CC BY
33
5. Куликов С.И., Ризванов Ф.Ф., Романчук В.А., Ковалевский С.В. Прогрессивные методы хонингования. М.: Машиностроение, 1983. 135 с.
6. Амитон Г.Л., Байсупов И.А., Барон Ю.М. и др. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам
обработки. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988. 179 с.
7. Байсупов И.А. Электрохимическая обработка металлов. М.: Высш. шк., 1981. 152 с.
8. Левинг Б.Г., Пятов Я.Л. Алмазное хонингование отверстий. Л.: Машиностроение, 1969. 112 с.
УДК 621.187.127 + 621.928.8
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОЙ МАГНИТНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
© А.Г. Семенов1, В.В. Скутельник2, О.Л. Маломыжев3
1Санкт-Петербургский государственный политехнический университет,
Институт энергетики и транспортных систем,
195251, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29.
2,3Иркутский государственный технический университет,
Институт авиамашиностроения и транспорта,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассматривается актуальная для экологии, безопасности жизнедеятельности человека и технических систем (в том числе для транспортного машиностроения) проблема фильтрации воздуха, воды и других текучих газообразных и жидких сред. Авторы предлагают осуществлять фильтрацию текучих сред посредством семейства (серии) оригинальных по конструкции и принципу действия универсальных магнитных фильтров, фильтровальная решетка которых формируется из ферромагнитной сыпучей массы непосредственно в проточной части при включении источника магнитного поля. Соответственно имеет место комплекс положительных эффектов, включая возможность оперативной регулировки архитектуры фильтровальной решетки (параметров) фильтра и безразборной его регенерации. Ил. 7. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: очистка жидкости; очистка газа; магнитное поле; металлические примеси; фильтрация; регенерация фильтра.
TECHNICAL SUPPORT OF CONTROLLED MAGNETIC FILTERING OF LIQUIDS AND GASES A.G. Semenov, V.V. Skutelinik, O.L. Malomyzhev
St. Petersburg State Polytechnical University,
Institute of Power Engineering and Transportation Systems,
29 Polytekhnicheskaya St., Saint-Petersburg, 195251, Russia.
Irkutsk State Technical University,
Institute of Aircraft Engineering and Transport,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article deals with the problem of filtering air, water and other gaseous and fluid ambiences that is relevant for the ecology as well as safety of vital activity of humans and engineering systems (transport machine-building included). The authors propose to implement the filtering of fluid ambiences by means of the family (series) of universal magnetic filters original in design and operation principle, whose filtering lattice is formed from ferromagnetic bulky mass in the flow channel when the source of the magnetic field is switched on. As a result, there is a complex of positive effects, involving the possibility of operative adjustment of the architecture of filtering lattice (parameters) of the filter and its stripping-free regeneration. 7 figures. 3 sources.
Key words: liquid cleaning; gas cleaning; magnetic field; metallic admixtures; filtering; filter regeneration.
1Семенов Александр Георгиевич, кандидат технических наук, доцент кафедры двигателей, автомобилей и гусеничных машин, тел.: 89052014635, В921579В5В3, e-mail: agentnomer117@mail.ru
Semenov Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department Engines, Vehicles and Track-Type Machines, tel.: В90б2014б3б, В921579В5В3, e-mail: agentnomer117@mail.ru
2Скутельник Виталий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры менеджмента и логистики на транспорте, тел.: В914ВВВб044, (3952) 405135, e-mail: vfkmvfkm@rambler.ru
Skutelinik Vitaly, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Management and Transport Logistics, tel.: В914ВВВб044, (3952) 405135, e-mail: vfkmvfkm@rambler.ru
3Маломыжев Олег Львович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта, тел.: 89027658015, (3952) 40513б, e-mail: olm@bk.ru
Malomyzhev Oleg, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Transport, tel.: В9027б5В015, (3952) 40513б, e-mail: olm@bk.ru
Введение
Говоря о фильтрах для грубой или тонкой очистки газообразных и жидких текучих сред (прежде всего, воздуха или воды как важнейших для жизнедеятельности и ряда технологических процессов веществ), выделяют магнитные фильтры (МФ). При этом имеют в виду технические средства - улавливатели металлических магнитных включений в очищаемой текучей среде (ферромагнетиков, диамагнетиков и парамагнетиков). Принцип действия таких устройств основан на организации силового взаимодействия улавливаемой частицы (посредством ее собственного магнитного поля) со встроенным в фильтр источником искусственного магнитного поля, пространственно перекрывающего проточный («рабочий») объем фильтра.
