Устройство для снятия статического электричества, в частности, при обработке полимеров
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для снятия статического электричества в процессе обработки полимеров. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата устройство содержит, по меньшей мере, одну насадку, имеющую корпус, ограничивающий сверхзвуковое сопло, коронирующую иглу и электрическую цепь питания, соединенную с коронирующей иглой. Последняя представляет собой хирургическую иглу из хромированной стали, наконечник (38) которой имеет диаметр менее 30 микрометров. 21 з.п. ф-лы, 12 ил.
Область техники
Настоящее изобретение касается устройства для снятия статического электричества, в частности, предназначенного для улучшения обработки полимеров.
Предшествующий уровень техники
Проблема снятия электростатических зарядов имеет большое значение в различных областях, в частности в области производства полимеров.
Полимеры являются веществами, обладающими высокой изоляционной способностью с точки зрения электричества, и могут удерживать статическое электричество на своей поверхности в течение нескольких недель. Производство полимеров всегда сопровождается генерированием электрических зарядов, необходимых для и, в частности, при пневматической транспортировке. Эта операция является необходимой, поскольку из соображений безопасности реакторы полимеризации располагают дистанционно от мест, где находится персонал. Полимеры получают в гранулированном виде и транспортируют при помощи пневматических средств к постам упаковки в мешки или засыпки в контейнеры.
При такой транспортировке происходит частичное истирание гранул с образованием мельчайших частиц и частичное плавление при нагреве гранул, трущихся о стенки. Следы, оставляемые расплавленным веществом, затвердевают в виде нитей, называемых «волосами ангела», имеющих диаметр порядка десятой доли миллиметра и длину в несколько сантиметров, или в виде волокон, имеющих диаметр в несколько миллиметров и длину более 10 см. Мелкие частицы, «волосы ангела» и волокна являются отходами, снижающими качество продукции, и в принципе должны быть отделены от гранул при помощи вентилирующих устройств. Однако при трении между материалом и стенками установки возникают электростатические заряды как на гранулах, так и на отходах.
Наличие электростатических зарядов на этих изоляционных материалах создает силы сцепления, в результате чего значительно снижается и в некоторых случаях полностью теряется эффективность указанных устройств отделения гранул от отходов. Появление электростатических зарядов порождает нежелательные эффекты, которые приводят к трем очень вредным последствиям для производителя:
1) Отходы остаются в продукте, поставляемом заказчикам, в результате чего покупатель предъявляет целые партии товара на рекламацию.
2) Отходы накапливаются, забивают сетки и устройства фильтрации и закупоривают транспортные каналы, что приводит к остановке производственного процесса для очистки установки, к сложному обслуживанию, требующему работ по демонтажу и очистке снятых деталей и последующему монтажу, что приводит к повышению себестоимости продукции.
3) Очистка транспортных каналов путем продувки сжатым воздухом приводит к распылению и накапливанию отходов на полу цеха, в результате чего происходит загрязнение окружающей среды, возникает опасность пожара и травматизма среди персонала.
Поэтому для обеспечения рентабельности производства первостепенное значение приобретает нейтрализация статического электричества во время производства полимеров.
В патенте Франции №8021977 (номер публикации 2492212) раскрыто устройство для снятия статического электричества, содержащее, по меньшей мере, одну насадку, содержащую корпус, ограничивающий сверхзвуковое сопло для расширения сжатого газа, коронирующую иглу, расположенную вблизи критического сечения сопла, и электрическую цепь питания, соединенную с коронирующей иглой.
Устройство для снятия статического электричества, раскрытое в патенте Франции №8021977, повторяет ранее известные конструкции. В частности, в устройстве используются созданные рядом с критическим сечением сверхзвукового сопла нанометрические аэрозоли льда, образующиеся при конденсации водяного пара на ионах, получаемых при коронном разряде, а также перемещение этих аэрозолей сверхзвуковой струей. Главным отличительным признаком описанного в этом патенте решения является способ, позволяющий получать в струе, когда на производящую коронный разряд коронирующую иглу подается переменный ток положительных и отрицательных токов одинаковой силы, что обеспечивает электрическую нейтральность смеси ионов, выходящей из насадки. С одной стороны, эта нейтральность обеспечивается за счет изолирующего покрытия критического сечения сопла и части сопла, наружной по отношению к насадке, и, с другой стороны, - путем установки конденсатора в цепь питания иглы.
Изобретение, раскрытое в указанном патенте Франции №8021977, несколько раз пытались безуспешно применить на практике. Оборудование, изготовленное согласно этому патенту, не обладает ни эффективностью, ни необходимой надежностью установки, предназначенной для круглосуточной работы на предприятиях нефтехимической промышленности.
Кроме того, раскрытое в указанном патенте изобретение не было разработано для частного случая применения, связанного с производством полимеров. В описании этот частный вариант использования не упоминается.
Краткое описание существа изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является создание устройства для снятия статического электричества, предназначенного, в частности, для улучшения обработки полимеров.
