Устройство электрогидравлического воздействия на жидкие среды

Устройство электрогидравлического воздействия на жидкие среды

Реферат

Изобретение относится к устройствам электрогидравлической обработки и обеззараживания питьевых вод и сточных жидких сред путем создания в обрабатываемой среде электрогидравлических ударов, достигающих давления в сотни тысяч атмосфер, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства: сельскохозяйственных и коммунальных предприятиях; пищевой, консервной, микробиологической промышленности; медицине, металлургии и т.д., в частности, для деструкции твердых материалов (формовочных смесей, окалины стального проката, кольматирующих осадков в нефтяных скважинах), повышения удобрительных свойств торфа, почвы, органических и минеральных удобрений, обеззараживания различного рода жидкостей и стоков в животноводстве, дробления почечных камней в организме человека и т.д.

Известны способ и устройство для электрогидравлического обеззараживания жидкотекучих сред, преимущественно животноводческих стоков (патент РФ №2036162, публикация описания 27.05.95 г.). Известный способ заключается в генерировании в объеме обрабатываемой жидкости электрогидравлических ударов, достигающих давления в сотни тысяч атмосфер, и обеспечении комплекса других воздействующих факторов в жидкости и помещенных в нее объектов. Использование электрогидравлического эффекта приводит к необходимым механическим деформациям и деструкции материалов, к полному обеззараживанию обрабатываемых жидкостей. Устройство содержит емкость проточного типа для размещения обрабатываемой среды, систему формирования многоканальных разрядов, представляющую собой одну или несколько пар электродов, соединенных с высоковольтным генератором тока и расположенных в разрядной камере с рабочей средой, в качестве которой используют водопроводную, природную радоновую или искусственно приготовленную утяжеленную воду. Разрядная камера размещена под или над емкостью с обрабатываемой средой, при этом электроды изолированы от обрабатываемой среды раздвижными заслонками, открытие которых синхронизируют с разрядам.

Недостатком данной конструкции является то, что разрядная камера отделена от емкости для размещения обрабатываемой среды, что приводят к резкому снижению силы гидроудара в ней и исключению сопровождающего электрогидравлический удар воздействий (например, светового излучения, ионизационного и химического процесса). Следует также отметить, что данная конструкция усложнена наличием отдельной разрядной камеры с рабочей средой, которую необходимо предварительно готовить, например утяжеленную воду - методом последовательного кипячения и охлаждения. Повышение эффективности метода может быть связано с реализацией многоканальных разрядов непосредственно в обрабатываемой жидкости.

Также известна конструкция устройства электрогидравлического воздействия на жидкотекучие среды (описание к авторскому свидетельству СССР №1151512, публикация 23.04.85 г.), включающего высоковольтный источник постоянного напряжения, соединенный с разветвленной системой формирования многоканальных разрядов в обрабатываемой среде, содержащей несколько пар пространственно распределенных электродов, установленных с возможностью контакта с обрабатываемой средой, каждая из которой соединена последовательно со своим конденсатором и разрядником-коммутатором, а один электрод из пары является высоковольтным. Каждая электродная пара установлена в своей технологической камере для размещения обрабатываемой среды.

Недостатком данной конструкции является высокая стоимость и сложность из-за наличия нескольких разрядников-коммутаторов.

Наиболее близким устройством к заявляемому изобретению является устройство электрогидравлического воздействия на жидкотекучие среды по авторскому свидетельству СССР №1778079 (публикация 30.11.92 г.), которое выбрано в качестве прототипа. Данное устройство электрогидравлического воздействия на жидкотекучие среды содержит высоковольтный источник постоянного напряжения, заряжающий генератор импульсных токов, включающий в себя емкостной накопитель и разрядник-коммутатор, обеспечивающие импульсное энергопитание системы формирования многоканальных разрядов в обрабатываемой среде. Система формирования включает в себя n искровых промежутков и n-1 дополнительных конденсаторов, при этом все n искровых промежутков соединены между собой последовательно и включены между электродом разрядника-коммутатора и заземленным полюсом конденсатора, а дополнительные n-1 конденсаторов подключены между точками соединения n-1 искровых промежутков, начиная от разрядника-коммутатора, и заземленным полюсом емкостного накопителя.

Однако следует отметить, что факторы, воздействующие на обрабатываемую среду, имеют недостаточную эффективность из-за потери энергии конденсатора на подзарядку дополнительных конденсаторов, и, в ряде случаев, при обработке среды с высокой проводимостью, например стоков свиноводческих комплексов, электрогидравлический метод очистки по вышеописанной схеме не может быть реализован из-за трудностей производства и развития электрических пробоев в такой среде.

Все перечисленные выше устройства характеризуются низкой эффективностью обработки, не обеспечивают полного уничтожения болезнетворных бактерий и обеззараживания стоков до санитарно приемлемых значений, что представляет экологическую опасность для окружающей среды и человека.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет повышения энергии, выделяемой в искровом промежутке.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве электрогидравлического воздействия на жидкие среды, содержащем высоковольтный источник постоянного напряжения, соединенный с генератором импульсного тока, состоящий из последовательно соединенных емкостного накопителя и разрядника-коммутатора и подключенных к системе формирования многоканальных разрядов, включающей несколько пар электродов, образующих искровые промежутки в обрабатываемой среде, и конденсаторы, первые выводы которых объединены, вторые выводы конденсаторов последовательно соединены с первыми электродами пар, а объединенные выводы конденсаторов, формирующих повышенное напряжение на искровом промежутке относительно напряжения высоковольтного источника, подключены к постоянному источнику высокого напряжения и дополнительному разряднику-коммутатору, который, в свою очередь, подключен к генератору импульсного тока, при этом вторые электроды пар объединены и подключены к генератору импульсного тока.