В то же время, разделяют специализированные и универсальные (комбинированные) магнитные фильтры. Если первые задерживают исключительно магнитные макро- и/или микрочастицы, то вторые - любые независимо от наличия или отсутствия у них магнитных свойств. Обязательное условие задержки фильтром инородных немагнитных частиц и малоразмерных тел - наличие в проточной его полости фильтровальной решетки (ФР), в той или иной степени соответствующей заданным ее стереометрическим, структурным характеристикам («архитектура» решетки).
Естественно, чем «мелкоячеистее» ФР (при неизменной силовой характеристике искусственного магнитного поля), тем она более эффективна, но оказывает большее сопротивление движению очищаемой текучей среды.
Кроме того, важен и процесс регенерации (очистки, восстановления в той или иной степени первоначального состояния ФР) как неизбежного этапа «жизненного цикла» фильтра многоразового действия. Возможна ли регенерация вообще и если да, то насколько она удобна и рентабельна, возможна ли без разборки фильтра, поддается ли автоматизации, насколько полно восстанавливаются свойства, сколько циклов допускает?
Особо приветствуются устройства с возможностью эффективной безразборной регенерации. Но ее затрудняет «лабиринтность» структуры ФР (рациональная, с точки зрения улавливания инородных примесей). Налицо противоречие между требованиями увеличения аэро-/газодинамического сопротивления решетки в режиме «фильтрация» и его уменьшения в режиме «регенерация».
Целесообразно также в зависимости от возможных изменений условия эксплуатации регулировать процесс фильтрации путем оперативного дистанционного или автоматического изменения архитектуры ФР.
Большие возможности во всех перечисленных аспектах открывают устройства с дистанционно и автоматически регулируемыми (в части архитектуры) фильтровальными решетками на основе ферромагнитной сыпучей массы. Характерные особенности таких фильтров - формирование ФР непосредствен-
но в проточной части фильтра при включении источника внешнего (искусственного улавливающего) магнитного поля. Соответственно обеспечивается не только возможность формирования и оперативного (дистанционного и автоматического) регулирования архитектуры решетки, но и весьма простой и также оперативной (дистанционной и автоматической) регенерации фильтра.
Здесь источник магнитного поля выступает как устройство, улавливающее магнитные примеси и формирующее архитектуру ФР.
Рассмотрим (в хронологической и логической последовательности) ряд оригинальных, выполненных на уровне изобретений, авторских технических предложений в этой области.
1. Магнитный фильтр МФ-1
В массиве созданных человечеством МФ можно выделить как один из относительно близких аналогов устройства, содержащие рабочую камеру, подводящий и отводящий патрубки, ФР и источник магнитного поля, охватывающий рабочую камеру. ФР выполнена из ферромагнитной проволоки, является частью магнитной цепи и намагничивается с помощью обмотки возбуждения, окружающей часть цепи [1]. Недостатками такого фильтра являются высокая стоимость, трудоемкость регенерации, большой расход промывочной среды, нецелесообразность применения для тонкой очистки текучей среды от немагнитных примесей ввиду сложности изготовления мелкоячеистой решетки.
