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 также в авиационной отрасли. Изобретение повышает эффективность очистки рабочего агента и регенерацию устройства с сокращением сроков проведения операции за счет конструктивного выполнения ячейки-накопителя загрязнений. Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов состоит из корпуса с патрубками подвода и отвода рабочего агента. Внутри корпуса установлены верхняя и нижняя ограничительные пластины. Между ними в плоскости, перпендикулярной оси устройства, соосно друг другу размещены пары. Пары состоят из диэлектрической перегородки с цилиндрическими каналами для прохода рабочего агента и дискового осадительного электрода, перфорированного круглыми отверстиями соосно центральным каналам. Пары установлены с чередованием знака потенциала дискового осадительного электрода. Внутренняя поверхность корпуса и поверхность дискового осадительного электрода покрыты изоляционным материалом. Площадь диэлектрической перегородки превышает общую площадь сечения цилиндрических каналов в 2-6 раза. Круглые отверстия дискового осадительного электрода смежных пар и цилиндрических каналов диэлектрической перегородки каждой пары образуют ячейку-накопитель загрязнений. Края круглых отверстий дискового осадительного электрода вытянуты по направлению движения рабочего агента с образованием усеченного конуса. Наклон боковой стенки усеченного конуса составляет 8-20°. Диаметр основания последнего равен диаметру цилиндрических каналов диэлектрической перегородки. Наружные поверхности боковой стенки усеченного конуса образуют основание ячейки-накопителя загрязнений, внутренние поверхности боковой стенки усеченного конуса - вершину нижележащей ячейки-накопителя загрязнений. 2 ил.

 

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 также в авиационной отрасли.

Анализ существующего уровня техники показал следующее.

Известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей, который включает корпус с патрубками подвода и отвода рабочего агента (см. а.с. №1435299 от 29.12.86 г. по кл. В 03 С 5/00, опубл. 07.11.88 г. в ОБ №41). Внутри корпуса установлены левая и правая ограничительные пластины. Между ними в плоскости, перпендикулярной оси устройства, соосно друг другу размещены пары. Пары состоят из диэлектрической перегородки и дискового осадительного электрода, имеющих зигзагообразные прорези, которые образуют ячейку-накопитель загрязнений. Осадительные электроды покрыты слоем электроизоляции.

Недостатком устройства является низкая эффективность очистки рабочего агента. Это обусловлено тем, что зигзагообразные прорези в осадительных электродах и диэлектрических перегородках не позволяют извлекать частицы загрязнений из рабочего агента по всем направлениям.

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.

Прорези диэлектрической перегородки и осадительного электрода образуют ячейку-накопитель загрязнений.

Недостатком устройства является низкая эффективность очистки рабочего агента. Это обусловлено тем, что объем ячейки-накопителя загрязнений, уменьшаясь от периферии к центру из-за коаксиального расположения диэлектрических перегородок и осадительных электродов, уменьшает возможность накопления большого числа частиц загрязнений в ячейках-накопителях загрязнений, расположенных в центре.

Известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей, который содержит корпус с патрубками подвода и отвода рабочего агента (см. патент РФ №2145524 от 10.01.96 г. по кл. В 03 С 5/00, опубл. 20.02.2000 г. в ОБ №5). Корпус выполнен в виде электрода. Внутри корпуса установлены ограничительные пластины. Между ними в плоскости, перпендикулярной оси устройства, соосно друг другу размещены пары. Пары состоят из диэлектрической перегородки и дискового осадительного электрода, имеющих прорези. Пары установлены с чередованием знака потенциала дискового осадительного электрода. Прорези дисковых осадительных электродов и прорези диэлектрических перегородок образуют ячейку-накопитель загрязнений.

Недостатком устройства является низкая эффективность очистки рабочего агента. Это обусловлено формой выполнения ячейки-накопителя загрязнений. Осевшие частицы подхватываются потоком рабочего агента и вымываются из ячейки-накопителя загрязнений. К тому же выполнение корпуса в виде электрода, т.е. подключение к источнику высокого напряжения, является опасным по технике безопасности. Для использования на производстве необходимо все устройство заключать в защитный кожух.

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 установлены верхняя и нижняя ограничительные пластины. Между ними в плоскости, перпендикулярной оси устройства, соосно друг другу размещены пары. Пары состоят из диэлектрической перегородки с цилиндрическими каналами для прохода рабочего агента и дискового осадительного электрода, перфорированного круглыми отверстиями соосно цилиндрическим каналам. Пары установлены с чередованием знака потенциала дискового осадительного электрода. Круглые отверстия дискового осадительного электрода смежных пар и цилиндрические каналы диэлектрической перегородки каждой пары образуют ячейку-накопитель загрязнений.

Недостатками устройства является низкая эффективность очистки рабочего агента и регенерации устройства.

