Устройство для электростатической сепарации пылевых частиц

Полезная модель относится к технике электростатической сепарации частиц тонких порошков по размерам и может быть использована для повышения селективности сепарации частиц. Устройство располагается в вакууммируемом объеме. Сепарация частиц заданного размера осуществляется в объеме разделительного конденсатора, расположенного под углом к горизонту. Порошковые частицы загружаются в заряжающий конденсатор, нижняя пластина которого является вибролотком для подачи потока частиц в объем разделительного конденсатора. Нижняя пластина разделительного конденсатора имеет полярность одноименную с заряженными пылевыми частицами. Электростатическое поле разделительного конденсатора имеет две компоненты напряженности: направленную вертикально (против силы тяжести) и горизонтально. Сепарация пылевых частиц происходит за счет совместного действия силы тяжести и силы действия электростатического поля разделительного конденсатора. Контейнеры для сбора отсепарированных частиц заданного размера располагаются на верхней пластине разделительного конденсатора.

Предлагаемая полезная модель относится к технике электростатической сепарации частиц тонких порошков по размерам и может быть использована для повышения селективности сепарации частиц.

Известно устройство, состоящее из горизонтального плоского конденсатора, в котором отбор разделенных фракций различных минералов осуществляется в электростатическом поле. (Патент РФ 2029629.)

Известное устройство имеет недостаток, связанный с тем, что не позволяет производить сепарацию частиц порошков по размерам.

Известно также устройство для электростатической сепарации тонких порошков, в котором разделение частиц электропроводящих материалов по размерам производится в поле вертикального плоского конденсатора. (Patent USA 3275139, прототип.)

Недостатком прототипа является то, что в нем не устранена возможность попадания частиц более крупного размера в область, в которой размещается контейнер для мелких частиц и наоборот. Такая возможность существует из-за того, что раздельное поступление частиц порошка в объем вертикального конденсатора, где происходит их сепарация по размерам, обеспечивается с помощью вибролотка. При отрыве частиц от нижней кромки вибролотка они получают горизонтальный импульс, имеющий случайную величину для каждой частицы. Таким образом, траектория движения частиц определяется не только электрическим полем разделительного конденсатора, но и их начальной скоростью, что снижает селективность сепарации частиц по размерам.

Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу контролируемого повышения селективности сепарации частиц тонких порошков, а именно выделение частиц в заданном диапазоне размеров.

Поставленная техническая задача решается тем, что сепарация частиц заданного размера осуществляется в объеме разделительного конденсатора, расположенного под углом к горизонту. Порошковые частицы загружаются в заряжающий конденсатор, нижняя пластина которого является вибролотком для подачи потока частиц в объем разделительного конденсатора. Нижняя пластина разделительного конденсатора имеет полярность одноименную с заряженными пылевыми частицами. Поле разделительного конденсатора имеет две компоненты напряженности: направленную вертикально (против силы тяжести) и горизонтально. Сепарация пылевых частиц происходит за счет совместного действия силы тяжести и силы действия электростатического поля разделительного конденсатора. Контейнеры для сбора отсепарированных частиц заданного размера располагаются на верхней пластине разделительного конденсатора.

Сущность полезной модели состоит в том, что сепарация электрически заряженных пылевых частиц происходит во время их движения в объеме разделительного конденсатора. На частицы действуют сила тяжести и сила электростатического поля конденсатора. В зависимости от соотношения величин этих сил, траектория движения частиц имеет конечную точку либо на нижней пластине конденсатора, либо на верхней. Задавая величины напряжения на заряжающем конденсаторе, определяющем величину заряда частиц, на разделительном конденсаторе, определяющем силу, действующую на падающие частицы со стороны электростатического поля, и угол наклона разделительного конденсатора, определяющего величину проекции силы тяжести на координаты, направленные вдоль и перпендикулярно пластинам разделительного конденсатора, можно задавить диапазон размеров для сепарируемых частиц.

Как известно (И.Н.Сливков. Процессы при высоком напряжении в вакууме. 1986. М. Энергоатомиздат. 256 с.), проводящие сферические частицы радиуса r в поле заряжающего плоского конденсатора с напряженностью E приобретают заряд q, равный:

q=(2/3)³₀Еr².

В свою очередь в объеме разделительного конденсатора с напряженностью E _s, расположенного под углом к горизонту на заряженную частицу с зарядом q и весом P в направлении вертикальной оси действует суммарная сила F:

F=Р-qE_scos.

При условии:

на частицу будет действовать суммарная сила F, направленная вверх (против силы тяжести). В этом случае частица будет двигаться в направлении верхней пластины разделительного конденсатора и конечная точка траектории частицы будет находиться на верхней пластине. С учетом того, что Р=mg=(4/3)r³, где - плотность материала частицы, условие (1) может быть записано:

Таким образом, в объеме разделительного конденсатора частицы с размерами, удовлетворяющими условию (2) будут двигаться по направлению к верхней пластине конденсатора, где размещаются контейнеры для их сбора. Все остальные частицы под действием силы тяжести будут падать на нижнюю пластину конденсатора, что и обеспечивает решение поставленной технической задачи.

Схема предлагаемого технического решения показана на фиг.1.

Сепарация частиц тонких порошков осуществляется следующим образом. Порошок, частицы которого требуется отсепарировать по размерам, загружается на нижнюю пластину заряжающего конденсатора 2, являющуюся одновременно вибролотком 3. Устройство помещается в герметично закрытый объем 1, который вакууммируется до остаточного давления не более 1 Па. На пластины заряжающего конденсатора подается постоянное напряжение U, создающее электрическое поле с напряженностью Е. На пластины разделительного конденсатора 4, расположенного под углом к горизонту, подается напряжение U_s, создающее электрическое поле E_s. Нижняя пластина разделительного конденсатора имеет полярность одноименную с заряженными пылевыми частицами. Включается вибролоток, поток порошка поступает в объем разделительного конденсатора, где происходит разделение порошка по фракциям: частицы с размерами r>r_s падают на нижнюю пластину конденсатора, частицы с размерами r<r _s, попадают на верхнюю пластину конденсатора, где собираются в контейнеры 5, закрепленные на этой пластине.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает сепарацию частиц тонких порошков. По сравнению с прототипом предлагаемая полезная модель обеспечивает контролируемую селективность сепарации, а именно отсутствие в отсепарированной фракции частиц с размером, большим заданного.

Устройство для электростатической сепарации пылевых частиц, размещаемое в вакууммируемом объеме, содержащее заряжающий конденсатор, нижняя пластина которого является вибролотком, и разделительный конденсатор, отличающееся тем, что разделительный конденсатор расположен под углом к горизонту и отсепарированные по размерам пылевые частицы собираются в контейнеры, закрепленные на верхней пластине разделительного конденсатора.