Способ регулирования производительности генератора озона и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано в установках по очистке промышленных и бытовых сточных вод, технологических газовых выбросов, подготовке питьевой воды и воды плавательных бассейнов, а также в химической технологии, других отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: электрические импульсы подают с постоянной частотой, соответствующей максимальной допустимой частоте генераторов озона, регулируют интервалы времени подачи импульсов в течение времени транспортирования кислородсодержащего газа между электродами генераторов озона до получения заданной производительности. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано в установках по очистке промышленных и бытовых сточных вод, технологических газовых выбросов, подготовке питьевой воды и воды плавательных бассейнов, а также в химической технологии, других отраслях народного хозяйства и позволяет повысить коэффициент полезного действия установок для производства озона при регулировании их производительности.

Известны способы регулирования производительности генераторов озона за счет изменения амплитуды переменного напряжения, частоты переменного напряжения, формы и длительности импульсов, поступающих к электродам генераторов озона (Филиппов Ю.В. Зобликова В.А. Пантелеев В.И. Электросинтез озона, Московский Государственный университет им. М.В. Ломоносова, 1987, с. 215-233).

Недостатком известных способов является понижение коэффициента полезного действия генераторов озона при регулировании их производительности.

Известна установка для производства озона, содержащая генератор озона, многофазный управляемый выпрямитель, автономный инвертор тока или напряжения, датчик производительности генератора озона, первый сумматор, второй сумматор, второй выпрямитель с фильтром низкой частоты, систему импульсно-фазового управления, систему управления инвертором (Авт. св. СССР N 1084244, кл. C 01 B 13/11, 1982).

Недостатком известной установки является понижение ее коэффициента полезного действия при регулировании ее производительности за счет изменения частоты высоковольтных импульсов, поступающих к электродам генератора озона, т. к. при этом изменяется форма и длительность импульсов, которые для установки должны быть постоянными и оптимальными (с точки зрения экономичности, надежности), как на номинальном режиме, так и при ее регулировании по производительности.

Цель изобретения устранение недостатков известного способа и установки для осуществления этого способа и обеспечение постоянного максимального коэффициента полезного действия озонаторной установки во всем диапазоне регулирования производительности озона при ее работе.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе регулирования производительности генераторов озона за счет изменения количества электрических импульсов, поступающих к электродам генераторов озона, импульсы подают с постоянной частотой, обеспечивающей максимальный коэффициент полезного действия генераторов озона, и регулируют интервал времени подачи импульсов в течение времени транспортирования кислородосодержащего газа между электродами генераторов озона.

Предлагаемый способ реализуется с помощью устройства, содержащего генераторы озона, датчик производительности генераторов озона, высокочастотный источник электропитания генераторов озона, включающий выпрямитель тока промышленной частоты с системой управления выпрямителем, инвертор выпрямленного тока с системой управления инвертором, высоковольтный трансформатор, задающий коммутатор, подключенный своим выходом к инвертору, и задатчик производительности генераторов озона, соединенный с коммутатором и подключенный своим входом к системе управления инвертором. Временно-задающий коммутатор и задатчик производительности генераторов озона возможно реализовать в двух вариантах: электронном или механическом.

При электронном варианте они содержат электронный ключ, подключенный своим входом к системе управления инвертором, а выходом к инвертору, управляющий ключом импульсный электронный генератор с задатчиком производительности генераторов озона, причем ключ и импульсный генератор подключены через инвертор своими цепями электропитания к выходу системы управления инвертором, а в цепи электропитания включены диод между электронным генератором и ключом и конденсатор параллельно электронному генератору.

При механическом варианте они содержат ротор, на котором электроизолировано расположены токосъемная ламель под углом к оси вращения ротора и токосъемное кольцо, электрически контактирующие друг с другом, статор, на котором закреплен держатель с токосъемниками, привод ротора, причем токосъемники расположены таким образом, что один из них непрерывно контактирует с токосъемным кольцом и подключен к входу инвертора, остальные токосъемники последовательно контактируют с токосъемной ламелью и подключены к соответствующим выходам задатчика производительности озона, а задатчик производительности содержит выключатели, подключенные к его входу и соответствующим выходам.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 график подачи электрических импульсов к генераторам озона; на фиг. 3 схема электронного коммутатора; на фиг. 4 схема механического коммутатора и задатчика производительности генераторов озона, где: 1 генератор озона; 2 трансформатор высоковольтный; 3 инвертор; 4 выпрямитель многофазный регулируемый; 5 система управления выпрямителем; 6 система управления инвертором; 7 коммутатор временно-задающий; 8 задатчик производительности генераторов озона; 9 датчик производительности генераторов озона; 10 - импульсный генератор (мультивибратор); 11 электронный ключ; 12 диод У; 13- конденсатор C; 14 ротор; 15 статор; 16 привод ротора; 17 ламель токосъемника; 18 кольцо токосъемника; 19 держатель; 20 токосъемники; 21 выключатели.

