Исследования, проведенные в направлении повышения надежности работы аппаратов с магнитоожиженным слоем [1, 2, 3, 4, 18], подтвердили положительное действие ряда применяемых в настоящее время конструктивных мер, способствующих изоляции рабочего объема от внутренних полостей устройства [5]. В местах возможной утечки ферромагнитных частиц из рабочего объема устанавливаются специальные кольца прямоугольного и клиновидного сечения из ферромагнитного материала, обладающего большим значением остаточной индукции (Вост). Такие кольца вызывают местную ориентацию ферромагнитных частиц в цепочке в зоне действия Вост колец. Эти цепочки, образуя по окружности колец своеобразный барьер, препятствуют уходу ферромагнитных частиц из рабочего объема аппаратов. Клиновидные кольца могут быть изготовлены из высокоуглеродистых сортов стали, обладающих значительной величиной Вост. В зоне острой части клиновидного кольца при включении обмотки управления создается магнитное поле с большим значением индукции В (практически до значения индукции насыщения материала кольца). При отключенной ОУ в зоне острой части клиновидного кольца будет действовать магнитное поле с индукцией, равной Вост материала кольца. Отделение объема рабочего зазора от внутренних полостей при помощи специальных элементов, обладающих остаточным магнетизмом, способствует повышению надежности работы аппаратов с магнитоожиженным слоем. Повышению надежности также способствует применение ферромагнитного заполнителя в «связанном» состоянии [6, 7]. При этом достигается эффект интенсификации технологических процессов перемешивания и измельчения в электромагнитных механоактиваторах (ЭММА) и электромагнитных смесителях (ЭМС) [8, 9, 10, 11, 12].
Целью исследования является повышение надежности работы аппаратов с магнитоожиженным слоем и интенсификация процессов измельчения и перемешивания материалов путем внедрения в конструктивное исполнение ЭММА и ЭМС лопастей из ферроэласта, обеспечивающих использование ферромагнитной составляющей рабочего объема в «связанном» состоянии.
Материалы и методы исследований
Объектом исследования являются конструкции аппаратов с магнитоожиженным слоем, выполненным в «связанном» состоянии. Использованы аналитические и экспериментально-статистические методы исследований.
Результаты исследования и их обсуждение
Работы, выполненные по повышению надежности аппаратов с магнитоожиженным слоем, привели к решению вносить ферромагнитные частицы в рабочий объем ЭММА, ЭМС и ЭМП в «связанном» состоянии. В рабочий объем вносится рабочий элемент (рис. 1, а), изготовленный из ферромагнитных частиц, связанных между собой эластичным материалом, например, полиуританом.
а б
Рис. 1. Конструкция рабочего объема с элементами ферроэласта: а – свободное ферроэластичное рабочее тело; б – закрепленное ферроэластичное рабочее тело
Рабочее тело 1 под действием магнитного поля с индукцией В, создаваемого м.д.с. обмотки управления, может изменять свою толщину δ и геометрическую форму, осуществляя при этом механическую связь между поверхностями, ограничивающими рабочий объем аппаратов. Ферроэластичное рабочее тело может быть не только свободно размещено в рабочем объеме, но и жестко соединено с поверхностями устройства (рис. 1, б) под действием сил магнитного поля, создаваемого м.д.с. обмотки управления. Ферроэласт притягивается частью своей поверхности к рабочим поверхностям аппаратов, осуществляя их сцепление. При этом конструкция аппаратов существенно упрощается. Отпадает необходимость в различного рода уплотнителях и ловушках. Путем подбора эластичного материала можно добиться увеличения значения удельного сцепляющего усилия, повышения количества и силы производственных контактов по частицам обрабатываемого продукта в процессе механоактивации, а также росту интенсивности и эффективности процесса перемешивания за счет повышения турбулентности перемещения слоев материала в объемах переработки продукции [13, 14, 15].
При этом выявлено, что мощность, затрачиваемая на управление физико-механическими процессами в рабочем объеме аппаратов, несколько увеличится за счет наличия в магнитопроводе участка из ферроэластичного материала, обладающего несколько большим магнитным сопротивлением. Но использование в качестве рабочего тела ферроэластичного материала позволяет повысить надежность работы аппаратов, сохранив их положительные свойства при существенном упрощении конструкции.
В настоящее время разработаны конструкции ЭММ и ЭМС, представляющие предмет изобретения (таблица) [16, 17].
