Устройство электромагнитной обработки воды. Электромагнитная обработка воды

О. В. Мосин, канд. хим. наук

В статье приводится обзор перспективных современных направлений и подходов в практической реализации противонакипной магнитной обработки воды в теплоэнергетике и смежных отраслях промышленности, в т.ч. в водоподготовке, для устранения накипеобразования cолей жесткости (карбонатные, хлоридные и сульфатные соли Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ и Fe 3+) в теплообменной аппаратуре, трубопроводах и сантехнических системах. Рассмотрены принципы физического воздействия магнитного поля на воду, параметры протекающих в воде физико-химических процессов и поведение расстворенных в подвергнутой магнитной обработке воде солей жесткости. Показано, что воздействие магнитного поля на воду носит комплексный многофакторный характер. Приведены конструктивные особенности выпускаемых отечественной промышленностью аппаратов магнитной обработки воды на постоянных и электромагнитах – гидромагнитных систем (ГМС), магнитных преобразователях и магнитных активаторов воды. Дана эффективность использования аппаратов магнитной обработки воды в водоподготовке.

Введение

Воздействие магнитного поля на воду носит комплексный многофакторный характер и в конечном результате сказывается на изменениях структуры воды и гидратированных ионов, физико-химических свойствах и поведении растворённых в ней неорганических солей . При воздействии на воду магнитного поля в ней изменяются скорости химических реакций за счет протекания конкурирующих реакций растворения и осаждения растворенных солей, происходит образование и распад коллоидных комплексов, улучшается электрохимическая коагуляция с последующей седиментацией и кристаллизацией солей . Также имеются достоверные данные, указывающие на бактерицидное действие магнитного поля , что существенно для использования магнитной обработки воды в сантехнических системах, где требуется высокий уровень микробной чистоты.

В настоящее время гипотезы, объясняющих механизм воздействия магнитного поля на воду подразделяются на три основные взаимодополняющие группы – коллоидные, ионные и водные. Первые предполагают, что под влиянием магнитного поля в обрабатываемой воде происходит спонтанное образование и распад коллоидных комплексов ионов металлов, фрагменты распада которых формируют центры кристаллизации неорганических солей, что ускоряет их последующую седиментацию. Известно, что наличие в воде ионов металлов (особенно железа Fe 3+) и микровключений из ферромагнитных частиц железа Fe 2 O 3 интенсифицирует образование коллоидных гидрофобных золей ионов Fe 3+ с ионами хлора Cl - и молекулами воды Н 2 О общей формулы . 3zCl - , что может привести к появлению центров кристаллизации на поверхности которых адсорбируются катионы кальция Ca 2+ и магния Mg 2+ , составляющие основу карбонатной жесткости воды, и образованию мелкодисперстного кристаллического осадка, выпадающего в виде шлама. При этом, чем больше и устойчивее гидратная оболочка ионов, тем труднее им сближаться или оседать на адсорбирующих комплексах на поверхностях раздела жидкой и твердой фаз.

Гипотезы второй группы объясняют действие магнитного поля поляризацией растворённых в воде ионов и деформацией их гидратных оболочек, сопровождающаяся уменьшением гидратации – важного фактора, обуславливающего растворимость солей в воде, электролитическую диссоциацию, распределение веществ между фазами, кинетику и равновесие химических реакций в водных растворах, в свою очередь повышающей вероятность сближения гидратов ионов и процессы седиментации и кристаллизации неорганических солей . В научной литературе имеются экспериментальные данные, подтверждающие, что под влиянием магнитного поля происходит временная деформация гидратных оболочек расстворенных в воде ионов, а также изменяется их распределение между твердой и жидкой водяной фазой . Предполагается, что воздействие магнитного поля на расстворенные в воде ионы Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ и Fe 3+ может быть также связано с генерированием в движущемся потоке воды слабого электрического тока или с пульсацией давления .

Гипотезы третьей группы постулируют, что магнитное поле за счет поляризации дипольных молекул воды оказывает воздействие непосредственно на структуру ассоциатов воды, образованных из множества молекул воды, связанных друг с другом посредством низкоэнергетичных межмолекулярных ван-дер-вальсовых, диполь-дипольных и водородных связей, что может привести к деформации водородных связей и их частичному разрыву, миграции подвижных протонов Н + в ассоциативных элементах воды и перераспределению молекул воды во временных ассоциативных образованиях молекул воды – кластерах общей формулы (Н 2 О) n , где n по последним данным может достигать от десятков до нескольких сотен единиц . Эти эффекты в совокупности могут привести к изменению структуры воды, что обуславливает наблюдаемые изменения её плотности, поверхностного натяжения, вязкости, значения рН и физико-химических параметров протекающих в воде процессов, в т. ч. растворения и кристаллизации расстворенных в воде неорганических солей . В результате содержащиеся в воде магниевые и кальциевые соли теряют способность формироваться в виде плотного отложения - вместо карбоната кальция СаСО 3 образуется более щадящая мелкокристаллическая полиморфная форма СаСО 3 , по структуре напоминающая арагонит, который или совсем не выделяется из воды, поскольку рост кристаллов останавливается на стадии микрокристаллов, или выделяется в виде тонкодисперсной взвеси, скапливающейся в грязевиках или отстойниках. Также имеются сведения о влиянии магнитной водообработки на уменьшение концентрации в воде кислорода и углекислого газа, что объясняется возникновением метастабильных клатратных структур катионов металлов по типу гексааквакомплекса [Са(Н 2 О 6)] 2+ . Комплексное воздействие магнитного поля на структуру воды и гидратированные катионы солей жесткости открывает широкие перспективы для использования магнитной обработки воды в теплоэнергетике и смежных отраслях промышленности, в т.ч. в водоподготовке.

Магнитная обработка воды широко внедряется во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Так, в строительстве обработка цемента магнитной водой в процессе его гидратации сокращает сроки затвердевания клинкерных составляющих цемента с водой, а мелкокристаллическая структура формирующихся твердых гидратов придает изделиям большую прочность и повышает их стойкость к агрессивным воздействиям окружающей среды . В сельском хозяйстве пятичасовое замачивание семян в омагниченной воде заметно повышает урожай; полив омагниченной водой стимулирует на 15-20% рост и урожайность сои, подсолнечника, кукурузы, помидоров . В медицине применение намагниченной воды способствует растворению почечных конкрементов, оказывает бактерицидное действие . Предполагается, что биологическая активность омагниченной воды связана с повышением проницаемости биологических мембран тканевых клеток за счёт большей структурированности омагниченной воды, т.к. под воздействием магнитного поля молекулы воды, представляющие собой диполи ориентируются упорядоченно относительно полюсов магнита .

Перспективно использование магнитной обработки в водоподготовке для умягчения воды, поскольку ускорение процесса кристаллизации накипеобразующих солей в воде при магнитной обработке, приводит к значительному уменьшению концентраций растворенных в воде ионов Ca 2+ и Mg 2+ за счет процесса кристаллизации и уменьшения размеров кристаллов, осаждающихся из нагреваемой воды, подвергнутой магнитной обработке. Для удаления из воды трудно осаждаемых тонких взвесей (мути) используется способность омагниченной воды изменять агрегатную устойчивость и ускорять коагуляцию (слипание и осаждение) взвешенных частиц с последующим образованием мелкодисперстного осадка, что способствует извлечению из воды разного рода взвесей. Омагничивание воды может применяться на водопроводных станциях при значительной мутности природных вод; аналогичная магнитная обработка промышленных стоков позволяет достаточно быстро и эффективно осаждать мелкодисперсные загрязнения.

Магнитная обработка воды помогает не только предотвращать выпадение накипеобразующих солей из воды, но и значительно уменьшать отложения органических веществ, например, парафинов. Такая обработка оказывается полезной в нефтедобывающей промышленности при добыче высокопарафиновой нефти, причем эффекты магнитного поля возрастают, если нефть содержит воду.

