一種磁懸浮水力離心裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種磁懸浮水力離心裝置，包括罐體、內(nèi)筒E和支撐架，所述罐體由下部倒圓錐體D和上部的圓筒罐體C構(gòu)成，倒圓錐體D底部設(shè)置有一個(gè)小型閥門(mén)出口V，倒圓錐體外部固定有罐錐永磁鐵環(huán)A；所述磁懸浮水力離心裝置下方設(shè)置有支撐架，支撐架上固定有架錐永磁鐵環(huán)A’，架錐永磁鐵環(huán)A’的磁極方向與罐錐永磁鐵環(huán)A正好相反，該罐錐永磁鐵環(huán)A與架錐永磁鐵環(huán)A’構(gòu)成永磁鐵環(huán)組。克服了傳統(tǒng)永久磁鐵無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效控制的弊端，在實(shí)現(xiàn)離心分離目標(biāo)的同時(shí)，充分發(fā)揮了永久磁鐵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，有效克服了傳統(tǒng)控制單元的高昂制造和運(yùn)行費(fèi)用，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，大幅降低了運(yùn)行維護(hù)成本、能耗等費(fèi)用。
【專利說(shuō)明】-種磁懸淳水力罔心裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種磁懸浮水力離心裝置，尤其是一種分離液體中所 含有的不同密度物質(zhì)的磁懸浮水力離心裝置。

【背景技術(shù)】：
[0002] 中國(guó)專利CN201320893256.0公開(kāi)了一種用于海水全資源化的磁懸浮水力離心 罐，泵口出水的殘余壓力作為直接動(dòng)力，在不增加動(dòng)力消耗的前提下，通過(guò)將灌入海水的勢(shì) 能轉(zhuǎn)化為罐體旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)磁懸浮水力離心罐繞中心軸旋轉(zhuǎn)，從而使海水中比重不同 的物質(zhì)分離，包括通過(guò)磁懸浮水力離心罐分離重水和淡水、通過(guò)磁懸浮水力離心罐分離出 海水中的鈾及其它物質(zhì)，本發(fā)明的磁懸浮水力離心罐不僅用于分離海水中的各種密度不同 的物質(zhì)，而且可以分離其它液體中所含有的不同密度物質(zhì)，磁懸浮水力離心罐分離法與傳 統(tǒng)的化學(xué)工藝相比屬于純物理方法，經(jīng)濟(jì)高效，其優(yōu)勢(shì)不言而喻。
[0003] 1、離心技術(shù)原理及應(yīng)用
[0004] 離心技術(shù)是利用離心力，使得需要分離的不同物料得到加速分離，以分離液體與 固體顆?；蛞后w與液體的混合物中各組分的物理分離技術(shù)。離心技術(shù)主要用于將懸浮液中 的固體顆粒與液體分開(kāi)，或?qū)⑷闈嵋褐袃煞N密度不同，又互不相溶的液體分開(kāi)（例如從牛 奶中分離出奶油）；它也可用于排除濕固體中的液體，例如用洗衣機(jī)甩干濕衣服；特殊的超 速管式分離機(jī)還可分離不同密度的氣體混合物；利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中 沉降速度不同的特點(diǎn)，有的沉降離心技術(shù)還可對(duì)固體顆粒按密度或粒度進(jìn)行分級(jí)。
[0005] 當(dāng)含有細(xì)小顆粒的懸浮液靜置不動(dòng)時(shí)，由于重力場(chǎng)的作用使得懸浮的顆粒逐漸下 沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液體小的粒子就會(huì)上浮。微粒在重力場(chǎng)下移動(dòng)的速度 與微粒的大小、形態(tài)和密度有關(guān)，并且又與重力場(chǎng)的強(qiáng)度及液體的粘度有關(guān)。象紅血球大小 的顆粒，直徑為數(shù)微米，就可以在通常重力作用下觀察到它們的沉降過(guò)程。