Электромагнитные механоактиваторы (ЭММА) и электромагнитные смесители (СМС) c рабочими органами из ферроэласта
|
Свидетельство РФ № 653 |
Однороторный, коаксиальный, униполярный, с секционированной ОУ, однокамерный, с механическим смещением, импульсный, снабжен системой автоматического управления полярности и скважности посыла импульсов, вертикального исполнения |
Резание, средне-тонкий помол и перемешивание продуктов различной консистенции в пищевой, микробиологической и с.х. промышленностях |
Рис. 2: 1 – стержни секционированного корпуса; 2 – секционированная ОУ; 3 – ротор; 4 – кольца-смесители из ферроэласта; 5 – размольные тела в форме правильных призм удлиненной формы |
|
Патент РФ № 2043727
|
Однороторный, многополярный, 4-катушечный, 4-камерный, с механической энергией смещения, импульсный, снабжен коммутатором для переключения полярности полюсов электромагнитов
|
Тонкое измельчение дисперсной фазы в дисперсионной среде, перемешивание и гомогенизация жидких шоколадных масс и жировой глазури в кондитерском производстве, а также лекарственных препаратов в фармацевтической промышленности. Приготовление продуктов детского питания
|
Рис. 3: 1 – диамагнитный корпус; 2 – ротор-смеситель, выполненный в форме спирали из ферроэласта; 4 – электромагниты; 5 – цилиндрические рабочие органы |
|
Окончание таблицы |
|||
|
Патент РФ № 2045194 |
Двухроторный, коаксиальный, многополярный, 3-катушечный, однокамерный, с механическим смещением, импульсный, вертикального исполнения снабжен автоматической системой управления поочередного включения электромагнитов |
Тонкое измельчение, перемешивание и гомогенизация жидких и полужидких дисперсных систем, предназначенных для приготовления продуктов шоколадного производства, продуктов детского питания и лекарственных препаратов |
Рис. 4: 1 – спирали из ферроэласта (роторы); 2 – диамагнитный корпус; 3 – С-обратный магнитопровод; 4 – обмотка управления; 5 – диамагнитный стакан; 6 – сферические размольные элементы |
Так, выполнение лопастей в форме колец из ферроэласта, неподвижно закрепленных на вращающемся цилиндрическом роторе со стороны их внутренней поверхности и со смещением по вертикали емкости относительно друг друга на 90 ° (таблица, рис. 2), способствует (наряду с другими признаками) проведению в одном аппарате совмещенных процессов перемешивания и измельчения продуктов. Кольца, выполненные из ферроэласта – материала с высокими ферромагнитными, прочностными и эластичными свойствами, под действием сил электромагнитного поля способны непрерывно изменять свою форму и толщину, что вызывает повышение эффективности процессов помола и перемешивания за счет деформации и турбулизации потока частиц продукта и создания дополнительных силовых контактов между размольными элементами по всему объему рабочей камеры измельчителя. Перемешивающий орган, представляющий собой спирали из пластин ферроэласта с уменьшающимися к оси емкости длинами, шагами и средними диаметрами, использован в устройстве для перемешивания и измельчения материалов различного целевого назначения (таблица, рис. 3). В сочетании с другими новыми признаками в устройстве обеспечивается разность окружных скоростей между элементами спиралей и поверхностью емкости, способствующая более интенсивному разрушению и образованию структурных групп из размольных элементов и таким образом введению дополнительных силовых воздействий на частицы обрабатываемого продукта.
В ЭММА третьей группы, предназначенной для диспергирования частиц высокой прочности в дисперсионной среде при одновременной гомогенизации и интенсивном перемешивании продукта, использован способ обработки материала в тонком слое (таблица, рис. 4). Данное конструктивное исполнение ЭММА с введением лопасти из ферроэласта способствует увеличению подвижности размольных элементов за счет более интенсивного разрушения и образования контактных взаимодействий между рабочими органами аппарата. Достижению указанной цели также способствует введение в конструкцию аппарата дополнительных пар полюсов с чередующейся полярностью и изменяющейся по ходу движения продукта силой тока в ОУ.
Заключение
В результате исследований установлено, что повышению надежности работы аппаратов с магнитоожиженным слоем и интенсификации процессов измельчения и перемешивания материалов способствует внедрение в конструктивное исполнение ЭММА и ЭМС рабочих органов и лопастей из ферроэласта – материала, обеспечивающего использование ферромагнитной составляющей рабочего объема в «связанном» состоянии.