Задачей изобретения является также создание устройства для снятия статического электричества, которое можно эффективно использовать на предприятиях нефтехимической промышленности.
Поставленная задача согласно настоящему изобретению решена путем создания устройства для снятия статического электричества, отличающего тем, что содержит признаки, позволяющие решить указанные выше задачи и обеспечивающие его применение, в частности, в области обработки или производства полимеров.
Согласно существенному отличительному признаку настоящего изобретения коронирующая (или коронная) игла выполнена в виде хирургической иглы из хромированной стали, наконечник которой имеет диаметр менее 30 микрометров. После многочисленных изысканий выяснилось, что использование именно такого наконечника позволяет получать аэрозоль, наиболее приемлемый для обработки полимеров.
Кроме того, преимуществом такой хирургической иглы является то, что ее можно легко приобрести в торговой сети и легко заменить при обслуживании.
Наконец, важно также точно определить материал и конструкцию иглы, генерирующей коронный разряд, чтобы обеспечить постоянство регулировок и эффективность способа на длительный срок, что необходимо для применения изобретения на фабриках по производству полимеров.
Согласно другому отличительному признаку настоящего изобретения сверхзвуковое сопло содержит металлическую вставку, содержащую полую цилиндрическую часть, продолженную вперед конической частью, заканчивающейся кромкой, направленной внутрь, при этом весь узел заливают эпоксидным изоляционным материалом, чтобы закрыть изолирующим материалом коническую часть и кромку как снаружи, так и изнутри, а также передний участок внутренней цилиндрической части.
Предпочтительно полая цилиндрическая часть, образующая металлическую вставку сопла, содержит в своей задней части внутреннюю резьбу и наружную стенку того же диаметра, что и металлическая цилиндрическая трубка, защищающая переднюю часть сопла и примыкающая к металлической вставке.
Предпочтительно иглу устанавливают на изолирующей трубке или втулке, содержащей резьбовую переднюю часть, выполненную с возможностью завинчивания во внутреннюю резьбу заднего конца металлической вставки сопла.
Предпочтительно устройство для снятия статического электричества содержит металлическое кольцо, выполненное с возможностью нетугого фрикционного скольжения по задней части сопла и по цилиндрической металлической трубке и с возможностью фиксирования в заданном положении таким образом, чтобы обеспечить электропроводящий контакт между металлической вставкой сопла и металлической трубкой.
Изолирующая трубка или втулка внутри содержит устройство крепления, состоящее из двух металлических колец с отверстиями для прохождения сжатого газа, при этом, по меньшей мере, одно из металлических колец содержит внутреннюю резьбу.
Игла крепится на резьбовом кронштейне, выполненном с возможностью завинчивания и отвинчивания в устройстве крепления для грубой регулировки положения наконечника иглы относительно критического сечения сопла.
Кроме того, относительное положение наконечника иглы и критического сечения сопла может быть отрегулировано быстро и точно без демонтажа насадки путем завинчивания и отвинчивания сопла на переднем конце указанной выше изолирующей трубки или втулки, охватывающей кронштейн иглы.
Для крепления на кронштейне игла предпочтительно содержит коническое гнездо, выполненное на заднем конце, противоположном наконечнику.
Благодаря этому отличительному признаку задний конец иглы можно вставлять внутрь гнезда в виде полого цилиндра, выполненного с передней части этого металлического кронштейна в виде цилиндра, при этом указанное гнездо имеет диаметр, на несколько сотых миллиметра превышающий диаметр иглы, при этом задний конец иглы фиксируется в цилиндрическом гнезде за счет расширения стенок конического гнезда в результате сжатия его стенок между внутренней стенкой кронштейна и шариком соответствующего диаметра типа шарика для шариковой авторучки.
Согласно другому отличительному признаку настоящего изобретения устройство содержит металлический тройник, предназначенный для подачи сжатого газа в насадку и установленный между металлической трубкой, защищающей переднюю часть насадки, и другой металлической трубкой, защищающей заднюю часть насадки, обеспечивая контакт между трубками для непрерывности электросвязи между задней и передней частями насадки.
Согласно еще одному отличительному признаку настоящего изобретения металлическая трубка, защищающая заднюю часть насадки, находится в контакте с металлическим устройством крепления, предназначенным для стопорения коаксиального кабеля подачи высокого напряжения на иглу, при этом указанное металлическое устройство крепления само находится в контакте с заземленным металлическим экраном этого кабеля.
