Меню Рубрики

Установки для получения электроимпульсов

Электроимпульсные технологии

Электроимпульсные (ЭИ) технологии основаны на использовании комплекса физических факторов, сопровождающих процесс быстрого преобразования электрической энергии в другие виды энергии путем импульсного электрического разряда (электровзрыва) в газообразных (в т.ч. в разреженных), жидких и конденсированных средах: ударной волны (УВ), светового излучения, диссоциации и ионизации вещества, электромагнитного поля и др. Реализация ЭИ технологии осуществляется по схеме: аккумуляция электрической энергии (например, в емкостном накопителе) — коммутация источника электроэнергии и нагрузки (инициирование ЭВ) — сброс электроэнергии в нагрузку. В ряде приложений ЭИ технология позволяет по сравнению с другими технологиями достичь качественно новых результатов.В Центре Келдыша работы по внедрению ЭИ технологий проводятся по четырем направлениям: Одно из них — Обеззараживание природной и сточной вод и др. жидкостей, очистка воды от веществ аммиачно-гидразинового ряда, фенолов, нефтепродуктов и др.- Обработка и упрочнение материалов и нанесение покрытий;- Моделирование импульсных механических и электрофизических нагрузок на пакеты материалов, образцы топлив и элементы конструкций РКТ при малых длительностях воздействия.Исследовательским центром имени М.В.Келдыша предлагается принципиально новый,экологически чистый электроимпульсный метод (технология) обеззараживания жидкостей (патент РФ № 2058940). Патент отмечен Дипломом и золотой медалью на 46-й всемирной выставке по новшествам, исследованиям и новым технологиям, состоявшейся в Брюсселе, 1997 г.Электроимпульсная технология (ЭИТ) основана на воздействии на обрабатываемую жидкость ударных волн, генерируемых импульсным электрическим разрядом и вызывающих дезинтеграцию и гибель микроорганизмов. Использование ее при обеззараживании воды состоит в следующем:- В объеме, занимаемом водой, формируется электрический разряд с помощью погруженных электродов специальной формы, питающихся от импульсного источника электроэнергии.- Электрический разряд формирует ударную волну, которая распространяется в объеме воды. Кратковременность электрического импульса позволяет реализовать ударную волну, толщина фронта которой меньше размера микроорганизмов, в результате чего в объеме, занимаемом микроорганизмом, при прохождении ударной волны возникает мгновенный градиент давления, который приводит к механическому уничтожению его.- Энергия в единичном импульсе и частота следования импульсов определяются бактериальным составом воды и для конкретного типа воды находится сначала расчетным путем (по имеющимся методикам и накопленным экспериментальным результатам), а затем уточняется экспериментально.- Обеззараживание может быть проведено как в замкнутом объеме, так и в проточной воде.Применение ЭИТ для обеззараживания воды позволяет обеспечить:- безреагентную дезинфекцию воды;- уничтожение всех видов микроорганизмов, включая вирусы и споры;- обработку воды независимо от количества взвешенных в ней твердых частиц и примесей;- эффективную дезинфекцию в объеме радиусом до1 метра.В настоящее время известны две безреагентные технологии обеззараживания воды, имеющие низкую энергоемкость: ЭИТ и УФ технология. Однако, ЭИТ позволит обеспечить более высокую надежность при больших расходах (из-за существенно меньшего числа воздействующих элементов: 1 пара электродов на

10 3 УФ-ламп), возможность обеззараживания непрозрачной (для УФ излучения) воды и меньшие эксплуатационные расходы.Опыты с применением ЭИТ для обеззараживания воды, проведенные в Центре Келдыша, показали эффективность и техническую возможность использования ЭИТ для обеззараживания воды как альтернативной реагентным методам (хлорированию и др.). Об этом свидетельствуют высокая эффективность обеззараживающего действия, низкая удельная энергоемкость, экологическая чистота, которая обеспечивается безреагентным характером обеззараживания и возможностью при необходимости отделения обрабатываемого объема воды от зоны разряда проницаемой для ударных волн мембраной. В опытах с мембраной удалось достичь положительных результатов при стерилизации молока и подсырной сыворотки.Основываясь на полученных экспериментальных результатах потенциальными областями применения ЭИТ являются следующие:- дезинфекция сточной воды;- дезинфекция питьевой воды;- стерилизация молока и жидких молочных продуктов;- стерилизация соков.Преимущества ЭИТ состоят в следующем:- Высокая экологическая чистота при обеззараживании воды.- Возможность использования при обработке непрозрачных жидкостей, в т.ч. соков, молока и т.п.- Низкая удельная энергоемкость (в десятки раз ниже по сравнению с тепловыми методами стерилизации).- Сохранение термически нестойких компонентов (витаминов и т.п.) за счет исключения из технологического процесса теплового нагрева.

