Разработанный экспериментальный стенд (рис. 3, 4) для проведения исследований по определению эффективности магнитной обработки воды представляет собой имитацию как разомкнутой, так и замкнутой системы теплоснабжения [3, 4, 8].
Установленный аппарат на трубопровод закрепляется наружными частями корпуса 1, к которым привариваются фланцы 6. Каркас намагничивающей катушки в осевом сечении имеет тонкие стенки, которые чередуются с утолщениями. Для того чтобы увеличить или уменьшить величину магнитной индукции в зоне обработки, необходимо изменить длину тонкой стенки [10].
Установленный нагревательный элемент служит для перевода растворенных в воде солей во взвешенное состояние (взвесь). В экспериментальной установке предусмотрен шламосборник, на дне которого расположено предметное стекло для определения кристаллооптическим способом эффективности обработки воды магнитным полем. Скорость движения воды регулируется с помощью вентиля или изменением частоты вращения циркуляционного насоса. Для того чтобы предотвратить образование в замкнутой системе воздушных пробок и разрыва трубопровода, установлены расширительный мембранный бак и спускной вентиль (кран «Маевского»).
Принцип работы аппарата магнитной обработки (АМО) [1, 2, 5, 6] заключается в следующем: при подаче переменного или постоянного тока в намагничивающую катушку 3 АМО образуется магнитный поток Ф (рис. 1), силовые линии которого замыкаются по корпусу 1 и каркасу 2. Тонкая стенка каркаса 2 работает в режиме насыщения и представляет значительное магнитное сопротивление для потока Ф, который разделяется на потоки:
Ф1 — магнитный поток в объеме намагничивающей катушки;
Ф2 — магнитный поток, замыкающийся по тонкой стенке;
Ф3 — магнитный поток, выпучивающийся в сторону обрабатываемой воды.
Вода многократно пересекает силовые линии магнитного потока Ф3 и подвергается физическому воздействию.
Рис. 1. Аппарат магнитной обработки воды: 1 — корпус; 2 — каркас намагничивающей катушки; 6 — фланец; 3 — намагничивающая катушка; 4, 5 — прокладка
Экспериментальный стенд работает следующим образом.
1. Изображенный экспериментальный стенд (рис. 3, 4) представляет имитацию как разомкнутой, так и замкнутой системы теплоснабжения и работает следующим образом: вода, поступающая из трубопровода центрального водоснабжения или нагнетаемая циркуляционным насосом (4) из емкости, проходит аппарат магнитной обработки воды (5) [3, 4], после чего поступает в нагревательный бак (1). Скорость движения воды изменяется вентилем (12) или изменением частоты вращения циркуляционного насоса. Проходя нагревательный элемент, вода нагревается до температуры 80–90оС. Вода, нагретая до нужной температуры, поступает в шламоуловитель (7), а затем через отопительный прибор (2) и исследуемый элемент (8) (обрезок трубы, на внутренней стенке которой образована накипь) — далее по трубопроводу в центральную канализацию или емкость. Накипь, которая была удалена с внутренней стенки трубы, оседает в нижней части шламоуловителя.
Рис. 2. Общий вид работы стенда для определения эффективности аппаратов магнитной обработки воды
Рис. 3. Принципиальная схема экспериментальной установки для определения эффективности аппаратов магнитной обработки воды: 1 — нагревательный элемент (ТЭН); 2 — отопительный прибор; 3 — расширительный бак; 4 — циркуляционный насос; 5 — аппарат магнитной обработки; 6 — счетчик-расходомер; 7 — шламоуловитель; 8 — исследуемый элемент; 9 — регулятор расхода; 10 — кран «Маевского»; 11 — фильтр; 12 — кран шаровой; 13 — манометр; 14 — датчик температуры
Рис. 4. Общий вид экспериментальной установки для определения эффективности аппаратов магнитной обработки воды
Накопленные научные знания не дают однозначного ответа на вопрос о влиянии магнитного поля на физико-химические процессы, происходящие в водных растворах. Однако можно считать установленным, что магнитное поле оказывает определенное влияние на кинетику кристаллизации, вызывая увеличение концентрации центров кристаллизации в массе воды, вследствие чего вместо накипи образуется взвесь (шлам).
Таким образом, выделившаяся взвесь (шлам), прошедшая трубопровод, оседает в шламосборнике на стеклышке. После проведения эксперимента предметное стеклышко изучается под микроскопом, в результате чего определяется количество выделившейся твердой фазы.
