专利名称：磁性过滤系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性过滤系统，用以过滤在流体中悬浮的铁和某些非铁材料。
前此申请的磁性过滤装置专利(9515352.4)(WO97/04873)(Marlowe)包括一置于一对环形收集板之间的环形磁铁。当与传统的过滤器一起使用时，流体通过收集板上的凹部流过滤装置，并通过装置的中心流回。
另一种装置(Frei)(US-A-2149764)使用一系列圆柱形磁铁，所述磁铁由一系列金属挡板隔开，所述挡板通过与磁铁的接触而被磁化。所产生的磁场用于把拉子收集在板上，同时也收集在板上各孔的边缘的周围。一金属网抵住板的边缘因此通过与它的接触而被磁化。所述金属网在结构周围形成一个外套，用于在实际流路中增加磁化面积。但是，其缺点是，积聚在金属网上的金属颗粒对流体的流动形成一不断增长的阻碍。此外，收集在板上的粒子暴露于流体，因此有可能被流体冲走。而在本发明中磁力线(磁通量)的方向和性能均被有利地利用，这将在下面加以说明。
本发明的用以过滤在流体中悬浮的铁和某些非铁材料的磁性过滤系统包括入口和出口装置。所述系统几乎可以有利地插入流体系统中的任何一点。所述过滤系统包括一个或多个可以置于一壳体中的收集单元。可磁化的材料，具体说是铁质颗粒及某些与铁质粒子一起携带的非铁粒子可以被收集在收集单元内。粒子通过磁性作用而被保持在流体流路之外，因此，不会阻挡流体的流动。各收集单元可以很容易地从壳体中除去，拆下来，清除收集在其上的任何材料，然后重新装入以供在系统中再次使用。在一个实施例中，磁铁是一电磁铁，当电磁铁被激励时，可以从流体中收集材料，当电磁铁被去激励时，可以把收集的材料从收集单元除去，并从系统中处理掉。
本发明适用于高流速、高压力的流体系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于从悬浮有可磁化材料的流体中过滤所述材料的磁性过滤系统，包括入口装置和出口装置，其中设置了一个或多个收集单元，每个收集单元均包括分别设置在一个或多个磁铁的两侧上的一块或多块板或板列，所述各板或板列具有相反的极性，各板或板列延伸得离开所述一块或多块磁铁的一个或多个边缘的一部分或全部，彼此相对的板具有一个或多个孔，其中，彼此相对的孔限定了一个磁性排斥区域，彼此相对的板体部分在其间限定了一个磁性吸引和可磁化材料收集区域，因此，这样产生的磁通场有利于将可磁化材料优先收集在介于彼此相对的板体部分之间的收集区域内，而不是收集在所述彼此相对的孔之间的区域内。
有利的是，在所述各彼此相对的孔之间设置有彼此相对的收集区域，因此，在各收集区域内产生的吸引磁通场及其两侧的排斥场有利于在暴露且彼此相对的板体部分之间所夹设的空间内进行收集。因此，可以将粒子保持在三维空间内，而不是仅保持在暴露于流体的磁化表面区域。于是，与各构件拆开时借助暴露的表面区域进行收集的情况相比，该收集单元具有较高的碎屑收集能力或容量。每个收集单元的孔中的排斥力使可磁化材料中各孔转移开，因而可以优先地在彼此相对的板体部分之间而不是在各孔中进行收集，从而允许流体即使在充满污染物的情况下也能持续地流动。
有利的是，相邻收集单元的具有相同极性的板是彼此相邻设置的，因而基本上可以将磁性粒子的收集限制在所述收集单元内部的收集区域中。一个单独的收集单元具有其自己的磁通量分布，其中的一部分是在该收集单元的彼此相对的板体部分之间的磁性吸引区域。如果设置另一个收集单元，使相应的板具有不同的极性，一个是北极，一个是南极，则收集单元内(作为一个单独的收集单元)内的磁通将通过在相邻收集单元之间产生的吸引磁场而被分散。如果将收集单元设置在另一个收集单元的旁边从而使相邻板的相同磁极彼此相对，则在相邻收集单元之间产生的排斥力将把吸引磁通量聚向彼此相对的板体部分之间，比没有相邻收集单元时更强。
有利的是，设置了一个用非可磁化材料制成的壳体。因此，若将各收集单元设置成非常靠近所述壳体的内侧，则可将可磁化材料的收集限制在磁性单元内的收集区域中。壳体可以用磁性材料制成，即使是在充满污染物情况下，所述过滤系统还是能让流体流过。
有利的是，设置有一个与一流体流动系统形成一体的壳体，所述过滤系统即使是在充满污染物的情况下还是能让流体通过。
在一个实施例中，每个收集单元通过一间隔件与一相邻的收集单元进一步地分开。这样就能更好地利用可得的磁通密度。
有利的是，所述间隔件是非磁性的。在某些情况下，如果所述间隔件是磁性的，也是有利的。间隔件的磁化和非可磁化将在下文中讨论。
有利的是，所述各收集单元中的比较靠近入口装置的孔的尺寸大于靠近所述出口装置的孔。这样就可以提供沿着流体流动方向具有不同磁力强度的收集单元，并可减轻最靠近入口的收集单元的收集偏向性。
较佳的是，在一收集单元的彼此相对的板上设置了用于使各孔和板体部分基本上沿轴向对准的对准装置。由于流体更为顺畅地流过对准的孔，围绕各孔的粒子收集区域就暴露于最小的流体紊流，这有助于保持所收集的材料。板上的孔的存在可产生同极性的相邻板区，有助于在其间产生一轴向的磁性相斥区域。通过将彼此相对的板的一对孔对准，就可以使磁性排斥区域延伸过收集单元的一段轴向长度。由于各孔还是用于引导流体流过收集单元的装置，流体流动的路径也是将悬浮在流体中的可磁化粒子与其相排斥的区域。由于排斥力是径向作用力，粒子将从流体转向并被斥向轴向排斥区域两侧的、位于板体部分之间的相邻区域。在板体部分之间具有一基本上垂直于所述排斥磁场的磁性吸引力。因此，进入彼此相对的孔之间的轴向凹部的粒子从轴向凹部被排斥而被吸向间隙或收集区域的磁通场。另外，由于每个收集区域在其两侧均具有孔，收集区域内的吸引磁力线进一步地被在两侧垂直延伸的相斥磁力线所聚集。磁力线的聚集可提高该区域内的磁场强度。这两个磁场的综合作用可以使各孔保持没有可磁化粒子，并将粒子保持在收集区域内，即使在高流速(例如400升/分钟)和高流体压力(例如7000psi)的情况下也行。