Дата публикования: 2015-01-26 ; Прочитано: 1119 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2020 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .

источник

Установка для электроимпульсного разрушения материала

Использование: в электроимпульсных устройствах для дробления горных пород, руд, отходов строительной индустрии и других материалов. Сущность изобретения в том, что в качестве генератора импульсного напряжения (ГИН) использован высокочастотный трансформатор, состоящий из набора индукторов, а в качестве высоковольтного электрода применен высоковольтный кабель, центральный проводник которого является вторичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Со стороны низкого напряжения центральный проводник (вторичная обмотка) высокочастотного трансформатора заземлен через диод и индукционный датчик тока. Такой ГИН служит для инициирования разряда и формирования канала сквозной проводимости в толще разрушаемого диэлектрического тела. Разрушение осуществляется в результате энерговклада от генератора импульсного тока, подключенного к центральному проводнику высоковольтного кабеля и состоящего из высоковольтного сильноточного тиристора и конденсаторной батереи. Тиристор управляется сигналом с индукционного датчика тока с помощью блока измерения тока и управления, что позволяет повысить надежность и КПД. 1 ил.

Читайте также:  Установка clover на fusion drive

Изобретение относится к электроимпульсным устройствам и может быть использовано в горнодобывающей промышленности для дробления руд и горных пород, в строительной индустрии, для переработки отходов и в других областях, в которых используется электроимпульсная технология.

Известны электроимпульсные установки, включающие источник импульсного высокого напряжения (ГИН) по схеме умножения Аркадьева-Маркса, соединенный через разрядник с высоковольтным электродом, погруженным в заземленную емкость с технической жидкостью.

Недостатком таких установок является ограниченная возможность вариации режима энерговклада и весьма высокая индуктивность последовательно включенных разрядников, большие фронты и длительность высоковольтных импульсов, малая частота их следования, низкий КПД и недостаточная надежность работы в связи с ограниченным сроком службы разрядников.

Прототипом изобретения является установка, содержащая источник высоковольтных импульсов, параллельно которому подключены высоковольтный электрод, погруженный в заземленную емкость с технической жидкостью, и последовательно соединенные управляемый коммутатор и генератор импульсных токов с включенным между управляемым коммутатором и источником высоковольтных импульсов блоком селекции и выдачи управляющих импульсов.

Такая установка обладает несколько большим КПД, однако применение разрядников сохраняет высокую индуктивность цепи, большие фронты и длительность высоковольтных импульсов, малую частоту их следования, а также низкую надежность работы установки.

Целью изобретения является уменьшение индуктивности цепи формирования высоковольтных импульсов, уменьшение их фронтов и длительности, увеличение предельно возможной частоты разрядов, повышение надежности и КПД работы установки.

Поставленная цель достигается тем, что в установке, состоящей из источника высоковольтных импульсов ГИН, генератора импульсных токов (ГИТ) и высоковольтного электрода, погруженного в заземленную емкость с технической жидкостью, в качестве источников импульсов высокого напряжения применен высокочастотный трансформатор, состоящий из набора индукторов, а в качестве высоковольтного электрода применен высоковольтный кабель, центральный проводник которого является вторичной обмоткой высокочастотного трансформатора, которая со стороны низкого напряжения заземлена через диод и индукционный датчик тока, а конденсаторная батарея генератора импульсного тока через тиристор, управляемый сигналом с индукционного датчика тока, подключена к вторичной обмотке трансформатора.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемой установки.