Еще более близким по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков к предлагаемому устройству является МФ (прототип), содержащий рабочую камеру, подводящий и отводящий патрубки, сыпучую фильтровальную ферромагнитную массу и несколько установленных по длине рабочей камеры и охватывающих ее рядов источников магнитного поля, снабженных магнитопроводами [2].
Такой фильтр имеет неоптимальную структуру фильтровальной массы, которая определяется в значительной степени особенностями внешнего магнитного поля. Элементы, составляющие фильтровальную массу, при включении магнитного поля распределяются по силовым линиям последнего, образуя ФР с меньшей эффективностью улавливания в продольном направлении и большей - в поперечном.
Возникает потребность и естественное желание повысить эффективность фильтрации путем улучшения структуры фильтровальной массы, то есть архитектуры «построенной» из нее решетки.
Суть предлагаемого технического решения поставленной задачи кратко может быть сформулирована (как новая совокупность существенных конструктивных признаков устройства МФ-1) следующим образом.
В магнитном фильтре, содержащем рабочую камеру, подводящий и отводящий патрубки, сыпучую фильтровальную ферромагнитную массу и несколько установленных по длине рабочей камеры и охватывающих ее рядов источников магнитного поля, снабженных магнитопроводами, каждый ряд источ-
ников магнитного поля выполнен в виде нескольких горизонтально установленных магнитов, соединённых между собой одноименными полюсами посредством магнитопроводов, причем каждый последующий ряд повернут вокруг продольной оси рабочей камеры относительно предыдущего ряда.
Рассмотрим устройство фильтра МФ-1 подробнее (рис. 1-4).
Рис. 1. Пример конструктивного выполнения магнитного фильтра МФ-1, вид сбоку в разрезе
Рис. 3. Разрез А-А на рис. 1 со схематическим изображением магнитов и фильтрующей массы
Рис. 2. Разрез А-А на рис. 1
Рис. 4. Электромагнит
Магнитный фильтр содержит наружный корпус 1, подводящий патрубок 2, отводящий патрубок 3, немагнитную рабочую камеру 4, магниты 5, магнитопро-воды 6, верхнюю горловину 7 с пробкой, нижний патрубок 8 с пробкой и сыпучую фильтровальную ферромагнитную массу 9 (преимущественно ферромагнитные опилки или стружки).
Магниты 5 установлены горизонтально в пространстве между немагнитной камерой 4 и наружным экранирующим корпусом 1 симметрично относительно продольной оси рабочей камеры 4 и соединены между собой одноименными полюсами посредством магни-топроводов 6, охватывающих камеру 4 таким образом, что силовые линии магнитного поля распределены по всей площади поперечного сечения камеры 4. Количество соединенных между собой магнитов 5 не менее двух. По длине камеры 4 установлено несколько изолированных друг от друга рядов магнитов 5 с магнито-проводами 6, причем каждый последующий ряд повернут вокруг продольной оси камеры 4 относительно предыдущего ряда.
Величина угла взаимной установки рядов и число рядов выбираются, исходя из требуемой геометрии («архитектуры») ФР. При этом могут быть рекомендованы, например, зависимости:
a¡ = 1807л или a¡ = 90
где / - порядковый номер ряда, начиная со второго; л - число рядов; а - угол взаимного смещения двух смежных рядов.
Магнит 5 может быть выполнен либо в виде электромагнита (см. рис. 4), состоящего из немагнитного каркаса 10 с обмоткой 11 и немагнитного сердечника 12, связанного с магнитопроводами 6, либо в виде постоянного магнита.
ФР подготавливают путем введения в рабочую камеру через горловину 7: ферромагнитной массы 9 при включенном магнитном поле. При этом массу 9 перемещают вдоль камеры 4 и уплотняют посредством пестика с диаметром, не превышающим внутренний диаметр камеры 4.