有利的是，在各收集单元上还设置有使相应的各孔基本上沿轴向对准的另一对准装置。这也可以使收集单元之间的流体紊流减至最小，从而将粒子磁性地保持在各收集单元中。
有利的是，所述对准装置和另一对准装置包括一位于所述板的内边缘上的、具有给定尺寸的凸耳和一具有一其尺寸与所述凸耳相对应的凹槽的轴向装置，所述凸耳可插入所述凹槽内，以为一收集单元的彼此相对的板体部分和孔和/或各收集单元组件的那些板体部分和孔提供一选定的轴向和径向的对准。
较佳的是，所述磁性过滤系统还设置有用于引导所述流体从入口装置流向所述板的各孔的导流装置。过滤系统壳体的内表面可以设置有一个锥形部分，以便使来自于所述入口装置的流体可以径向地向比较靠近或最靠近的收集单元中的孔分散。或者，可以在入口装置和第一收集单元之间包括一与壳体和轴向单元分开的单元，该单元具有一环形锥状导槽，以便用相同的方式来引导流体流动。
较佳的是，在所述各孔和彼此相对的板体部分中设置有槽状孔，以进一步加强各收集单元的彼此相对的板之间的磁通密度。设置在彼此相对的板体部分中的对准的槽状孔可生成磁性排斥区域，这些区域比第一次提到过的孔相互之间靠得更近。相同的极设置得越近，其间的磁性排斥力就越强。例如，在一收集区域中间包括这样的区域，在这些区域中可以进一步地聚集吸引磁力线。沿径向作用的排斥磁力使吸引磁力线的磁通密度在彼此相对的板体部分之间进一步地聚集，并轴向地作用。
有利的是，所述彼此相对的成对磁极片彼此相向地弯曲，以进一步加强其间的磁通场。由于一个极片被磁化成北极，另一个极片被磁化成南极，它们彼此设置得越近，其间的磁力线就越强，直到板被磁铁的磁通量饱和为止。此外，由于磁力线通过板的边缘分散，将相对极片的边缘彼此相向地弯曲，就可以将磁力线重新引向各板之间的轴向区域。如果板没有弯曲，磁通场会从板的边缘径向地延伸。在彼此相对的极片之间也将产生一个吸引磁场，但是其强度低于相向弯曲的情况，这时，从彼此相对的极片发出的磁场基本上是彼此相向的。
有利的是，所述彼此相对的成对板/板列之间隔开一个距离，这样就可以最佳地利用从彼此相对的板/板列的边缘发出的磁通，以便吸引并保持流体中的可磁化材料，并且有利于获得所需的收集能力。收集单元的收集能力(容量)越大，其需要清洗的次数就越少。因此，板之间的间隔是可以变化的，以确定对材料的所需容量以及在各收集区域内和各孔中的磁通强度分布。将各板放到足够近的为止，以便可以进行轴向的收集，即，即使在高流速(例如400升/分钟)和高压力(例如7000psi)的流体情况下，也能在每对收集板的内部之间沿轴向收集小至1微米的可磁化粒子。
有利的是，所述彼此相对的板体部分之间的吸力磁通线基本上正交于所述各孔中的斥力磁通线，因而使进入各孔的可磁化材料既受到吸力磁通场的影响又受到斥力磁通场的影响。
有利的是，所述壳体的内表面设置得非常靠近所述成对的板/板列的外部，以便基本上将过滤系统内的流体流动限制在这样的区域内，即，在这些区域中由成对的板/板列所产生的磁通场有利于吸引和保持输入到所述过滤系统中的、具有一定尺寸范围和类型的非可磁化材料，例如小于1微米的铁质粒子。
或者，当壳体显著地大于板的直径时，各收集单元和壳体之间的间隙可以包含超出收集区域有效磁性范围的区域。在此情况下，最好是包括一块或多块分配板，这些分配板具有沿轴向对准所述板孔的另外的孔，分配板可以设置在一个或多个收集单元的两侧，以确保所有流体均暴露于具有类似于或大于吸引粒子所需阈值之磁通密度的区域。悬浮在流体中的不同尺寸和类型的粒子具有不同的阈值。这些强度的阈值还取决于其它悬浮的粒子尺寸和类型以及流体流速和压力。例如，当由于流体压力增大或者是流速增大而造成作用在粒子上的其它力增大时，吸引某一给定尺寸(例如1微米)的粒子所需的阈值强度就会变大。
较佳的是，所述壳体包括一个或多个可密封段，可密封段具有能使各段方便地组装或拆卸的互锁螺纹部分。可以将壳体的各段螺旋分开而将收集单元取出或放入壳体，然后再将它们螺旋拧在一起而将组件包围于其中。需要时，可以将组件从壳体中取出，清除可磁化材料碎屑后放入原位供重新使用。
较佳的是，在所述壳体上还设置有用来连接一流体系统的装置。
有利的是，可以设置隔离装置以使流体与过滤系统相互隔离，以便将过滤系统取出或插入流体系统。
有利的是，在所述过滤系统中设置了用于监测所收集材料是否出现和/或数量的装置，因而可以在不拆开系统的情况下估计粒子的收集进而是磨损情况。
较佳的是，可设置关停装置，以便在所收集的碎屑达到了一预定水平时，将把所述过滤系统作为其一部分的系统关停。如果能早期地估计出一个构件的磨损，处于同一流体中的其它构件就不会磨损，系统完全失效的情况，即机构构件很快磨损和/或机械卡住的情况就不大可能发生。
有利的是，在所述壳体内设置有传统的过滤介质，以除去进入所述系统的非磁性粒子。