Наиболее востребованной и эффективной магнитная обработка воды оказалась в теплообменных устройствах и системах, чувствительных к накипи – в виде образующихся на внутренних стенках труб паровых котлов, теплообменников и других теплообменных аппаратов твёрдых отложений гидрокарбонатных (углекислые соли кальция Са(НСО 3) 2 и и магния Mg(НСО 3) 2 при нагреве воды разлагающиеся на СаСО 3 и Mg(OH) 2 с выделением СО 2), сульфатных (CaSO 4 , MgSO 4), хлоридных (MgSO 4 , MgCl 2) и в меньшей мере силикатных (SiO 3 2-) солей кальция, магния и железа .

Повышенная жесткость делает воду непригодной для хозяйственно-бытовых нужд, а несвоевременная очистка теплообменников и труб от накипи в виде карбонатных, хлоридных и сульфатных солей Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 3+ приводит к уменьшению диаметра трубопровода, что ведёт к повышенному гидравлическому сопротивлению, что в свою очередь негативно сказывается на работе теплообменного оборудования. Поскольку накипь обладает чрезвычайно малым коэффициентом теплопроводности, чем металл, из которого изготовлены нагревательные элементы, на подогрев воды расходуется больше времени. Поэтому с течением времени энергетические потери могут сделать работу теплообменника на такой воде неэффективной или вовсе невозможной. При большой толщине внутреннего слоя накипи происходит нарушение циркуляции воды; в котельных установках это может привести к перегреву металла, и, в конечном итоге, к его разрушению. Все эти факторы приводят к необходимости проведения ремонтных работ, замены трубопроводов и сантехнического оборудования и требует значительных капитальных вложений и дополнительных денежных расходов с целью очистки теплообменной аппаратуры. В целом, магнитная обработка воды обеспечивает снижение коррозии стальных труб и оборудования на 30-50% (в зависимости от состава воды), что дает возможность увеличить срок эксплуатации теплоэнергетического оборудования, водопроводов и паропроводов и существенно снизить аварийность .

Согласно СНиП 11-35-76 “Котельные установки”, магнитную обработку воды для теплооборудования и водогрейных котлов целесообразно проводить, если содержание ионов железа Fe 2+ и Fe 3+ в воде не превышает 0,3 мг/л, кислорода - 3 мг/л, постоянная жесткость (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2) - 50 мг/л, карбонатная жёсткость (Са(НСО 3) 2 , Mg(НСО 3) 2) не выше 9 мг-экв/л, а температура нагрева воды не должна превышать 95 0 С. Для питания паровых котлов – стальных, допускающих внутрикотловую обработку воды, и чугунных секционных – использование магнитной технологии обработки воды возможно, если карбонатная жёсткость воды не превышает 10 мг-экв/л, содержание Fe 2+ и Fe 3+ в воде - 0,3 мг/л, при поступлении воды из водопровода или поверхностного источника . Ряд производств устанавливает более жесткие регламентации к технологической воде, вплоть до глубокого умягчения (0,035-0,05 мг-экв/л): для водотрубных котлов (15-25 ати) - 0,15 мг-экв/л; жаротрубных котлов (5-15 ати) - 0,35 мг-экв/л; котлов высокого давления (50-100 ати) - 0,035 мг-экв/л.

Магнитная обработка воды по сравнению с традиционными способами умягчения воды ионным обменом и обратным осмосом технологически проста, экономична и экологически безопасна. Обработанная магнитным полем вода не приобретает никаких побочных, вредных для здоровья человека свойств и существенно не меняет солевой состав, сохраняя качества питьевой воды. Использование других методов и технологий может быть связано с увеличением материальных затратат и проблемами утилизации использованных в процессе водоподготовки химических реагентов (чаще всего кислот). При этом часто приходится вкладывать дополнительные материальные затраты, изменять режим работы тепловых аппаратов, применять специальные химические реагенты, изменяющие солевой состав обрабатываемой воды и др. В ионнообменных умягчителях воды используются Na + -катиониты, которые после катионирования регенерируются раствором хлористого натрия (NaCl) . Это создает проблемы для окружающей среды из-за необходимости утилизации промывных вод с высоким содержанием солей натрия. Воду умягчают также с помощью обратноосмотических мембранных фильтров, проводящих ее глубокое обессоливание. Однако этот метод менее распространен из-за высокой стоимости мембран и ограниченного ресурса их работы.

Магнитная обработка воды лишена вышеперечисленных недостатков и эффективна при обработке кальциево-карбонатных вод, которые составляют около 80% всех вод России. Сферы применения магнитной обработки воды в теплоэнергетике охватывают паровые котлы, теплообменники, бойлеры, компрессорное оборудование, системы охлаждения двигателей и генераторов, генераторы пара, сети снабжения горячей и холодной водой, системы централизованного отопления, трубопроводы и другое теплообменное оборудование.

Учитывая все эти тенденции и перспективы использования магнитной водообработки во многих отраслях промышленности, в настоящее время весьма актуальна разработка новых и совершенствование существующих технологий магнитной обработки воды для достижения более высокой эффективности работы и функционирования аппаратов магнитной обработки воды с целью более полного извлечения из воды солей жесткости и повышения ресурсов их работы.

Механизм воздействия магнитного поля на воду и конструкции аппаратов магнитной обработки воды

Принцип действия существующих магнитных аппаратов умягчения воды основан на комплексном многофакторном воздействии магнитного поля, генерируемого постоянными магнитами или электромагнитами на растворённые в воде гидратированные катионы металлов и структуру гидратов и водных ассоциатов, что приводит к и зменению скорости электрохимической коагуляции (слипания и укрупнения) дисперсных заряженных частиц в потоке намагниченной жидкости и образованию многочисленных центров кристаллизации, состоящих из кристаллов практически одинакового размера .

В процессе магнитной обработки воды происходят несколько процессов:

Смещение электромагнитным полем равновесия между структурными компонентами воды и гидратированными ионами;

Увеличение центров кристаллизации растворенных в воде солей в заданном объеме воды на микровключениях из дисперстных феррочастиц;

Изменение скорости коагуляции и седиментации дисперсных частиц в обрабатываемом магнитном поле потоке жидкости.

Противонакипный эффект при магнитной обработке воды зависит от состава обрабатываемой воды, напряженности магнитного поля, скорости движения воды, продолжительности ее пребывания в магнитном поле и других факторов. В целом, противонакипный эффект при магнитной обработке воды усиливается с повышением температуры обрабатываемой воды; при более высоком содержании ионов Ca 2+ и Mg 2+ ; с увеличением значения рН воды: а также при уменьшении общей минерализации воды.

При движении потока молекул воды в магнитном поле перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, вдоль оси Y (см. вектор V), будет возникать момент сил F1, F2 (сила Лоренса), пытающихся развернуть молекулу в горизонтальной плоскости (рис. 1). При движении молекулы в горизонтальной плоскости, вдоль оси Z , будет возникать момент сил в вертикальной плоскости. Но полюса магнита будут всегда препятствовать повороту молекулы, и поэтому тормозить движение молекул перпендикулярно линиям магнитного поля. Это приводит к тому, что в молекуле воды, помещённой между двумя полюсами магнита остаётся только одна степень свободы – колебание вдоль оси X - силовых линий приложенного магнитного поля. По всем остальным координатам движение молекул воды будет ограниченным: молекула воды становится "зажатой" между полюсами магнита, совершая лишь колебательные движения относительно оси X. Определённое положение диполей молекул воды в магнитном поле вдоль силовых линий поля будет сохраняться, тем самым делая расположение диполей воды более упорядоченным.

Рис. 1. Поведение молекулы воды в магнитном поле.

Экспериментально доказано, что на неподвижную воду магнитные поля действуют гораздо слабее, поскольку обрабатываемая вода обладает некоторой электропроводностью; при ее перемещении в магнитных полях генерируется небольшой электрический ток . Поэтому данный способ обработки движущейся в потоке воды часто обозначается магнитогидродинамической обработкой (МГДО). С использованием современных методов МГДО можно добиться таких эффектов в водоподготовке как, увеличение значения рН воды (для уменьшения короззионной активности потока воды), создание локального увеличения концентрации ионов в локальном объёме воды (для преобразования избыточного содержания ионов солей жёсткости в тонкодисперсную кристаллическую фазу и предотвращения выпадения солей на поверхности трубопроводов и теплообменного оборудования) и др. .

