Sérhver hitaflutningslykkja í hringrás er háð dælu, ásamt vélrænum þéttingum, legum, öxlum og slitflötum sem að lokum verða viðhaldsskyldur. Í ætandi efnakerfum eru þessir þættir oft fyrsti uppspretta leka og mengunar. Hugmynd sem er að koma upp leggur til gjörbreytta nálgun: að leyfa vökvanum sjálfum að bregðast beint við segulsviði og útiloka hefðbundinn dælubúnað algjörlega.
Járnvökvi-vökva sem inniheldur sviflausnar segulmagnaðir nanóagnir-er hægt að knýja í gegnum PTFE varmaskipti með ytra snúnings segulsviði. Engin hjól snertir vökvann. Engar þéttingar komast inn í kerfið. Engir hreyfanlegir vélrænir hlutar snerta vinnslustrauminn. Niðurstaðan er að fullu innsigluð hitauppstreymilykkja með óvenjulegri viðnám gegn leka og tæringu.
Hugmyndin á bakviðsegulvökvi varmaflutningur PTFE skiptari engin hreyfanlegur hlutitækni táknar mjög tilraunakennda en hugsanlega umbreytandi stefnu í varmavinnslu og hættulegum vökvastjórnun.
Að skilja ferrofluids
Járnvökvi er stöðug kvoðasviflausn af segulmagnaðir agna á nanóskala sem dreift er í burðarvökva.
Segulmagnaðir agnir eru venjulega:
Járnoxíð nanóagnir
Magnetít-efni
Yfirborðs-stöðuguð segulkvoða
Flutningsvökvinn getur verið:
Vatn
Syntetísk olía
Flúoraðir leysiefni
Sérstakir rafvökvar
Nanóagnirnar eru áfram sviflausnar vegna þess að yfirborðsvirk efni koma í veg fyrir þéttingu og sest.
Þegar hann verður fyrir segulsviði hegðar vökvinn sér eins og segulvirkur vökvi á meðan hann heldur flæðieiginleikum sínum.
Þessi óvenjulega hegðun gerir ytri segulkerfum kleift að stjórna hreyfingu vökva án líkamlegrar vélrænnar snertingar.
Hvernig segulvökvadæla virkar
Í fyrirhuguðu PTFE skiptakerfi er járnvökvinn algjörlega lokaður inni í lokuðu hringrásarlykkju.
Fyrir utan PTFE slönguna myndar ytri snúnings segulmagnaðir samsetning hreyfanlegt segulsvið.
Þetta segulmagnaðir fyrirkomulag virkar svipað og stator á burstalausum rafmótor.
Þegar segulsviðið snýst hafa segulkraftar víxlverkun við sviflausnar nanóagnir inni í járnvökvanum. Vökvinn verður fyrir stefnumótandi áhrifum og byrjar að streyma í gegnum skiptirörin.
Seglar í dós láta vökvann snúast án þess að þurfa hefðbundna hjól eða öxlaþéttingu.
Einu blautu yfirborðin eru innri PTFE rörveggir og tengdir vökvahringrásir.
Af hverju PTFE er aðlaðandi fyrir ferrofluid kerfi
PTFE býður upp á nokkra eiginleika sem bæta við hugmyndum um hringrás segulvökva.
Þar á meðal eru:
Óvenjuleg efnaþol
Rafmagns einangrun
Ó-viðbragðsflötur
Tæringarónæmi
Lítil gróðurtilhneiging
Vegna þess að PTFE er málmlaust og efnafræðilega óvirkt geta árásargjarnir vökvar verið að fullu einangraðir frá ytri vélrænum kerfum.
Þetta skapar möguleika á:
Loftþéttar varmalykkjur
Engin lekahætta
Minni mengunarmöguleiki
Lágmarks tæringarleiðir
Sambland af PTFE innilokun og segulknúinni hringrás er sérstaklega aðlaðandi fyrir mjög hættulegt ferli umhverfi.