Ниже указаны другие дополняющие или альтернативные признаки настоящего изобретения:
- электрическая цепь питания коронирующей иглы содержит два элемента, которые последовательно установлены между иглой и вторичной обмоткой трансформатора высокого напряжения, а именно: конденсатор емкостью от 20 до 200 пФ и резистор со значением сопротивления от 1 до 100 МОм;
- конденсатор и резистор размещены в одной изолирующей оболочке, содержащей отверстия для прохождения входных и выходных соединений, покрытых термоотверждающимся изолирующим полимером для предупреждения попадания влажного воздуха внутрь оболочки;
- со стороны электрической цепи питания коаксиальный кабель высокого напряжения заканчивается вилкой высокого напряжения, проходящей через центральное отверстие круглой металлической детали, называемой пробкой, содержащей плоскую сторону напротив устройства высокого напряжения, с расточным гнездом, выполненным с возможностью установки тороидальной прокладки вокруг этого центрального отверстия, при этом указанная круглая деталь имеет наружный диаметр, больший диаметра вилки высокого напряжения, тогда как центральное отверстие имеет диаметр, меньший диаметра этой вилки;
- устройство для снятия статического электричества содержит канал из непроницаемого пластика вокруг коаксиального кабеля подачи высокого напряжения на насадки, при этом уплотнение дополняется установкой двух сальников, один из которых установлен вокруг входа кабеля в насадку, а другой - на входе круглой детали;
- круглая деталь содержит резьбовую цилиндрическую часть, продолжающуюся со стороны, обращенной к устройству питания, при этом указанная часть входит через отверстие диаметром, превышающим диаметр вилки высокого напряжения, в распределительный щит, содержащий источник электрического питания, при этом тороидальная прокладка герметично прижата к наружной стенке распределительного щита путем завинчивания резьбового кольца на указанную резьбовую часть;
- электрическая цепь питания насадки или насадок содержит трансформаторы высокого напряжения, первичная обмотка которых соединена с выходом синхронизирующего статического реле, питающегося от переменного источника напряжения, например от сети переменного тока;
- подача первичного напряжения на статическое реле управляется замедленным реле, катушка которого питается от реле давления, соединенного с контуром подачи сжатого газа на насадку или насадки;
- в насадку(и) подается сжатый воздух под давлением от 12 до 5 бар, с точкой росы от -19 до -40°С;
- устройство для снятия статического электричества содержит четное количество насадок, при этом каждая группа из двух насадок состоит из насадок, имеющих максимально сходные характеристики «напряжение-ток», каждая из двух насадок соединена с противоположной фазой источника переменного тока; и
- для каждой группы из двух насадок первичная обмотка трансформатора высокого напряжения, питающая первую насадку, и первичная обмотка трансформатора высокого напряжения, питающая вторую насадку, характеризуются разностью фаз в 180°.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием, приведенным в качестве примера предпочтительного варианта воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг.1 изображает вид сбоку устройства для снятия статического электричества, где показана конструкция насадки, согласно изобретению;
фиг.2 - продольный разрез сопла, изолирующей втулки, взаимодействующей с соплом, а также иглы и ее кронштейна, расположенных внутри втулки, согласно изобретению;
фиг.3 - продольный разрез сопла, согласно изобретению;
фиг.4 - продольный разрез изолирующей втулки, согласно изобретению;
фиг.5 - продольный разрез кронштейна и иглы, согласно изобретению;
фиг.6 - вид сбоку наконечника иглы, согласно изобретению;
фиг.7 - продольный разрез заднего конца иглы и шарика, согласно изобретению;
фиг.8 - схему монтажа заднего конца иглы в кронштейн при помощи шарика, согласно изобретению;
фиг.9 - вид сбоку двух оболочек, предназначенных для установки электрического резистора и конденсатора, входящих в цепь питания иглы, согласно изобретению;
фиг.10 - вид сбоку средств соединения насадки (частичный разрез) с распределительным щитом, согласно изобретению;
фиг.11 - принципиальную схему распределительного щита, согласно изобретению;
фиг.12 - схему электрического питания двух насадок, согласно изобретению.
Описание предпочтительного варианта воплощения изобретения
Устройство 10 (фиг.1) для снятия статического электричества содержит корпус общей удлиненной формы, содержащий металлическую трубку 12, образующую переднюю часть корпуса насадки, заканчивающуюся соплом 14, через которое происходит распыление аэрозоля под действием сверхзвуковой струи 16. При помощи разборного соединения 18 своей задней частью металлическая трубка 12 соединена с тройником 20, содержащим боковой патрубок 22 для подачи газа под давлением, в данном случае сжатого воздуха, поступающего от источника 24 сжатого воздуха.
Другим концом тройник 20 соединен с металлической трубкой 26, образующей заднюю часть корпуса насадки и соединенной с устройством 28 крепления. Последнее соединено с коаксиальным кабелем 30, предназначенным для питания наконечника (описан ниже), установленного в сопле, от источника 32 высокого напряжения. Кроме того, металлическая часть корпуса насадки заземлена 34.
Внутри сопла 14 (фиг.2) находится игла 36, заканчивающаяся наконечником 38, называемым также «коронирующей иглой» и находящимся вблизи внутреннего критического сечения, ограничивающего сопло. Задний конец иглы 36 соединен с резьбовым кронштейном 42, который, в свою очередь, соединен с резистором 44 и с конденсатором 46, установленными внутри металлической трубки 26 (фиг.1). Эти два элемента соединены с коаксиальным кабелем 30.