Конструктивно большинство аппаратов магнитной обработки воды представляют собой магнитодинамическую ячейку, изготавливаемую в виде полого цилиндрического элемента из ферромагнитного материала, с магнитами внутри, врезающегося в водопроводную трубу с помощью фланцевого или резьбового соединения с кольцевым зазором, площадь поперечного сечения которого не меньше площади проходного сечения подводящего и отводящего трубопроводов, что не приводит к существенному падению давлению на выходе апарата . В результате ламинарного стационарного течения электропроводящей жидкости, каковой является вода, в магнитодинамической ячейке, находящейся в однородном поперечном магнитном поле с индукцией B 0 (рис. 2), генерируется сила Лоренца , величина которой зависит от заряда q частицы, скорости её движения u и индукции магнитного поля B .

Сила Лоренца направлена перпендикулярно скорости движения жидкости и к линиям индукции магнитного поля В , в результате чего заряжённые частицы и ионы в потоке жидкости движутся по окружности, плоскость которой перпендикулярна линиям вектора B . Таким образом, выбирая необходимое расположение вектора магнитной индукции В относительно вектора скорости потока жидкости, можно целенаправленно воздействовать на ионы солей жёсткости Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ и Fe 3+ , перераспределяя их в заданном объёме водной среды.

Рис. 2 – Схема течения потока воды в магнитогидродинамической ячейке. σ - электропроводность стенок ячейки; В 0 – амплитудное значение вектора индукции магнитного поля.

Согласно теоретическим расчётам, чтобы инициировать кристаллизацию солей жёсткости внутри объёма движущейся по трубе жидкости от стенок труб в зазорах магнитного устройства, задаётся такое направление индукции магнитного поля В 0 , при котором в середине зазоров образовалась зона с нулевым значением индукции. С этой целью магниты в устройстве располагаются одинаковыми полюсами навстречу друг другу (рис. 3). Под действием силы Лоренца в водной среде возникает противоток анионов и катионов, взаимодействующих в зоне с нулевым значением магнитной индукции, что способствует созданию в этой зоне концентрации взаимодействующих друг с другом ионов, что приводит к их последующему осаждению и созданию центров кристаллизации накипеобразующих солей.

Рис. 3 – Схема расположения магнитов, линий индукции, векторов силы Лоренца и ионов в МГДО. 1 – анионы, 2 – направление индуцированных токов, 3 – зоны с нулевым значением индукции, 4 – катионы.

Отечественной промышленностью выпускается два типа аппаратов для магнитной обработки воды (АМО) – на постоянных магнитах и работающих от источников переменного тока электромагнитах (соленоид с феромагнетиком), генерирующих переменное магнитное поле. Кроме устройств с электромагнитами применяются аппараты импульсного магнитного поля, распространение которого в пространстве характеризуется частотной модуляцией и импульсами с интервалами в микросекунды, способные генерировать сильные с индукцией 5-100 Тл и сверхсильные магнитные поля с индукцией более 100 Тл. Для этого используются главным образом геликоидальные соленоиды, изготовленные из прочных сплавов стали и бронзы. При получении сверхсильных постоянных магнитных полей с большей индукцией используются сверхпроводящие электромагниты

Требования, регламентирующие условия работы всех аппаратов магнитной обработки воды следующие:

Подогрев воды в аппарате должен быть не выше 95 °С;

Суммарное содержание хлоридов и сульфатов Са 2+ и Mg 2+ (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2) - не более 50 мг/л;

Карбонатная жесткость (Са(НСО 3) 2 , Mg(НСО 3) 2), - не выше 9 мг-экв/л;

Скорость движения потока воды в аппарате 1-3 м/с.

В магнитных аппаратах, работающих от электромагнитов, вода подвергается непрерывному регулируемому воздействию магнитного поля различной напряженности с чередующимися по направлению векторами магнитной индукции, а электромагниты могут быть расположены как внутри, так и вне аппарата. Электромагнит состоит из трехобмоточной катушки и магнитопровода, образуемого сердечником, кольцами каркаса катушки и кожухом. Между сердечником и катушкой образован кольцевой зазор для прохода обрабатываемой воды. Магнитное поле дважды пересекает поток воды в направлении, перпендикулярном ее движению. Блок управления обеспечивает однополупериодное выпрямление переменного тока в постоянный. Для установки электромагнита в трубопровод предусмотрены переходники. Сам аппарат нужно устанавливать как можно ближе к защищаемому оборудованию. При наличии в системе центробежного насоса аппарат магнитной обработки устанавливается после него.

В конструкциях магнитных аппаратов второго типа применяются постоянные магниты на основе современных порошкообразных носителей - магнитофоров, ферромагнетиков из феррита бария и редкоземельных магнитных материалов из сплавов редкоземельных металлов неодима (Nd), самария (Sm) с цирконием (Zr), железом (Fe), медью (Cu), титаном (Ti), кобальтом (Co) и бором (B). Последние на основе неодима (Nd), железа (Fe), титана (Ti) и бора (B) предпочтительнее, т.к. они обладают большим сроком эксплуатации, намагниченностью 1500-2400 кА/м, остаточной индукцией 1,2-1,3 Тл, энергией магнитного поля 280-320 кД/м 3 (табл. 1) и не теряют своих свойств при нагреве до 150 0 С.

Таблица 1. Основные физические параметры редкоземельных постоянных магнитов.

Постоянные магниты, ориентированные определенным образом располагаются соосно внутри цилиндрического корпуса магнитного элемента, изготовленного из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, на концах которого находятся снабженные центрирующими элементами конусные наконечники, соединенные аргонно-дуговой сваркой. Основным элементом магнитного преобразователя (магнитнодинамичейской ячейки) является многополюсный магнит цилиндрической формы, создающий симметричное магнитное поле, аксиальная и радиальная составляющие которого при переходе от полюса к полюсу магнита меняют направление на противоположное. За счет соответствующего расположения магнитов, создающих высокоградиентные поперечные магнитные поля по отношению к водяному потоку, достигается максимальная эффективность воздействия магнитного поля на расстворенные в воде ионы накипеобразующих солей. В результате кристаллизация накипеобразующих солей происходит не на стенках теплообменников, а в объеме жидкости в виде мелкодисперсной взвеси, которая удаляются потоком воды при продувки системы в специальные отстойники или грязевики, устанавливаемого в любой системе отопления, горячего водоснабжения, а также в технологических системах различного назначения. Оптимальный интервал скоростей движения потока воды для ГМС составляет 0,5-4,0 м/с, оптимальное давление – 16 атм. Срок эксплуатации составляет, как правило, 10 лет.

В экономическом плане более выгодно использовать аппараты на постоянных магнитах. Основной недостаток этих аппаратов в том, что постоянные магниты на основе феррита бария размагничиваются на 40-50% после 5 лет эксплуатации. При проектировании магнитных аппаратов задается тип аппарата, eгo производительность, индукция магнитного поля в рабочем зазоре или соответствующая ей напряженность магнитного поля, скорость воды в рабочем зазоре, время прохождения водой активной зоны аппарата, состав ферромагнетика (аппараты с электромагнитами), магнитный сплав и размеры магнита (аппараты с постоянными магнитами).

Выпускаемые отечественной промышленностью устройства магнитной обработки воды подразделяются на работающие на электромагнитах аппараты магнитной обработки воды (АМО) и использующие постоянные магниты гидромагнитные системы (ГМС), магнитные преобразователи (гидромультиполи) (МПВ, MWS, ММТ) и активаторы воды серий АМП, МПАВ, МВС, КЕМА бытового и промышленного назначения. Большинство из них схожи по конструкции и принципу действия (рис. 4 и рис. 5). ГМС выгодно отличаются от магнитных устройств на основе электромагнитов и магнитотвердых ферритов, поскольку при их эксплуатации отсутствуют проблемы, связанные с потреблением электроэнергии и с ремонтом при электрическом пробое обмоток электромагнита . Эти аппараты могут быть установлены как в промышленных, так и в бытовых условиях: в магистралях, подающих воду в водопроводные сети, бойлерах, проточных водонагревателях, паровых и водяных котлах, системах водонагрева различного технологического оборудования (компрессорные станции, электрические машины, термическое оборудование и др.). Хотя ГМС рассчитаны на расход воды от 0,08 до 1100 м 3 /час, соответственно на трубопроводы диаметром 15-325 мм, однако есть опыт создания магнитных аппаратов для ТЭЦ с размерами трубопровода 4000 х 2000 мм.

