Устройство для разделения частиц в электрическом поле

 

Использование: электростатическое разделение частиц в непрерывном режиме. Сущность изобретения: устройство для разделения частиц в электрическом поле содержит диафрагму из токопроводящего материала с отверстиями, отсасывающие приспособления и привод вращения нижнего электрода, нижний электрод расположен под углом к горизонту, выполнен в виде диска с полированной поверхностью, верхний электрод выполнен с вогнутой рабочей поверхностью, величина межэлектродного зазора увеличивается от центра нижнего электрода к его периферии, всасывающие патрубки отсасывающих приспособлений установлены под отверстиями диафрагмы, кроме отверстия, расположенного в межэлектродном зазоре, сборники частиц, диафрагма и нижний электрод соединены с заземленным полюсом источника питания. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам электростатического разделения частиц и может быть использовано для сепарации в электрическом поле твердых мелких частиц по их геометрическим и электрофизическим свойствам, например абразивных порошков одной природы по максимальным размерам частиц альбора, алмазного порошка.

Наиболее близким устройством к предлагаемому является устройство для электростатического разделения сыпучего материала, включающее нижний и верхний электроды, расположенные под углом друг к другу, источник питания, соединенный с электродами, загрузочное устройство и сборники частиц. Нижний электрод сетчатый и выполнен из проводящего материала. При подаче на электроды высокого напряжения частицы, перезаряжаясь, движутся между электродами (нижний электрод расположен горизонтально), смещаясь в направлении увеличения зазора между ними. Мелкие частицы просеиваются через сетку и попадают в сборник частиц мелкой фракции, крупные же вылетают за пределы нижнего электрода и собираются в сборнике для крупных частиц [1].

К недостаткам этого устройства относятся: быстрая забиваемость сеток диспергируемым материалом; трудность изготовления подходящих сеток, обусловленная необходимостью одновременного выполнения противоречивых требований. Для повышения качества разделения сетки должны обладать высокой прозрачностью, т.е. выполняться из тонкой проволоки, что ухудшает их прочностные свойства и приводит к быстрому изнашиванию, особенно при разделении таких твердых частиц как кристаллы эльбора, алмазы и т.п.; в устройстве отсутствует стабилизация движения частиц в поперечном направлении, что необходимо для компенсации расталкивания одноименно заряженных частиц, обусловленное кулоновским взаимодействием, что снижает качество разделения; малая скорость движения частиц в направлении увеличения зазора между электродами при горизонтальном нижнем электроде и связанная с этим низкая производительность устройства.

Целью изобретения является повышение производительности устройства и улучшение качества разделения.

Достигается это за счет того, что устройство снабжено диафрагмой из токопроводящего материала с отверстиями, отсасывающими приспособлениями и приводом вращения нижнего электрода, при этом нижний электрод расположен под углом к горизонту и выполнен в виде диска с полированной рабочей поверхностью, верхний электрод выполнен с вогнутой рабочей поверхностью, а величина межэлектродного зазора увеличивается от центра нижнего электрода к его периферии, причем всасывающие патрубки отсасывающих приспособлений установлены над отверстиями диафрагмы, кроме отверстия, расположенного в межэлектродном зазоре при этом сборники частиц, диафрагма и нижний электрод соединены с заземленным полюсом источника питания.

На чертеже схематически изображено, предлагаемое устройство.