Устройство содержит высокочастотный генератор озона 1, электроды которого подключены к вторичной обмотке высоковольтного трансформатора 2. Первичная обмотка трансформатора подключена к выходу инвертора 3, вход которого подключен к выходу многофазного управляемого выпрямителя 4 через фильтр, включающий дроссель ДР и батарею конденсаторов C. Выпрямитель подключен к источнику переменного напряжения. Управляющие цепи выпрямителя подключены к системе 5 управления выпрямителем, которая по цепи обратной связи подключена к выходу инвертора и включает в себя задатчик величины выпрямленного напряжения. Управляющие цепи инвертора подключены к системе 6 управления инвертором через временно-задающий коммутатор 7, вход которого подключен к системе управления инвертором через задатчик 8. Временно-задающий коммутатор соединен с задатчиком производительности генераторов озона, на выходе которых установлен датчик 9 производительности озона.

При электронном варианте генератор 10 и ключ 11 подключены параллельно к системе электропитания управляющими импульсами от системы управления инвертором через генератор. При этом для управления ключом от генератора предусмотрена цепь управления. В цепи питания между генератором и ключом предусмотрены диод 12, а параллельно генератору подключен конденсатор 13.

При механическом варианте коммутатор состоит из ротора 14, расположенного в статоре 15. С ротором состыкован привод 16. На роторе электроизолировано расположены ламель 17, наклоненная под углом к оси ротора, и токосъемное кольцо 18. Ламель и кольцо электрически контактируют друг с другом.

На статоре расположен держатель 19, на котором электроизолировано расположены токосъемники 20. Токосъемники расположены таким образом, что один из них обеспечивает непрерывный непосредственный контакт с токосъемным кольцом, а остальные обеспечивают последовательный контакт с ламелью при вращении ротора. В состав коммутатора входит задатчик производительности установки, который включает выключатели 21, соответствующие каждому токосъемнику, контактирующему с ламелью. Входы выключателей объединены и подключены к системе управления инвертором, а выходы каждого подключены к соответствующему токосъемнику.

Устройство работает следующим образом.

С помощью задатчика U₃ настраивают выпрямитель 4 на требуемую величину выпрямленного напряжения. С помощью задатчика 8 настраивают временно-задающий коммутатор 7 на требуемую производительность генераторов озона (по известной тарировке задатчика). Система 6 управления инвертором настроена на постоянную максимальную частоту, обеспечивающую максимальный коэффициент полезного действия генераторов озона.

Подают кислородосодержащий газ на входы в генераторы озона 1. По проводам подают промышленное переменное напряжение на вход выпрямителя, который преобразует его в постоянное. При этом на управляющие цепи выпрямителя управляющие сигналы поступают от системы 5 управления выпрямителем. Выпрямленное напряжение поступает на вход инвертора 3, где фильтруется с помощью дросселя ДР и батареи конденсаторов C, преобразуется в переменное напряжение повышенной частоты, увеличивается по амплитуде трансформатором 2. При этом в управляющие цепи инвертора управляющие импульсы поступают от системы управления инвертором через временно-задающий коммутатор, который при открытом своем состоянии пропускает импульсы от системы управления инвертором к инвертору, а при закрытом не пропускает. Интервалы открытого и закрытого состояний коммутатора настроены заранее с помощью задатчика производительности, чем обеспечивается требуемая производительность генераторов озона. Контроль производительности ведется по показаниям датчика 9 и, при необходимости, производительность возможно регулировать в процессе работы генераторов озона.

Электронный коммутатор работает следующим образом.

Перед включением озонаторной установки настраивается импульсный генератор 10 с помощью переменных сопротивлений, входящих в его состав, на требуемую длительность t₁ открытого состояния левого и t₂ правого плеча мультивибратора, чем будет обеспечиваться требуемая производительность генератора озона (по известной тарировке регулятора производительности) в течение времени t_тр. транспортирования газа в камерах генераторов озона.