Кронштейн 42 установлен внутри изолирующей втулки 48, в свою очередь, установленной внутри трубки 12 (фиг.1). Цилиндрическое кольцо 50 выполнено с возможностью нетугого фрикционного скольжения по задней части сопла 14 и по цилиндрической металлической трубке 12 и с возможностью фиксирования на них в заданном положении для обеспечения электропроводящего контакта между соплом и металлической трубкой. Контакт осуществляется при помощи металлической вставки 52 (фиг.2 и 3), которая установлена в сопле 14 и будет описана ниже.
Согласно изобретению коронирующая игла представляет собой хирургическую иглу 36 из хромированной стали, наконечник 38 которой имеет диаметр менее 30 микрометров (фиг.6). Радиус кривизны наконечника 38 предпочтительно находится в пределах от 10 до 20 микрометров.
Со стороны, противоположной наконечнику, игла заканчивается круглым основанием, содержащим коническое отверстие 54 (фиг.7), предназначенное для установки иглы в кронштейн 42, что будет описано ниже.
Далее со ссылкой на фиг.3 следует описание конструкции сопла 14. Металлическая вставка 52 содержит полую цилиндрическую часть 56, продолженную спереди конической частью 58, заканчивающейся кромкой 60, направленной внутрь. Весь узел имеет цилиндрическую форму 62 из изоляционного материала, в данном случае из эпоксидного материала, закрывающего изолятором коническую часть 58 и кромку 60 как снаружи, так и изнутри, а также передний участок внутренней цилиндрической части. Литейная форма должна быть такой, чтобы изолятор закрывал сходящуюся часть 64 сопла и его критическое сечение 60, при этом расходящаяся часть 66 сопла выполнена в эпоксидном материале, имеющем такой же наружный диаметр D, что и металлическая вставка 42. Соответствующие формы расходящейся части и сходящейся части сопла получают литьем путем выбора соответствующей изложницы. В случае необходимости профиль сверхзвукового сопла доводят до нужной формы путем фрезерования изоляционного материала. Толщину изолятора внутри сопла 14 выбирают таким образом, чтобы максимальное напряжение, подаваемое на иглу, было ниже значения пробоя изолятора.
Сопло 14 содержит плоскую наружную сторону 67, выполненную путем фрезерования отлитой цилиндрической части 62. Полая цилиндрическая часть 56, образующая металлическую вставку 42 сопла, на своем заднем участке содержит внутреннюю резьбу 68 и наружную стенку 70, имеющую такой же диаметр D, что и металлическая трубка 12 (фиг.1), защищающая переднюю часть насадки и примыкающая к металлической вставке.
Изолирующая втулка 48 (фиг.4) содержит резьбовую переднюю часть 72, выполненную с возможностью завинчивания во внутреннюю резьбу 68 заднего конца металлической вставки. Таким образом изолирующая втулка позволяет электрически изолировать иглу от корпуса насадки. Как было указано выше, изолирующая втулка 48 охвачена металлической трубкой 12, при этом кольцо 50 перемещается нетугим фрикционным скольжением по вставке 52 сопла и по металлической трубке 12.
Изолирующая втулка 48 содержит внутреннюю резьбу 74, в которую завинчивают два металлических кольца 76 и 78, предназначенных для установки металлического кронштейна 42 иглы. Кольцо 76 содержит канал 80 для прохождения металлического кронштейна, а кольцо 78 содержит резьбовой канал 82, предназначенный для взаимодействия с наружной резьбой 84 (фиг.5) металлического кронштейна 42. Кроме того, оба металлических кольца содержат отверстия (не показаны) для подачи сжатого газа.
Резьбовой кронштейн 42, удерживающий иглу 36, выполнен с возможностью завинчивания или вывинчивания в устройстве крепления, образованном кольцами 76 и 78, для грубой регулировки положения наконечника 38 иглы 36 относительно критического сечения 40 сопла. Кроме того, относительное положение наконечника иглы и критического сечения сопла можно регулировать быстро и точно без демонтажа насадки путем завинчивания или вывинчивания резьбовой части 72 изолирующей втулки 48.
Монтаж заднего конца иглы 36 в металлический кронштейн 42 осуществляется следующим образом. Задний конец иглы 36 (фиг.8) вставляют внутрь гнезда 86, выполненного в виде полого цилиндра в передней части металлического кронштейна 42, при этом гнездо имеет диаметр, превышающий на несколько сотых миллиметра диаметр иглы. Задний конец иглы фиксируют в цилиндрическом гнезде 86 за счет расширения стенок конического гнезда 54 в результате сдавливания этих стенок между внутренней стенкой кронштейна и шариком 88 типа шарика шариковой ручки соответствующего диаметра. Установку осуществляют при помощи запрессовки следующим образом. Иглу удерживают в тисках вертикально наконечником вниз. На иглу устанавливают шарик 88 и сверху надевают кронштейн 42, охватывающий шарик и иглу. После этого по кронштейну вертикально сверху вниз слегка ударяют молотком таким образом, чтобы шарик углубился в гнездо и придавил стенки конической части 54 иглы к внутренним стенкам кронштейна 42.