Рис. 4 Виды аппаратов для магнитной обработки воды (ГМС) на постоянных магнитах с фланцевыми (вверху) и резьбовыми (внизу) соединениями.

Рис. 5. Аппарат магнитной обработки воды на электромагнитах АМО-25УХЛ.

Современные аппараты для магнитной обработки воды на основе постоянных (табл. 1) и электромагнитов (табл. 2) используются для предотвращения накипи; для снижения эффекта накипеобразования в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения общехозяйственного, технического и бытового назначения, нагревательных элементов котельного оборудования, теплообменников, парогенераторов, охлаждающего оборудования и т.п.; для предотвращения очаговой коррозии в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения общехозяйственного, технического и бытового назначения; осветления воды (например после хлорирования); в этом случае скорость осаждения накипеобразующих солей увеличивается в 2-3 раза, что требует отстойники меньшей емкости; для увеличения фильтроцикла систем химической водоподготовки - фильтроцикл увеличивается в 1,5 раза при уменьшении потребление реагентов, а также для очистки теплообменных агрегатов . При этом аппараты магнитной обработки воды могут использоваться самостоятельно или как составная часть любых установок, подверженных накипеобразованию в процессе эксплуатации - систем подготовки воды в жилых помещениях, коттеджах, детских и лечебно-профилактических учреждениях, для водоподготовки в пищевой промышленности и т.п. Применение этих аппаратов наиболее эффективно для обработки воды с преобладанием карбонатной жесткости до 4 мг-экв/л, и общей жесткости до 6 мг-экв/л при общей минерализации до 500 мг/л.

Табл. 2. Технические характеристики отечественных аппаратов магнитной обработки воды на постоянных магнитах.

Основные характеристики:

· Условный диаметр (мм.): 10 ; 15; 20; 25; 32

· Номинальное давление (МПа): 1

Табл. 3. Технические характеристики отечественных аппаратов магнитной обработки воды на электромагнитах.

Основные характеристики:

· Условный диаметр (мм.): 80 ; 100; 200; 600

· Номинальное давление (МПа): 1.6

На основании данной работы можно сделать следующие выводы:

1) при магнитной обработке воды происходит воздействие на саму воду, на механические примеси и ионы накипеобразующих солей и на природу протекающих в воде физико-химических процессов расстворения и кристаллизации;

2) в воде, прошедшей магнитную обработку, возможны изменения гидратации ионов, растворимости солей, значения рН, что выражается в изменении химических реакций и скорости коррозионных процессов.

Таким образом, магнитная обработка воды является перспективным динамично развивающимся современным направлением в водоподготовке для умягчения воды, вызывающее множество сопутствующих физико-химических эффектов, физическую природу и область применения которых еще только начинают изучать. Сейчас отечественной промышленностью выпускаются различные аппараты магнитной обработки воды на постоянных и электромагнитах, находящие широкое применение в теплоэнергетике и водообработке. Неоспоримыми достоинствами магнитной обработки в отличие от традиционных схем умягчения воды с помощью ионного обмена и обратного осмоса является простота технологической схемы, экологическая безопасность и экономичность. Кроме этого метод магнитной обработки воды не требует каких-либо химических реактивов и поэтому является экологически чистым.

Несмотря на все достоинства аппаратов магнитной обработки воды, на практике эффект магнитного поля зачастую проявляется только в первый период эксплуатации, затем эффект постепенно снижается. Это явление потери магнитных свойств воды называется релаксацией. Поэтому в тепловых сетях кроме омагничивания подпиточной воды часто необходимо обрабатывать воду, циркулирующую в системе путем создания так называемого антирелаксационного контура, при помощи которого обрабатывается вся вода, циркулирующая в системе.

Список литературы

1. Очков В. Ф. Магнитная обработка воды: история и современное состояние // Энергосбережение и водоподготовка, 2006, № 2, с. 23-29.

2. Классен В. И. Омагничивание водных систем, Химия, Москва, 1978, с. 45.

3. Соловьева Г. Р. Перспективы применения магнитной обработки воды в медицине, В сб.: Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем, Москва, 1974, с. 112.

4. Креетов Г. А. Термодинамика ионных процессов в растворах, 2 изд., Ленинград, 1984.

5. Мартынова О. И., Гусев Б.Т., Леонтьев Е.А., К вопросу о механизме влияния магнитного поля на водные растворы солей // Успехи физических наук, 1969, № 98, с. 25-31.

6. Чеснокова Л.Н. Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем, Цветметинформация, Москва, 1971, с. 75.

7. Kronenberg K. Experimental evidence for the effects of magnetic fields on moving water // IEEE Transactions on Magnetics (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 1985, V. 21, № 5, p. 2059–2061.

8. Мосин О.В., Игнатов И. Структура воды и физическая реальность // Сознание и физическая реальность. 2011, Т. 16, № 9, с. 16-32.

9. Банников В.В. Электромагнитная обработка воды. // Экология производства, 2004, № 4 , с. 25-32.

10. Пороцкий Е.М., Петрова В.М. Исследование влияния магнитной обработки воды на физико-химические свойства цемента, раствора и бетона, Материалы научной конференции, ЛИСИ, Ленинград, 1971, с. 28-30.

11. Espinosa A.V., Rubio F. Soaking in water treated with electromagnetic fields for stimulation of germination in seeds of pawpaw (Carica papaya L.) // Centro Agricola, 1997, V. 24, № 1, p. 36-40.

12. Гребнев А.Н., Классен В.И., Стефановская Л.К., Жужгова В.П. Растворимость мочевого камня человека в омагниченной воде, В сб.: Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем, Москва, 1971, с. 142.

13. Шимкус Э.М., Аксенов Ж.П., Каленкович Н.И., Живой В.Я. О некоторых лечебных свойствах воды, обработанной магнитным полем, в сб.: Влияние электромагнитных полей на биологические объекты, Харьков, 1973, с. 212.

14. Штереншис И.П. Современное состояние проблемы магнитной обработки воды в теплоэнергетике (обзор), Атоминформэнерго, Москва, 1973, с. 78.

15. Мартынова О.И., Копылов А.С., Теребенихин У.Ф., Очков В.Ф. К механизму влияния магнитной обработки на процессы накипеобразования и коррозии // Теплоэнергетика, 1979, №. 6, с. 34-36.

16. СНиП 11-35-76 “Котельные установки”. Москва, 1998.

17. Щелоков Я.М. О магнитной обработке воды // Новости теплоснабжения, 2002, Т. 8, № 24, с. 41-42.

18. Присяжнюк В.Я. Жесткость воды: способы умягчения и технологические схемы // СОК, Рубрика Сантехника и водоснабжение, 2004, № 11, с. 45-59.

19. Тебенихин Е.Ф., Гусев Б.Т. Обработка воды магнитным полем в теплоэнергетике, Энергия, Москва, 1970, с. 144.

20. С. И. Кошоридзе С.И., Левин Ю.К. Физическая модель снижения накипеобразования при магнитной обработке воды в теплоэнергетических устройствах // Теплоэнергетика, 2009, № 4, с. 66-68.

Гульков А.Н., Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработки воды на предприятиях Дальнего Востока, Владивосток, изд-во Дальневосточного университета, 1990, с. 134.

21. Савельев И.В. Курс общей физики, том 2, Электричество и магнетизм. Волны. Оптика, Наука, Москва, 1978, с. 480.

22. Брановер Г.Г., Циннобер А.Б. Магнитная гидродинамика несжимаемых сред, Наука, Москва, 1970, с. 380.

23. Домнин А.И. Гидромагнитные системы – устройства для предотвращения образования накипи и точечной коррозии // Новости теплоснабжения, 2002, Т. 12, № 28, с. 31-32.

