Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов
Изобретение относится к устройствам для очистки диэлектрических жидкостей и газов от частиц твердой дисперсной фазы с помощью силовых электрических полей и может быть использовано в газодобывающей, химической, металлургической промышленности, а так же в авиационной отрасли. Изобретение повышает эффективность очистки рабочего агента за счет создания оптимальной конструкции, обеспечивающий ступенчатый процесс очистки с соблюдением селективности гранулометрического состава твердой дисперсной фазы загрязнений. Устройство включает корпус с патрубками подвода и отвода рабочего агента. Внутри корпуса установлен верхний и нижний ограничитель. Патрубок подвода рабочего агента расположен по оси устройства до уровня нижнего ограничителя. Внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность входного патрубка от верхнего до нижнего ограничителей покрыты изоляционным материалом. В дно корпуса встроена полая пробка с закрепленным внутри нее магнитом. В нижней части корпуса установлен полусферический отражатель с центральным отверстием и опорами с образованием между стенками корпуса кольцевого зазора. Величина кольцевого зазора в пять раз превышает максимально возможный диаметр частицы загрязнения рабочего агента. Между верхним и нижним ограничителем расположен пакет перфорированных осадительных электродов с чередующимся знаком потенциала, пара цилиндрических полых диэлектрических вставок с перфорированным основанием и кольцевой ионизатор. Перфорированные осадительные электроды разделены диэлектрическими перегородками с соосными отверстиям перфорации цилиндрическими каналами. Края отверстий перфорации перфорированных осадительных электродов вытянуты под углом по направлению движения рабочего агента.
Полезная модель относится к устройствам для очистки диэлектрических жидкостей и газов от частиц твердой дисперсной фазы с помощью силовых электрических полей и может быть использовано в газодобывающей, химической, металлургической промышленности, а также в авиационной и медицинской отрасли.
Анализ существующего уровня техники показал следующее:
известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода рабочего агента (см. патент РФ №2108869 от 10.01.96 г. по кл. В 03 С 5/00 опубл. 20.04.98 г. в ОБ №11). В корпусе собраны коаксиально цилиндрические осадительные электроды и диэлектрические перегородки, имеющие сквозные кольцевые прорези в плоскостях, перпендикулярных общей оси устройства.
Недостатком устройства является низкая эффективность очистки рабочего агента, что обусловлено следующими причинами:
выполнение осадительных электродов цилиндрической формы и установка их коаксиально относительно оси устройства способствуют частичному выносу осевших частиц загрязнений из устройства;
кольцевые прорези цилиндрических осадительных электродов и диэлектрических перегородок не обеспечивают извлечение частиц загрязнений по всем направлениям;
конструкция устройства не обеспечивает ступенчатую очистку частиц загрязнений с соблюдением селективности гранулометрического состава твердой дисперсной фазы загрязнений, вследствие этого происходит быстрое заполнение наружных кольцевых прорезей
диэлектрических перегородок крупными и частицами среднего размера, а во внутренних кольцевых прорезях извлечение частиц загрязнений из рабочего агента будет хуже из-за высокой скорости потока;
наиболее близким по совокупности существенных признаков является электрический очиститель диэлектрических жидкостей, который включает корпус с патрубками подвода и отвода рабочего агента (см. а.с. №1695987 от 22.05.89 г. по кл. В 03 С 5/00 опубл. 07.12.91 г. в ОБ №45). Внутри корпуса установлен верхний и нижний ограничители. Между ними расположен пакет перфорированных осадительных электродов с чередующимся знаком потенциала, разделенных диэлектрическими перегородками с соосными отверстиям перфорации цилиндрическими каналами.
Недостатком устройства является низкая эффективность очистки рабочего агента, что обусловлено следующими причинами:
конструкция устройства не обеспечивает ступенчатую очистку частиц загрязнений с соблюдением селективности гранулометрического состава твердой дисперсной фазы загрязнений, вследствие этого происходит быстрое заполнение цилиндрических каналов диэлектрических перегородок крупными и частицами среднего размера;
форма выполнения отверстий перфорации перфорированных осадительных электродов способствует образованию обратных потоков, которые подхватывают осевшие частицы загрязнений и вымывают последние из устройства.