Под действием поля, создаваемого его источником (магнитами 5 с магнитопроводами 6), ферромагнитные частицы массы 9 ориентируются по силовым линиям поля, вследствие чего вся масса 9 упорядо-ченно распределяется по объему камеры 4, образуя многослойную ФР. За счет взаимного поворота рядов возбудителя магнитного поля, зазоры между скоплениями массы 9 (т.е. между силовыми линиями магнитного поля) каждого последующего ряда неэквидистантны аналогичным зазорам предыдущего ряда, что обусловливает повышенную эффективность улавливания в продольном направлении (в направлении потока фильтруемой среды).
Фильтр МФ-1 работает следующим образом.
Подаваемая в патрубок 8 подлежащая очистке текучая среда (например, воздух) направляется в камеру 4 и фильтруется, проходя в зазорах между отдельными ферромагнитными частицами фильтровальной массы 9 и их скоплениями.
За счет смещения рядов возбудителя магнитного поля частицы-примеси движутся по более сложным траекториям, чем траектории только в пределах одного ряда («лабиринтность» ФР), и задерживаются решеткой, сформированной из массы 9 магнитным полем.
Немагнитные частицы задерживаются решеткой механически, а магнитные частицы - одновременно механически и за счет магнитных сил взаимодействия.
Применение предлагаемого магнитного фильтра позволяет повысить эффективность очистки текучей среды от магнитных и немагнитных частиц. Повышение эффективности фильтрации обусловлено улучшением структуры фильтровальной массы 9 (ФР) путем усложнения конфигурации зазоров между упорядоченными скоплениями ферромагнитной массы 4, то есть за счет улучшения послойной и межслойной архитектуры ФР.
Устройство МФ-1 признано изобретением [3], использование которого не потеряло своей актуальности, например, в очистных промышленных установках, системах питания ДВС, в лабораторном оборудовании, в быту и других областях человеческой жизненной активности, хозяйственной деятельности.
2. Магнитный фильтр МФ-2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату ко второму варианту конструкции (прототипом) является магнитный фильтр МФ-1 (см. п. 1). В нем, напомним, магнитодержатели закреплены неподвижно относительно рабочей камеры в положении, при котором каждый последующий ряд
повернут вокруг продольной оси рабочей камеры относительно предыдущего ряда. При всех своих положительных качествах, оно имеет всего одно гарантированное значение сопротивления фильтрации, которое задается, в частности, при изготовлении и сборке фильтра путем жесткой установки магнитодержателей с определенными углами относительно сдвига а!г то есть не позволяет оперативно регулировать величину сопротивления фильтрации в зависимости от различных эксплуатационных условий - физико-механических свойств очищаемой среды, ее потребного расхода, потребной степени очистки и т.д. Кроме того, при повернутых один относительно другого маг-нитодержателях затруднена регенерация фильтровальной массы безразборным способом (прокачкой через фильтр промывочной текучей среды), так как в указанном положении магнитодержатель имеет повышенное (по требованиям к регенерации) значение сопротивления фильтровальной массы.
Отсюда возникла потребность в расширении технико-эксплуатационных возможностей фильтра путем обеспечения регулирования его сопротивления.
Суть предлагаемого технического решения поставленной задачи кратко может быть сформулирована (как новая совокупность существенных конструктивных признаков устройства) следующим образом.
В магнитном фильтре, содержащем рабочую камеру, подводящий и отводящий патрубки, сыпучую фильтровальную массу и несколько установленных по длине рабочей камеры и охватывающих ее рядов источников магнитного поля, каждый из которых выполнен в виде нескольких горизонтально установленных магнитов, соединенных между собой магни-тодержателем, магнитодержатели установлены с возможностью поворота каждого из них относительно продольной оси камеры.
Рассмотрим устройство подробнее (рис. 5-7).
Каждый магнитодержатель 7 выполнен в виде разрезного магнитопроводного цилиндра, соединяющего магниты 6 данного ряда между собой одноименными полюсами, и установлен посредством индивидуального подшипника 8 (качения, трения или иного) поворотно относительно продольной оси камеры 1. При этом опорой подшипника 8 может служить цилиндр 2 или другие детали фильтра, неподвижные относительно цилиндра 2, например, экранирующий кожух (корпус) 9, изолирующий ряды источников магнитного поля от окружающей среды.