有利的是，所述收集单元内的一块或多块磁铁是具有开关装置的电磁铁，开关装置可激活电磁铁收集粒子，以及使电磁铁去激活而便于释放所收集的粒子。这样更便于在重新使用收集单元之前除去积聚在收集单元内的材料。按照收集单元是处于过滤状态还是清洁状态，设置在壳体外面以便用手操作的开关可以被用来激活或去激活电磁铁。或者，如果有外部远程控制装置，则也可以将开关设置在壳体内。
本发明的另一个有利之处是，磁铁元件可以对流过其间的流体施加一些磁性，这可以通过本领域众所周知的方式来实现，因而不再赘述。
较佳的是，在所述磁性过滤系统中包括有传统的纤维素纤维、金属或其它过滤材料，以除去进入所述系统的非磁性粒子。有利的是，所述传统的过滤材料被安置在一个或多个收集单元的下游。
根据本发明的又一个方面，提供了一种用于从悬浮有磁性粒子的流体中滤除所述粒子的方法，所述系统包括入口装置和出口装置，其中设置了一个或多个收集单元，每个收集单元均包括分别设置在一个或多个磁铁的两侧上的一块或多块板或板列，所述各板或板列具有相反的极性，各板或板列延伸得离开所述一块或多块磁铁的一个或多个边缘的一部分或全部，彼此相对的板具有一个或多个孔，其中，彼此相对的孔限定了一个磁性排斥区域，彼此相对的板体部分在其间限定了一个磁性吸引和可磁化材料收集区域，使流体流过所述磁性排斥区域，使所述粒子在所述磁性吸引区域中被吸引和保持，并使所述粒子与所述各孔相排斥。
有利的是，所述方法包括如下步骤将所述各板从所述磁铁上拆卸下来，并从所述各板和磁铁上机械地除去碎屑。或者，利用一空气管路，吹去一未拆开的收集单元组件中所收集的粒子。如果空气管路横穿过吸引磁力线而不是与其相互平行，那么就更容易吹去粒子。
根据本发明的还有一个方面，提供一种用于从悬浮有磁性粒子的流体系统中滤除所述粒子的方法，该方法包括如下步骤提供一装置，该装置包括入口装置和出口装置，其中设置了一个或多个收集单元，每个收集单元均包括分别设置在一个或多个电磁铁的两侧上的一块或多块板或板列，所述各板或板列具有相反的极性，各板或板列延伸得离开所述一块或多块电磁铁的一个或多个边缘的一部分或全部，彼此相对的板具有一个或多个轴向对准的孔，其中，彼此相对的孔限定了一个磁性排斥区域，彼此相对的板体部分在其间限定了一个磁性吸引和可磁化材料收集区域，使流体流过所述各孔，激活电磁铁而将所述粒子保持在所述磁性吸引区域内并使粒子与所述各孔相排斥，使电磁铁去激活而将所述粒子从所述磁性吸引区域释放并将所述粒子从所述流体系统中除去。
有利的是，所述用于激活和去激活电磁铁的方法包括如下步骤使电流通过电磁铁的线圈。
有利的是，一种用于监测所收集的碎屑的数量和/或类型的方法包括如下步骤设置用于检测在彼此相对的板体部分之间是否出现所收集粒子的检测装置，检测装置的一部分伸入一个或多个收集单元的收集区域，以监测所出现材料的类型或数量；设置警报装置，以便在材料数量超出预定比率或数量时发出警报；设置用于流体系统的关停装置，以便在所述材料的数量超出另一个预定的比率或数量时关停所述流体系统。
下面结合附图对本发明的几个实施例进行描述，附图中
图1至图9是收集装置不同实施例的内部平面图和剖视图，它们可用于形成磁性过滤系统的一部分图1a及图1b是根据本发明的一个收集单元的平面图和侧视图；图2a和2b是根据本发明的另一方面的收集单元的平面和侧视图，它具有沿周向排列的条形磁铁；图3是收集单元的又一实施例的一部分的立体图；图4a及图4b是收集单元的又一实施例的内部图和侧视图；图5a及图5b是本发明的再一个收集单元的平面图和侧视图，该收集单元具有径向延伸的孔及一圆柱形磁铁；图6a和图6b是本发明又一方面的收集单元的平面图及侧视图，它具有沿周向排列的槽及一圆柱形磁铁；图7a、图7b及图7c是收集单元的另一种安排，图中示出了孔的其他取向和形状；图8a及图8b是收集单元的又一种安排，它具有一环形磁铁，其中设置有诸孔；图9是最后一个收集单元的内部平面图，它具有条形磁铁及位于收集板边缘的收集区域；图10是通过一磁性过滤系统的剖面图11是一组收集单元的分解图；图12是多个收集单元的剖视图；图13是通过具有污染物指示装置的磁性过滤系统的剖面图；图14是一示意图，图中示出了一检测装置的电路，所述检测装置用于指示出收集单元中所收集到的可磁化材料；图15是不同尺寸的收集单元的结构安排的立体图；图16示出了一具有电磁铁的收集单元；图17示出了具有一个或多个收集单元的磁性过滤系统，以及一用于除去非可磁化材料的过滤介质。
图18a及18b是用于图17的传统过滤介质的剖视图；在图10、13及15中的箭头指出了流体的流动方向。
图1至图9示出了收集单元的不同实施例。在图1a及1b中，一收集单元30有若干个磁铁31，其具有相同磁极极性的表面与一收集板32相接触。磁铁的具有另一相反极性的各表面与又一收集板33相接触。其中一块板被磁化成北极，另一个板被磁化成南极。
收集板内的各孔34是让流体流过收集单元的通道。在图1中，各磁铁31是沿径向设置的。图2a和图2b中的收集板的磁化方式与此相似，但是磁铁是沿周向设置的。图1b和图2b中的虚线示出的是收集板的另一种侧面形状。图1a和图2a示出了可以加进收集板的槽形孔，这样的安排可以在成对收集板之间(除了孔相互对准的区域)产生三维收集区域，因此可提供比较强的吸收污染物的能力。收集板之间的距离、孔的数量和大小以及总磁场强度是可以改变的，以配合所要求的通过收集单元的流速以及流体中污染物的大小及类型。孔越小，收集板靠得越近，环绕收集区的磁通量的分布也越大。这就有利于提高收集单元吸引及留住非常小的可磁化粒子的能力。
