сепаратор магнитный

Формула изобретения

1. Сепаратор магнитный, включающий корпус, состоящий из камеры осаждения и камеры регенерации, магнитные стержни, выполненные из набора постоянных магнитов с заданными геометрическими размерами и магнитными характеристиками, обращенных одноименными полюсами друг к другу, которые установлены перпендикулярно потоку сепарируемой среды и перемещаются из камеры в камеру, устройство удаления примесей, устройство перемещения магнитных стержней, отличающийся тем, что магнитные стержни размещены внутри полых трубчатых осадительных элементов с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них, причем каждый ряд осадительных элементов, по ходу движения сепарируемой среды, выполнен индивидуальным, за счет установки в них магнитных стержней, которые отличаются друг от друга по меньшей мере одним из параметров, характеризующих магнитные свойства, геометрические размеры и взаимное пространственное расположение постоянных магнитов и дополнительных концентраторов между ними в камере осаждения.

2. Сепаратор магнитный по п.1, отличающийся тем, что в осадительных элементах по ходу движения сепарируемой среды намагничивающие стержни выполнены из магнитов с увеличивающейся энергией.

3. Сепаратор магнитный по п.1, отличающийся тем, что в осадительных элементах по ходу движения сепарируемой среды намагничивающие стержни выполнены с уменьшающимся диаметром магнитов и концентраторов.

4. Сепаратор магнитный по п.1 или 3, отличающийся тем, что по ходу движения сепарируемой среды количество осадительных элементов в рядах возрастает.

5. Сепаратор магнитный по п.1, отличающийся тем, что в каждом последующем по ходу движения сепарируемой среды ряду осадительных элементов намагничивающие стержни установлены со смещением концентраторов относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной потоку среды.

6. Сепаратор магнитный по п.5, отличающийся тем, что величина смещения концентраторов определяется отношением суммарной толщины магнита и концентратора к количеству рядов осадительных элементов.

7. Сепаратор магнитный по п.1, отличающийся тем, что намагничивающие стержни дополнительно снабжены торцевой фигурной ферромагнитной шайбой с выборкой материала в верхней части осадительного элемента.

8. Сепаратор магнитный по п.1, отличающийся тем, что концентраторы намагничивающих стержней для каждого отдельного ряда осадительных элементов имеют одинаковую полярность в плоскости, перпендикулярной осадительным элементам.

9. Сепаратор магнитный по п.1, отличающийся тем, что концентраторы намагничивающих стержней в плоскости, перпендикулярной осадительным элементам, для рядов имеют противоположную полярность.

10. Сепаратор магнитный по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что устройство удаления примесей установлено снаружи осадительного элемента с возможностью перемещения в камере регенерации за счет магнитного взаимодействия с магнитным стержнем.

11. Сепаратор магнитный по п.1 или 10, отличающийся тем, что устройство удаления примесей содержит шунт, который замыкает магнитный поток между двумя смежными концентраторами противоположной полярности магнитного стержня.

12. Сепаратор магнитный по п.1 или 10, отличающийся тем, что устройство извлечения примесей выполнено составным, причем одна часть установлена с возможностью перемещения в камере регенерации, а другая - вне ее и связана с устройством перемещения магнитных стержней, при этом осадительный элемент выполнен герметичным.

13. Сепаратор магнитный по п.1, отличающийся тем, что трубчатый осадительный элемент установлен с возможностью вынимания из камеры осаждения на период регенерации.

14. Сепаратор магнитный по п.1 или 13, отличающийся тем, что магнитный стержень и устройство его перемещения связаны магнитным взаимодействием.

15. Сепаратор магнитный по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что осадительные элементы механически связаны между собой в пакет с возможностью пропорционального изменения взаимного расстояния между ними.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области магнитного разделения материалов и может быть использовано в пищевой, горно-обогатительной, химической и ряде других отраслей промышленности для извлечения из сыпучих материалов магнитных включений.

Известен магнитный фильтр [1], состоящий из корпуса, верхнего и нижнего фланцев, задвижки и выдвижного блока магнитных элементов, закрепленных на передней стенке корпуса.

Недостатком фильтра является трудоемкий процесс регенерации магнитных элементов вследствие их ручной очистки от уловленных металлопримесей, а также необходимость перекрытия потока сепарируемой среды для регенерации элементов, что снижает производительность процесса сепарации в целом.

