, повышается производительность и расширяются технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что скручивание каждой полосы в продольном и в поперечном направлениях обеспечивает дополнительное искривление поверхности вставки, благодаря чему увеличивается разность между углами наклона векторов перемещений ферромагнитных частиц между собой и с обрабатываемым материалом в соседних участках поверхности вставки, при этом ферромагнитные частицы движутся по сложным траекториям, увеличивая частоту столкновений или иным образом интенсифицируя процесс обработки, что увеличивает производительность и расширяет технологические возможности.

Новизна обусловлена тем, что вставка снабжена четырьмя и более винтовыми ломаными линиями равного шага, направленными навстречу друг к другу по периметру вставки и соответственно четырьмя и более криволинейными ломаными винтовыми канавками внутри вставки, направленными тоже навстречу друг другу, что обеспечивает создание направленных навстречу друг другу потоков ферромагнитных частиц между собой и с обрабатываемым материалом с максимальной энергоемкостью соударений частиц друг с другом и со стенками вставки под разными углами, увеличивает частоту их взаимодействия, увеличивает производительность и расширяет технологические возможности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что частота движения ферромагнитных частиц в предлагаемой конструкции вставки аппарата вихревого слоя непрерывного действия определяется не только частотой электромагнитного вращающегося поля, но и формой, количеством, размером элементов по периметру вставки, поэтому такое конструктивное оформление поверхности вставки за счет увеличения не только количества элементов, но и разнообразия форм и размеров в каждой секции вставки по периметру увеличивает частоту соударений ферромагнитных частиц между собой, с обрабатываемым материалом и со стенками вставки, повышает производительность, увеличивает технологические возможности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление вставки позволяет обеспечить не только расширение технологических возможностей, но и сжатие потоков ферромагнитных частиц и обрабатываемых материалов по мере продвижения от загрузки к выгрузке, что повышает эффективность обработки.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление вставки позволяет обеспечить последовательное постепенное уплотнение и разрежение потоков ферромагнитных частиц, что интенсифицирует процесс обработки и расширяет технологические возможности аппарата.

Новизна заключается в том, что благодаря направленным навстречу друг другу ломаным винтовым линиям вставки векторы скорости движения ферромагнитных частиц изменяются, что способствует интенсификации процесса обработки и расширяет технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что по внутреннему периметру вставки образованы ломаные винтовые поверхности по ее длине, что обеспечивает нарушение стационарности потоков ферромагнитных частиц внутри фильтра, повышение производительности, расширение технологических возможностей.

Новизна заключается также в том, что площадь поперечного проходного сечения вставки по длине многократно меняется, обеспечивая периодическое поджатие масс ферромагнитных частиц, что увеличивает интенсивность смешивания и энергоемкость соударений, расширяет технологические возможности.

На фиг. 1 изображен общий вид аппарата в разрезе; на фиг. 2 - коллектор; на фиг. 3 - поперечный разрез коллектора; на фиг. 4 - вставка аппарата, вид спереди; на фиг. 5 - вид Б на фиг. 4; фиг. 6 - вид одной полосы, из которой изготовлена вставка с ослабленными сеченими в плане; на фиг. 7 - разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 8 - вид полосы после скручивания в вертикальной плоскости относительно ее продольной оси 0₁-0₁; на фиг. 9 - вид полосы после изгиба на оправке, изогнутой по винтовой линии в поперечном направлении и согнутой по надрезам, со скошенными стенками; на фиг. 10 - сечение В-В на фиг. 9.

Аппарат вихревого слоя непрерывного действия (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) содержит реакционную камеру в виде трубы 1 из немагнитного материала, в рабочей зоне которой расположена сменная вставка 2 с ферромагнитными частицами (иголками) 3. Труба 1 размещена в осевом канале индуктора 4 с зазором 5. Индуктор 4 снаружи имеет обечайку 6, а труба 1 фиксируется в его осевом канале при помощи установочных винтов 7. Индуктор 4 с трубой 1 заключен в кожух 8, соединенный с крышками 9, 10 через уплотнения 11 и 12. На крышке 10 есть патрубок 13 подвода среды. Крышка 10 снабжена патрубком 14 для подвода охлаждающей среды, сообщенным с коллектором 15. Между обечайкой 6 и кожухом 8 образован кольцевой зазор 16. Стенка коллектора 15, обращенная к индуктору 4, имеет кольцевую проточку 17, в которой плотно установлен торец обечайки 6. По обе стороны проточки 17 выполнены отверстия 18 и 19 для прохода среды в зазоры 5 и 16. Питание индуктора 4 производят через токоввод 20, энергия к которому поступает от блока управления (не показан). Регулирование мощности производят в блоке управления по принятой системе. При монтаже аппарата штампованные пластины электротехнической стали запрессовывают в обечайку из немагнитного материала по типу статоров асинхронных двигателей, а катушки (обмотки) размещают в пазах пластин. Применение обечайки из железа допустимо, но при этом несколько ухудшаются электрические параметры аппарата. В осевой канал индуктора вводят и центрируют трубу (реакционную камеру), затем индуктор с трубой устанавливают в трубчатом кожухе при помощи торцевых крышек (фланцев) с уплотнениями. При этом формируются два кольцевых цилиндрических канала: между стенкой кожуха и обечайкой и между трубой и стенкой канала индуктора. Устанавливают коллектор и крышки.