При подаче напряжения на озонаторную установку управляющие импульсы от системы управления инвертором поступают к инвертору через ключ 11 коммутатора. На режиме коммутатор работает в следующей последовательности. При закрытом левом плече мультивибратора в течение настроечного времени t₂ закрыт в это время и ключ, сила тока управляющих импульсов в инверторе недостаточная для открытия инвертора и силовые импульсы к генератору озона не поступают, т. е. озон не генерируется. Но силы тока в это время достаточна для зарядки конденсатора 13 через диод 12.

Через время t₂ мультивибратор откроет левое плечо и закроет правое плечо на время t₁. В это время ключ 11 откроется, увеличится через него сила тока управляющих импульсов инвертора, инвертор откроется и силовые импульсы длительностью t_и, частотой f, амплитудой A поступят к генератору озона, т.е. начнется генерация озона в течение времени t₁. Одновременно с этим шунтируется цепь питания мультивибратора, но конденсатор обеспечивает его питание в это время, а диод не дает конденсатору разрядиться через ключ. Через время t₁ циклы работы коммутатора начнут повторяться в указанной последовательности.

Механический коммутатор работает следующим образом.

Перед включением озонаторной установки с помощью выключателей 21 настраивается задатчик производительности установки (по известной тарировке озонаторной установки) на требуемую производительность. Подают напряжение к инвертору, его системе управления и приводу 16. Привод приводит во вращение ротор 14 в статоре 15. При вращении ротора ламель 17 периодически, а кольцо 18 непрерывно контактирует с токосъемниками 20, закрепленными на держателе 19, чем обеспечивается периодическая подача в течение времени t₁ управляющих сигналов, и прекращение их подачи в течение времени t₂ от системы управления инвертором к инвертору, а, соответственно, и генерирование озона.

Применение предложенного способа регулирования производительности генераторов озона и устройства для его осуществления позволит: обеспечить постоянный максимальный коэффициент полезного действия генераторов озона во всем диапазоне регулирования их производительности; уменьшить затраты электроэнергии на производство озона при его использовании в различных народно-хозяйственных целях; повысить экономичность работы генераторов озона при их работе в различных режимах по производительности озона.

Формула изобретения

1. Способ регулирования производительности генератора озона, основанный на изменении количества электрических импульсов, подаваемых к электродам генераторов озона, отличающийся тем, что электрические импульсы подают с постоянной частотой, соответствующей максимальной допустимой частоте генераторов озона, и регулируют интервалы времени подачи импульсов в течение времени транспортирования кислородсодержащего газа между электродами генераторов озона до получения заданной производительности.

2. Устройство для регулирования производительности генератора озона, содержащее генераторы озона, датчик производительности генераторов озона, высокочастотный источник электропитания генераторов озона, включающий выпрямитель тока промышленной частоты с системой управления выпрямителем, инвертор тока повышенной частоты с системой управления инвертором, высоковольтный трансформатор, отличающееся тем, что в нем в источник электропитания введены временно-задающий коммутатор, подключенный своим выходом к инвертору, и задатчик производительности генераторов озона, соединенный с коммутатором и подключенный своим входом к системе управления инвертором.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в нем временно-задающий коммутатор содержит электронный ключ, подключенный своим входом к системе управления инвертором, а выходом к инвертору, управляющий ключом импульсный электронный генератор с задатчиком призводительности генераторов озона, причем ключ и импульсный генератор подключены через инвертор своими цепями электропитания к выходу системы управления инвертором, а в цепи электропитания включены диод между электронным генератором и ключом и конденсатор параллельно электронному генератору.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в нем временно-задающий коммутатор содержит ротор, на котором электроизолированно расположены токосъемная ламель под углом к оси вращения ротора и токосъемное кольцо, электрически контактирующие друг с другом, статор, на котором закреплен держатель с токосъемниками, привод ротора, причем токосъемники расположены таким образом, что один из них непрерывно контактирует с токосъемным кольцом и подключен к входу инвертора, остальные токосъемники последовательно контактируют с токосъемной ламелью и подключены к соответствующим выходам задатчика производительности генераторов озона, а задатчик производительности содержит выключатели, подключенные к его входу и соответствующим выходам.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4