[0006] 此外，物質(zhì)在介質(zhì)中沉降時(shí)還伴隨有擴(kuò)散現(xiàn)象。擴(kuò)散是無(wú)條件的絕對(duì)的。擴(kuò)散與 物質(zhì)的質(zhì)量成反比，顆粒越小擴(kuò)散越嚴(yán)重。而沉降是相對(duì)的，有條件的，要受到外力才能運(yùn) 動(dòng)。沉降與物體質(zhì)量及密度成正比，顆粒越大、密度越大沉降越快。對(duì)小于幾微米的微粒 如病毒或蛋白質(zhì)等，它們?cè)谌芤褐谐赡z體或半膠體狀態(tài)，僅僅利用重力是不可能觀察到沉 降過(guò)程的。因?yàn)轭w粒越小沉降越慢，而擴(kuò)散現(xiàn)象則越嚴(yán)重。所以需要利用離心技術(shù)產(chǎn)生強(qiáng) 大的離心力，才能迫使這些微粒克服擴(kuò)散產(chǎn)生沉降運(yùn)動(dòng)。
[0007] 離心就是利用離心設(shè)備轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力，加快液體中顆粒的沉 降速度，把樣品中不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開(kāi)。
[0008] 由于各種離心機(jī)轉(zhuǎn)子的半徑或者離心管至旋轉(zhuǎn)軸中心的距離不同，所受離心力也 不同，因此文獻(xiàn)中常用"相對(duì)離心力"或數(shù)字"數(shù)字*g"表示離心力。相對(duì)離心力（RCF)是指 在離心力場(chǎng)的作用下，顆粒所受離心力相當(dāng)于地球重力的倍數(shù)，單位是重力加速度（9. 8m/ S2)。
[0009] 通常用相對(duì)離心力（RCF)將粒子沉淀下來(lái)。而相對(duì)離心力的大小取決于試樣所處 的位置至軸心的水平距離即旋轉(zhuǎn)半徑r和轉(zhuǎn)速n，其計(jì)算公式為：
[0010] RCF = I. 118Xl(T5Xn2r(g)
[0011] 這里，η,代表轉(zhuǎn)速（r/min), r，代表旋轉(zhuǎn)半徑（cm)
[0012] 混合液中粒子分離、沉淀所需時(shí)間（Ts)的計(jì)算公式為：
[0013] Ts= 27. 4 (IogRmax-IogRmin) L/n2r2 (Dp-Dq)
[0014] 這里，
[0015] Rniax，離心試液的底至軸心的水平距離（cm)
[0016] Rniin，離心試液的面至軸心的水平距離（cm)
[0017] r，粒子半徑（cm)
[0018] Dp，粒子密度（g/cm3)
[0019] Dq，混合液密度（g/cm3)
[0020] L，混合液粘度（po)
[0021] 以上兩個(gè)公式就能確定各種差速離心的離心力和離心時(shí)間。
[0022] 傳統(tǒng)離心技術(shù)大量應(yīng)用于化工、石油、食品、制藥、選礦、煤炭、水處理和船舶等部 門(mén)。其主要分為過(guò)濾式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)兩大類。
[0023] 過(guò)濾式離心機(jī)的主要原理是通過(guò)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的離心轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生的離心力（配合適當(dāng) 的濾材），將固液混合液中的液相加速甩出轉(zhuǎn)鼓，而將固相留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，達(dá)到分離固體和液 體的效果，或者俗稱脫水的效果。