24. Мосин О.В. Магнитные системы обработки воды. Основные перспективы и направления // Сантехника, 2011, № 1, c. 21-25.

Владельцы патента RU 2429206:

Изобретение относится к технике обработки воды и предназначено для очистки и предотвращения образования твердых отложений на рабочих поверхностях элементов систем водоподготовки и водоснабжения. Устройство содержит последовательно включенные блок управления 4, блок генерации сигналов 1 и источник питания 6. Вход блока управления 4 подключен к шине управления 12. Устройство также содержит блок индикации 5 и трансформатор тока 7, состоящий из индуктивного элемента 8 с эластичным магнитопроводом 9, радиально закрепленным на элементе технологического объекта 10. Блок генерации сигналов 1 выполнен в виде последовательно включенных микроконтроллера 2 и усилителя мощности 3, подключенного к выводам индуктивного элемента 8 трансформатора тока 7. Управляющий вывод усилителя мощности 3 подключен ко второму выходу блока управления 4. Первый и второй выходы блока управления 4 подключены к управляющим входам микроконтроллера 2 и блока индикации 5. Силовые выводы блока индикации 5, микроконтроллера 2 и усилителя мощности 3 подсоединены к одноименным выходам источника питания 6. Второй информационный выход микроконтроллера 2 подключен ко второму входу блока индикации 5. Технический результат: расширение области технического использования устройства за счет более эффективной обработки воды. 3 ил.

Изобретение относится к технике обработки воды и предназначено для очистки и предотвращения образования твердых отложений на рабочих поверхностях элементов систем водоподготовки и водоснабжения.

Носителем в системах водоснабжения и водоподготовки выступает вода с минеральными солями (магния, кальция и др.), которые делают ее «жесткой» и способствуют к образованию на рабочих поверхностях элементов систем твердых отложений в виде накипи. Особенно интенсивно этот процесс происходит в системах водоподготовки на этапе нагрева носителя. Известно, что нарост накипи на стенках тепловых агрегатов помимо сужения внутреннего диаметра змеевиков ухудшает теплообмен за счет снижения теплопроводности и ведет к энергетическим потерям.

Сегодня известны химические и физические методы по предотвращению и разрушению образовавшейся накипи. Особого внимания заслуживает электромагнитный метод обработки воды, который в последнее время все шире применяется в системах водоподготовки и водоснабжения благодаря положительным результатам и простой технической реализации такого устройства. Так, из источников научно-технической и патентной информации известны следующие технические решения по электромагнитной обработке воды, актуальность которых очевидна на данный момент времени.

Известно устройство для электромагнитной обработки воды по Патенту GB №2312635, C02F 1/48, приоритет 29.04.1996, опубл. 05.11.1997. Устройство содержит последовательно включенные источник питающего напряжения, генераторный блок и антенну, выполненную в виде соленоида со свободным концом, закрепленного на трубе с водой. Генераторный блок содержит двухфазный генератор электрических колебаний. Его сигналы сложной формы проходят в антенну-соленоид и воздействуют на воду, протекающую через трубу.

Известно устройство для электромагнитной обработки жидкости по А.с. SU №865832, C02F 1/48, опубл. 23.09.1981, которое содержит последовательно включенные схему управления, трехфазный тиристорный преобразователь и трехфазные электромагнитные обмотки, закрепленные на диамагнитном объекте воздействия. Тиристорный преобразователь подключен к питающей трехфазной сети.

В качестве прототипа выбрано устройство для омагничивания лекарственных и пищевых жидкостей по Патенту RU №2089513, C02F 1/48, опубл. 10.09.1997. Оно содержит устройство управления, управляющее работой источника переменного тока через токовый ключ, и соленоид, закрепленный на кювете с жидкостью. В соленоид проходят электрические сигналы от источника переменного тока по закону работы устройства управления.

Рассмотренные аналоги и выбранный прототип имеют общие недостатки, которые заключаются в неэффективной обработке воды по изменению ее физического состояния. Так, в известных устройствах электромагнитное воздействие на технологический объект - преимущественно воду, осуществляется по сигналам источника переменного сетевого напряжения (тока), модуляцию которых осуществляет электронный ключ (например, тиристор) по закону электрического генератора (устройства управления). Интенсивность этих колебаний, как правило, не регулируется. Как показывает практика, для эффективного изменения физических свойств воды требуется формирование широкополосных сигналов воздействия заданной мощности по закону случайной функции.

Поэтому достичь желаемого результата при обработке носителя (воды) за короткий промежуток времени в этом случае не представляется возможным, что дает основание говорить о неэффективности известных устройств электромагнитной обработки воды, ведущей к ограничению области технического использования на объектах водоподготовки и водоснабжения.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении области технического использования за счет более эффективной обработки воды и предотвращения отложений в системах водоподготовки и водоснабжения.

Достижение технического результата в предлагаемом устройстве для электромагнитной обработки воды, содержащем последовательно включенные блок управления, блок генерации сигналов и источник вторичного электропитания, выводы блока генерации сигналов подключены к выводам индуктивного элемента, а вход блока управления подключен к шине управления, обеспечивается введением блока индикации и трансформатора тока, состоящим из индуктивного элемента с эластичным магнитопроводом, радиально закрепленным на элементе технологического объекта, при этом блок генерации сигналов выполнен в виде последовательно включенных микроконтроллера и усилителя мощности, подключенного к выводам индуктивного элемента трансформатора тока, его управляющий вывод подключен к второму выходу блока управления, первый и второй выходы блока управления подключены к управляющим входам микроконтроллера и блока индикации соответственно, силовые выводы блока индикации, микроконтроллера и усилителя мощности подсоединены к одноименным выходам блока вторичного электропитания, второй информационный выход микроконтроллера подключен к второму входу блока индикации.

Устройство для электромагнитной обработки воды поясняется чертежами. На фиг.1 приведена блок-схема устройства, на фиг.2 и фиг.3 показаны возможные варианты размещения трансформатора тока устройства на поверхности технологического объекта.

Устройство для электромагнитной обработки воды (фиг.1) содержит блок 1 генерации сигналов (БГС), состоящий из последовательно включенных микроконтроллера 2 и усилителя 3 мощности, блок 4 управления, блок 5 индикации, источник 6 питания, трансформатор 7 тока в виде индуктивного элемента 8 и эластичного магнитопровода 9, технологический объект 10 с магнитопроводящей поверхностью 11 и шину 12 управления.

Первый, второй и третий выводы блока 4 управления подключены к выводам микроконтроллера 2, усилителя 3 мощности и блока 5 индикации, а управляющий вход подключен к шине 12 управления. Микроконтроллер 2 через усилитель 3 мощности подключен к выводам индуктивного элемента 8 трансформатора 7 тока, радиально закрепленного на магнитопроводящей поверхности 11 технологического объекта 10 посредством эластичного магнитопровода 9. Второй информационный вывод микроконтроллера 2 подключен к другому входу блока 5 индикации. При этом его силовые выводы, силовые выводы микроконтроллера 2 и усилителя 3 БГС 1 подсоединены к соответствующим выходам источника 6 питания.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально устройство (фиг.1) находится в исходном состоянии. Его перевод в рабочее состояние осуществляется подачей сигнала «Управление» по шине 12 управления, который проходит на блок 4 управления. Блок 4 управления в следующий момент вырабатывает управляющие сигналы, задающие режим работы микроконтроллера 2 и значение токового сигнала усилителя 3 мощности блока 1 генерации сигналов БГС. Режим работы БГС 1 отображается на индикаторах блока 5 индикации устройства. При этом на микроконтроллер 2 и усилитель 3 мощности БГС 1, блок 5 индикации с выводов источника 6 питания подаются соответствующие рабочие напряжения, необходимые для их функционирования.

На первом сигнальном выходе микроконтроллера 2 БГС 1 формируется цифровая последовательность сигналов по заданному случайному закону, которая, проходя через усилитель 3 мощности, преобразуется в токовые импульсы заданной длительности, поступает на индуктивный элемент 8 трансформатора 7 тока. В результате индуктивный элемент 8 возбуждает в эластичном магнитопроводе 9 импульсный магнитный поток случайной последовательности, который замыкается через корпус технологического объекта 10 (трубопровод системы водоснабжения или водоподготовки из ферромагнитного материала).

