Прибор для магнитной обработки воды, поступающей в бойлер

Примерный расчет основных размеров прибора для магнитной обработки воды.

1. Пусть суточный расход V_c воды в автотранспортом предприятии для разогрева систем охлаждения двигателей и их наполнения перед выездом на линию составляет 40 мг. Скорость потока воды в магнитной системе следует принять равной 1,5 м/сек. Тогда производительность прибора будет равна
   
   
2. Для изготовления корпуса прибора с такой производительностью можно будет использовать трубу с диаметром условного прохода d_y = 125 мм и наружным диаметром D_к = 133 мм (см. табл. 14). Площадь поперечного сечения кольцевого зазора S_з равна
   
   
3. Наружный диаметр D_к0 кожуха электромагнита равен [по уравнению (10)]
   
   
4. Величина кольцевого зазора δ_кз равна
   δ_кз = ^{d_к - D_к0}/₂ = ^125-115/₂ = 5 мм.
5. Диаметр D_п полюсного наконечника электромагнита [см. уравнение (12)] равен
   D_п = D_к0 - 2(δ_к + δ_п) = 115 - 2 (4 + 1) = 105 мм.
6. Диаметр сердечника а определяют по уравнению (14)
   d_п = √(D_к² - d_к²) = √(133² - 125²) = 45,43 мм ≈ 45 мм.
7. Глубина выемки для обмотки электромагнита согласно уравнению (15) равна (см. рис. 21)
   а = ^{D_п - d_п}/₂ = ^{105 - 45}/₂ = 30 мм.
8. Величина зазора между корпусом электромагнита и полюсным наконечником будет равна
   δ_з = ^{d_к - D_п}/₂ = ^{125 - 105}/₂ = 10 мм.
   Отсюда величина l₀ = 2δ_з = 20 мм (0,02 м).
9. Высота полюсного наконечника l_п равна по уравнению (13)
   l_п = ^D_п/₄ = ¹⁰⁵/₄ = 26,5 мм.

Расчет электромагнита и его габаритных размеров.

1. Пусть питание электромагнита будет осуществляться от выпрямителя тока ВСА5 с напряжением 64 в. Если в системе будет шесть контуров и все они будут включены последовательно, то напряжение на одну катушку будет составлять 10,67 в. Для обмотки можно взять ориентировочно провод марки ПЭЛ с диаметром по меди 1,12 мм и с изоляцией - 1,2 мм. Площадь поперечного сечения для него равна 0,9852 мм² и допустимая сила тока I составляет 1,97 а.
2. Длина l_пр провода равна по уравнению (17)
   l_пр = ^US_пр/_Iρ = ^{10,67*0,9852*10-6}/_{1,97*1,7*10^-8} = 314,2 м.
3. Радиус наименьшего витка равен сумме [см. уравнение (20)]
   r_мин = ^d_п/₂ + δ_и + ^d_пр/₂ = 22,5 + 1 + 0,6 = 24, 1 мм.
4. Глубина а_ак выемки для намотки провода равна [см. уравнение (18)]
   а_ак = а - δ_и = 30 - 1 = 29 мм.
5. Количество слоев обмотки n_сл составит [см. уравнение (19)]
   n_сл = ^а_ак/_{dпр + δми} = ²⁹/_1,22 = 23,8.
   Для расчета следует взять только целое число витков - 23. Примечание. Если в качестве изолирующей прокладки применить лакоткань, толщина которой составляет 0,1-0,2 мм, то тогда количество слоев будет 24.
6. Радиус наибольшего витка равен величине [по уравнению 21)]
   r_макс = r_мин + (d_пр + δ_ми) (n_сл - 1) = 24,1 + 1,22*22 = 50,9 мм.
7. Радиус среднего витка составляет
   r_ср = ^{24,1 + 50,9}/₂ = 37,5 мм,
   а длина среднего витка
   l_ср = 2πr_ср = 2*3,14*37,5] = 236 мм (0,236 м).
8. Общее количество витков w провода в катушке равно [см. уравнение (24)]
   ω = ^l_пр/_lср = ^314,1/_0,236 = 1331 виток.
9. Количество витков провода в одном слое w_сл можно получить по уравнению (25)
   w_сл = ^w/_nсл = ¹³³¹/₂₃ = 57,87
   или, округляя, w_сл = 58 витков.
10. Пространство h_п, необходимое для укладки 58 витков провода, согласно уравнению (26) равно
    h_п = ^w_слd_пр/_α + 2δ_и = ^58*1,2/_0,99 + 2 = 72,4 мм.
11. Высота l_п полюсного наконечника равна (см. уравнение 13)
    l_п = ^D_п/₄ = ¹⁰⁵/₄ = 26,25 мм.
12. Общая длина сердечника (керна) электромагнита согласно уравнению (30) будет
    L = m_к (h_п + 2l_п) = 6 (72,4 + 52,5) = 749,4 мм.
13. Вес провода для намотки шести катушек электромагнита по уравнению (32) равен
    М_пр = ^L_прm/₁₀₀ = ^886*314,2*6/₁₀₀ = 16 700 г (16,7 кг)
14. Мощность, потребляемая электромагнитной установкой, составляет по уравнению (33)
    P = UIm_к = 64*1,97 = 126 вт.
15. Время пребывания воды в магнитном поле
    t = ^2l_пm_к/_Vв = ^2*26,25*6/_1,5 = 0,21 сек.
16. На основании всех полученных при расчете данных необходимо вычислить напряженность магнитного поля в зазоре системы
    H₀ = ^IW/_l0 = ^1,97*1331/_0,02 = 131 100 а/м (1639 э)