Известен также магнитный сепаратор для удаления магнитных частиц из потока сыпучего продукта [2], который состоит из корпуса, входной и выходной труб, соединенных с корпусом. В корпусе установлены выдвижные, открытые сверху и снизу, ящики с рядом осадительных трубок, в которых размещены закрепленные на общей пластине магнитные стержни. Ящики установлены один под другим, при этом трубки расположены под углом 90^o. Регенерация осуществляется путем предварительного вытягивания одного из выдвижных ящиков из корпуса и последующего удаления магнитных стержней из трубок.

Недостатком сепаратора является низкая эффективность процесса сепарации вследствие разнесенного по высоте расположения рядов осадительных трубок, а также попадание задержанных магнитных частиц с осадительных трубок в сепарируемый продукт при выдвижении ящиков для регенерации трубок.

Наиболее близким по технической сущности является решетчатый магнитный сепаратор [3] (прототип), который состоит из корпуса, функционально разделенного на камеры осаждения и регенерации, установленных перпендикулярно потоку сепарируемой среды рядов осадительных элементов с намагничивающей системой внутри них в виде набора постоянных магнитов, обращенных одноименными полюсами друг к другу, устройства удаления примесей, размещенного на осадительном элементе с возможностью перемещения в камере регенерации при возвратно-поступательном движении осадительных элементов.

К числу наиболее существенных недостатков прототипа следует отнести низкую эффективность процесса сепарации из-за нерационального конструктивного выполнения намагничивающей системы, что, например, приводит к проскоку частиц примесей, особенно тех, которые обладают малыми размерами и слабыми магнитными свойствами. Кроме того, как показывает опыт эксплуатации таких систем, в процессе регенерации часть уловленных примесей остается на верхней поверхности осадительных элементов в силу различных причин, например из-за их повышенной влажности и склонности к налипанию, и после регенерации повторно попадает в сепарируемый поток продукта, снижая эффективность работы сепаратора в целом.

Сущность изобретения заключается в том, что для повышения эффективности работы сепаратора магнитного, который включает корпус, магнитные стержни, выполненные из набора постоянных магнитов с заданными геометрическими размерами и магнитными характеристиками, обращенных одноименными полюсами друг к другу, которые установлены перпендикулярно потоку сепарируемой среды и перемещаются из камеры в камеру, устройство удаления примесей, устройство перемещения магнитных стержней, магнитные стержни размещены внутри полых трубчатых осадительных элементов с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них, причем каждый ряд осадительных элементов, по ходу движения сепарируемой среды, выполнен индивидуальным за счет установки в них магнитных стержней, которые отличаются друг от друга, по меньшей мере, одним из параметров, характеризующих магнитные свойства, геометрические размеры и взаимное пространственное расположение постоянных магнитов и дополнительных концентраторов между ними в камере осаждения. В осадительных элементах по ходу движения сепарируемой среды намагничивающие стержни выполнены, например, из магнитов с увеличивающейся магнитной энергией или с уменьшающимся диаметром магнитов и концентраторов, при этом количество осадительных элементов в рядах возрастает, а для каждого последующего по ходу движения сепарируемой среды ряда осадительных элементов намагничивающие стержни могут быть установлены со смещением концентраторов относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной потоку среды. Величина смещения концентраторов определяется отношением суммарной толщины магнита и концентратора к количеству рядов осадительных элементов.

Концентраторы намагничивающих стержней для каждого отдельного ряда осадительных элементов в плоскости, перпендикулярной осадительным элементам, имеют одинаковую полярность, а для рядов - имеют противоположную полярность. Кроме того, для улучшения условий регенерации осадительных элементов, исключения попадания сепарируемой среды в камеру регенерации при очистке, повышения надежности сепаратора намагничивающие стержни могут дополнительно иметь торцевую фигурную ферромагнитную шайбу с выборкой материала в верхней части осадительного элемента, а устройство удаления примесей выполнено, например, в виде кольцевой фигурной шайбы-уплотнителя, содержащей магнитопровод из ферромагнитного материала, который замыкает магнитный поток между двумя крайними смежными концентраторами противоположной полярности намагничивающего стержня.