每块收集板上的孔的数目及大小将决定可用于流体流动的总的截面面积。孔的大小和数目可以改变以配合流体系统中的入口及出口部分。如果孔的总的截面面积小于流体系统的截面面积时，则流体速率会在流体受限制比较大的地方提高。如果孔的总的截面积大于流体系统的截面积，则在流体扩开的地方，流速将降低。如果流体系统能够承受住通过过滤系统的流速的减小，则对于放慢流体流速以把粒子留住一个较长的时间从而使粒子较易捕获这一点来说将是有利的。此外，孔的尺寸应该大于可能在流体中悬浮的最大的粒子的尺寸以防止孔被阻塞。
相同宽度的孔如果对准，可以在它们之间形成一具有相应宽度的轴向孔。轴向孔的宽度愈窄，则其内的斥力越大，因此，磁通量的排斥能力也愈大，可以把粒子从流体路径推向收集区域，但是，除非孔的数目增加，否则孔的尺寸减小将相应地减小可用于流体的截面积。因此将孔的宽度设计得最佳化，以便既利于具有所要求的流体通过量又具有足够的磁通强度以吸引和留住流体系统中具有一定范围的粒子尺寸和类型的粒子。当面对面设置的板体部分彼此相互对准时，边缘宽度越大，则收集区的范围越大，收集材料和能力也越大。但是为了让所需的流体通过量通过，可使收集能力受限于总的轴向凹进部分的体积。轴向凹部的排斥效应例如在磁性吸引区域的边缘处将强于收集区域的中部。因此，为了达到所要求的收集能力，可能更有利的是让板体部分更窄一些，但是数量更多一些，以便把轴向凹部的排斥力尽量发挥出来。
由于所选择的磁铁的极化轴线的缘故，与收集板接触的磁铁面的磁通量优先分散并向板的边缘集中。孔的尺寸、孔的数量以及收集板的厚度都是可决定用于使磁通量散开的、总的外周边缘表面积的因素。因此可以改变外周表面面积，以利用从附于其上的磁铁所获得的磁通量。从一表面出来的磁通量的大小可以由下式得出φM=BM×AM式中BM是磁铁材料的磁通密度，AM是磁力线通过其作用的磁铁的截面面积(cm2)，φM是通过面积AM的磁通量。
磁通量φM将通过边缘的外周表面积Ap分散开去。磁通量φM除以Ap应该不超过收集板制作材料的饱和磁通密度。对于低碳钢(软钢)来说，此数字约为15,000高斯(Gauss)。
在任何实施例中的磁铁的强度最好适合收集板的外周表面积的最佳饱和特性。应该考虑当相邻中心收集单元的相同磁极彼此相互作用时所产生的磁通量的增加。引入间隔装置(将在后面讨论)可以隔开各中心收集单元中产生的磁通密度，并且可用来减轻上述问题。
对于每一个设计来说，将有一个可以用于收集板的外周面积的最佳磁通密度。因此，或者可以选择周围面积来匹配可从给定磁铁得到的磁通密度，或者可以选择磁铁强度来配合可获得的外周表面面积。虽然过高的磁通量不会降低本发明的性能，但是，通过采用本发明方案可以得到的是最佳的生产成本。对一给定的收集板大小，如果超过最佳磁通量就意味着磁力线延伸穿过收集板的外径面，从而使粒子被收集在收集单元的外面。粒子最好是收集在收集单元的内部，因为在那里对粒子可以有较强的保持力。
若提供超过需要的磁通量，可以使系统具有预备的磁通量，于是可以通过增加外周边缘面积(例如通过另加一块收集板或换一块厚度较大的收集板)来提高吸引和保留住粒子的能力。在板上增加以上所述的槽形孔可以进一步增大外周表面面积，并可利用多余的磁通量来增强收集单元的保留住粒子的能力。
如果磁铁强度不够，就不能充分利用可以得到的外周面积，因此，收集单元的保留住粒子的能力就不能最佳化。
图3示出了一收集单元或者说一具有多对磁极极性相反的收集板35,36的收集单元的一部分，收集板35、36分别与磁铁37接触。因此，相邻的收集板35具有相同的极性。这种安排可以允许使用非圆形的磁铁。可磁化材料可以被收集在板对36及37之间，将粒子保留在其间的能力可以通过相对接近和/或从一个或多个相邻板对的相同的场强度而得到增强。
图4a和图4b中的收集单元的收集板具有通过与设在其间的磁铁40接触而被磁化的磁极对38、39。通过与相同磁铁面的接触，可使相邻收集板38具有相同的极性。流体流过相邻板之间的孔以及板的凹部。悬浮在流体中的可磁化材料将从这些孔和凹部被排斥而被吸引到磁极对之间的收集区域。这样安排可以使多块隔开的板通过与一块磁铁的接触而磁化，并沿着磁铁的长度方向形成相邻的排斥区域。图4a中的虚点线表示可以在收集板38、39上再增加孔，以增强收集单元保持住可磁化粒子的能力。
图5a、5b、6a和6b中的收集单元具有圆柱形的磁铁41，其相对的面使收集板43、44分别磁化成北极及南极。图5a和5b中的收集单元具有在板的外周径向延伸的孔45，孔在外周部分的尺寸比近中心处大。孔的较窄部分的斥力较大。每个孔均具有沿径向跨度的磁场强度梯度，因此，在两收集板之间收集的粒子大小和/或类型具有一定的径向梯度。
图6a和图6b中的收集单元具有沿周向设置及延伸的孔46。沿每个孔的周向跨度具有一定的磁场强度梯度，所以收集在收集板之间的粒子的大小和/或类型具有一定的周向梯度。被较多边缘围绕的区域中的斥力是比较强的。
在图7a、7b、7c中的收集单元中，收集板具有另外形状的孔47、48。图7a中的均匀的孔在孔的截面上形成了均匀的磁通密度。在图7b中，收集板中的较窄的槽状孔形成了设置成相对较近的板的同极性板部分，在其周围，磁通密度得以加强。相同极性的磁极之间的距离越近，它们之间的排斥力就越大。因此，材料不大会积聚在流体的通道装置中。