В качестве источника высоковольтных импульсов в этой установке применен высокочастотный трансформатор, состоящий из высокочастотных сердечников 1, витков первичной обмотки 2, соединенных параллельно, изоляционных шайб 3, высоковольтного кабеля на напряжение U2 (ГИН) с центральным проводником 4, являющимся вторичной обмоткой трансформатора, подводящих высокочастотных кабелей 5, тиратрона 6 и конденсатора 7 на напряжение U1. Со стороны низкого напряжения центральный проводник 4, являющийся вторичной обмоткой высокочастотного трансформатора, заземлен через диод 8 и индукционный датчик 9 тока (пояс Роговского). ГИТ, состоящий из высоковольтного сильноточного тиристора 10 на напряжение UГИТ и конденсаторной батареи 11 на напряжение UГИТ, подключен к центральному проводнику 4 высоковольтного кабеля. Тиристор 10 соединен с индукционным датчиком 9 тока через блок 12 измерения тока и управления тиристором. Со стороны высокого напряжения высоковольтный кабель (электрод) погружен в заземленную емкость 13, в которой осуществляется разрушение различных материалов с помощью электрических импульсов. ГИН и ГИТ питаются от источников 14 и 15 постоянного напряжения собственно U1 и UГИТ.

Данная установка базируется на принципе работы от двух источников питания, когда один из источников — ГИН служит для инициирования разряда и формирования канала сквозной проводимости в толще разрушаемого диэлектрического тела, а другой — ГИТ обеспечивает энерговклад в сформированный канал пробоя и определяет масштабы разрушения. ГИН в этом случае играет вспомогательную роль, подготавливая условия для электровзрыва.

Использование в качестве ГИН высокочастотного трансформатора, состоящего из ряда индукторов, нанизанных на высоковольтный кабель, позволяет исключить из цепи ГИТ разрядник и свести к минимальной длине элементы подключения ГИТ и ГИН. Это существенно снижает индуктивность в цепи ГИТ, так как ее величина в данном случае определяется только отрезком кабеля, проходящего через высокочастотный трансформатор, и позволяет резко (на порядок) увеличить частоту следования импульсов. При этом полностью исключается возможный пробой с ГИН на ГИТ, что в целом увеличивает надежность работы установки.

Установка для электроимпульсного разрушения материалов работает следующим образом.

Управляющий сигнал открывает тиратрон 6, конденсатор 7, заряженный от источника 14 постоянного напряжения, через кабели 5 разряжается на параллельно включенные витки первичной обмотки 2 высокочастотного трансформатора. При этом в сердечниках 1, разделенных изоляционными шайбами 3, возбуждается вихревое магнитное поле, которое индуцирует во вторичной обмотке (центральном проводнике) высоковольтного кабеля напряжение U2, приблизительно равное произведению U1 n, где n — число сердечников 1. При пробое высоковольтного промежутка в емкости 13 с технической жидкостью ток, протекающий через индукционный датчик 9 тока (пояс Роговского), индуцирует сигнал, который открывает тиристор 10 и электрическая емкость разряжается на высоковольтный промежуток в емкости 13 с технической жидкостью.

Читайте также:  Установка sql server 2012 netfx3

Положительный эффект применения предлагаемой установки по сравнению с прототипом заключается в существенном уменьшении индуктивности цепи формирования высоковольтных импульсов в связи с исключением разрядников и протяженных подключающих цепей. Это позволяет увеличить крутизну переднего фронта импульса и частоту их следования, что обеспечивает высокий КПД и существенное увеличение производительности. Кроме того, отсутствие разрядников в высоковольтной цепи повышает надежность работы и упрощает эксплуатацию установки в связи с возможностью независимой регуляции параметров электрического импульса в предпробивной и завершающей стадиях электрического пробоя, исключает возможный случайный пробой через разрядники с ГИН на ГИТ, что увеличивает надежность работы установки.

УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛА, содержащая генератор импульсного напряжения, первая и вторая выходные клеммы которого соединены соответственно с рабочим промежутком, который выполнен в виде электрода, погруженного в техническую жидкость, размещенную в кювете, которая соединена с общей шиной, с генератором импульсного тока, который включает соединенные последовательно управляемый коммутатор и накопитель энергии, индукционный датчик тока, который через блок измерения и управления соединен с управляющим входом генератора импульсного тока, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия, производительности и надежности, вторая выходная клемма генератора импульсного напряжения соединена через введенный диод и индуктивный датчик тока с общей шиной, генератор импульсного напряжения содержит источник постоянного напряжения, первая и вторая выходные клеммы которого соединены соответственно непосредственно и через тиратрон с первичной обмоткой высокочастотного трансформатора, которая выполнена в виде ряда индукторов, соединенных параллельно, каждый из которых расположен вокруг вторичной обмотки высокочастотного трансформатора, которая выполнена в виде высоковольтного кабеля, выходные клеммы которого соответственно являются первой и второй выходными клеммами генератора импульсного напряжения, причем электрод рабочего промежутка выполнен в виде высоковольтного кабеля, вторая клемма накопителя энергии соединена с общей шиной, а первая — с первой клеммой введенного источника постоянного напряжения, вторая клемма которого соединена с общей шиной.