Útrýming vélrænna innsigli og legur
Hefðbundnar dælur eru enn einn af þeim íhlutum sem-mestu bila í efnavinnslukerfum.
Algeng vandamál eru:
Innsigli leki
Bearslit
Skafttæring
Smurbilun
Titringsskemmdir
Kavitation
Þessi mál verða sífellt alvarlegri við meðhöndlun:
Eitruð efni
Geislavirkir vökvar
Ofur-hreinir vökvar
Ætandi sýrur
Dýrir sérvökvar
Alveg segulknúin hringrásarlykkja gæti hugsanlega útrýmt mörgum af þessum bilunarhamum algjörlega.
Skortur á snúnings blautum vélbúnaði einfaldar verulega vökvamörkin.
Loforðið um loftþéttar varmalykkjur
Einn mest sannfærandi þáttur ísegulvökvi varmaflutningur PTFE skiptari engin hreyfanlegur hlutitækni er möguleikinn á algjörri loftþéttingu.
Vegna þess að hringrásarkrafturinn er beitt að utan:
Engir snúningsöxlar komast í gegnum girðinguna
Engin kraftmikil innsigli er krafist
Ekki er þörf á pökkunarkirtlum
Engin ytri smurkerfi snerta vinnsluvökvann
Þessi arkitektúr skapar afar öfluga hindrun gegn leka.
Fyrir hættulega vökva gæti þessi eiginleiki einn og sér réttlætt tæknina þrátt fyrir takmarkanir á frammistöðu.
Hugsanleg forrit fyrir núll-lekakerfi
Þó enn séu tilraunaverkefni, gætu segulvökvahringrásarhugtök að lokum fundið sérhæfða iðnaðarnotkun.
Meðhöndlun geislavirkra vökva
Kjarnorku- og geislaefnakerfi krefjast óvenjulegs innilokunaráreiðanleika.
Fulllokuð hringrásarlykkja gæti dregið úr hættu á losun í umhverfinu.
Mjög eitruð efnavinnsla
Aðferðir sem fela í sér banvæn eða mjög hvarfgjörn efni geta hagnast á því að útrýma hefðbundnum innsiglisbilunarferlum.
Hálfleiðara og há-hreinleikakerfi
Ofur-hrein forrit geta notið góðs af minni agnamyndun og mengunarhættu.
Geim- og fjarkerfi
Kerfi sem krefjast langrar endingartíma með lágmarks viðhaldi gætu hugsanlega nýtt sér minnkaða vélræna flókið.
Forsendur fyrir hitauppstreymi
Járnvökvinn sjálfur verður að vera varmavirkur á meðan hann heldur einnig segulsvörun.
Þetta kynnir nokkrar verkfræðilegar áskoranir.
Val á burðarvökva
Flutningsvökvinn verður að veita:
Fullnægjandi hitauppstreymi
Efnasamhæfi
Stöðug seigja
Langtíma-fjöðrun nanóagna
Járnvökvinn verður einnig að vera efnafræðilega samhæfður við bæði PTFE slönguna og hvers kyns hitaskila-hliðar ferlisins.
Stöðugleiki nanóagna
Á löngum rekstrartímabilum gæti þétting agna eða setmyndun dregið úr:
Segulsviðbrögð
Skilvirkni dæla
Samkvæmni hitaflutnings
Að viðhalda stöðugri kvoðahegðun er áfram mikil rannsóknaráhersla.
Núverandi tæknilegar takmarkanir
Þrátt fyrir hugmyndafræðilegan glæsileika, stendur þessi tækni frammi fyrir miklum verkfræðilegum skorðum.
Takmarkað flæði og þrýstingsgeta
Seguldrifkraftar eru áfram tiltölulega veikir miðað við hefðbundnar vélrænar dælur.
Þess vegna eru núverandi kerfi almennt takmörkuð við:
Lágt rennsli
Lágþrýstingsaðgerð
Lítil-slöngur í þvermál
Fyrirferðarlítil hringrásarlykkjur
Stór iðnaðarvarmaskiptaskylda er enn umfram núverandi getu.