图8中的收集单元具有安排在一环状磁铁50的孔内部的收集区49。收集板51,52抵着磁铁50的相对面。这样一种安排可以有利于电磁铁的接线。例如，在这种安排中，一电磁线圈及其接线可以很容易与流体隔开。在这种安排的另一种变化形式中(图中未示)，一对圆形板对中地设置在磁铁的两侧，其具有一足够大的外径以抵住磁铁，但内径较小以暴露出部分磁铁。在暴露出的磁铁面上可以再设置板体，它们邻近于中心板对或与中心板对同心地设置。
图9示出了一收集单元，它具有多个径向设置的磁铁53，磁铁的相同极性的磁极与收集板54相抵，另一相反的磁极与另一面对的收集板相低(图中未示)，这种安排有利于通过收集单元中的磁铁的数目的改变来调节收集单元的磁通密度。
图1至图7中所示的板/板列还可以进一步设置沿径向延伸或沿周向延伸的窄的纵向孔。这样做的例子可以参见图1a、2a、4a中的虚线所示。这样的设置可以产生磁性斥力增强的区域。所有实施例中的面对面设置的板体部分的外周部分也可以彼此相向地弯曲，以加强其间的吸引磁通量。图1b、2b、4b、5、7c、8b中的虚线以及图10-13、15-17中的实线就是这种安排的例子。本发明的主要优点之一在于提供了凹部或孔，这些凹部和孔可以使磁通密度集中在收集区而同时又在凹部内形成了磁性排斥从而防止磁粒在其中的积聚，由此可以避免其中的阻塞以及对流体的阻碍。这一特点可以使流体维持在过滤器内，即使当过滤器已经达到其污染物容量时也行，过滤容量近似地等于暴露的面对面设置的板体部分之间的容积。如前所述，收集单元的容量应该最佳化地适应流体系统中污染的程度、组成此污染物的粒子的大小和类型以及系统的流体速率及压力。
现在请参见图10-图13，其中的收集单元1由成对的板列2、3组成，在板2、3之间设置有一块或多块磁铁4。板借助磁性吸力而附着于磁铁上。每一板列均包括极片5及凹部或孔6，极片上还设置有狭槽7。相对置的极片彼此相向地弯曲，以加强其间的磁通量。通过与磁铁的接触使一个板列被极化北极，另一个成为南极。收集单元1可安装在一非可磁化的杆8上。杆8的直径小于收集板和磁铁中心孔的内径。在这个实施例中每个收集单元都是通过在一对板之间放一块磁铁而装配起来的。其中板的直径在30-50毫米之间而厚度在1-3毫米之间，板的间距在5-10毫米之间。当然其他的板间距、厚度和直径也是可以采用的。孔和极片对收集板来说是对称布置的。例如，如果有8个孔，它们的宽度和长度大约是7mm，其间的8个极片对将占据其余的周界。对一给定的板件来说，所需孔和极片的尺寸将决定可以容纳在一给定周向内的孔和极片的数目。对所述的例子来说，收集板中的槽的宽度可以是在1-2毫米之间。
如前所述，于是可以针对收集板的尺寸来选择磁铁的磁通密度。在此实例中，使对置的极片彼此相向地弯曲，以便使相对的边缘所间隔开的距离接近于弯曲板间距的一半左右，从而令板之间磁通量可以近似加倍。这样，收集板的间距越大，收集单元的容量就越大，若把极片彼此相向设置就可以维持几乎相同的容量(和未弯曲的极片的容量一样)，但其优点是由于板的间距较近，使可以得到的磁场强度得以增强。杆8的外表面上具有轴向凹部或槽10。收集板2,3的内表面上还具有可插入槽10内的凸耳11，以保证相邻近、同样的收集单元的凹部6及极片5可以径向和轴向地对准。或者如果收集单元不相同的话，可以保证它们的径向对准。这样，杆8上的槽就只能接受其凹部和极片的方向经选定的收集单元。可以在杆8上有选择性地安装一个间隔件9以便把收集单元进一步隔开，这个间隔件的大小可以等于上面首先提到的收集单元，也可以具有不同的尺寸，它可以在安装在该收集单元之后。在需要时，所述间隔件可以用来改变磁通量的图案。例如，间隔件可以将相邻收集单元中的磁力线间隔开，否则可能由于相同极性的磁极彼此直接相邻设置的共同效果而使磁通量过饱和。业已发现，当把相同极性的磁极彼此相邻设置时，在有些情况下，叠加的磁通量可能会大于对可用的外周表面积而言的最佳值。使用非可被磁化的间隔件有助于防止从相邻内芯单元来的磁通量分散。另外如果想调节收集区附近的过饱和程度的话，非可磁化的间隔件也可以使磁通量分散而有利于它的利用。相邻收集单元是取向为使相邻收集单元上的极性相同的极彼此相对。其他的收集单元也以类似的方法装置在杆8上并以类似的方式间隔开。
分配板(示于图10和13)最好由不能被磁化的材料制成，它抵住流体流动路线中的第一块收集板。一开口簧环(circlip)或其他夹紧装置13设置在分配板的一侧并与最后安装的收集单元相抵，以将收集单元保持在它们的轴向位置。杆8上还设有流体分配装置14，其形状可以是如图10及13中所示的那样呈圆顶形，或如图17所示的那样呈锥形。壳体的内表面24呈锥形，流体分配装置14与杆8连成一体。因此，从入口流进的流体可以被导向最近的收集板的孔中。
安装有杆8的各收集单元1在壳体15内分成两个部分，这两部分由带螺纹的表面16互锁并且可以用密封装置17加以密封，密封装置可以例如是一橡胶制的O形环。壳体的两部分可以旋开来，以使在需要对收集单元进行检查以了解是否有机械磨损和/或需要清洗时，可以接触到收集单元组件。然后可以把它们旋在一起以便过滤系统处于备用状态。
或者，图10和12中的收集单元组件可以设置在与流体系统形成一体的壳体装置内。由于对整个流体流动的截面没有任何阻碍，所以磁性过滤组件没有最低流体压力或流量要求。因此，这些因素对各收集单元的位置没有限制，壳体可以是流体管线的一部分、流体系统壳体的一部分或流体系统的其它部分。壳体可以用能够使过滤系统承受系统压力的材料制成。例如，一具有4个安装在一壳体内的收集单元的装置，其长度约为135mm，直径为90mm，如果用铅制造，可以承受高达7000psi的压力。