Устройство включает разделяющий блок 1 и два собирающих блока 2 и 3, развернутых относительно ос вращения нижнего электрода соответственно на углы ₁ = 90^о и ₂ = =180^о; 4 - верхний криволинейный электрод разделяющего блока 1 подсоединен к высоковольтному полюсу источника питания (выпрямитель) 5 и развернут относительно диафрагмы 6 на угол . Отверстия в диафрагме 6 соответствует местоположениям разделяющего и собирающих блоков и открывают соответствующие зоны для разделения частиц в разделяющем блоке 1 для сбора частиц средней фракции в блоке 2 и мелкой в блоке 3 на нижнем электроде 7, который вращается вокруг оси 00, наклоненной на угол относительно вертикали, от двигателя 8. Электрод 7 плоский круглый и расположен параллельно диафрагме 6 (неподвижной) на расстоянии, превышающем максимальный размер разделяемых частиц. 9 - загрузочное устройство с разделяемыми частицами. Непосредственно под нижним электродом 7 у его внешнего края расположен сборник частиц крупной фракции 10 (у внешнего конца отверстия в диафрагме 6, соответствующего местоположению разделяющего блока 1). На фиг. 1,а приведена одна из возможных конструкций сборника частиц мелкой фракции. 11 - торец всасывающего шланга, выходной конец которого находится ниже уровня нейтральной жидкости фильтра сборника частиц 12, который представляет собой герметичную коробку, наполненную частично жидкостью 13, воздух из которой засаcывается насосом 14. На фиг.1,б (вид сверху в направлении оси 00) показано расположение торца всасывающего шланга 11 (пунктиром) в отверстии диафрагмы 6, соответствующего положению собирающего блока частиц мелкой фракции 3, и торца всасывающего шланга 15 аналогичного собирающего блока частиц средней фракции 2. Диафрагма 6, сборники частиц крупной фракции 10, мелкой 12 и средней фракций, электрод 7 соединены с заземленным полюсом выпрямителя 5. Электрод 4 имеет криволинейную полированную рабочую поверхность, так что расстояние между электродам 4 и 7 в вертикальной плоскости симметрии разделяющего блока 1 максимально для любого сечения, перпендикулярного этой плоскости (сечение по АА на фиг. 1,б).

Устройство работает следующим образом. Разделяемые частицы 16 подаются в загрузочное устройство 9 и оттуда постоянным потоком падают на вращающийся нижний электрод 7, перезаряжаются на нем и движутся под действием электрических и гравитационной сил между электродами 4 и 7, перезаряжаясь на них до тех пор, пока не остановятся на электроде 7, когда они уже не могут оторваться от электрода 7 из-за того, что уменьшилось электрическое поле. Более мелкие частицы останавливаются ближе к оси ОО, самые крупные вылетают за пределы нижнего электрода 7 и оседают в сборнике 10, частицы средней фракции оседают ближе к внешнему краю электрода 7. Скорость вращения нижнего электрода 7, величина напряжения источника питания 5 и углы и подобраны так, что все попадающие на электрод 7 частицы успевает разделиться (остановиться) на электроде 7 до того, как они находятся в отверстии диафрагмы 6, соответствующему местоположению разделяющего блока 1. Остановившиеся частицы вследствие вращения электрода 7 уходят под диафрагму 6 и через некоторое время появляются в отверстии диафрагмы, соответствующему положению частиц средней фракции, где всасываются шлангом 15 и попадают в сборник частиц этой фракции (не показан). Частицы мелкой фракции засасываются шлангом 11 расположенным в отверстии диафрагмы 3, и попадают аналогично в соответствующий сборник 13. В предлагаемой конструкции безразлична последовательность сбора частиц различных фракций.

На лабораторном макете устройства были проведены основные особенности заявляемого решения. Эксперименты проводились на кристаллическом порошке эльбора. Показано, что предлагаемое устройство решает поставленную в цели задачу и может быть использовано для реализации непрерывного бессеточного и качественного разделения частиц по их максимальному размеру.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ, включающее нижний и верхний электроды, расположенные под углом друг к другу, источник питания, соединенный с электродами, загрузочное устройство и сборники частиц, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства, оно снабжено диафрагмой из токопроводящего материала с отверстиями, отсасывающими приспособлениями и приводом вращения нижнего электрода, при этом нижний электрод расположен под углом к горизонту и выполнен в виде диска с полированной поверхностью, верхний электрод выполнен с вогнутой рабочей поверхностью, а величина межэлектродного зазора увеличивается от центра нижнего электрода к его периферии, причем всасывающие патрубки отсасывающих приспособлений установлены над отверстиями диафрагмы, кроме отверстия, расположенного в межэлектродном зазоре, при этом сборники частиц, диафрагма и нижний электрод соединены с заземленным полюсом источника питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1