Этот способ позволяет получить легкий и недеформирующийся узел.
Конденсатор 46 (фиг.2) должен выдерживать постоянное напряжение 16 киловольт на клеммах, тогда как защитный резистор 44 должен иметь значение сопротивления от 1 до 100 МОм. Эти два элемента установлены последовательно в двух изолирующих оболочках (фиг.9), при этом изолирующая оболочка 90 конденсатора 46 и изолирующая оболочка 92 резистора 44 соединены встык. Каналы 94 и 96 соединений герметизированы изоляционным лаком для предохранения элементов от влажности воздуха, циркулирующего в насадке. Обе оболочки 90 и 92 установлены в металлической трубке 26 (фиг.1).
Тройник 20 обеспечивает электрический контакт между трубками 12 и 26, обеспечивая непрерывность электрической связи между передней и задней частями насадки. Цилиндрическое кольцо 50, охватывающее металлическую вставку 52 и переднюю часть трубки 12, позволяет соединять вставку с потенциалом массы насадки, то есть с потенциалом земли, несмотря на то, что сопло навинчено на изолирующую втулку.
В центральной части корпус насадки соединен разъемным соединением 18 с тройником 20, через который подается сжатый воздух. Электрическое соединение в виде гибкого провода 98 (фиг.2), соединяющее резистор 44 с иглой 36, проходит через эту часть насадки от ее заднего конца к переднему. Внутри этой зоны находятся изолирующие детали (не показаны), предназначенные для удержания под напряжением элементов и металлических деталей, находящихся под высоким напряжением.
Металлическая трубка 26 является цилиндрической трубкой, имеющей диаметр, достаточный для размещения в ней резистора и конденсатора, а также их соответствующих оболочек. Трубка 26 находится в электрическом контакте с тройником 20.
Металлическая трубка 26, защищающая заднюю часть насадки, находится в контакте с устройством 28 крепления, предназначенным для стопорения коаксиального кабеля 30. Металлическое устройство, в свою очередь, находится в контакте с заземленным металлическим экраном (не показан) кабеля.
Со стороны цепи 32 высокого напряжения коаксиальный кабель 30 заканчивается вилкой 100 высокого напряжения, выполненной с возможностью подключения к розетке 102 высокого напряжения (фиг.10). Кабель охвачен оболочкой 104 из непроницаемого пластика, в данном случае гофрированной, закрепленной на насадке посредством сальника 106 для обеспечения герметичности всего узла (фиг.1).
Кабель проходит через центральное отверстие 107 (фиг.10) круглой металлической детали 108 (называемой «пробкой»), например, из нержавеющей стали, содержащей плоскую сторону 110 напротив стенки 112 устройства 114 подачи высокого напряжения, например распределительного щита высокого напряжения. Плоская сторона 110 содержит расточное гнездо 116 в виде кольцевого паза, выполненного с возможностью установки тороидальной прокладки 118 вокруг центрального отверстия. Круглая деталь 108 имеет наружный диаметр, больший диаметра вилки 100 высокого напряжения, тогда как центральное отверстие 107 имеет диаметр, меньший диаметра вилки.
Канал 104, охватывающий коаксиальный кабель 30, дополнительно уплотняют вторым сальником 120, установленным на входе круглой детали 108. Круглая деталь 108 содержит резьбовую цилиндрическую часть 122 со стороны, обращенной к устройству 114 подачи высокого напряжения, при этом указанная часть проходит через отверстие 124 диаметром, превышающим диаметр вилки 100 высокого напряжения, в стенку 112 распределительного щита 114, содержащего источник электрического питания. Прокладку 118 плотно прижимают к наружной стенке распределительного щита путем завинчивания резьбового кольца 126 на резьбовую часть.
В полученной, таким образом, конфигурации круглая деталь 108 образует неразъемное соединение с коаксиальным кабелем, так как с одной стороны она удерживается насадкой, а с другой - вилкой 100.
Как показано на фиг.11, электрическая цепь питания насадки или насадок содержит трансформаторы 128 высокого напряжения, первичная обмотка которых соединена с выходом синхронизирующего статического реле 130, питаемого от переменного источника напряжения, например от сети переменного тока. Подача первичного напряжения на статическое реле 130 управляется замедленным реле 132, катушка которого питается от реле 134 давления, соединенного с контуром подачи сжатого газа на насадку или насадки.
В описываемом примере каждая насадка питается сжатым воздухом от источника 24 через клапан 136 подачи, управляющий каналом 138, соединенным с патрубком 22 тройника 20. На иглу насадки или насадок подается высокое напряжение от 6000 до 9000 вольт от короба, содержащего повышающие трансформаторы 128.
Каждая насадка соединена с трансформатором, полностью закрытым соответствующим изолятором. Напряжение подается на насадку через коаксиальный кабель 30, заканчивающийся вилкой 100, включаемой в розетку 102. Одно из выходных соединений трансформаторов заземлено, а другое подключено к соответствующей розетке, связанной с насадкой. Насадки защищены от перепадов напряжения при помощи плавких предохранителей, установленных в цепи, соединенной с первичной обмоткой трансформаторов 128. Последние защищены от перегрева при помощи теплового реле, установленного внутри их изоляционного покрытия.