可以设置检测装置18,19(图13)来检测收集在极片对之间的可磁化材料的出现。所述检测装置可以安装在壳体15内，并可直接或远程地连接至壳体外部的指示器或连接到远处的指示器单元。
一种形式的检测装置18、19包括一置于壳体15的一孔内的绝缘体20、一由导电材料制成的探头21置于绝缘体20的内部，探头的一端突进在一对极片之间的收集区域内，而探头的另一端则留在壳体外部，保持装置22把一导电连接器23保持在壳体外的探头21的一部分上。该保持装置还把一密封装置24保持抵靠于壳体内的孔内及绝缘体20上。在这一实施例中，积聚在探头和收集板之间的金属粒子将使电路连通。
现请参阅图14，在另一实施例中，一探头73与一信号处理器65相连，它还通过一绝缘体66连接于一个或多个收集单元的一个极片5。一开关67可开通一电源68，该电源通过又一个开关72及一定时器69为探头提供电流。所述开关72可以由定时器69自动地打开，定时器69可以被一台计算机70所控制。信号处理器65可以另外连接于一显示装置71、所述开关67,72和定时器69。在收集板上出现磁化材料将改变电路的电特性。电路的电特性取决于流体系统中的材料的类型及尺寸大小。在另一电路中，收集在探头和极片5之间的碎屑必须大于一预定的值以使电路能够完成回路。这一实施例比后一装置的优点在于很小量的碎屑也可以检测出来。碎屑用不着积聚到使电路形成回路的程度。这种连接的电特性(电压/电流/电阻)显示在显示器71上，并传到计算器70处。所述系统可以通过已知的污染量进行标刻，以便在使用时可以提供参考数据。由信号处理器来的数据可以输出到显示器装置和/或一监控的计算机。检测可以是连续的过程，或者是按一定时间间隔进行。当碎屑的积聚加速到超过一预定速率时，可以增加检测的次数。一报警器74(它可以是声音报警，或目视报警)也可以在碎屑积聚上升到一预定数量或其积聚速率上升到另一预定速率时被驱动而发出报警。在从信号处理器接收到数据后，计算机70可以在系统的污染达到一预定阈值时，通过开关67关闭流体系统的操作。
在具有基本相同的收集单元的结构安排中，含有金属污染物的流体将流入凹部，金属碎屑将积聚在成对极片5之间。第一个遇到流体的收集单元所设置的检测装置18将作为过滤系统中最早积累碎屑的指示器。由于有些悬浮在流体中的金属粒子在流体最早流过一收集单元时会被除去，因此，流入下一个收集单元的流体将包含较少的金属污染物。这样，离开入口最远的收集单元收集满碎屑的时间将最长。由此收集单元所设置的检测装置19将在流体过滤系统基本上充满污染物时作出指示。
检测装置也可以用来指示碎屑的数量，而不仅仅是指示其出现。在一个例子中，一旦连接上电流，不同数量的碎屑将对电路中电流的通过提供不同的电阻。一旦被标刻校准就可以将电流或其他读数与收集到的碎屑的数量联系起来。
可以将较多数量的收集单元堆叠起来(图12)，以进一步提高过滤系统收集金属碎屑的容量。
在又一个实施例中，在最靠近入口和出口的收集板处以及在相邻收集单元的中间设置分配板。
在另一实施例中，分配板可省去，这取决于所需的通过装置的流体速率及各收集板和壳体的外径。
在图5所示的又一实施例中，收集单元具有一个比一个大的凹部或孔，以沿着流体流动方向改变磁通密度。具有较小凹部或孔的收集单元将在收集部分和流体通道内具有较大的磁通量强度。因此，磁通量强度的轴向分布将使输入系统的粒子的大小和类型产生一个梯度，因而可防止先被撞击的收集单元在后面的收集单元充满之前就阻塞。在图15中，收集单元75设置得比收集单元77更靠收集单元组件的入口部分(图中未示)。收集单元75具有相比收集单元76更大的孔，收集单元76的孔大于收集单元77的孔。因此，收集单元77的磁通密度大于收集单元75。例如，较容易被磁化的粒子可以由比较宽的间距的收集板和/或较大的凹部所捕获。较不易磁化的粒子可以被捕获在堆叠得较近的收集板和/或具有较小的凹部之间。例如，离子粒子可以比铝及磷青铜更容易被捕获。只要间距及凹部相应地设置，就完全有可能捕获具有非常低的导磁率的粒子。
可以将收集单元从流体系统取出，以检测其中收集的材料，例如对材料进行组分情况的监测和/或清洗所收集的材料。
在过滤系统被插入流体系统的位置上，过滤系统可以在其出口部分和/或入口部分用隔离装置(未示)脱开连接，以便在过滤系统从流体系统脱开时仍能维持流体系统中的流体。如果要从图10及13中所示的收集单元中除去材料，可以把外壳拧开，再把收集单元组件取出来。把开口弹簧去除以将收集单元从杆8上取下来。将借助磁力吸引到磁铁上的收集板拉离。一旦从磁铁上拉下，附在板上的粒子就不再被磁化，因此可以被清除。也可以将附着在磁铁上的材料扫除下来。
或者不必将收集单元组件拆下来，而是用空气管道将收集的碎屑吹掉。可以将被清洁过的内芯单元装进壳体的两部分内，将其密封在内并重新装进流体系统。
在壳体与流体系统壳体形成一体的实施例中，收集单元组件的取出和重新插入可以用对这种壳体专用的工具来进行。
在图16中，电磁铁80是用线圈围绕一由软铁或其他可磁化材料制成的内芯82而形成的。如本技术领域的人所熟知的那样，当电流通过线圈时，就在电磁铁附近感生出磁场。线圈的一端被磁化成北极，另一端则成为南极。视所需的磁化程度，收集板2、3可以抵住或靠近电磁铁，以获得线圈两侧的磁极性。或者，通过线圈的电流的大小、线圈材料的类型、线圈的圈数是可以改变的，以产生收集板的各种设计形状所需的磁化作用。