[0024] 沉降式離心機(jī)的主要原理是通過(guò)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力，加快混合液 中不同比重成分（固相或液相）的沉降速度，把樣品中不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分 離開(kāi)。
[0025] 選擇離心機(jī)須根據(jù)懸浮液（或乳濁液）中固體顆粒的大小和濃度、固體與液體 (或兩種液體）的密度差、液體粘度、濾渣（或沉渣）的特性進(jìn)行設(shè)備選型。
[0026] 2、磁懸浮技術(shù)的原理及應(yīng)用
[0027] 磁浮技術(shù)原理并不深?yuàn)W，它是運(yùn)用磁鐵"同性相斥，異性相吸"的性質(zhì)，使磁鐵具有 抗拒地心引力的能力，即"磁性懸浮"。
[0028] 由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用也有兩種相應(yīng)的 形式：一種是利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計(jì)的電磁運(yùn)行系統(tǒng)，它利用超導(dǎo)體電磁鐵形成的 磁場(chǎng)與線圈形成的磁場(chǎng)之間所產(chǎn)生的相斥力，使物體懸浮的；另一種則是利用磁鐵異性相 吸原理而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，它利用吸引力與物體的重力平衡，從而使物體進(jìn)行懸浮。
[0029] (1)磁懸浮的種類
[0030] 根據(jù)實(shí)現(xiàn)懸浮的物質(zhì)，一般可以分為：常導(dǎo)懸浮、超導(dǎo)懸浮和永磁體懸浮三種。所 謂常導(dǎo)、超導(dǎo)和永磁體懸浮，分別是指形成懸浮力需要利用常溫導(dǎo)體制造的電磁鐵、超導(dǎo)材 料制造的電磁鐵和永磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)。表1-1表不兩個(gè)物體之間的受力關(guān)系和懸浮方式。
[0031] 表1-1磁懸浮按照相互作用的物體間的關(guān)系分類
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種磁懸浮水力離心罐，其特征在于：所述磁懸浮水力離心罐由下部倒圓錐體和上 部的圓筒狀罐體構(gòu)成，倒圓錐體底部設(shè)置有一個(gè)小型閥門(mén)出口，倒圓錐體外部焊有2?3個(gè) 或更多旋轉(zhuǎn)永磁鐵圈，永磁鐵圈的磁極方向?yàn)橛蓛?nèi)而外為N - S或S - N ;所述磁懸浮水力 離心罐外部設(shè)置有支撐架，支撐架上與倒圓錐體對(duì)應(yīng)處焊接有2?3個(gè)或更多直徑比旋轉(zhuǎn) 永磁鐵圈大的固定永磁鐵圈，固定永磁鐵圈的磁極方向與旋轉(zhuǎn)永磁鐵圈的磁極方向相反， 磁懸浮水力離心罐在支撐架上懸浮。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮水力離心罐，其特征在于：所述圓筒狀罐體上方焊接有n 個(gè)與圓筒狀罐體內(nèi)表面成30?60°夾角的導(dǎo)向葉片。
3. 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮水力離心罐，其特征在于：所述磁懸浮水力離心罐設(shè)置 在半地下式的混凝土圓池中。
4. 一種磁懸浮水力離心裝置，包括罐體、內(nèi)筒E和支撐架，其特征在于：所述罐體由下 部倒圓錐體D和上部的圓筒罐體C構(gòu)成，倒圓錐體D底部設(shè)置有一個(gè)小型閥門(mén)出口 V，倒圓 錐體外部固定有罐錐永磁鐵環(huán)A ;所述磁懸浮水力離心裝置下方設(shè)置有支撐架，支撐架上 固定有架錐永磁鐵環(huán)A'，架錐永磁鐵環(huán)A'的磁極方向與罐錐永磁鐵環(huán)A正好相反，該罐錐 永磁鐵環(huán)A與架錐永磁鐵環(huán)A'構(gòu)成永磁鐵環(huán)組，作為重力承載支撐結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)筒E處于 圓筒罐體C內(nèi)部正中心位置。