Устройство удаления примесей может быть выполнено составным, причем одна часть установлена с возможностью перемещения в камере регенерации, а другая - вне ее и связана с устройством перемещения намагничивающих стержней, при этом осадительный элемент выполнен герметичным для удаления попадания во внутрь пыли и влияния факторов внешней среды на постоянные магниты. Трубчатый осадительный элемент может быть установлен с возможностью вынимания его из камеры осаждения на период регенерации, причем магнитный стержень и устройство для его перемещения связаны магнитным взаимодействием. При этом универсальность сепаратора в отношении сепарируемых сред и содержащихся в них примесей, а также повышение эффективности и динамичности самого процесса сепарации достигаются тем, что осадительные элементы могут быть механически связаны между собой в пакет с возможностью пропорционального изменения взаимного расстояния между ними и, следовательно, условий процессов сепарации и регенерации.

Сопоставительный анализ с прототипом свидетельствует о том, что предлагается сепаратор, отличающийся от него: во-первых, исполнением намагничивающих стержней для каждого ряда осадительных элементов; во-вторых, взаимным расположением намагничивающих стержней в рядах осадительных элементов; в-третьих, возможностью перемещения намагничивающих стержней внутри осадительных элементов; в-четвертых, магнитной связью устройства удаления примесей с намагничивающим стержнем, а также магнитным взаимодействием магнитного стержня и устройства для его перемещения; в-пятых, возможностью изменения взаимного расстояния между осадительными элементами; в-шестых, торцевой фигурной ферромагнитной шайбой с выборкой материала в верхней части осадительного элемента.

Сказанное свидетельствует о том, что заявленный сепаратор соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого изобретения с аналогами и другими техническими решениями свидетельствует о том, что некоторые отдельные его технические элементы известны в технологии магнитной сепарации. Так, например, известно выполнение осадительных элементов в виде полых трубок, внутри которых установлены с возможностью перемещения постоянные магниты [2, 3, 4], выполнение намагничивающих стержней в виде наборного пакета магнитных пластин, ориентированных в осадительном элементе своими плоскостями перпендикулярно его оси, обращенных друг к другу одноименными полюсами и разделенных прокладками [4].

Однако следует отметить, что не известна неразрывная взаимосвязь и сочетание конструктивных элементов заявляемого магнитного сепаратора, которая позволяет получить новые свойства, достигнуть положительного эффекта и решить поставленную цель изобретения. Например, выполнение осадительных элементов с уменьшением их поперечного размера и увеличения их количества в ряду в направлении сепарации; изменение магнитной энергии материала магнитов; взаимное расположение концентраторов намагничивающих стержней и их полюсности. Перемещение осадительных элементов в корпусе сепаратора происходит с одновременным перемещением магнитных стержней внутри них за счет магнитного взаимодействия с устройством перемещения. Одновременно с этим некоторые элементы выполняют сразу несколько функций. За счет ранее неизвестного использования магнитного взаимодействия между устройством удаления примесей и магнитным стержнем, есть возможность перемещать его при движении стержня внутри осадительного элемента, а также, наоборот, за счет движения устройства, перемещать стержень. Таким образом, устройство удаления примесей служит одновременно для снятия примесей с поверхности осадительного элемента, герметизации камеры осаждения при сепарации и перемещения самого магнитного стержня.

Таким образом, вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показан общий вид магнитного сепаратора; на фиг.2 - то же (вариант); на фиг. 3 - вариант сепаратора (осадительные элементы с возможностью перемещения); на фиг.4 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.5 - сечение А-А на фиг.1 (осадительные элементы различного диаметра); на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.4; на фиг.7 - намагничивающий стержень с торцевой шайбой; на фиг.8 - вид Г на фиг.7; на фиг.9 - устройство удаления примесей; на фиг.10 - устройство удаления примесей (вариант); на фиг.11 - вариант установки осадительных элементов с возможностью пропорционального изменения расстояния между ними.