Низкая эффективность очистки обусловлена следующим. В нижней части корпуса в ячейках-накопителях загрязнений на краях перфорированных отверстий дисковых осадительных электродов происходит осаждение частиц загрязнений в виде столба до соединения с краем перфорированного отверстия вышележащего дискового осадительного электрода. В этот момент происходит потеря заряда частиц загрязнений. Нейтральные частицы выносятся рабочим агентом из ячейки-накопителя загрязнений.

Низкая эффективность регенерации электрического очистителя диэлектрических жидкостей является следствием того, что поток промывочной жидкости, захватывая частицы загрязнений в каждой ячейке-накопителе загрязнений, теряет часть из них при столкновении с прямоугольным краем перфорированного отверстия дискового осадительного электрода. Они остаются не удаленными и оседают на внутренних поверхностях ячеек-накопителей загрязнений. Необходимо использовать большое количество промывочной жидкости для достижения максимального процента очистки устройства, что приводит к увеличению сроков проведения операции.

Технический результат сводится к повышению эффективности очистки рабочего агента (диэлектрической жидкости и газа) и регенерации электрического очистителя с сокращением сроков проведения операции за счет конструктивного выполнения ячейки-накопителя загрязнений.

Технический результат достигается с помощью известного электрического очистителя диэлектрических жидкостей и газов, включающего корпус с патрубками подвода и отвода рабочего агента. Внутри корпуса установлены верхняя и нижняя ограничительные пластины. Между ними в плоскости, перпендикулярной оси устройства, соосно друг другу размещены пары. Пары состоят из диэлектрической перегородки с цилиндрическими каналами для прохода рабочего агента и дискового осадительного электрода, перфорированного круглыми отверстиями соосно цилиндрическим каналам. Пары установлены с чередованием знака потенциала дискового осадительного электрода. Круглые отверстия дискового осадительного электрода смежных пар и цилиндрические каналы диэлектрической перегородки каждой пары образуют ячейку-накопитель загрязнений.

Согласно изобретению внутренняя поверхность корпуса и поверхность дисковых осадительных электродов покрыты изоляционным материалом.

Площадь диэлектрической перегородки превышает общую площадь сечения цилиндрических каналов в 2-6 раза.

Края круглых отверстий дискового осадительного электрода вытянуты по направлению движения рабочего агента с образованием усеченного конуса.

Наклон боковой стенки усеченного конуса 8-20°, а диаметр основания равен диаметру цилиндрического канала диэлектрической перегородки.

Также согласно изобретению наружные поверхности боковой стенки усеченного конуса образуют основание ячейки-накопителя загрязнений, а внутренние поверхности боковой стенки усеченного конуса - вершину нижележащей ячейки-накопителя загрязнений.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизны.

На фиг.1 представлен электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов, продольный разрез; на фиг.2 - выносной элемент I.

Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов состоит из корпуса 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 рабочего агента. Внутри корпуса 1 установлены верхняя и нижняя ограничительные пластины 4. Между ними в плоскости, перпендикулярной оси устройства, соосно друг другу размещены пары, состоящие из диэлектрической перегородки 5 с цилиндрическими каналами 6 для прохода рабочего агента и дискового осадительного электрода 7, перфорированного круглыми отверстиями 8 соосно цилиндрическим каналам 6. Пары установлены с чередованием знака потенциала дискового осадительного электрода 7. Внутренняя поверхность корпуса 1 и поверхность дисковых осадительных электродов 7 покрыты изоляционным материалом 9. Площадь диэлектрической перегородки 5 превышает общую площадь сечения цилиндрических каналов 6 в 2-6 раза. Круглые отверстия 8 дисковых осадительных электродов 7 смежных пар и цилиндрические каналы 6 диэлектрической перегородки 5 каждой пары образуют ячейку-накопитель загрязнений (см. фиг.2). Края круглых отверстий 8 дискового осадительного электрода 7 вытянуты по направлению движения рабочего агента с образованием усеченного конуса. Наклон боковой стенки 10 усеченного конуса составляет 8-20°. Диаметр основания последнего равен диаметру цилиндрического канала 6 диэлектрической перегородки 5. Наружные поверхности 11 боковой стенки 10 усеченного конуса образуют основание ячейки-накопителя загрязнений, внутренние поверхности 12 боковой стенки 10 усеченного конуса - вершину нижележащей ячейки-накопителя загрязнений.

Внутренняя поверхность корпуса 1 и поверхность дисковых осадительных электродов 7 покрыты изоляционным материалом 9, что предотвращает перезарядку осевших частиц загрязнений рабочего агента и исключает замыкание дисковых осадительных электродов 7 с разными знаками потенциала частицами загрязнений.