Синхронизирующее статическое реле 130 играет первостепенную роль. Действительно, коаксиальный кабель, соединенный с насадкой, действует как линия задержки для быстрых сигналов, поэтому указанные сигналы претерпевают отражение на конце линии. Поскольку полное сопротивление, соответствующее коронирующей игле, является очень высоким (открытая линия), это отражение происходит без изменения знака. Например, если при замыкании первичной цепи трансформатора на уровне узла вилка/розетка подается разовое напряжение в 10500 вольт, то отраженный сигнал в 10500 вольт практически мгновенно накладывается на это разовое напряжение, и узел вилка/розетка оказывается в этом случае под напряжением в 21000 вольт, что приводит к появлению пробивной дуги и к короткому замыканию на землю.
Синхронизирующее статическое реле 130 обеспечивает замыкание первичной цепи питания трансформатора только при переходе напряжения сети на ноль. Это позволяет избежать случайного замыкания от механического выключателя, которое может произойти в любой момент цикла и привести к появлению разового скачка входного напряжения в коаксиальной линии, который может соответствовать пиковому напряжению во вторичной цепи (то есть 10500 вольт при эффективном значении напряжения во вторичной обмотке 7000 вольт). Наличие такого статического реле обеспечивает безопасность и надежность работы установки.
Замедленное реле 132 выполняет важную функцию. Поскольку насадка находится во взрывоопасной зоне, она ни в коем случае не должна способствовать появлению электрических разрядов на уровне сопла. Она предназначена для работы без возбуждения в нормальных условиях давления, соответствующих номинальному режиму потока. Следовательно, если эти условия не выполняются, реле 132 остается замкнутым, в результате чего напряжение от сети подается на первичную обмотку трансформаторов.
Кроме того, поскольку при открывании клапана 136 подачи сжатого воздуха реле 134 давления может регистрировать номинальное давление, прежде чем это давление дойдет до насадок, реле 134 устанавливают на задержку, что позволяет подавать напряжение на насадки только после достижения номинального режима потока сжатого воздуха. Выбор соответствующей задержки рассчитывают в зависимости от конструкции пневматического контура, связанного с устройством для снятия статического электричества, при этом следует избегать установки задержки, намного превышающей несколько секунд, соответствующих времени установления постоянного режима потока сжатого воздуха в пневматическом контуре, связанном с устройством для снятия статического электричества.
Схема монтажа (фиг.10) позволяет соединять коаксиальный кабель 30 (вилка 100 и розетка 102) внутри распределительного щита 114, который защищен от попадания в него пыли и струй воды. Предпочтительно распределительный щит выполнен из композитного материала или из нержавеющей стали. Конструкция с круглой деталью 108, прокладкой 118 и кольцом 126 позволяет легко производить демонтаж насадки. В собранном виде деталь 108 перекрывает отверстие 124, при этом прокладка 118 плотно прижимается к наружной стенке распределительного щита за счет завинчивания кольца 126 на резьбовой части 122, заходящей внутрь распределительного щита. В рабочей фазе герметичность узла обеспечивается прокладкой 118 и двумя сальниками 106 и 120. Для демонтажа насадки достаточно отсоединить вилку 100 от розетки 102 и отвинтить кольцо 126, что позволяет освободить деталь 108 и обеспечить достаточный проход для вилки 100, соединенной с концом коаксиального кабеля.
В рамках настоящего изобретения насадка или насадки питаются сжатым воздухом под давлением от 12 до 5 бар с точкой росы от минус 19 до минус 40°С. Действительно, сжатый воздух сразу после расширения не должен содержать ни слишком много, ни слишком мало влаги. Слишком влажный воздух приводит к конденсации водяной пленки на изолирующих деталях, удерживающих кронштейн иглы, и к короткому замыканию на землю коронирующей иглы. Слишком сухой воздух не позволяет достичь необходимой эффективности процесса, так как для транспортировки электрических зарядов сверхзвуковой струей необходимо наличие достаточного количества носителей, образующихся при конденсации льда на ионах во время коронного разряда, и это количество быстро сокращается при влажности ниже определенного значения.
Для установки, работающей внутри производственного предприятия, оптимальные условия потока, транспортируемого через сопло аэрозолями, соответствуют точке росы в -19°С. Эти условия получают, например, в холодильном сушильном аппарате, в который подают влажный сжатый воздух под давлением в 6 бар, и через змеевик которого проходит вода при температуре 3°С. Для точки росы в -40°С интенсивность транспортируемого потока уменьшают вдвое.
Для установки, работающей снаружи, то есть подвергающейся в зимнее время воздействию температур намного ниже 0°С, лучше выбирать точку росы в -40°С, чтобы избежать конденсации на уровне сопла.