Магнитный сепаратор состоит из корпуса 1, который включает камеры осаждения 2 и регенерации 3, установленные перпендикулярно потоку сепарируемой среды параллельных рядов осадительных элементов 4, в виде полых трубчатых тел, внутри которых расположены с возможностью перемещения вдоль их оси магнитные стержни 5, выполненные из набора кольцевых постоянных магнитов 6, обращенных одноименными полюсами к ферромагнитным концентраторам 7, устройств удаления примесей 8 и перемещения намагничивающих стержней 9. Осадительные элементы 4 в каждом ряду характеризуются индивидуальными параметрами, например намагничивающие стержни 5 могут быть выполнены из магнитов 6 с увеличивающейся магнитной энергией по ходу движения сепарируемой среды (фиг. 4), с уменьшающимся диаметром магнитов 6 и концентраторов 7 (фиг.5) и установленными со смещением концентраторов 7 относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной потоку среды (фиг. 6). Намагничивающие стержни 5 могут быть дополнительно снабжены торцевой фигурной ферромагнитной шайбой 10 с выборкой материала в верхней части осадительного элемента (фиг.7, 8). Устройство для удаления примесей 8 установлено на внешней поверхности осадительного элемента 4 с возможностью возвратно-поступательного движения, по меньшей мере, в камере регенерации 3 (фиг.2, 9), магнитно связано с намагничивающим стержнем 5 и может быть выполнено, например, в виде кольцевой фигурной шайбы-уплотнителя, которая для усиления силового взаимодействия со стержнем 5 содержит магнитопровод из ферромагнитного материала, замыкающий магнитный поток между двумя крайними смежными концентраторами 7 противоположной полярности намагничивающего стержня 5 (фиг.9). Кроме того, устройство удаления примесей 8 может быть выполнено составным (фиг.10), причем одна часть установлена с возможностью перемещения в камере регенерации 3, а другая - вне ее и связана с устройством перемещения 9 намагничивающих стержней 5, при этом осадительный элемент 4 выполнен герметичным. Осадительные элементы 4 механически связаны между собой в пакет с возможностью пропорционального изменения взаимного расстояния между ними (фиг.11). Осадительные элементы 4 могут быть установлены с возможностью выдвижения из камеры осаждения 2 на период регенерации (фиг.3), при этом они дополнительно имеют крышку 11 на торце осадительного элемента 4 в камере осаждения 2. Магнитный стержень 5 с противоположной стороны соединен со штоком 12, магнитно связанным с плитой 13, которая жестко соединена с устройством перемещения 9 (фиг. 11).

Работает сепаратор следующим образом. Сепарируемая среда подается в камеру осаждения 2 и попадает на осадительные элементы 4, где она разделяется на потоки. Удаляемые примеси, проходя через зоны, имеющие повышенный градиент и напряженность магнитного поля в местах размещения концентраторов 7, захватываются и локализуются на поверхности осадительных элементов 4, при этом накопление примесей происходит, в основном, на нижней (теневой) поверхности. Очищенная от примесей среда отводится из корпуса 1. Уловленные примеси удаляются с поверхности осадительных элементов 4 в процессе регенерации. Для этого намагничивающие стержни 5, используя устройство перемещения 9 (например, пневматическое) отводят из камеры осаждения 2 через камеру регенерации 3 за пределы корпуса 1, при этом удаленные частицы примесей перемещаются в камеру регенерации 3 и счищаются стенкой камеры (вариант на фиг.1). По варианту выполнения сепаратора на фиг.2 устройство удаления примесей 8, вследствие магнитного взаимодействия со стержнем 5 смещается в камере регенерации 3, открывая отверстие в стенке камеры осаждения 2, примеси, которые удаляются вслед за стержнем 5 перемещаются в камеру регенерации 3 и счищаются с поверхности осадительного элемента 4 устройством удаления примесей 8. После регенерации магнитные стержни 5 устанавливаются в камере осаждения 2, при этом устройство удаления примесей 8 герметизирует камеру (фиг.2).

По варианту выполнения сепаратора на фиг.3 процесс регенерации осадительных элементов 4 осуществляется следующим образом. Сначала устройством перемещения 9 осадительный элемент 4 выдвигается из камеры осаждения 2 в камеру регенерации 3 вместе с задержанными на его поверхности примесями, крышка 11, и устройство удаления примесей 8 упираются в элементы корпуса сепаратора. Дальше магнитный стержень 5 за счет магнитной связи с плитой 13, перемещаясь, тянет за собой примеси к устройству очищения примесей 8, где они после этого обсыпаются и удаляются из корпуса 1. При обратном движении плиты 13 магнитный стержень 5 упирается в крышку 11 и осадительный элемент 4 устанавливается в камере осаждения 2. В зависимости от конструктивного решения сепаратора регенерация осадительных элементов 4 может выполняться как для всех одновременно, с прерыванием подачи потока среды, так и по очереди, в процессе сепарации, что позволяет обеспечить беспрерывность работы сепаратора.