Tap á segultengingu
Segulkraftsflutningur veikist hratt með fjarlægð.
Skilvirkni tengis minnkar verulega vegna:
Veggþykkt PTFE rör
Lofteyður
Byggingarstoðir
Efni sem eru ekki-segulmagnaðir
Þessi takmörkun takmarkar hagnýtan kraft sem er tiltækur fyrir hreyfingu vökva.
Áskoranir um orkunýtingu
Að búa til snúnings segulsvið eyðir raforku.
Heildarhagkvæmni kerfisins veltur að miklu leyti á:
Segultengistyrkur
Ferrofluid seigja
Rúmfræði hringrásar
Varmatap
Sem stendur eru hefðbundnar dælur almennt enn orkusparnari- fyrir flestar kröfur um flæði í iðnaði.
Áhyggjur af efnissamhæfi
Ferrofluid efnafræðin verður að vera í samræmi við:
PTFE slöngur
Flutningsvökvi
Nanoparticle stabilizers
Varma rekstrarskilyrði
Allur óstöðugleiki innan kvoðufjöðrunarinnar getur dregið úr-frammistöðu til lengri tíma.
Hvers vegna tæknin skiptir enn máli
Jafnvel með núverandi takmörkunum eru rannsóknirnar áfram mjög mikilvægar vegna þess að ákveðnar forrit setja áreiðanleika innilokunar í forgang umfram skilvirkni.
Fyrir kerfi sem meðhöndla afar hættulegan vökva getur það að útrýma vélrænum þéttingum veitt öryggiskosti sem ómögulegt er að ná með hefðbundnum dælum.
Í slíku umhverfi getur minni viðhaldsáhætta og varnir gegn leka vegið þyngra en minni dæluafköst.
Tæknin er einnig í takt við víðtækari þróun iðnaðar í átt að:
Einfölduð búnaðararkitektúr
Sjálfstætt kerfi
Lækkun viðhalds
Lokaðar ferlieiningar
Langtíma-aðgerð
Leiðbeiningar um framtíðarrannsóknir
Nokkur virk rannsóknarsvið halda áfram að þróa hugmyndir um segulvökvadælingu.
Þar á meðal eru:
Sterkari rúmfræði segulsviðs
Háþróuð stöðugleika nanóagna
Bjartsýni PTFE rör stillingar
Hybrid segulvötnunarkerfi
Lítið-afl seguldrifs rafeindatækni
Eftir því sem ofur-lítið-viðhaldsiðnaðarkerfi verða sífellt mikilvægara er líklegt að áhugi á að færa-hluta-frjálsa dreifingartækni muni halda áfram að aukast.
Niðurstaða
Hugmyndin á bakviðsegulvökvi varmaflutningur PTFE skiptari engin hreyfanlegur hlutitæknin býður upp á framúrstefnulega sýn á fullkomlega lokuð hitauppstreymikerfi sem knúin er eingöngu af ytri segulsviðum. Með því að dreifa járnvökva í gegnum PTFE-skiptara án hjóla, innsigla eða innra hreyfanlegra vélbúnaðar gætu þessi kerfi hugsanlega skilað áður óþekktum innilokunaráreiðanleika fyrir hættulega og há-vökva.
Þrátt fyrir að núverandi tækni sé áfram takmörkuð við tiltölulega lágt-flæði og lágan-þrýsting, er undirliggjandi meginreglan mjög sannfærandi. Sambland af efnafræðilega óvirkum PTFE slöngum og segulvirkum vökva skapar möguleika á leka-þéttum, tæringarþolnum-varmalykkjum með verulega minni viðhaldsþörf.
Segulvökvadæling er enn vaxandi og mjög sérhæft svið, en hún táknar glæsilega nálgun á einni af elstu áskorunum iðnaðarvinnslu: að flytja hættulega vökva á öruggan hátt. Dæla framtíðarinnar gæti að lokum innihaldið enga hreyfanlega hluti.