Магнитодержатели 7 снабжены устройством 10 их дифференциального поворота вокруг продольной оси камеры 1 в диапазоне углов, предпочтительно составляющим:
0 < а! < 1807л (1)
или а! = 90°. (2)
Конкретное конструктивное исполнение устройства 10 может быть разнообразным.
На рис. 5 и 6 изображен один из простейших вариантов в виде пар зубчатых колес 11 и 12, последнее из которых имеет выход наружу кожуха 9 и снабжено
специальной шкалой (цифровой или буквенной), дающей информацию о степени взаимного смещения ^¡) рядов возбудителя магнитного поля. Другой возможный вариант показан на рис. 7. Здесь зубчатые пары колес 11 и 12 каждого ряда выполнены с различным передаточным отношением, колеса 12 закреплены на общем валике, поворотно установленном на кожухе 9, а выход наружу кожуха 9 имеет только одно (большее) колесо 12, снабженное указанной шкалой.
Рис. 5. Пример конструктивного выполнения магнитного фильтра МФ-2, вид сбоку в разрезе
Рис. 7. Возможный вариант конструктивного выполнения устройства дифференциального поворота
Напротив торцов цилиндра 2 предусмотрены горловины с нижней и верхней пробками - 13 и 14 соответственно.
Устройство МФ-2 работает следующим образом.
Для эксплуатации фильтра в режиме «фильтрация» все магнитодержатели 7 поворачивают на подшипниках 8 посредством устройства 10 в положение, при котором углы взаимного смещения равны определенному (потребному) значению из диапазонов (1) или (3):
0 < а¡ < 90 '
(3)
Рис. 6. Разрез А-А на рис. 5
Потребное значение a¡ выбирают в зависимости от эксплуатационных условий. Чем больше угол аь тем больше сопротивление фильтрации.
Для эксплуатации фильтра в режиме «регенерация» (безразборной, путем пропускания промывочной текучей среды через фильтр) все магнитодержатели 7 поворачивают аналогично описанному в положение, при котором a¡ = 0. При этом ФР, образованная распределенными по силовым линиям магнитного поля частицами фильтровальной массы, приобретает структуру, характеризующуюся магнитным сопротивлением потоку текучей среды в продольном направлении. Уменьшение сопротивления фильтровальной массы, в свою очередь, обусловливает облегчение удаления примесей потоком промывочной среды.
Применительно к конструкции устройства 10 на рис. 5 поворот магнитодержателей 7 всех или части рядов возбудителей магнитного поля осуществляется поворотом соответствующих колес 12, которые, в свою очередь, поворачивают соответствующие ведомые колеса 11.
Применительно к конструкции устройства 10 на рис. 7 поворот магнитодержателей 7 всех рядов осуществляется поворотом одного колеса 12, имеющего выход вне кожуха 9, которое синхронно (посредством общего валика) поворачивает все остальные колеса 12 и (посредством зацеплений) все колеса 11. За счет
различных передаточных отношений пар колес 11 и 12 устанавливается рассогласование или согласование углов установки магнитодержателей 7.
Итак, удается расширить технико-эксплуатационные возможности фильтра путем обеспечения регулирования его сопротивления.
Это обусловлено тем, что фильтр МФ-2 имеет множество гарантированных значений сопротивления фильтрации, которые соответствуют определенным, оперативно задаваемым (без разборки фильтра, вручную или дистанционно) положениям рабочих органов устройства поворота магнитодержателей. В каждом конкретном случае магнитодержатели устанавливают в положение, при котором сопротивление МФ является оптимальным или близким к оптимальному по отношению к соответствующим эксплуатационным условиям. Так, при увеличении размеров примесей или снижения по потребной степени очистки углы взаимного смещения магнитодержателей могут быть уменьшены. Кроме того, МФ-2, как и МФ-1, повышает возможности безразборной регенерации фильтра путем промывки или продувки засорившейся фильтровальной массы непосредственно в рабочей камере.