За счет выполнения намагничивающих стержней 5 из магнитов 6 с увеличивающейся магнитной энергией по ходу движения сепарируемой среды (фиг.2) достигается повышение эффективности сепарации продуктов с широким спектром дисперсности и магнитных свойств примесей. На первом ряду осадительных элементов 4 извлекаются более крупные примеси с более выраженными магнитными свойствами, а на следующих - мелкодисперсные и слабомагнитные.

Повышение эффективности сепарации достигается также вследствие выполнения осадительных элементов 4 с уменьшением их поперечного размера и увеличения их количества в ряду по ходу сепарации (фиг.3), что создает необходимые условия для распушивания среды и для усиления "подвижности" ферромагнитных частиц, так как нарушается "жесткость" структуры сыпучего материала. В этом случае частицы, не будучи зажатыми гранулами сепарируемого материала, осаждаются не только в результате случайного касания с намагниченными зонами осадительных элементов 4, но и получают возможность пространственного "дрейфа" в зону большей неоднородности поля.

Благодаря выполнению намагничивающей системы с большим количеством полюсных участков и за счет взаимного расположения концентраторов 7 близлежащих осадительных элементов 4, формируется оптимальное магнитное силовое пространство зоны сепарации, способное притягивать частицы, пространственно удаленные от осадительных элементов 4 на их поверхность, повышается эффективность сепарации. При размещении концентраторов 7 таким образом, что в плоскости, перпендикулярной осадительным элементам 4, они в каждом ряду имеют одинаковую полярность, чередующуюся для рядов, магнитное поле как бы растягивается вдоль стержней в рядах и усиливается между рядами. Создаются наилучшие условия для эффективного улавливания и удержания уловленных примесей на поверхности осадительных элементов 4 одновременно с выдергиванием примесей из середины потока среды в междурядном пространстве камеры осаждения 2.

Для "вязких" потоков сепарируемых сред, с целью исключения проскока частиц примесей, в каждом последующем по ходу движения сепарируемой среды ряду осадительных элементов 4 намагничивающие стержни 5 устанавливаются со смещением концентраторов 7 относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной потоку среды (фиг.4). Величина смещения концентраторов 7 определяется отношением суммарной толщины магнита 6 и концентратора 7 к количеству рядов осадительных элементов 4, таким образом, все живое сечение потока среды в ходе сепарации "перекрыто" высокоградиентными зонами магнитного поля.

При движении в процессе регенерации намагничивающего стержня 5, снабженного торцевой фигурной ферромагнитной шайбой 10, примеси с верхней поверхности осадительных элементов 4 смещаются на боковую и потом опадают в камере регенерации 3 после выведения намагничивающего стержня 5 за пределы корпуса 1, тем самым повышается эффективность регенерации.

Выполнение устройства удаления примесей 8 составным, когда одна часть установлена с возможностью перемещения лишь в камере регенерации 3, а другая - вне ее и связана с устройством перемещения 9 намагничивающих стержней 5, позволяет герметизировать осадительный элемент 4, исключив негативное влияние окружающей среды на материал магнитов 6 и концентраторов 7, попадание пыли внутрь осадительного элемента 4. Тем самым повышается надежность работы и долговечность элементов сепаратора.

Выполнение осадительного элемента 4 с возможностью выдвижения из камеры осаждения 2 позволяет исключить осыпание уловленных частиц при регенерации в зоне сепарации продукта и тем самым повысить эффективность очистки.

В случае механической связи осадительных элементов 4 в пакеты с возможностью пропорционального изменения взаимного расстояния между ними достигается универсальность и оперативная настройка сепаратора в отношении сепарируемых сред с различными гранулометрическими характеристиками и другими свойствами.

Источники информации

1. Gated drawer filter, United States Patent 4750996, 6/1988, Meister, В 03 С 1/00.

2. Magnetic particle separator, United States Patent 5316151, 5/1994, Thompson, В 03 С 1/00.

3. Self-cleaning grate magnet and bushing, United States Patent 5190159, 3/1993, Barker, В 03 С 1/00.

4. Магнитный сепаратор, патент Российской Федерации 2047385. Бюл. 31, 1995.