В случае, показанном на фиг.12, устройство для снятия статического электричества содержит, по меньшей мере, одну группу из двух насадок 10А и 10В, питаемых от двух трансформаторов 128А и 128 В. Два трансформатора имеют соответствующие первичные обмотки 140А и 140В, на которые подается ток с разностью фаз в 180°.
Для обеспечения наилучшей нейтрализации смеси отрицательных и положительных ионов, получаемых при сублимации аэрозолей, самым простым способом является использование четного числа насадок, выполненных таким образом, чтобы их характеристики распыления (потоки в зависимости от подаваемого высокого напряжения) были максимально идентичными. Этого можно достичь, подсоединяя в каждой группе насадок первую насадку к одной фазе питания высокого напряжения, а вторую насадку - к противоположной фазе.
Таким образом, в каждый момент подается ток общим значением, близким к нулю, что позволяет избежать появления большого пространственного заряда, который может вызвать выталкивание в сторону стенки части получаемых ионов и, возможно, появление повышенного потенциала на любом металлическом предмете, находящемся рядом с установкой и не заземленном по недосмотру монтажников.
Применяют четное количество насадок, при этом каждая группа состоит из насадок с максимально сходными характеристиками «напряжение-ток», и каждая из насадок соединена с противоположной фазой источника переменного тока.
Поскольку данное условие может стать причиной возникновения взрывоопасных электрических дуг, необходимо, чтобы впрыскивание заряженных аэрозолей в камеру, где находится обрабатываемый материал, не могло привести к появлению повышенных потенциалов на металлических предметах, изолированных от земли, что обеспечивается, в частности, уравновешиванием мгновенных положительных или отрицательных потоков, создаваемых устройством для снятия статического электричества, имеющим описанную выше конструкцию.
Настоящее изобретение может быть применено, в частности, для обработки полимеров.
1. Устройство для снятия статического электричества, предназначенное, в частности, для обработки полимеров и содержащее по меньшей мере одну насадку, имеющую корпус, ограничивающий сверхзвуковое сопло (14) для расширения сжатого газа, коронирующую иглу (36), расположенную вблизи критического сечения (40) сопла, и электрическую цепь (32) питания, соединенную с коронирующей иглой, отличающееся тем, что коронирующая игла выполнена в виде хирургической иглы (36) из хромированной стали, наконечник (38) которой имеет диаметр менее 30 микрометров.
2. Устройство для снятия статического электричества по п.1, отличающееся тем, что сверхзвуковое сопло (14) содержит металлическую вставку (42), содержащую полую цилиндрическую часть (56), продолженную вперед конической частью (58), заканчивающейся кромкой (60), направленной внутрь, при этом весь узел залит эпоксидным изолятором (62), чтобы закрыть изолирующим материалом коническую часть (58) и ее кромку (60) как снаружи, так и изнутри, а также передний участок внутренней цилиндрической части.
3. Устройство для снятия статического электричества по п.2, отличающееся тем, что полая цилиндрическая часть, образующая металлическую вставку (52) сопла (14) содержит в своей задней части внутреннюю резьбу (68) и имеет наружную стенку (70) того же диаметра, что и металлическая цилиндрическая трубка (12), защищающая переднюю часть сопла и примыкающая к металлической вставке.
4. Устройство для снятия статического электричества по п.3, отличающееся тем, что игла (36) установлена на изолирующей втулке (48), содержащей резьбовую переднюю часть (72), выполненную с возможностью завинчивания во внутреннюю резьбу (68) заднего конца металлической вставки (52) сопла.
5. Устройство для снятия статического электричества по любому из пп.3 и 4, отличающееся тем, что содержит металлическое кольцо (50), выполненное с возможностью нетугого фрикционного скольжения по задней части сопла (14) и по цилиндрической металлической трубке (12) и с возможностью фиксирования в заданном положении, чтобы обеспечить контакт между металлической вставкой (52) сопла и металлической трубкой.
6. Устройство для снятия статического электричества по п.4, отличающееся тем, что изолирующая втулка (48) внутри содержит устройство крепления, состоящее из двух металлических колец (76, 78) с отверстиями для прохода сжатого газа, при этом по меньшей мере одно (78) из металлических колец имеет внутреннюю резьбу.
7. Устройство для снятия статического электричества по п.6, отличающееся тем, что игла (36) крепится в резьбовом кронштейне (42), выполненном с возможностью завинчивания и отвинчивания в устройстве (76, 78) крепления для грубой регулировки положения наконечника (38) иглы (36) относительно критического сечения (40) сопла (14).
8. Устройство для снятия статического электричества по п.7, отличающееся тем, что относительное положение наконечника (38) иглы (36) и критического сечения (40) сопла (14) может быть отрегулировано быстро и точно без демонтажа насадки путем завинчивания и отвинчивания сопла (14) на переднем резьбовом конце изолирующей втулки (48), охватывающей кронштейн иглы.
9. Устройство для снятия статического электричества по п.1, отличающееся тем, что игла (36) содержит коническое гнездо (54), выполненное на заднем конце, противоположном наконечнику (38).