Площадь диэлектрической перегородки 5 должна превышать общую площадь сечения цилиндрических каналов 6 в 2-6 раза. Превышение менее чем в 2 раза приведет к увеличению гидравлического сопротивления, а также к выносу частиц загрязнений основным потоком рабочего агента. Превышение площади диэлектрической перегородки 5 над общей площадью сечения цилиндрических каналов 6 более чем в 6 раз ограничено снижением эффективности извлечения частиц загрязнений из потока рабочего агента по всем направлениям и необходимостью увеличения значения напряжения от внешнего источника питания.

Вытянутые края круглых отверстий 8 перфорации дискового осадительного электрода 7 по направлению потока с образованием усеченного конуса, совместное воздействие электрических и гидродинамических сил на заряженные частицы создают благоприятные условия для осаждения и удержания частиц загрязнений. Наклон боковой стенки 10 усеченного конуса уменьшает вероятность выноса осевших частиц загрязнений рабочего агента за счет предотвращения образования столба из частиц, соединяющего разноименные дисковые осадительные электроды 7, а также за счет отсутствия обратных потоков в ячейке-накопителе загрязнений. Это способствует увеличению числа оседающих частиц, что характеризует высокую эффективность работы устройства. Выполнение угла наклона боковой стенки 10 усеченного конуса более 20° не целесообразно, так как не происходит распространение движения рабочего агента электродинамическим течением по всему объему ячейки-накопителя загрязнений, ограничивает осаждение частиц загрязнений и уменьшает их подзарядку. Выполнение угла наклона боковой стенки 10 усеченного конуса менее 8° приведет к снижению эффективности улавливания частиц загрязнений.

Предложенная конфигурация ячейки-накопителя загрязнений при расположении устройства патрубком подвода рабочего агента 2 вверх позволяет повысить эффективность регенерации устройства за счет того, что поток рабочего агента, захватывая частицы загрязнений, беспрепятственно удаляет их из ячейки-накопителя загрязнений. Для проведения процесса достаточно использовать небольшое количество промывочной жидкости, что уменьшает время проведения операции.

Анализ технической литературы показал, что на частицы загрязнений, находящиеся в газовом потоке, действуют те же силы, что и на глинистые частицы загрязнений, находящиеся в диэлектрических жидкостях, что позволяет использовать предлагаемое устройство для очистки жидких и газовых сред.

Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов работает следующим образом.

На дисковые осадительные электроды 7 от высоковольтного источника питания подают напряжение. К устройству поступает рабочий агент, содержащий частицы загрязнений, через патрубок подвода рабочего агента 2. Рабочий агент, проходя через круглые отверстия 8 дискового осадительного электрода 7 и цилиндрические каналы 6 диэлектрической перегородки 5, испытывает силовое воздействие. В ячейках-накопителях загрязнений образуется неоднородное электрическое поле, которое, воздействуя на частицы загрязнений рабочего агента, независимо от знака заряда частиц и их материала, выводит последние из основного потока и способствует осаждению. Очищенный рабочий агент выходит из устройства через патрубок отвода рабочего агента 3.

Регенерация устройства после накопления в ячейках-накопителях загрязнений, о чем судят по снижению эффективности очистки, обеспечивается подачей на дисковые осадительные электроды 7 знакопеременного импульсного напряжения, вследствие чего будет изменяться направление силового воздействия на частицы загрязнений рабочего агента. Частицы загрязнений переходят во взвешенное состояние и выносятся потоком рабочего агента из устройства.

Анализ изобретательского уровня показал следующее:

известен осадительный электрод для электрофильтров по а.с. №375098, МПК В 03 С 3/47 с приоритетом от 26.03.71 г., опубл. 23.03.73 г., ОБ №16, в котором края отверстий перфорации вытянуты навстречу движению пылегазового потока на величину, равную половине диаметра отверстия перфорации;

известен вертикальный электрофильтр по патенту РФ №1820876, МПК В 03 С 3/36 с приоритетом от 28.01.91 г., опубл. 07.06.93 г., ОБ №21, в котором осадительные электроды выполнены в форме, образующей воронкообразную ячейку-накопитель загрязнений (пыли);

известен электрический очиститель диэлектрической жидкости по патенту РФ №2081707, МПК В 03 С 5/00 с приоритетом от 04.01.95 г., опубл. 20.06.97 г., ОБ №17, в котором наряду с пакетом осадительных электродов с прорезями для прохода жидкости, разделенных диэлектрическими перегородками, содержится накопитель загрязнений.

Из общедоступных источников патентной и НТЛ нам не известны технические решения, имеющие в своей основе признаки, совпадающие со всеми отличительными признаками заявляемого технического решения. Таким образом, последнее не следует явным образом из проанализированного уровня техники, т.е. имеет изобретательский уровень.