Конструкция прибора для магнитной обработки воды, поступающей в бойлер. На основании приведенного выше примерного расчета может быть сконструирован и изготовлен прибор, состоящий из следующих основных частей:

• сердечника электромагнита с цилиндрическими полюсными наконечниками;
• намагничивающих катушек, намотанных на сердечник;
• кожуха из немагнитного материала, в котором помещается сердечник с катушками;
• корпуса прибора в виде отрезка трубы с приваренными днищем и фланцами;
• угольника с фланцами и приваренным к нему сальниковым уплотнением для пропуска и закрепления трубки с проводами, питающими электромагнит.

Сердечник электромагнита (керн) в зависимости от его размеров, может быть выточен из целого куска стали или же сделан разборным. На рис. 27 показан разборный сердечник, на котором могут быть намотаны шесть катушек. Сердечник электромагнита состоит из: двух крайних полюсных наконечников 1, пяти средних полюсных наконечников 3, двух крайних втулок 2 и четырех средних втулок 4. Все они надеваются на шпильку 5, имеющую резьбу на концах. Всю систему после сборки скрепляют гайками. Полюсные наконечники и втулки имеют радиальные пропилы, необходимые для пропуска проводов. Все пропилы должны находиться в одной плоскости. Для того чтобы при сборке сердечника и намотке катушек не происходило сдвига пропилов, все полюсные наконечники и втулки должны иметь отверстия ∅ 2-3 мм, в которые вставляются короткие шпильки из проволоки, фиксирующие все детали сердечника в определенном положении.

Рис. 27. Сердечник (керн) электромагнита разборный

Если намагничивающие катушки наматывают на собранном сердечнике, то втулки и полюсные наконечники покрывают слоем изоляции из прессшпана, лакоткани, стеклолакоткани и т. д. Намагничивающие катушки могут быть намотаны также и отдельно на жестких каркасах и затем надеты на втулки перед сборкой. Провод наматывают на все катушки в одном направлении. На каждый слой витков провода накладывают два слоя трансформаторной или конденсаторной бумаги. После намотки катушек на сердечнике соединяют провода. В зависимости от напряжения постоянного тока и числа витков обмотки могут быть соединены или все последовательно (рис. 28, а), последовательно по две катушки (рис. 28, б), или последовательно по три катушки (рис. 28, в). При любом способе соединения катушек необходимо следить, чтобы направление тока в катушках чередовалось. Для этого следует, чтобы две соседние катушки соединялись или концами обмоток или началами их. Провода, подводящие ток, укладываются в пазы - пропилы в полюсных наконечниках.

Рис. 28. Схема включения обмоток электромагнита

Весь сердечник с катушками должен быть покрыт слоем электроизоляции и помещен в кожух из немагнитного материала толщиной 2-5 мм (латунь, медь, алюминий). Швы кожуха тщательно пропаивают твердым или иным припоем, а магнитную систему заливают трансформаторным маслом через медную трубку с проводами.