Процессы, протекающие в воде при наложении магнитного поля, можно представить следующим образом. При прохождении воды через зону обработки магнитным полем и наличии ферромагнетиков в пересыщенном по накипеобразователю растворе (воде) образуются зародыши центров кристаллизации [7, 8]. Центром кристаллизации может быть частица той же природы, что и накипеобразователь, или любая другая изоморфная с последним частица.
Кристаллизация происходит значительно быстрее и легче, если в растворе уже существует твердая поверхность. Выделение твердой фазы на готовой поверхности протекает значительно легче, так как энергия, необходимая для этого, меньше, чем для возникновения зародыша в объеме раствора.
Электрическая схема управления и контроля установкой позволяет:
1) измерять подводимое напряжение;
2) питать постоянным и переменным током;
3) производить измерения напряжения, тока, температуры;
4) изменять частоту вращения циркуляционного насоса.
Измеряемое напряжение позволяет варьировать значением магнитной индукции в зоне воздействия. Тем самым изменять дозу магнитной обработки.
Форма питающего сигнала оказывает большое влияние на процесс магнитной обработки. Используется как переменный ток частотой 50 Гц, так и выпрямленный с помощью диодного моста. Но, как показали экспериментальные исследования по определению эффективности магнитной обработки, однополупериодная схема выпрямления является оптимальной. Контроль за параметрами питания электроустановки осуществляется с помощью вольтметра, амперметра, ваттметра. Контроль за температурой теплоносителя в различных точках установки осуществляется с помощью термопары.
Изменять температуру теплоносителя возможно посредством изменения частоты вращения циркуляционного насоса. Частота изменяется ступенчато на 3 уровнях: 1 – 46; 2 – 67; 3 – 93 с-1.
Изменение напряжения питания водонагревателя позволит плавно регулировать температуру теплоносителя установки. Защиту схемы от коротких замыканий и длительных перегрузок выполняют автоматические выключатели серии ВА. Iн=16А. защиту водонагревателя от перегрузок осуществляет тепловое реле ТРН, от снижения питающего напряжения защищает магнитный пускатель серии ПМЛ.
В качестве соединительных проводов, используется провод марки ПВС сечением 1,5 мм2.
Для проведения экспериментальных исследований кристаллооптическим способом используем следующую методику [9].
В ходе проведения эксперимента варьируем одним фактором, которым является прохождение воды через зону обработки (n=1, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 50, 90). Начальная температура обработанной воды t°нач= 16°С. Температура в емкости с обработанной водой при закипании t °кип= 70°С.
Методика проведения эксперимента следующая. Вода из Ставропольского родника «Серафима Саровского» пропускается через аппарат магнитной обработки 1, 3, 6 … n раз. Обработанную воду переливают в емкость 200 мл, в которую предварительно помещено предметное стекло. Затем происходит нагрев проб воды до температуры 70°С. Предметные стекла извлекают из емкости, просушивают и исследуют при помощи микроскопа (Motic BA 300). Результаты исследований представлены на рисунке 5.
а) б) в)
Рис. 4. Фотографии кристаллов соли: а) необработанная вода; б) шестикратная обработка магнитным полем, в) девятикратная обработка магнитным полем
Анализируя полученные результаты, можно сказать, что магнитное поле оказывает воздействие на соли, растворенные в воде. После обработки магнитным полем один раз на предметном стекле выпадает в виде взвеси больше соли, чем в необработанной воде. Кроме того, выпавшая в осадок соль имеет большие размеры и связывается между собой, образуя центры кристаллизации. Увеличение в размерах кристаллов выпавшей в осадок соли в 1,5–2 раза говорит о снижении накипеобразования до 70%. Наилучшим результатом можно считать образец обработанной воды, прошедшей шестикратную обработку, так как там явно выражены центры кристаллизации с кристаллами преимущественно ромбоэдрической формы.
Рецензенты:
Хорольский В.Я., д.т.н., профессор кафедры «Электроснабжение и эксплуатация электрооборудования», г. Ставрополь;
Никитенко Г.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Применение электрической энергии в сельском хозяйстве», г. Ставрополь.
Библиографическая ссылка
Антонов С.Н., Адошев А.И., Молчанов А.Г. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ АППАРАТА МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ВЕЩЕСТВА НА ВОДУ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=20655 (дата обращения: 05.06.2024).