источник

Электроимпульсные технологии

Электроимпульсные технологии в настоящее время находят все большее применение в различных отраслях промышленного производства. Перспективными направлениями использования электроимпульсных технологий являются, например:

  • очистка от накипи и отложений теплообменных поверхностей котлов, бойлеров и другого энергетического оборудования;
  • разрушение различного минерального сырья и горных пород;
  • очистка запорной арматуры, отверстий форсунок, змеевиков холодильников;
  • дезинтеграция геологических проб, различных руд;
  • очистка питьевой и технической воды от физико-химических и бактериологических загрязнений.

Основополагающим принципом в электроимпульсных технологиях является использование всего спектра физических явлений, возникающих при импульсном электрическом разряде в жидкой среде, когда на обрабатываемый материал воздействует мощное электромагнитное и световое излучение, а развитие парогазовой полости и дальнейшее ее схлопывание сопровождается возникновением ударных волн высокого давления, кавитационными явлениями и скоростным гидропотоком, генерирующими колебания высокой интенсивности в широком спектре частот. Воздействие перечисленных факторов на обрабатываемые материалы могут привести к значительным изменениям их физико-химических свойств, а степень изменения свойств зависит от параметров импульсного электрического разряда, частоты следования и количества воздействующих импульсов.

Исследование установки «ЗЕВС -25» совместно с электрогидравлическим реактором

Одним из перспективных направлений применения электрогидроимпульсной технологии является процесс измельчения различных материалов. При импульсном электрическом разряде в воде расширение разрядной полости приводит к возникновению ударных волн, под воздействие которых, в твердых частицах, находящихся в водном объеме, происходит возникновение и раскрытие микротрещин. Кроме того, колебания разрядной полости приводит в движение жидкость, в результате чего находящиеся в ней частицы могут истираться. Тонкому и сверхтонкому измельчению частиц способствует также возникновение кавитационных процессов. В поле волны сжатия на границе кристалл — жидкость ввиду различия между сжимаемостью твердого материала, могут возникать разрывы с образованием кавитационных полостей. Кавитация может возникать и в следствии наличия свободных кавитационных зародышей при обтекании частиц жидкостью, приведенной в движение пульсациями разрядной полости. При схлопывании кавитационных полостей возникают высокие давления и высокоскоростные микроструи, приводящие к разрушению частиц. Высокая степень измельчения обрабатываемого материала обусловлена еще и тем, что в процессе электрогидроимпульсной обработки, на материал воздействует большой спектр физических полей, таких как мощное электромагнитное и световое излучение, рентгеновское излучение, тепловое волны.

В большой степени эффективность процесса измельчения зависит от правильно выбранных параметров источника электромагнитных импульсов, а также расстояния между электродами в рабочей зоне.

Читайте также:  Установка конвекторов с терморегулятором

В ООО «ЗЕВС-ТРУБОПРОВОД» проводились эксперименты по обработке материала в составе воды, диатомита и NaOH для получения высококачественного жидкого стекла. Для производства работ был спроектирован специальный электрогидравлический реактор, внутрь которого помещался рабочий орган, имеющий возможность регулировки величины разрядного промежутка. В качестве генератора импульсов использовалась модернизированная установка «ЗЕВС–25». Процесс обработки материала показан на рис. 1.

Рис. 1. Процесс обработки материала

Установка «ЗЕВС-25» представляет собой генератор высоковольтных импульсов. Схематически схема работы установки показана на рис. 2

Рис. 2. Схема установки «ЗЕВС-25»

Алгоритм работы установки «Зевс -25» следующий: при подаче команды «Пуск» начинается заряд конденсаторной батареи (С) от зарядного устройства (ЗУ). Одновременно начинает работать задающий генератор (ЗГ), который вырабатывает высоковольтные импульсы, подаваемые на поджигающий электрод воздушного искрового разрядника (ВУР). При приходе импульса поджига разрядник срабатывает и подключает заряженную батарею к нагрузке (Zн).