Весь электромагнит в кожухе устанавливают в корпусе 1 (рис. 29) с днищем 3 на фиксаторах 4 из немагнитного материала. Электромагнит центрируют при помощи шести латунных болтов 13 (см. рис. 19). Отклонения в зазоре при центровке не должны быть более 0,5 мм. Так как стенки корпуса, изготовленного из трубы, имеют незначительную толщину, не превышающую 4-5 мм, то для более надежного крепления центровочных болтов необходимо в местах их расположения на корпусе приварить бобышки 2 (см. рис. 29) с таким расчетом, чтобы общая толщина металла стенки и бобышки была не менее 10 мм. Бобышки и болты должны быть расположены в плоскости, пересекающей полюсный наконечник для того, чтобы концы болтов упирались в него, а не в обмотку.

Рис. 29. Корпус электромагнита

На фланцах в верхней части корпуса электромагнита на резиновой прокладке устанавливают угольник (см. рис. 19) с приваренным к нему сальниковым уплотнением 8. В отверстие сальника пропускают трубку 7 с проводами 9, подводящими ток к обмоткам электромагнитов. После закрепления фланцев угольника болтами набивают и закрепляют сальник. Он должен быть достаточно герметичным, чтобы не пропускать воду из водопроводной сети.

Схема включения магнитного прибора показана на рис. 30.

Рис. 30. Схема включения магнитного прибора для обработки воды, поступающей в бойлер

Магнитный прибор 2 лучше всего устанавливать в вертикальном положении для того, чтобы в нем не мог скапливаться воздух. Воду следует подавать через вентиль 1 снизу вверх. В верхней части магнитный прибор имеет колено 3, с сальниковым уплотнением 4 и трубкой 5, для проводов. Напряжение и силу тока, поступающего в электромагнит, измеряют соответственно вольтметром 6 и амперметром 7. Постоянный ток получают от селенового выпрямителя 11, на который подается переменный ток от сети через понижающий трансформатор 10. Пуск магнитного прибора осуществляют рубильником 8.

Наладка прибора для магнитной обработки воды и его эксплуатация. Для получения наилучшего эффекта магнитной обработки воды необходимо прибор отрегулировать на оптимальный режим. Для этой цели необходимо измерить предварительно напряженность магнитного поля в зазоре прибора и, если прибор с электромагнитом, то подобрать наиболее благоприятную величину ее.

Напряженность магнитного поля следует измерять во время эксплуатации и особенно в приборах с постоянными магнитами. Для этой цели в цепь постоянного тока, получаемого от селенового выпрямителя последовательно включают низкоомный реостат 9 (см. рис. 30), позволяющий регулировать силу тока с точностью до 0,1 а. Одновременно с этим измеряют напряженность магнитного поля в зазоре электромагнита при помощи милливеберметра марки М-119. Желательно каждый магнитный прибор прокалибровать, для чего надо измерить напряженность магнитного поля в зазоре H₀ при различных значениях силы тока J.

На основании этих данных можно построить кривую зависимости H₀ = f(I). Для этого на оси абсцисс следует отложить значения силы тока, а на оси ординат соответствующие им величины напряженности магнитного поля. После построения этой кривой аппарат может быть собран, а напряженность магнитного поля в каждом случае можно определять при помощи кривой по величине силы тока.

Критерием наилучшего действия магнитной обработки воды может служить величина шлакообразования. Для ее определения необходимо проделать следующие опыты. В стеклянные колбы на 500 мл необходимо отобрать по две пробы по 300 мл воды:

• исходной;
• после магнитной обработки при максимальной силе тока;
• то же, при силе тока, меньшей на 0,2; 0,4; 0,6 а максимальной и т. д.

Все пробы по 300 мл упаривают в одинаковых условиях до уменьшения объема воды в 2 раза. После упаривания пробы воды фильтруют без взбалтывания через "беззольные фильтры, осадок на них растворяют в минимальном количестве разбавленной соляной кислоты в измерительных колбах емкостью 200 мл и доливают до черты дистиллированной водой. В этих пробах определяют суммарное содержание кальция и магния обычным комплексометрическим методом^*. Наилучшим режимом следует признать тот, который дает максимальное шламообразование, соответствующее максимальному содержанию кальция и магния на фильтре.

^* (Определение общей жесткости воды.)

Для определения эффективности магнитной обработки можно воспользоваться методикой, предложенной С. И. Севастьяновым [16].

Проделав серию опытов с водой без магнитной обработки и с обработкой при различной силе тока, можно установить наиболее благоприятный режим по данным того опыта, который дает наименьшее образование накипи, а следовательно, наибольшее образование шлама.