在运行具有电磁铁的过滤系统时，对线圈通以电流以使系统处于过滤工作状态。当系统要进行清洁时，可以切断此电流。在过滤系统插入流体系统的位置，过滤系统可以如前所述的那样用隔离装置(图中未示)在其出口部分和/或入口部分加以脱开连接。当电流被切断因而电磁铁被激活时，没有磁通量延伸穿过收集板或进入那里所收集的粒子中。由于这些粒子不再被磁性吸引而附着在收集板及电磁铁上，因此粒子比电磁铁通电时要容易清除得多。粒子可以通过用水冲洗组件而除去。把这些粒子收集起来就可以进一步分析粒子组分的情况。
可以为过滤系统设置壳体，以便在一被污染的收集单元换下时可以换上另一个清洁的收集单元。这样做有利于在过滤系统取下后减少系统的停机时间。如果将收集装置装在一电动的或液压驱动的壳体上，就可以使组件的更换自动进行。如果将用于确定被收集材料数量的检测装置与这样的组件一起使用，收集组件的更换可以每隔一段时间定期地启动，或者当达到一预定量的材料时启动。如前所述，如果在流体系统中设置有关闭或关停装置，则可以在污染物上升到超过此预定量时启动该关停装置。
图17中示出了又一实施例，其中，磁性过滤系统中可以包括由纤维素纤维、金属或其它材料制成的传统的过滤介质90，以除去输入系统的非可磁化材料。当过滤介质是设置在一个或多个收集单元的下游时，这些介质只被非可磁化材料所占据，因为收集单元已经在非可磁化的材料到达此过滤介质以前将其除去。在图18a及18b所示的例子中，介质90对流体的截面积比它的包封装置91的总的截面积小，因此即使在其充满污染物时，流体仍可以流过或者通过传统的介质。
权利要求
1．一种用于从悬浮有可磁化材料的流体中过滤所述材料的磁性过滤系统，包括入口装置和出口装置，其中设置了一个或多个收集单元(1)，每个收集单元均包括分别设置在一个或多个磁铁的两侧上的一块或多块板(2、3)或板列，所述各板(2、3)或板列具有相反的极性，各板或板列延伸得离开所述一块或多块磁铁(4)的一个或多个边缘的一部分或全部，彼此相对的板具有一个或多个孔，其特征在于，彼此相对的孔限定了一个磁性排斥区域，彼此相对的板体部分在其间限定了一个磁性吸引和可磁化材料收集区域，因此，这样产生的磁通场有利于将可磁化材料优先收集在介于彼此相对的板体部分之间的收集区域内，而不是收集在所述彼此相对的孔之间的区域内。
2．如权利要求1所述的磁性过滤系统，其特征在于，在所述各彼此相对的孔之间设置有彼此相对的收集区域，因此，在各收集区域内产生的吸引磁通场及其两侧的排斥场有利于在暴露且彼此相对的板体部分(2、3)之间所夹设的空间内进行收集。
3．如权利要求1和2所述的磁性过滤系统，其特征在于，相邻收集单元(1)的具有相同极性的板(2、3)是彼此相邻设置的，因而基本上可以将磁性粒子的收集限制在所述收集单元内部的收集区域中。
4．如权利要求1至3所述的磁性过滤系统，其特征在于，设置了一个用非可磁化材料制成的壳体(15)，因此，若将各收集单元设置成非常靠近所述壳体(15)的内侧，则可将可磁化材料的收集限制在磁性单元(1)内的收集区域中。
5．如权利要求1至3所述的磁性过滤系统，其特征在于，设置了一与一流动系统成一体的壳体，因此，即使是在充满污染物情况下，所述过滤系统还是能让流体流过。
6．如权利要求1至5所述的磁性过滤系统，其特征在于，每个收集单元(1)均通过一间隔件(9)与一相邻的收集单元(1)进一步地分开。
7．如权利要求1至6所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述间隔件是非磁性的。
8．如权利要求1至6所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述间隔件是磁性的。
9．如权利要求1至8所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述各收集单元中的比较靠近入口装置的孔(6)的尺寸大于靠近所述出口装置的孔。
10．如权利要求1至9所述的磁性过滤系统，其特征在于，在一收集单元(1)的彼此相对的板(2、3)上设置了用于使各孔(6)和板体部分(5)基本上沿轴向对准的对准装置。
11．如权利要求1至10所述的磁性过滤系统，其特征在于，在各收集单元上还设置有使相应的各孔基本上沿轴向对准的另一对准装置。
12．如权利要求1至11所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述对准装置和另一对准装置包括一位于所述板的内边缘上的、具有给定尺寸的凸耳(11)和一具有一其尺寸与所述凸耳(11)相对应的凹槽(10)的轴向装置(8)，所述凸耳可插入所述凹槽内，以为一收集单元(1)的彼此相对的板体部分(5)和孔(6)和/或各收集单元组件的那些板体部分和孔提供一选定的轴向和径向的对准。
13．如权利要求1至12所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述磁性过滤系统还设置有用于引导所述流体从入口装置流向所述板(2、3)的各孔(6)的导流装置(14)。
14．如权利要求1至13所述的磁性过滤系统，其特征在于，在所述各孔(6)和彼此相对的板体部分(5)中设置有槽状孔(7)，以进一步加强各收集单元的彼此相对的板之间的磁通密度。
15．如权利要求1至14所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述彼此相对的成对磁极片(5)彼此相向地弯曲，以进一步加强其间的磁通场。