Технический результат сводится к повышению эффективности очистки рабочего агента (диэлектрической жидкости и газа) за счет создания оптимальной конструкции, обеспечивающей ступенчатый процесс очистки с соблюдением селективности гранулометрического состава твердой дисперсной фазы рабочего агента.
Технический результат достигается с помощью известного электрического очистителя диэлектрических жидкостей и газов,
включающего корпус с патрубками подвода и отвода рабочего агента. Внутри корпуса установлен верхний и нижний ограничители. Между последними расположен пакет перфорированных осадительных электродов с чередующимся знаком потенциала, разделенных диэлектрическими перегородками с соосными отверстиям перфорации цилиндрическими каналами.
Новым является следующее:
патрубок подвода рабочего агента расположен по оси устройства до уровня нижнего ограничителя;
внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность входного патрубка от верхнего до нижнего ограничителей покрыты изоляционным материалом;
электроочиститель содержит встроенную в дно корпуса полую пробку с закрепленным внутри нее магнитом;
электроочиститель содержит полусферический отражатель с центральным отверстием и опорами, установленный в нижней части корпуса с образованием между стенками корпуса кольцевого зазора, величина которого в пять раз превышает максимально возможный диаметр частицы загрязнения рабочего агента;
между нижним ограничителем и пакетом перфорированных осадительных электродов дополнительно установлен кольцевой ионизатор и пара цилиндрических полых диэлектрических вставок с перфорированным основанием, заполненных электропроводным материалом с чередующимся знаком потенциала;
края отверстий перфорации осадительных электродов вытянуты под углом по направлению движения рабочего агента.
Изобретение является новым, так как не известно из уровня техники.
На фиг. представлен электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов, продольный разрез.
Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов включает корпус 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 рабочего агента. Внутри корпуса установлен верхний 4 и нижний 5 ограничители. Патрубок подвода 2 рабочего агента расположен по оси устройства до уровня нижнего ограничителя 5. Внутренняя поверхность корпуса 1 и наружная поверхность входного патрубка 2 от верхнего 4 до нижнего 5 ограничителей покрыты изоляционным материалом 6. В дно корпуса 1 встроена полая пробка 7 с закрепленным внутри нее магнитом 8. В нижней части корпуса 1 установлен полусферический отражатель 9 с центральным отверстием 10 и опорами 11 с образованием между стенками корпуса 1 кольцевого зазора. Величина кольцевого зазора в пять раз превышает максимально возможный диаметр частицы загрязнения рабочего агента, который составляет 2 мм (см. Тимиркеев Р.Г. Характер распределения твердых частиц загрязнителя в рабочих жидкостях гидравлических и топливных систем. Авиационная промышленность. 1981 г. №12 с52-58). Следовательно, величина кольцевого зазора равна 10 мм. Между верхним 4 и нижним ограничителем 5 расположен пакет перфорированных осадительных электродов 12 с чередующимся знаком потенциала, пара цилиндрических полых диэлектрических вставок 13 с перфорированным основанием 14, заполненных электропроводным материалом с чередующимся знаком потенциала, и кольцевой ионизатор 15. Перфорированные осадительные электроды 12 разделены диэлектрическими перегородками 16с соосными отверстиям перфорации 17 цилиндрическими каналами 18. Края отверстий перфорации 17 перфорированных осадительных электродов 12 вытянуты под углом по направлению движения рабочего агента.
Патрубок подвода рабочего агента 2 располагают по оси устройства до уровня нижнего ограничителя 5 для создания инерционных сил, позволяющих при соударении с полусферическим отражателем 9 изменить направление движения рабочего агента, и удалить из потока
крупные частицы загрязнения (частицы твердой дисперсной фазы рабочего агента).
Встроенная в дно корпуса 1 полая пробка 7, с закрепленным внутри нее магнитом 8, позволяет на первой ступени очистки дополнительно извлекать из потока рабочего агента как крупные, так и мелкие ферромагнитные частицы загрязнений, что обеспечивает более эффективную очистку на последующих ступенях. Это повышает эффективность очистки рабочего агента в целом.