5. 如權(quán)利要求4所述磁懸浮水力離心裝置，其特征在于：所述罐錐永磁鐵環(huán)A由1?3 個(gè)永磁鐵環(huán)構(gòu)成，罐錐永磁鐵環(huán)A的磁極方向?yàn)橛蓛?nèi)向外為N - S或S - N ;所述架錐永磁 鐵環(huán)A'由1?3個(gè)永磁鐵環(huán)構(gòu)成。
6. 如權(quán)利要求4所述磁懸浮水力離心裝置，其特征在于：所述圓筒罐體外部還固定有 罐筒永磁鐵環(huán)B，罐筒永磁鐵環(huán)B的磁極方向也為由內(nèi)向外為N - S或S - N，支撐架上固 定有架筒永磁鐵環(huán)B'，架筒永磁鐵環(huán)B'的磁極方向與罐筒永磁鐵環(huán)B正好相反，該罐筒永 磁鐵環(huán)B與架筒永磁鐵環(huán)B'也構(gòu)成永磁鐵環(huán)組，作為罐體位置平衡結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求6所述磁懸浮水力離心裝置，其特征在于：所述罐筒永磁鐵環(huán)B由1?3 個(gè)永磁鐵環(huán)構(gòu)成，罐筒永磁鐵環(huán)B的磁極方向?yàn)橛蓛?nèi)向外為N - S或S - N，所述架筒永磁 鐵環(huán)B'由1?3個(gè)永磁鐵環(huán)構(gòu)成。
8. 如權(quán)利要求4或7所述磁懸浮水力離心裝置，其特征在于： 所述內(nèi)筒E設(shè)置在圓筒罐體內(nèi)上部，內(nèi)筒E為上小下大的喇叭狀內(nèi)圓筒，內(nèi)筒E以2? 10對(duì)導(dǎo)向葉片G與圓筒罐體C內(nèi)表面呈輻射狀連接，每對(duì)導(dǎo)向葉片G的材質(zhì)、形狀和大小完 全相同，并相對(duì)于內(nèi)筒E的對(duì)稱軸F保持完全嚴(yán)格對(duì)稱，而內(nèi)筒E也與圓筒罐體C的對(duì)稱軸 完全重合；每對(duì)導(dǎo)向葉片G的部分或全部與對(duì)稱軸F呈0?30°的夾角以調(diào)整與噴水口的 角度；導(dǎo)向葉片之間形成4?20個(gè)腔體以強(qiáng)迫上部剛進(jìn)入的流體隨裝置旋轉(zhuǎn)并達(dá)到葉片的 旋轉(zhuǎn)速度從而實(shí)現(xiàn)離心分離。
9. 如權(quán)利要求4或7所述磁懸浮水力離心裝置，其特征在于： 所述罐體上方配置有一對(duì)其位置相對(duì)于對(duì)稱軸F保持對(duì)稱的流體噴頭P和流體噴頭 P1，每個(gè)噴頭配置有兩個(gè)不同方向的噴口分別對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向葉片的兩面，呈Y字形并各有閥門(mén) 控制，噴口壓力和流量均能自動(dòng)調(diào)節(jié)；此對(duì)噴頭相對(duì)于罐體完全懸空相互獨(dú)立互不接觸； 噴頭與中軸的距離大小能夠同時(shí)沿半徑方向調(diào)節(jié)。
10. 如權(quán)利要求4或7所述磁懸浮水力離心裝置，其特征在于： 所述架錐永磁鐵環(huán)A1組和架筒永磁鐵環(huán)B1組以同心圓的方式固定在支撐架上，罐體 從上部沿中軸線設(shè)置在支撐架上，由于同級(jí)磁性體的排斥力作用，罐體上的罐錐永磁鐵環(huán)A 組和罐筒永磁鐵環(huán)B組分別與對(duì)應(yīng)的架錐永磁鐵環(huán)A1組和架筒永磁鐵環(huán)B1組保持接近而 不接觸的狀態(tài)，內(nèi)外永磁鐵環(huán)之間有一個(gè)2?20mm的縫隙。
【文檔編號(hào)】C02F1/48GK104478035SQ201410842596
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】朱江, 謝勇 申請(qǐng)人:朱江