Для проведения экспериментов по определению наиболее эффективных режимов работы электрогидравлического реактора была проведена доработка установки «Зевс – 25» с целью обеспечения возможности плавной регулировки частоты следования высоковольтных импульсов. В результате многочисленных экспериментов при различных электрических режимах установки и расстояния между электродами в рабочем органе реактора определены оптимальные параметры установки:

— емкость конденсаторов – 8 мкФ;

— межэлектродный промежуток — 3,5мм

— частота следования импульсов – 2,5Гц

Рис.3. Внешний вид электрогидроимпульсного реактора

Назначение и цели создания изделия

Назначение

Электрогидроимпульсный модуль (ЭГИМ) разрабатывается для обработки (дезинтеграции) исходного материала в качестве которого могут выступать различные минеральные породы (бентонитовые глины, различные руды и прочие твердые материалы). ЭГИМ должен иметь возможность работать как в режиме порционной обработки исходного материала — «загрузка-обработка-выгрузка», так и в режиме непрерывного протока материала вдоль зоны обработки с постоянным сливом его в приемный сборник.

Цели создания

Множество проведенных опытов и экспериментов показали, что для увеличения производительности ЭГИМ одного электрогидроимпульсного канала недостаточно. Компания ООО «ЗЕВС-ТРУБОПРОВОД» готова по техническим требованиям заказчика разработать и изготовить опытно промышленный образец двухканального варианта ЭГИМ для дезинтеграции твердых веществ, на котором будут проведены основополагающие испытания, что даст значительный материал для дальнейшего проектирования многоканального (например, 6 или более каналов) опытно-промышленного образца модуля с последующим его тиражированием для получения необходимой производительности технологической линии. Кроме того, испытания двухканального модуля должны позволить (что не возможно в одноканальном исполнении, а более, чем двухканальное исполнение, потребует значительных финансовых издержек и времени) сформулировать основные технические требования к многоканальному образцу, а также провести технико-экономический анализ по определению оптимального количества каналов для электрогидроимпульсного реактора, для блока формирования электрических импульсов и для всего модуля в целом.

Технические характеристики

Предлагаемый электрогидроимпульсный модуль состоит из электрогидроимпульсного реактора (ЭГИР), блока формирования электрических импульсов (БФИ), блока загрузки исходного продукта (БЗИП), приемной емкости готового продукт (ПЕГП), миксера перемешивания обрабатываемого продукта (МП), трубопроводной и запорной арматуры, передающих кабельных линий (рис.4).

ЭГИР рассчитан на одновременную обработку электрогидроимпульсным воздействием не менее 200 литров исходного продукта. При этом в режиме порционной обработки при времени обработки одной порции в течение 1 часа, включая загрузку и выгрузку продукта, производительность ЭГИМ составляет не менее 4 800 литров в сутки при трехсменном режиме работы. Исходным материалом является раздробленная руда или другой какой-либо материал с размером частиц диаметром от нескольких миллиметров до 100-200 мм.

Рис. 4. Схема электрогидроимпульсного реактора

Производительность модуля в режиме непрерывного протока обрабатываемого продукта через ЭГИР уточняется при испытании модуля.

Электрогидроимпульсный реактор может представлять собой расположенную вертикально цилиндрическую емкость, основания которой закрыты съемными фланцами. Электродная система, в количестве не менее двух комплектов, разрядным промежутком должна быть обращена во внутреннюю полость реактора. Снаружи электродной системы необходимо предусмотреть подключение двух коаксиальных кабелей, по которым от БФИ приходят на электроды электрические импульсы, формирующие в промежутке между электродами импульсный электрический разряд. Конструкция ЭГИР должна предусматривать такое формирование ударных волн и гидропотоков при электроразряде, при котором становится минимально возможным образование «теневых» областей во внутренней полости, где может оседать, не подвергаясь интенсивной обработке, твердая фракция обрабатываемого продукта.

В качестве основы для источника электрических импульсов в ЭГИМ можно использовать две серийно выпускаемые ООО «ЗЕВС-ТРУБОПРОВОД» установки ЗЕВС-251 с доработкой в блоке управления и в узле подключения нагрузки. Каждая установка ЗЕВС должна работать на свою электродную систему и управляться с единого пульта управления.

Основные технические характеристики БФИ представлены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики БФИ.

источник