16．如权利要求1至15所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述彼此相对的成对板/板列(5)之间隔开一个距离，这样就可以最佳地利用从彼此相对的板/板列的边缘发出的磁通，以便吸引并保持流体中的可磁化材料，并且有利于获得所需的收集能力。
17．如权利要求1至16所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述彼此相对的板体部分(5)之间的吸力磁通线基本上正交于所述各孔(6)中的斥力磁通线，因而使进入各孔的可磁化材料既受到吸力磁通场的影响又受到斥力磁通场的影响。
18．如权利要求1至17所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述壳体的内表面设置得非常靠近所述成对的板/板列的外部，以便基本上将过滤系统内的流体流动限制在这样的区域内，即，在这些区域中由成对的板/板列所产生的磁通场有利于吸引和保持输入到所述过滤系统中的、具有一定尺寸范围和类型的非可磁化材料，例如小于1微米的铁质粒子。
19．如权利要求1至18所述的磁性过滤系统，其特征在于，一块或多块分配板(12)具有沿轴向对准所述板孔的另外的孔，这些分配板可以设置在一个或多个收集单元(1)的两侧，以确保所有流体均暴露于具有类似于或大于吸引粒子所需阈值之磁通密度的区域。
20．如权利要求1至19所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述壳体(15)包括一个或多个可密封段，可密封段具有能使各段方便地组装或拆卸的互锁螺纹部分。
21．如权利要求1至20所述的磁性过滤系统，其特征在于，在所述壳体(15)上还设置有用来连接一流体系统的装置。
22．如权利要求1至21所述的磁性过滤系统，其特征在于，可以设置隔离装置以使流体与过滤系统相互隔离，以便将过滤系统取出或插入流体系统。
23．如权利要求1至22所述的磁性过滤系统，其特征在于，在所述过滤系统中设置了用于监测所收集材料是否出现和/或数量的装置，因而可以在不拆开系统的情况下估计粒子的收集进而是磨损情况。
24．如权利要求1至23所述的磁性过滤系统，其特征在于，设置了关停装置，以便在所收集的碎屑达到了一预定水平时，将把所述过滤系统作为其一部分的系统关停。
25．如权利要求1至24所述的磁性过滤系统，其特征在于，在所述壳体内设置有传统的过滤介质(90)，以除去进入所述系统的非磁性粒子。
26．如权利要求1至25所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述收集单元内的一块或多块磁铁是具有开关装置的电磁铁(80)，开关装置可激活电磁铁收集粒子，以及使电磁铁去激活而便于释放所收集的粒子。
27．如权利要求1至26所述的磁性过滤系统，其特征在于，在所述磁性过滤系统中包括有传统的纤维素纤维、金属或其它过滤材料，以除去进入所述系统的非磁性粒子。
28．如权利要求1至27所述的磁性过滤系统，其特征在于，所述传统的过滤材料被安置在一个或多个收集单元的下游。
29．一种用于从悬浮有磁性粒子的流体中滤除所述粒子的方法，其特征在于，提供一如权利要求1所述的装置，使流体流过所述磁性排斥区域，使所述粒子在所述磁性吸引区域中被吸引和保持，并使所述粒子与所述各孔相排斥。
30．如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤将所述各板从所述磁铁上拆卸下来，并从所述各板和磁铁上机械地除去碎屑。
31．如权利要求30所述的方法，其特征在于，诉述方法包括如下步骤利用一空气管路，吹去一未拆开的收集单元组件中所收集的粒子。
32．一种用于从悬浮有磁性粒子的流体系统中滤除所述粒子的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤提供一如权利要求26所述的装置，使流体流过所述各孔，激活电磁铁而将所述粒子保持在所述磁性吸引区域内并使粒子与所述各孔相排斥，使电磁铁去激活而将所述粒子从所述磁性吸引区域释放，以及将所述粒子从所述流体系统中除去。
33．如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述用于激活和去激活电磁铁的方法包括如下步骤使电流通过电磁铁的线圈。
34．一种用于监测所收集的碎屑的数量和/或类型的方法包括如下步骤设置如权利要求1或26所述的装置；设置用于检测在彼此相对的板体部分之间是否出现所收集粒子的检测装置，检测装置的一部分伸入一个或多个收集单元的收集区域，以监测所出现材料的类型或数量；设置警报装置，以便在材料数量超出预定比率或数量时发出警报；设置用于流体系统的关停装置，以便在所述材料的数量超出另一个预定的比率或数量时关停所述流体系统。
全文摘要
一种磁过滤系统包括一个或多个收集单元(1),所述收集单元包括一设在一对金属板(2,3)之间的磁铁(4),一块金属板被磁化成北极,另一块磁化成南极。金属板上设置有相向的孔和相向的极片,进入凹部的粒子被孔所排斥而被吸向相对设置的板体部分之间的收集区域并被保持在其中。
文档编号B01D35/06GK1299302SQ99805890
公开日2001年6月13日 申请日期1999年5月10日 优先权日1998年5月8日
发明者约翰·马龙 申请人:约翰·马龙