Использование дополнительного разрядника-коммутатора, последовательно соединенного с генератором импульсного тока и системой формирования многоканальных разрядов, позволяет достичь высокого напряжения искрового промежутка (по отношению к напряжению высоковольтного источника постоянного напряжения), которое складывается из напряжений емкостного накопителя генератора тока и каждого конденсатора системы формирования многоканальных разрядов.

Соединение объединенных выводов конденсаторов системы формирования многоканальных разрядов с высоковольтным источником постоянного напряжения позволяет независимо заряжать конденсаторы системы формирования многоканальных разрядов, тем самым дополнительно увеличивать энерговклад в электрогидравлический разряд, формируемый в обрабатываемой среде.

Соединение вторых выводов конденсаторов последовательно с первыми электродами пар и объединение вторых электродов пар и подключение их к генератору импульсного тока приводит к возможности применения в устройстве большего, по сравнению с прототипом, количества искровых промежутков (увеличению количества каналов).

На фиг.1 представлена электрическая схема заявляемого устройства, где

1 - высоковольтный источник постоянного напряжения;

2, 3 - зарядные резисторы;

4 - генератор импульсного тока ГИТ;

5 - емкостной накопитель;

6, 7 - разрядники-коммутаторы;

8 - разрядный резистор;

9 - конденсаторы;

10 - электродные пары;

11 - искровые промежутки;

12 - реактор.

Примером конкретного исполнения заявляемого устройства может служить устройство обеззараживания воды, содержащее высоковольтный источник постоянного напряжения 1, соединенный с генератором импульсного тока 4. Генератор импульсного тока через разрядник коммутатор 6 подключен к системе формирования многоканальных разрядов в жидкой среде. Система формирования многоканальных разрядов состоит из параллельных ветвей последовательно соединенных конденсатора 9 и искрового промежутка 11 и подключена к источнику постоянного напряжения через зарядный резистор 3. Генератор импульсного тока 4 состоит из емкостного накопителя 5 и разрядника-коммутатора 7 и включается в цепь зарядки через зарядный резистор 2 и разрядный резистор 8. Искровые промежутки 11 системы формирования многоканальных разрядов образованы парами электродов 10 и размещены в реакторе с обрабатываемой водой.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При зарядке от источника высокого напряжения 1 ток зарядки I₀ протекает через емкостной накопитель 5 генератора импульсного тока 4 и ограничивается сопротивлениями последовательно включенных в цепь зарядки резисторов 2 и 8. Токи зарядки конденсаторов 9 ограничиваются сопротивлением зарядного резистора 3 и сопротивлениями жидкостных искровых промежутков 11. Зарядные напряжения U₀ емкостного накопителя 5 и конденсаторов 9 равны между собой и выходному напряжению источника высокого напряжения 1.

При разряде после срабатывания разрядника-коммутатора 7 высокопотенциальный вывод емкостного накопителя 5 замыкается на землю, а разрядник-коммутатор 6 оказывается под воздействием напряжения, величина которого равна удвоенному значению напряжения 2U₀ источника высокого напряжения. После пробоя разрядника-коммутатора 6 под воздействием приложенной разности потенциалов конденсаторы 9 включаются последовательно с емкостным накопителем 5, и к парам электродов 10 (искровым промежуткам 11) прикладываются импульсные напряжения 2U₀, равные удвоенному напряжению источника высокого напряжения 1.

Электрическая энергия, выделяемая в каждом искровом промежутке 11, равна суммарной энергии, запасаемой в конденсаторе соответствующей ветви, и доле W₀/n от энергии W₀ емкостного накопителя 5 (при равенстве емкостей n конденсаторов 9 системы формирования многоканальных разрядов).

Увеличение разрядных напряжений в цепи каждого искрового промежутка 11 способствует выбору больших межэлектродных расстояний пар электродов и соответственно получению большей величины активного сопротивления каждого канала, что переводит характер разряда в цепи каждого канала в близкий к апериодическому однополярному. Указанный характер разряда обеспечивает сохранение ресурса работы импульсных конденсаторов. Использование заявляемого устройства позволяет решить задачу формирования многоканальных разрядов в жидких средах с различной проводимостью для повышения производительности процессов их обработки.

Устройство электрогидравлического воздействия на жидкие среды, содержащее высоковольтный источник постоянного напряжения, соединенный с генератором импульсного тока, состоящим из последовательно соединенных емкостного накопителя и разрядника-коммутатора и подключенным к системе формирования многоканальных разрядов, включающей несколько пар электродов, образующих искровые промежутки в обрабатываемой среде, и конденсаторы, первые выводы которых объединены, отличающееся тем, что вторые выводы конденсаторов последовательно соединены с первыми электродами пар, а объединенные выводы конденсаторов, формирующих повышенные напряжения на искровых промежутках относительно напряжения высоковольтного источника, подключены к высоковольтному источнику постоянного напряжения и дополнительному разряднику-коммутатору, который, в свою очередь, подключен к генератору импульсного тока, при этом вторые электроды пар искровых промежутков объединены и подключены к генератору импульсного тока.