В свою очередь, наведенный импульсный магнитный поток случайной последовательности через магнитопроводящую поверхность 11 технологического объекта 10 воздействует на носитель (воду) и изменяет ее физические свойства в течение определенного периода времени через процессы коагуляции. С целью повышения эффективности этого воздействия в трансформаторе 7 тока магнитопровод 9 выполнен эластичным в виде ленты определенного типоразмера, позволяя более плотно облегать корпус (трубопровод) технологического объекта 10 при поперечном (фиг.2) или поперечно-продольном (фиг.3) расположении, снижая магнитные потери за счет уменьшения магнитного сопротивления.

Поперечно-продольная компановка трансформатора 7 тока на корпусе технологического объекта 10 (фиг.3) позволяет увеличить протяженность зоны контактного электромагнитного воздействия на носитель на величину длины площади намотки L пл эластичного магнитопровода 9:

L пл =πD·tgα·n,

где D - диаметр намотки, tgα - угол подъема витка намотки, n - число витков намотки. При этом площадь S=L пл ·l окр =n 2 D 2 ·tgα·n, здесь l окр - длина окружности винтовой намотки, контактного взаимодействия возрастает в n раз относительно поперечной компановки (фиг.2) трансформатора 7 тока на технологическом объекте 10, способствуя повышению эффективности устройства при электромагнитной обработке воды.

Для технологического объекта 10 с магнитонепроводящей поверхностью (диамагнитный трубопровод пластик-алюминий-пластик) трансформатор 7 тока устанавливается на его поверхности (фиг.2, фиг.3) описанными способами через подстилающую магнитопроводящую поверхность 11, например в виде пленки зоны воздействия.

Формирование импульсного магнитного потока случайной последовательности ведет к снижению электромагнитного шума, способствуя, тем самым, повышению электромагнитной совместимости электронных устройств в соответствии с действующими стандартами.

Таким образом, повышение эффективности обработки воды в предлагаемом устройстве достигается за счет применения трансформатора 7 тока с малыми магнитными потерями при использовании эластичного магнитопровода 9, увеличения площади S контактного воздействия на носитель, формирования электрических импульсов возбуждения по заданному случайному закону с последующей регулировкой их мощности. Это позволяет за более короткий временной интервал при минимальных энергетических затратах направленно изменять физическое состояние носителя (воды) за счет процессов коагуляции минеральных солей, расширяя область технического использования устройства, что отличает его от аналогов и выбранного прототипа , обеспечивая достижение положительного эффекта.

Практическая реализация устройства (только для пояснения): в блоке генерации сигналов 1 применен микроконтроллер 2 серии MSP-430; усилитель мощности 3 выполнен регулируемым по известной схеме на ОУ К140УД7, транзисторах КТ814, КТ815 с RC-элементами; блок управления 4 представляет собой многоконтактный механический переключатель; блок 5 индикации выполнен по типовой схеме с использованием светодиодов АЛС324, К176ИД2; источник питания 6 собран по известной схеме стабилизированного выпрямителя с двухполупериодным выпрямителем и стабилизатором на ИМС серии К142ЕН; трансформатор тока 7 - реализован в виде многослойной катушки индуктивности (индуктивный элемент 8), размещенной на эластичном магнитопроводе 9 из физически мягкой ферроленты F96 фирмы Keratherm-Ferrite (Германия); технологический объект 10 - это металлическая труба с носителем системы водоподготовки. Других особенностей предлагаемое устройство не имеет и может быть промышленно реализовано.

Источники информации

1. Патент GB №2312635, C02F 1/48. Опубл. 05.11.1997.

3. Патент RU №2089513, C02F 1/48. Опубл. 10.09.1997, прототип.

Устройство для электромагнитной обработки воды, содержащее последовательно включенные блок управления, блок генерации сигналов и источник питания, выводы блока генерации сигналов подключены к выводам индуктивного элемента, а вход блока управления подключен к шине управления, отличающееся тем, что в него введен блок индикации и трансформатор тока, состоящий из индуктивного элемента с эластичным магнитопроводом, радиально закрепленным на элементе технологического объекта, при этом блок генерации сигналов выполнен в виде последовательно включенных микроконтроллера и усилителя мощности, подключенного к выводам индуктивного элемента трансформатора тока, его управляющий вывод подключен к второму выходу блока управления, первый и второй выходы блока управления подключены к управляющим входам микроконтроллера и блока индикации соответственно, силовые выводы блока индикации, микроконтроллера и усилителя мощности подсоединены к одноименным выходам источника питания, второй информационный выход микроконтроллера подключен к второму входу блока индикации.

Похожие патенты:

Изобретение относится к электровихревой обработке воды, используемой для питьевых целей, в промышленности, медицине, микроэлектронике и для орошения сельскохозяйственных культур в системах капельного орошения с регулированием окислительно-восстановительных свойств.

Очищать воду современные технологии сегодня позволяют по-разному. Можно и химические средства использовать, можно использовать АкваЩит или работать и с помощью магнитного воздействия. Такое многообразие обуславливается разной покупательной способностью населения и разными потребностями в качестве воды для промышленного производства.

Жесткость, как стимул к применению

Нет ничего хуже известкового осадка. Из всех вредных примесей, жестковатость самая опасная. И опасна она именно тем, что действует медленно, но очень метко. От нее невозможно отравиться, как от вредной вирусной воды. Она не обладает цветом и вкусом, как железистая вода. В этом и состоит ее негатив. Проследить ее влияние можно, но это процесс длительный. Зато результат – накипь – видит каждый.

Она постоянно меняющаяся система, состоящая из многих компонентов. Для примера в таблице представлен упрощенный состав воды. И это многообразие нужно обработать, оставив при этом все полезное.

Полностью растворенными в воде являются только минеральные соли, но они же являются и полезными примесями. Но если их в воде слишком много, то образуется известковый осадок. Помочь устранить его может электромагнитная обработка воды , как одна из более эффективных.

Согласно ГОСТу, общая жесткость в воде не должна превышать показание 9. Жесткость ведь не только накипью плоха, она ухудшает состояние воды, не говоря уже о последствиях при работе с бытовыми приборами -

• Увеличенный расход моющих средств;
• Ухудшение состояния тканей;
• Снижение питательности еды;
• Стимулирование коррозии;
• Падение КПД бытовых приборов

Моющие средства при контакте с жесткой водой образуют малорастворимый осадок, куда излишек мыла и уходит. На нормальную с показателем 9, расход мыла составляет примерно 2,5 грамма. При мягкой воде такой расход составит 1,75 грамма примерно. При стирке в такой воде, которая теперь обладает не только жесткостью, но еще и малорастворимым осадком, ткани начинают впитывать эти примеси. От этого они становятся ломкими, износ работает быстрее.

Если же говорить о пользе продуктов, то белки из мяса, при варке в некачественной воде, становятся практически нерастворимыми и очень плохо усваиваются человеком. В результате нужно и на ремонт тратиться и на промывку, да и здоровье тоже страдает от такой воды.

Накипь же работает внутри приборов и оборудования, как отличный теплоизоляционный материал. Расход топлива при этом увеличивается в десятки раз, а качество нагрева очень сильно падает. Все это сказывается на нормальной работе приборов и оборудования, причем до такой степени, что оно может ломаться и без возможности восстановления. Чистить поверхности или промывать их постоянно химическими растворами можно, но, сколько будет все это стоить, и на сколько потребители готовы пойти на такие минусы, как вечно поцарапанные поверхности, в остатках накипного налета, ясно будет только по мере.

В связи с таким количеством вреда от накипи и самой жесткости, человечество вынуждено было искать способы обработать воду так, чтобы получить мягкую и не знать больше таких проблем. Кроме электромагнитной обработки воды большой популярностью сегодня пользуются ионообменные приборы, умягчение воды путем впрыскивания в воду умягчающих средств.