Вставка 2, например, (фиг. 4, фиг. 5) изготовлена из четырех полос постоянной ширины прямоугольных формы 21, 22, 23, 24 с образованием по периметру по наружному диаметру вставки 2 четырех винтовых линий основного направления, например 25-26-27-28-29-30, и четырех ломаных винтовых линий противоположного направления, например 31-32-28-33-34-35.

На всех полосах 21, 22, 23, 24 (фиг. 5, фиг. 6) под утлом 60° к продольным кромкам 36 и 37 выполнены попеременно с противоположных сторон зоны ослабленного сечения в виде надрезов 38 и 39 со скошенными стенками (фиг. 6), расположенными попарно под утлом один к другому посредством фрезерования, обработкой давлением и т.п. с образованием равносторонних треугольников 40.

Геометрия и величины углов α, β, ω, γ, δ, ω скосов зон ослабленного сечения в виде надрезов 38 и 39 (фиг. 6 и фиг. 7) и их взаимное расположение определяют углы наклона равносторонних треугольников 40 друг к другу по периметру втулки 2. Полосы 21, 22, 23, 24 скручены в вертикальной плоскости (фиг. 8) в продольном направлении относительно собственной оси симметрии полосы 0₁-0₁, а затем изогнуты по винтовым линиям на цилиндрической оправке 41 в поперечном направлении (фиг. 9, фиг. 10) и согнуты по надрезам 38 и 39 со скошенными стенками в поперечно-продольном направлении, расположенными попарно под углом один к другому с обеих сторон полос, как, например, полоса 5 на фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8. На фиг. 8 показана одна из полос, например 24, скрученная в вертикальной плоскости вдоль своей продольной оси 0₁-0₁ с боковыми кромками 36 и 37. Предварительно скрученную в вертикальной плоскости относительно продольной оси 0₁-0₁ полосу, например 24, помещают на оправку 41 (фиг. 9, фиг. 10) и изгибают так, чтобы кромки 36 и 37 разместились по винтовым линиям и в поперечном направлении. После изгиба в поперечном направлении каждая из полос 21, 22, 23, 24 повернута относительно продольной оси 0₁-0₁ втулки 2 так, что их кромки образуют и в поперечном направлении полос винтовые линии с одинаковым шагом для всех полос. После этого полосу снимают с оправки 41 либо фиксируют на оправке 41. Аналогичным образом обрабатывают остальные полосы, например 21, 22, 23. После сгиба полосы, например полосы 24 (фиг. 9, фиг. 10), надрезы сваривают, в результате образуются ребра жесткости. Полосы 21, 22, 23, 24 после сгиба соединяют одна с другой по продольным кромкам 36 и 37. Такое соединение полос, например четырех полос 21, 22, 23, 24 становится возможным, так как после сгиба полос 21, 22, 23, 24, по прямым линиям сгиба 38 и 39 (фиг. 8 фиг. 9) попеременно друг к другу в противоположные стороны (фиг. 6) на полосе образуются элементы в виде равносторонних треугольников 40, расположенных на полосе попеременно в противоположные стороны с образованием по продольным кромкам полос 21, 22, 23, 24, точнее по периметру наружного диаметра втулки 2 ломаных винтовых линий основного направления, например на фиг. 4 четырех ломаных винтовых линий основного направления, одна из которых на фиг. 4 показана утолщенной линией 25-26-27-28-29-30, и четырех ломаных винтовых линий противоположного направления, например 31-32-28-33-34-35, с шагом S₂. При этом шаг винтовых линий основного направления S₁ и противоположного S₂ равны. В такой конструкции по длине втулки 2 каждое поперечное сечение - проходное сечение отличается от предыдущего, при этом меняется и площадь проходного сечения, что нарушает стационарность движения ферромагнитных частиц, увеличивает интенсивность их взаимодействия, расширяет технологические возможности. В такой конструкции втулки 2 образованы по внутреннему периметру криволинейные ломаные винтовые канавки основного направления с шагом S₁ и криволинейные ломаные винтовые канавки противоположного направления с шагом S₂. Эти канавки не только способствуют перемещению ферромагнитных частиц, но и обеспечивают интенсивное их взаимодействие, расширяют технологические возможности.

Аппарат вихревого слоя работает следующим образом.

Включают систему охлаждения. При этом охлаждающая среда через патрубок 14 поступает в коллектор 15 и через отверстия 18, 19 в нем в зазоры 6 и 16, равномерно омывает индуктор 4 и трубу 1, выводится из аппарата через патрубок 13. Затем подают энергию и устанавливают заданную нагрузку, после чего в трубу 1 с вставкой 2 подают продукт (материал), который после обработки ферромагнитными иголками 3 направляют на дальнейшую переработку или потребителю.

Так как втулка 2 снабжена винтовыми линиями равного шага, направленными одна навстречу другой, то в ней создаются потоки ферромагнитных иголок и обрабатываемых материалов, направленные один навстречу другому с максимально возможной энергоемкостью соударений.

Технико-экономические преимущества возникают за счет повышения производительности и расширения технологических возможностей, обусловленных увеличением интенсивности смешивания и энергоемкости соударений ферромагнитных частиц друг с другом и с обрабатываемым материалов, а также тем, что частота движения ферромагнитных частиц в предлагаемом аппарате увеличивается и определяется не только частотой электромагнитного вращающегося поля, но и количеством элементов, их конфигурацией, размерами в каждой секции вставки, при этом двоякая кривизна поверхности элементов вставки обеспечивает усиление технологического эффекта благодаря наличию разнонаправленных векторов движения ферромагнитных частиц между собой и с обрабатываемым материалом, повышает производительность, расширяет технологические возможности.