Устройство признано изобретением [4], использование которого также (см. п.1 в отношении к [3]) не потеряло своей актуальности в выделенных областях человеческой деятельности.
Обобщая вышеизложенное, можно сделать следующие выводы:
1. Представленные новации решают обозначенную проблему, являются очередными шагами в совершенствовании методов и средств очистки (фильтрации) газообразных и жидких текучих сред от магнитных и немагнитных инородных включений.
2. Разработан не один, а серия (семейство) универсальных магнитных фильтров с рабочей маркировкой МФ-1, МФ-2 и МФ-3.
3. Все представленные разработки обладают промышленной применимостью, мировым уровнем новизны и изобретательским уровнем.
4. Внедрение предлагаемых магнитных фильтров позволяет:
- формировать фильтровальную решетку без мон-тажно-демонтажных работ, непосредственно в проточной части фильтра;
- оперативно в дистанционном или автоматическом режиме плавно или ступенчато регулировать параметры фильтра, изменяя архитектуру фильтровальной решетки;
- оперативно в дистанционном или автоматическом режиме осуществлять безразборную многократную регенерацию фильтра.
5. Разработки имеют как теоретическое (научно-техническое и учебно-методическое), так и практическое значение.
Статья поступила 8.04.2014 г.
Библиографический список
1. А. с. СССР № 965472, кл. В 01 О 35/06, 25.03.81. Магнитный фильтр / Б.Г. Афанасьев,А.Г. Семенов; Ленинградский политехн. ин-т. Заявл. 25.03.81; Опубл. 15.10.02. Бюл. № 38.
2. А. с. СССР № 1009493, кл. В 01 О 35/06, 07.04.83. Магнитный фильтр / А.Г. Семенов; Ленинградский политехн. ин-т. Опубл. 07.04.83. Бюл. № 13.
3. А. с. СССР № 1117074, кл. В 01 D 35/06, 07.10.84. Магнитный фильтр / А.Г. Семенов; Ленинградский политехн. ин-т. Опубл. 07.10.84. Бюл. № 37.
УДК 62-501.12; 629.73.015.3.027
САМОСТАБИЛИЗИРУЮЩИЕСЯ ЭКРАНОПЛАНЫ СХЕМЫ «УТКА» С ШАССИ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ
© В.В. Суржик1, А.А. Санхорова2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Статья посвящена актуальной проблеме развития транспортной системы посредством интеграции железнодорожного, водного и автомобильного транспорта в единую транспортную систему и внедрения в эту систему самостабилизирующихся экранопланов компоновочной схемы «утка». Отмечено, что интеграция станет могучим стимулом развития неосвоенных регионов, позволит организовать контейнерную доставку грузов «от двери до двери» и послужит укреплению национальной безопасности страны. Экранопланы с аппаратами на статической воздушной подушке в качестве взлетно-посадочных устройств обеспечат взлет, посадку и передвижение по любой ровной неподготовленной поверхности. Ил. 6. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: экранопланы; самостабилизация; транспортная система; статическая воздушная подушка.
1 Суржик Виталий Витальевич, доктор технических наук, профессор кафедры оборудования и автоматизации машиностроения, тел.: 89148922460, e-mail: svitali82@mail.ru
Surzhik Vitaly, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Machinery and Automation of Mechanical Engineering, tel.: 89148922460, e-mail: svitali82@mail.ru
2Санхорова Александра Александровна, студентка, тел.: 89027628940, e-mail: sane4ka_solnce@mail.ru Sankhorova Aleksandra, Student, tel.: 89027628940, e-mail: sane4ka_solnce@mail.ru