От полусферического отражателя 9 поток рабочего агента изменяет направление движения на 180° и поступает на вторую ступень очистки, представленную кольцевым ионизатором 15 и парой цилиндрических полых диэлектрических вставок 13 с перфорированным основанием 14, заполненных электропроводным материалом с чередующимся знаком потенциала. Кольцевой ионизатор 15 увеличивает заряд частицы загрязнения, что приводит к повышению скорости миграции частицы внутри полых диэлектрических вставок 13 к поверхности электропроводного материала, что увеличивает эффективность осаждения частиц загрязнений среднего размера.
Третья ступень позволяет очистить рабочий агент от более мелких частиц загрязнений. Повышение эффективности работы устройства достигается за счет избирательности (селективности) гранулометрического состава на всех ступенях очистки. Форма выполнения каналов 18 диэлектрической перегородки 16 в виде цилиндра позволяет повысить эффективность очистки рабочего агента, за счет обеспечения извлечения частиц загрязнений по всем направлениям. Это способствует повышению эффективности улавливания мелких (тонкодисперсных) частиц загрязнений рабочего агента. Вытянутые края отверстий перфорации 17 перфорированного осадительного электрода 12 по направлению потока предотвращают образование столба из частиц загрязнений, соединяющего разноименные электроды, за счет
совместного воздействия электрических и гидродинамических (аэродинамических) сил на заряженные частицы, а также уменьшают вероятность выноса осевших частиц загрязнений рабочего агента за счет отсутствия обратных потоков. Данный факт значительно увеличивает эффективность очистки рабочего агента на третьей ступени.
Покрытие изоляционным материалом 6 внутренней поверхности корпуса 1 и наружной поверхности патрубка подвода рабочего агента 2 от верхнего 4 до нижнего 5 ограничителей исключает замыкание перфорированных осадительных электродов 12 с разными знаками потенциала и обеспечивает эффективную работу последних на протяжении всего процесса очистки.
Анализ технической литературы показал, что на частицы загрязнений, находящиеся в газовом потоке, действуют те же силы, что и на глинистые частицы загрязнений, находящихся в диэлектрических жидкостях, что позволяет использовать предлагаемое устройство для очистки жидких и газовых сред. Только при использовании электрического очистителя в качестве устройства для очистки газа через патрубок подвода рабочего агента 2 заливают масло, в объеме, необходимом для заполнения нижней части корпуса, до уровня 2/3 объема полусферического отражателя 9. Затем подают газ. Под действием его потока масло растекается по всей поверхности полусферического отражателя 9, увеличивая поверхность соприкосновения с газом. Вследствие этого крупные частицы загрязнения удерживаются в масле, стекающем через кольцевой зазор. Величина кольцевого зазора, в пять раз превышающая максимально возможный диаметр частицы загрязнения, обеспечивает беспрепятственное прохождение загрязненного масла и предотвращает вымывание осевших частиц загрязнений под полу сферическим отражателем 9.
Конструкция устройства обеспечивает ступенчатый процесс очистки. На каждой ступени очистки из потока рабочего агента
последовательно удаляются частицы загрязнений различного гранулометрического состава, от крупных на первой ступени до мелких на последней. Соблюдение селективности гранулометрического состава частиц загрязнений позволяет повысить эффективность очистки диэлектрических жидкостей и газов.
Основные характеристики электрического очистителя диэлектрических жидкостей и газов
Расчетная прокачка, л/мин. 5,0
Напряжение постоянного тока, подводимое к перфорированным осадительным электродам, кВ 10,0
Габаритные размеры устройства:
наружный диаметр, мм 250
высота, мм 600
Масса сухого устройства, кг 9,0
Масса высоковольтного блока питания, кг 1,5
В химической и металлургической промышленности электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов используют во вспомогательных агрегатах основного производства, имеющих гидравлическую систему, системы питания и смазки.
В авиационной отрасли устройство устанавливают на средства наземного обслуживания самолетного парка при подготовке к вылету летательного аппарата и при восстановлении авиационных комплексов.
В газодобывающей промышленности устанавливают в газоперекачивающих агрегатах компрессорных станций на двигателях марки НК-12, ВК-9, АЛ-7 и т.д., предназначенных для транспортировки газа, в системе охлаждения и смазки опор двигателя (подшипников).
В медицинской отрасли устройство устанавливают в принудительной приточно-вытяжной вентиляции для создания
абактерицидной среды в помещениях родильных домов, ожоговых центров, операционных блоков, инфекционных отделений и т.п.
Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов был испытан на стендовой установке в качестве устройства для очистки диэлектрических жидкостей.
Стендовая установка включает гидравлическую и электрическую системы, а так же устройства, позволяющие непрерывно производить контроль загрязненности в потоке используемого рабочего агента. Рабочий агент приготавливают следующим образом. В 80 литров масла марки АМГ-10 добавляют 8 г окиси хрома Cr2О3 , диэлектрическая проницаемость которой составляет 7,5 ед, при этом обеспечивают равномерное распределение частиц загрязнителя по всему объему масла. Заливают в гидравлическую систему установки. Производят подключение стенда к промышленной сети с напряжением 220 В переменного тока и частотой 50 Гц. Производительность насоса стендовой установки устанавливают исходя из обеспечения прокачки рабочего агента через электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов 5 л/мин. Напряжение постоянного тока, подводимое к перфорированным осадительным электродам 12 и электропроводному материалу цилиндрических полых диэлектрических вставок 13, поддерживают 10 кВ. Производят прокачивание рабочего агента через устройство и одновременно фиксируют значения числа частиц загрязнения (прибор контроля жидкости ПКЖ-902). В соответствии с ГОСТ 6370-59 масло считается чистым, если масса частиц загрязнений составляет 41,75×10 -4 г в 100 см3 масла. Данное значение достигают в течение 16 минут. Выше сказанное свидетельствует о высокой эффективности очистки диэлектрической жидкости.
При испытании электрического очистителя в качестве устройства для очистки газа используют электрическую воздухоочистительную установку, которую располагают в центре комнаты объемом 50 м 3.
Установка содержит, наряду с электрическим очистителем диэлектрических жидкостей и газов, электрическую систему и прибор для контроля загрязненности очищаемого рабочего агента. В электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов заливают масло АМГ-10 в объеме 2,4 л., что соответствует заполнению нижней части корпуса 1 до уровня 2/3 объема полусферического отражателя 9. Производят замер загрязненности воздуха прибором ПКЗВ. Концентрация частиц загрязнения в воздухе составила 18%. Подключают установку к промышленной сети с напряжением 220 В переменного тока и частотой 50 Гц. Производительность вентилятора воздухоочистительной установки устанавливают исходя из обеспечения прокачки рабочего агента через электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов 150 м3 в час. Напряжение постоянного тока, подводимое к перфорированным осадительным электродам 12 и электропроводному материалу цилиндрических полых диэлектрических вставок 13, поддерживают 10 кВ. Производят прокачивание рабочего агента через устройство при помощи вентилятора воздухоочистительной установки в течение 25 минут. Процесс останавливают, производят контроль загрязненности очищаемого объема воздуха. Концентрация частиц загрязнения в воздухе составила менее 2%, что свидетельствует о высокой эффективности очистки воздуха (газа).
Таким образом, можно сделать вывод о соответствии полезной модели критерию промышленная применимость.
Полезная модель соответствует условию патентоспособности, так как она является новой и промышленно применимой.
Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов, включающий корпус с патрубками подвода и отвода рабочего агента, внутри которого установлен верхний и нижний ограничители, между которыми расположен пакет перфорированных осадительных электродов с чередующимся знаком потенциала, разделенных диэлектрическими перегородками с соосными отверстиями перфорации цилиндрическими каналами, отличающийся тем, что патрубок подвода рабочего агента расположен по оси устройства до уровня нижнего ограничителя, а внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность входного патрубка от верхнего до нижнего ограничителей покрыты изоляционным материалом, при этом устройство дополнительно содержит встроенную в дно корпуса полую пробку с закрепленными внутри нее магнитом, а также полусферический отражатель с центральным отверстием и опорами, установленный в нижней части корпуса с образованием между стенками корпуса кольцевого зазора, величина которого в пять раз превышает максимально возможный диаметр частицы загрязнения рабочего агента, причем между нижним ограничителем и пакетом перфорированных осадительных электродов дополнительно установлен кольцевой ионизатор и пара цилиндрических полых диэлектрических вставок с перфорированным основанием, заполненных электропроводным материалом с чередующимся знаком потенциала, а края отверстий перфорации осадительных электродов вытянуты под углом по направлению движения рабочего агента.