При умягчении главной задачей остается связывание или устранение катионов кальция и магния. При работе с химическими веществами эти катионы превращаются в нерастворимые соединения, которые проще вымыть или отфильтровать. Есть вариант замены одних катионов на другие. Так работают ионообменные установки. Для этого используют специальные картриджи с определенной фильтрующей смолой. В обмен на соли жесткости она может отдавать ионы натрия или водорода. Но возня с постоянными заменами картриджей, забившихся после обменов, требует и денег, и усилий. Все это и привело к экспериментам над безреагентным умягчением.

Как обработать воду электромагнитными волнами без химических реакций?

Еще в середине двадцатого века, когда не отгремел еще костер великой отечественной войны, ученые занимались изучением работы магнитного воздействия на жесткость. Так и была открыта особенность поведения солей жесткости при обработке воды электромагнитными волнами и магнитном облучении. Хотя до сих пор так и нет одинакового мнения о том, как работает магнитное поле. Достоверно известно одно, что под таким влиянием вода становится более мягкой, а главное воздействие способствует очищению стенок оборудования.

Обычно загрязнение стенок является большой проблемой для оборудования. Осадок накапливается на резиновых прокладках в узких трубках, приходится сменные прокладки постоянно менять, а для очистки узких мест разбирать оборудование и останавливать производство. От простоев соответственно предприятие получает убытки.

По разным вариантам работы магнитного поля, в воде образуются либо центры кристаллизации, либо соли меняют форму и становятся острыми и неудобными для прилипания. При любом варианте облучения соли не могут прилипать к поверхностям, зато могут своими острыми концами качественно счищать старые залежи. Причем делают они это качественно, хоть и медленно, и при этом не нужно ничего раскручивать и очищать. Эта особенность и делает устройства электромагнитной обработки воды крайне выгодными для сфер, работающих с водой постоянно.

Кроме очистных особенностей, приводит к резкому увеличению растворения неорганических солей, растворенный кислород в большей степени концентрируется в воде. Не доказано, но есть версия о том, что электромагнитная волна поможет решить и некоторые бактерицидные проблемы.

Магнитное воздействие не оказывает влияния на здоровье человека. Это экологически безопасный способ получить мягкую воду довольно быстро, без обслуживания и лишних затрат. При этом все солевые качества остаются в норме, вода не меняет критически свой состав. Но при всех этих достоинствах одного магнитного действия было недостаточно и появились первые варианты электромагнитной обработки воды.

Магнитная или электромагнитная обработка, что выбрать?

Тем не менее, все еще используют, особенно в тех домах, где есть колонка, и нет горячей воды. Магнитный приборчик хоть и маленький, но обработать небольшую квартирку ему вполне под силам. Главное, чтобы скорость потока не превышала предельно допустимую, а вода не была горячей. У такого прибора перед электрическим братом есть всего один небольшой плюсик – это отсутствие расходов на электричество. По сути, магнитной обработкой сегодня мало кто пользуется, только в случае обработки исключительно холодной воды с определенной скоростью потока он все еще применяется.

Электромагнитная обработка воды намного выгоднее других безреагентных. нужно приварить к котлу, магнитный прибор врезать в трубу. Электромагнит же достаточно накрутить на трубу. Это значительно облегчает жизнь. Прибор легко и снять, и одеть. Только концы обмотки нужно изолировать и обязательно смотреть, чтобы вода на проводку не попадала. Собственно это и все обслуживание. Не работает такой прибор только в двух случаях – отключение электроэнергии и вода в системе стоит. При использовании магистрального устройства подобного толка, защита от образования накипи гарантирована практически для всех бытовых приборов. Только вот питьевого качества такой прибор не даст. Именно поэтому, выбирать электромагнитную обработку имеет смысл только от накипи и . Его задача больше относится к очищению поверхностей и защите их от новых отложений. Потому в квартиру лучше дополнительно еще купить питьевой фильтр под мойку.

Напряжение питания, В —— 220/12

Ток потребления, А —— 0,5..2

Частота импульсной обработки воды, Гц —— 20…2000

Форма сигнала — треугольник или прямоугольный импульс

Научные исследования подтверждают изменение свойств воды при внешнем электромагнитном воздействии. Дождевая вода или полученная в результате таяния снега, по свойствам значительно отличается от воды из подземных источников артезианских скважин и естественных выходов на поверхность земли в виде ключей.

В подземной воде отсутствуют электромагнитные свойства. Вода в виде дождевых осадков заряжена грозовыми разрядами, отличительная способность такой воды — легкое усвоение растениями, при этом ускоряется их рост при почти полном отсутствии микроэлементов.

Во многих районах возможность использования дождевой или снеговой воды для полива растений ограничено из-за малого количества природных осадков, приходится пользоваться водой, взятой из водопровода, в которую также добавлено ядовитое вещество — хлор, который снижает качественные показатели воды.

В садоводствах хлор в воду не добавляют, вода используется из артезианских скважин с больших глубин. Ускорить рост растений позволяет использование артезианской воды после обработки электромагнитным полем, что приводит к повышению урожайности, снижению заболеваемости растений.

Ранее, в торговле, можно было купить металлическую вставку в водопровод, обладающую электромагнитными свойствами, но в данном устройстве не было возможности варьировать изменения свойств воды с целью подбора оптимального варианта — мощности излучения, его частоты, изменения формы электромагнитного поля.

Простой переносной прибор для электромагнитной обработки воды легко выполнить, используя катушку из медного провода, подключенную к источнику постоянного тока. Катушка крепится на неметаллический поливочный шланг водопровода. На время разбора воды через катушку подается постоянный электрический ток от сетевого блока питания или от небольшого аккумулятора. Простота такого схемного решения не позволяет провести исследования с целью получения оптимального варианта, для этого разработана электронная схема, которая позволяет проводить изменение частоты, мощности и формы электромагнитного поля с целью качественной поляризации атомов воды, солей и минералов, растворимых в воде.

Принципиальная схема (рис. 1) состоит из генератора частоты на аналоговом таймере DA1, усилителе мощности на биполярных транзисторах VT2-VT3 и блоке питания на силовом трансформаторе Т2.

Для установки оптимального режима обработки воды в схему введены: регулятор частоты на переменном резисторе R3, регулятор мощности на резисторе R6, переключатель SA1 формы сигнала — прямоугольного или треугольного.

Мультивибратор на микросхеме аналогового таймера работает в режиме генератора прямоугольных импульсов, в первом случае импульс используется без изменений, во втором случае с помощью зарядного конденсатора СЗ импульс переводится в форму пилы.

Внутренняя структура микросхемы таймера состоит из верхнего и нижнего компараторов, в виде операционных усилителей; RS-триггера; выходного усилителя и ключевого транзистора, используемого для разрядки внешнего конденсатора.

Питание на выводы 8 и1 микросхемы подается от стабилизированного источника тока на транзисторе VT1, это снижает влияние мощных импульсных токов при электромагнитной обработке воды на работу таймера.

Вывод 4 — сброс в работе не используется и подключен к плюсу источника питания, для устранения влияния ложных срабатываний таймера.

Вывод 7 таймера — вывод коллектора внутреннего транзистора сброса, эмиттер которого подключен к общему проводу. Состояние этого транзистора идентично с состоянием выхода 3, открыт — когда на выходе таймера нулевой потенциал и заперт, когда присутствует напряжение. В данной схеме электромагнитной обработки воды он используется как вспомогательный выход с повышенной нагрузочной способностью для индикации состояния микросхемы таймера. Светодиод HL1 горит, когда внутренний транзистор заперт, указывая, что на выходе 3 таймера высокое напряжение. Вход 2 таймера -управление переключением выходного напряжения, вход 6 — переключение выхода 3 в нулевое состояние при напряжении на конденсаторе С1 выше 2/3Un.

Зарядка конденсатора С1 происходит при высоком уровне на выходе 3 через резисторы R2 и R3 "Частота". По окончании зарядного цикла при 2/3Un внутренний триггер микросхемы переключит выход 3 на нулевой уровень, конденсатор С1 разрядится через цепи R2, R3, R4, R6, на выходе появится прямоугольный импульс высокого уровня, триггер вернется в исходное состояние и повторится процесс заряда конденсатора С1.

Вывод 5 в микросхеме позволяет получить прямой доступ к точке делителя с уровнем 2/3Un. Данный вывод в схеме не используется и соединен с общим проводом через конденсатор С2.