10. Устройство для снятия статического электричества по п.9, отличающееся тем, что задний конец иглы (36) вставлен внутрь гнезда (86) в виде полого цилиндра, выполненного в передней части металлического кронштейна (42) в виде цилиндра, упомянутое гнездо имеет диаметр, на несколько сотых миллиметра превышающий диаметр иглы, при этом задний конец иглы крепится в цилиндрическом гнезде (86) за счет расширения стенок конического гнезда (54) иглы в результате сжатия этих стенок между внутренней стенкой кронштейна и шариком (88) соответствующего диаметра.
11. Устройство для снятия статического электричества по п.З, отличающееся тем, что содержит металлический тройник (20), предназначенный для подачи сжатого газа в насадку и установленный между металлической трубкой (12), защищающей переднюю часть насадки, и другой металлической трубкой (26), защищающей заднюю часть насадки, обеспечивая контакт между трубками (12, 26) и электрическую связь между задней и передней частями насадки.
12. Устройство для снятия статического электричества по п.11, отличающееся тем, что металлическая трубка (26), защищающая заднюю часть насадки, находится в контакте с металлическим устройством (28) крепления, предназначенным для стопорения коаксиального кабеля (30) подачи высокого напряжения на иглу, при этом металлическое устройство крепления само находится в контакте с заземленным металлическим экраном кабеля.
13. Устройство для снятия статического электричества по п.1, отличающееся тем, что электрическая цепь (32) питания коронирующей иглы (36) содержит два элемента, последовательно установленные между иглой (36) и вторичной обмоткой трансформатора (128) высокого напряжения, одним из которых является конденсатор (46) емкостью от 20 до 200 пФ, а другим резистор (44) с сопротивлением от 1 до 100 МОм.
14. Устройство для снятия статического электричества по п.13, отличающееся тем, что конденсатор (46) и резистор (44) размещены в изолирующей оболочке (92, 90), содержащей отверстия (94, 96), для прохождения входных и выходных соединений, покрытых термоотверждающимся изолирующим полимером для предупреждения попадания влажного воздуха внутрь оболочки.
15. Устройство для снятия статического электричества по п.12, отличающееся тем, что со стороны электрической цепи (32) питания коаксиальный кабель (30) подачи высокого напряжения заканчивается вилкой (100) высокого напряжения, проходящей через центральное отверстие (107) круглой металлической детали (108), называемой «пробкой», содержащей плоскую сторону (110) напротив устройства высокого напряжения, с расточным гнездом (116), выполненным с возможностью установки тороидальной прокладки (118) вокруг центрального отверстия (107), при этом круглая деталь (108) имеет наружный диаметр, больший диаметра вилки (100) высокого напряжения, а центральное отверстие (107) имеет диаметр, меньший диаметра этой вилки.
16. Устройство для снятия статического электричества по п.15, отличающееся тем, что содержит канал (104) из непроницаемого пластика вокруг коаксиального кабеля (30) подачи высокого напряжения на насадки, и два сальника (106, 120), один из которых установлен у входа кабеля (30) в насадку, а другой - у входа круглой детали (108).
17. Устройство для снятия статического электричества по любому из пп.15 и 16, отличающееся тем, что круглая деталь (108) содержит резьбовую цилиндрическую часть (122) со стороны, обращенной к устройству питания, при этом упомянутая часть заходит через отверстие (124) диаметром, превышающим диаметр вилки (100) высокого напряжения, в распределительный щит (114), содержащий источник электрического питания, а тороидальная прокладка (118) герметично прижата к наружной стенке (112) распределительного щита путем завинчивания резьбового кольца (126) на резьбовую часть (122).
18. Устройство для снятия статического электричества по п.17, отличающееся тем, что цепь электрического питания насадки или насадок содержит трансформаторы (128) высокого напряжения, первичная обмотка которых соединена с выходом синхронизирующего статического реле (130), запитываемого от источника переменного напряжения, например, от сети переменного тока.
19. Устройство для снятия статического электричества по п.18, отличающееся тем, что подачей первичного напряжения на статическое реле (130) управляют замедленным реле (132), катушка которого питается от реле (134) давления, соединенного с контуром (24) подачи сжатого газа на насадку или насадки.
20. Устройство для снятия статического электричества по п.19, отличающееся тем, что в насадку(и) подается сжатый воздух давлением от 12 до 5 бар, с точкой росы от -19 до -40°С.
21. Устройство для снятия статического электричества по п.1, отличающееся тем, что содержит четное количество насадок, при этом каждая группа из двух насадок состоит из насадок, имеющих максимально сходные характеристики «напряжение-ток», и каждая из двух насадок соединена с противоположной фазой источника переменного тока.
22. Устройство для снятия статического электричества по п.21, отличающееся тем, что для каждой группы из двух насадок первичная обмотка (140А) трансформатора высокого напряжения, питающая первую насадку (10А), и первичная обмотка (140В) трансформатора высокого напряжения, питающая вторую насадку (10В), отличаются разностью фаз в 180°.