Основные характеристики электрического очистителя диэлектрических жидкостей и газов

Расчетная прокачка, л/мин	3,0
Напряжение постоянного тока, подводимое к
дисковым осадительным электродам, кВ	5,0-15,0

Габаритные размеры устройства:

наружный диаметр, мм	150
высота, мм	400
Масса сухого устройства, кг	6,0
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).

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 также устройства, позволяющие непрерывно производить контроль загрязненности в потоке используемого рабочего агента. Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов содержит дисковые осадительные электроды 7 и диэлектрические перегородки 5 диаметром 240 мм. В каждой диэлектрической перегородке 5 площадью S₁=3,14·120²=45216 мм² выполняют 300 цилиндрических каналов 6 диаметром 8 мм. Общая площадь сечения цилиндрических каналов 6 составляет S₂=3,14·4²·300=15072 мм. При этом площадь диэлектрической перегородки 5 превышает общую площадь сечения цилиндрических каналов 6 в три раза (S₁/S₂=45216/15072=3), что удовлетворяет заявленным пределам. Наклон боковой стенки усеченного конуса выполняют равным 18°. Диаметр основания усеченного конуса, равный диаметру цилиндрического канала 6, выполняют 8 мм.

Рабочий агент приготавливают следующим образом. В 80 литров масла марки АМГ-10 добавляют 8 г окиси хрома Cr₂О₃, относительная 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 3 л/мин. Напряжение постоянного тока, подводимое к дисковым осадительным электродам 7, 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 30 минут. Вышесказанное свидетельствует о высокой эффективности очистки диэлектрической жидкости.

Для проведения регенерации в гидравлической системе в качестве промывочной жидкости используют очищенное в процессе испытания масло марки АМГ-10, что не требует применения другой промывочной жидкости. Электрический очиститель диэлектрических жидкостей располагают патрубком подвода рабочего агента 2 вверх. Обеспечивают подачу на дисковые осадительные электроды 7 знакопеременного импульсного напряжения с частотой 15 Гц. Производят прокачивание промывочной жидкости через устройство и одновременно фиксируют значения числа частиц загрязнения (прибор контроля жидкости ПКЖ-902). По истечении 8 мин при достижении значения массы частиц загрязнения 41,75·10^-4 г в 100 см³ масла процесс регенерации останавливают. После демонтажа устройства и полной его разборки в лабораторных условиях микроскопическим методом анализа гранулометрического состава загрязнений подтверждено отсутствие окиси хрома на поверхностях дисковых осадительных электродов 7 и диэлектрических перегородок 5. Результаты испытаний свидетельствуют о высокой эффективности регенерации устройства, проведенной за короткие сроки.

При испытании электрического очистителя в качестве устройства для очистки газа используют электрическую воздухоочистительную установку, которую располагают в центре комнаты объемом 50 м³. Установка содержит электрическую систему и прибор для контроля загрязненности очищаемого рабочего агента. В электрическом очистителе диэлектрических жидкостей и газов дисковые осадительные электроды 7 и диэлектрические перегородки 5 выполняют диаметром 240 мм. В диэлектрических перегородках 5 выполняют 300 отверстий диаметром 8 мм. Наклон боковой стенки усеченного конуса выполняют равным 18°. Диаметр основания усеченного конуса, равный диаметру цилиндрического канала 6, выполняют 8 мм. 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 100 м³ в час. Напряжение постоянного тока, подводимое к дисковым осадительным электродам 7, поддерживают 10 кВ. Производят прокачивание рабочего агента через устройство при помощи вентилятора воздухоочистительной установки в течение 37 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 изобретения критерию "промышленная применимость".

Изобретение соответствует условию патентоспособности, так как является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.

Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов, включающий корпус с патрубками подвода и отвода рабочего агента, внутри которого установлены верхняя и нижняя ограничительные пластины, между которыми в плоскости, перпендикулярной оси устройства, соосно друг другу размещены пары, состоящие из диэлектрической перегородки с цилиндрическими каналами для прохода рабочего агента, и дискового осадительного электрода, перфорированного круглыми отверстиями соосно цилиндрическим каналам, причем пары установлены с чередованием знака потенциала дискового осадительного электрода, а круглые отверстия дисковых осадительных электродов смежных пар и цилиндрические каналы диэлектрической перегородки каждой пары образуют ячейку-накопитель загрязнений, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса и поверхность дисковых осадительных электродов покрыты изоляционным материалом, при этом площадь диэлектрической перегородки превышает общую площадь сечения цилиндрических каналов в 2-6 раза, а края круглых отверстий дискового осадительного электрода вытянуты по направлению движения рабочего агента с образованием усеченного конуса с наклоном боковой стенки 8-20° и диаметром основания, равным диаметру цилиндрического канала диэлектрической перегородки, причем наружные поверхности боковой стенки усеченного конуса образуют основание ячейки-накопителя загрязнений, а внутренние поверхности боковой стенки - вершину нижележащей ячейки-накопителя загрязнений.