Стабилизация напряжения питания микросхемы DA1 выполнена на транзисторе VT1 с цепями стабилизации напряжения базы, резистором R5 и стабилитроном VD2.

Частота следования импульсов зависит от сопротивления резистора R3 "Частота".

Усилитель мощности выполнен на транзисторах с большим коэффициентом усиления для увеличения быстродействия схемы и раскачки выходного каскада на транзисторе VT3, при высоком уровне импульса тока в катушке L1.

Конденсатор СЗ в базовой цепи транзистора VT2 позволяет сформировать из прямоугольного импульса таймера треугольную форму. Тумблером SA1 определяется режим обработки сигнала таймера. Резистор R7 позволяет создать небольшое смещение на базе входного транзистора усилителя мощности.

Импульсный диод VD3 в цепи коллектора транзистора VT2 позволяет защитить схему при обратной полярности напряжения источника питания.

Электромагнитная катушка L1 защищена от пробоя обратным напряжением импульса тока диодом VD4. Конденсатор СЗ создает на катушке резонанс напряжения, увеличивая амплитуду импульса тока.

Блок питания прост по исполнению и выдает 14… 16 В напряжения при токе 1 …2 А, возможно использовать любой сетевой адаптер с близкими характеристиками.

Работа устройства электромагнитной обработки воды основана на формировании импульсного тока в электромагнитной катушке с целью поляризации воды и содержащихся в ней примесей. Полив растений обработанной водой повышает урожай на 25…30%. При использовании прибора в бытовых условиях электромагнитная обработка воды предотвращает образование накипи и отложений в трубах горячей и холодной воды, смягчает воду, что снижается расход стиральных порошков, электроэнергии и времени при стирке.

В приборе установлены заводские радиодетали: таймер типа 555 или КР1006ВИ1, резисторы — МЛТ-0,125, переменные СП-3-4АМ. Конденсаторы типа КМ и К53.

Транзисторы с высоким коэффициентом усиления, более 100. Катушка L1 имеет 200 витков провода диаметром 0,23 мм, намотанным на картонный патрон диаметром 28 мм. Патрон одевается на поливочный шланг, на схему подается напряжение, регуляторы частоты и мощности предварительно выставляются в среднее положение. При работе индикатор HL1 должен заметно мигать на нижней частоте генератора, катушка и выходной транзистор при работе немного греются, что является нормальным состоянием.

На выходной транзистор типа КТ-82ЭА (аналог D333) крепится радиатор.

Диодный мост VD5 применен на большой ток, до 30 А, используется без радиатора и может заменен на два диода КД213Б.

В лабораторных условиях работоспособность схемы по магнитным свойствам проверить несложно: при подаче напряжения катушка L1 втягивает в себя стальную отвертку средних размеров, ток потребления при этом достигает в амплитуде до 6 А, средний — 1 …1,5 А.

При отсутствии на даче напряжения электросети схему прибора можно питать от старого аккумулятора, предварительно зарядив его от блока питания. Аккумулятор следует подключить к плюсу диодного моста VD5 или вместо катушки L1 в соответствующей полярности. Окончание зарядки — по началу обильного кипения электролита. Перезаряда не произойдет, так как вторичные обмотки трансформатора Т2 соединены в выходное напряжение 12 В.

Электронную схему прибора можно использовать и для питания электродвигателей постоянного тока в сверлильных станках и по другим назначениям, обороты можно регулировать регулятором мощности R6, а двигатель подключить к точкам подключения катушки L1.

Печатный монтаж выполнен на одностороннем стеклотекстолите. Размер платы (рис. 2) — 75×36 мм.

Регулятор частоты, мощности, индикатор работы и тумблер формы сигнала установлены на передней панели прибора, блок питания выполнен в отдельном корпусе и соединен с электронной схемой двухжильным проводом сечением 2,5 мм2.

На сегодня много слухов, много споров идет вокруг применения силы магнитного поля, как варианта умягчать воду и очищать зараженные старой накипью поверхности. Люди скептически относятся к магнитному воздействию. Его работу сразу заметить невозможно, его нельзя увидеть на конкретном примере. И российский недоверчивый народ все еще считает магнитное облучение мифом.

И, тем не менее, в некоторых отраслях промышленности устройства магнитной и электромагнитной обработки воды используются весьма успешно. В промышленности вообще больше знают о работе таких приборов. И отзывы сплошь и рядом положительные. Обработка воды подобным образом помогает решить сразу две проблемы, в то время, как применение других умягчающих устройств направлена исключительно на умягчение воды.

Магнитные же силы работают сразу по двум направлениям:

• Очищение поверхностей даже в самых неудобных, труднодоступных местах;
• Умягчение

При этом устройства не дают питьевого качества воде. Но за такой двойной плюс они просто бесценны, т.к. помогают в течение долгого времени и не вспоминать о чистках, промывках и т.п.

Содержать поверхности отопительного оборудования в чистоте крайне важно. Если этим пренебречь, то очень скоро прибор начнет барахлить. У накипи, которая всегда образуется при работе с жесткой или жестковатой водой, есть самое главное негативное свойство - образование накипного налета на поверхностях. И никто бы на этот налет не обратил внимания (кроме естественно эстетической составляющей), если бы известь не обладала изоляционными свойствами. При отложении на теплогрейные поверхности, она начинает работать, как изолятор.

Все тепло, которое подается в систему передается в воду в размере, не превышающем процентов 15, а то и меньше. Остальные проценты остаются внутри материала, который продолжают накалять дальше. Вот и получается, что жесткость ведет к взрывам и трещинам даже самых крепких поверхностей. И залатать такие повреждения нельзя. Покупать же новое оборудование не всегда есть возможность, сразу после поломки.

Конечно, до изобретения магнитных умягчителей воды предотвращали образование накипи профилактическими промывками, пытались убирать накипь еще на стадии легкого налета, но большого эффекта от таких промывок не было.

После того, как в 20 веке открыли чудодейственную силу влияния магнитного поля на воду, был изобретен первый безреагентный магнитный умягчитель. Но в процессе его эксплуатации были выделены недостатки, которые и заставили человечество задуматься и создать модифицированную версию с применением электрических импульсов.

Основой работы магнитного, как и электромагнитного преобразователя является мощнейшее поле, создаваемое силовыми линиями. Проходя через него соли жесткости, которые обладают удобной для прилипания прямоугольной формой, начинают ее менять на форму иголки. В таком виде прилипать к поверхностям сложно, а вот разрыхлять остатки предыдущих отложений очень удобно. И поскольку ион - иголка, то разрыхление происходит на ионном уровне. Это очень тонкая и тщательная очистка поверхностей оборудования от старых залежей, без использования каких-либо дополнительных средств.

Но в процессе эксплуатации выяснилось, что создаваемое поле, даже самым мощным и громоздким постоянным магнитом оказывается слабоватым для внешних воздействий. Горячая вода заставляла прибор останавливаться. Если вода стояла внутри труб, то поле снова не работало. Скорость, направления все стало иметь значение. Но как только поле многократно усиливалось частотными электрическими волнами, как практически весь негатив от работы магнита устранялся. Что и заставило в дальнейшем делать упор на массовое производство все же электромагнитов.

Говорить о том, какой прибор лучше, не совсем корректно. Всегда должны учитываться исходные данные. Но при прочих равных, электромагнитная обработка будет однозначно выгоднее и удобнее. Тем более она сильнее, лучше работает, легче и стоит немного больше. Но при этом есть определенные ситуации в жизни, когда покупать электромагнит нет смысла. Например, в квартире стоит колонка, зачем на всю холодную воду монтировать более дорогой прибор? Здесь и магнитного прибора вполне хватит. Тем более, что сегодня за счет утяжеления устройства стараются сделать его менее восприимчивым, в том числе и к температурам. И небезуспешно. Некоторые экземпляры магнитных преобразователей воды выдерживают температуру за 120 градусов! Та, что главное найти место, где прибор можно врезать. Только следует не забывать, что прибор довольно увесист, а значит, труба не должна провисать, иначе быстро сломается.