ЭЛЕКТРООЧИСТИТЕЛЬ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ С НЕПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ
ELECTRIC CLEANER OF DIELECTRIC LIQUIDS AND GASES WITH NONPARALLEL ELECTRODES

Изобретение относится к устройствам очистки диэлектрических жидкостей и газов от механических примесей и загрязнений.
Известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов [1], включающий корпус и осадительные электроды с прорезями, электроды и диэлектрические перегородки выполнены цилиндрической формы, собраны коаксиально и имеют сквозные кольцевые прорези в плоскостях, перпендикулярных общей оси корпуса.
Недостатком указанного электроочистителя является отсутствие в нем такой формы конструктивных элементов и их взаимного расположения, обеспечивающих неоднородное электромагнитное поле, а следовательно, и «электрический ветер», торможение потока, удлинение пути внутри электроочистителя, а тем самым, обеспечение более высокой эффективности очистки от механических примесей.
Известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей [2], состоящий из корпуса, ограничительных пластин, пакета осадительных электродов, диэлектрических прокладок с перемычками, патрубков подвода и отвода жидкости. Осадительные электроды выполнены в виде круглых металлических пластин с отверстиями. Осадительные электроды и перемычки диэлектрических прокладок образуют ячейки-накопители.
Однако и осадительные электроды и диэлектрические прокладки в собранном виде параллельны друг другу, что не создает переменного электромагнитного поля, а следовательно, «электрического ветра» для перемещения механических частиц, не уменьшает скорости движения очищаемой жидкости, не увеличивает путь протекания этой жидкости, что делает менее эффективной очистку жидкости от механических примесей.
Наиболее близким к изобретению является электрический очиститель диэлектрических жидкостей [3], включающий корпус и осадительные электроды, выполненные в виде металлических пластин с прорезями, образующими каналы для прохода жидкости, и снабженные перегородками из диэлектрического материала.
Недостатком данного очистителя является то, что конструктивно его элементы не формируют «электрический ветер», способствующий поступательному перемещению механических частиц, не тормозят движение очищаемой жидкости, не удлиняют путь ее движения, что не способствует качеству очистки жидкости от механических примесей.
Сущность изобретения заключается в том, что электроочиститель диэлектрических жидкостей и газов с непараллельными электродами имеет осадительные металлические электроды, выполненные в виде конуса и усеченного конуса и устанавливаемые попарно. Между электродами располагаются изоляционные столбики. Сами же электроды подсоединяются к разным полюсам постоянного источника тока (чередуются через один электрод). В электродах в виде усеченного конуса выполнены отверстия для протекания очищаемой жидкости, а по боковой кромке имеется изоляционное покрытие для предотвращения короткого замыкания между корпусом электроочистителя и самим электродом.
Второй электрод отверстий не имеет, но он устанавливается так, что между его боковой кромкой и корпусом имеется зазор для протекания жидкости.
В сборе соседние электроды образуют сужающийся канал, в котором напряженность электрического поля увеличивается при подключении электродов к напряжению (по мере сужения канала и по направлению движения жидкости) [4]. А так как напряженность увеличивается, то и увеличиваются силы, действующие на механические частицы, перемещая их по каким-то криволинейным траекториям, т.е. усиливается вихреобразование, а тем самым повышается вероятность осесть частицам примесей на электродах. Вихреобразование частиц обеспечивается следующим. Т. к. напряженность электромагнитного поля в сужающемся канале увеличивается, то появляются кулоновские силы, ускоряющие движение механических частиц в направлении движения очищаемой жидкости. Появляется так называемый «электрический ветер», но одновременно с этим частица притягивается или к положительному или к отрицательному полюсу, т.е. частица участвует, в силу сказанного, в движении в двух направлениях, но в одной плоскости. Однако в силу инерции этой частицы она будет выходить из плоскостной формы движения и будет двигаться в трех направлениях, т.е. так и появятся гидродинамические вихри, обеспечивающие лучшее перемешивание очищаемой жидкости и, следовательно, более эффективную очистку (в прилегающей к электродам зоне уменьшается количество механических частиц, а за счет вихреобразования в эту зону быстро поступают новые порции неочищенной жидкости, а с ней - и механических примесей).
Кроме того, т.к. в конусообразном электроде нет отверстий, то очищаемая жидкость вынуждена перемещаться от его центральной части к боковой кромке, что увеличивает площадь соприкосновения жидкости с электродом и время нахождения механических частиц в зоне действия более сильного электрического поля.
Это же происходит и за счет того, что, протекая через отверстия в электроде, жидкость разгоняется, а затем попадает в межэлектродное пространство с большим сечением, что приводит к снижению скорости движения жидкости.
Таким образом, предлагаемая конструкция электродов позволяет, во-первых, действием кулоновских сил повысить вихреобразование механических частиц в очищаемой жидкости, а тем самым - увеличить вероятность их осаждения на электродах; во-вторых, увеличивая площадь соприкосновения, уменьшая скорость движения жидкости, увеличивается время контакта очищаемой жидкости с электродами, а тем самым повышается вероятность захвата механической частички электродом, что, в совокупности, увеличивает эффективность очистки жидкости от механических примесей.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый электроочиститель отличается формой электродов в виде конуса без отверстий и усеченного конуса с отверстиями и их взаимным расположением относительно друг друга и корпуса.
Таким образом, заявляемый электроочиститель соответствует критерию изобретения «новизна».
Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом электроочистителе, и признать его соответствующим критерию «существенные отличия».
Применение всех новых признаков позволяет:
- повысить образование гидродинамических вихрей, а тем самым, ускорить перемешивание очищаемой жидкости в межэлектродном пространстве, обеспечивая более быстрый приток механических примесей из очищаемой жидкости на смену уже осевших на электродах механических частиц;
- при протекании через отверстия электродов в виде усеченных конусов скорость очищаемой жидкости увеличивается (площадь поперечного сечения потока уменьшается), а затем, в межэлектродном пространстве, уменьшается (площадь поперечного сечения увеличивается), что увеличивает время нахождения механических частиц (примесей) в электромагнитном поле электродов, а следовательно, вероятность захвата этих частиц электродами возрастает;
- т.к. в конусообразном электроде отсутствуют отверстия, но имеется зазор между боковой кромкой и корпусом, то очищаемая жидкость вынуждена перемещаться от центральной части электроочистителя, где имеются отверстия в электроде, выполненном в виде усеченного конуса, к периферии, протекая между корпусом и электродом, что увеличивает площадь (и время) соприкосновения очищаемой жидкости с электродами, повышая вероятность захвата механических примесей из потока.
На фиг.1 изображен электроочиститель, продольный разрез, на фиг.2 - схема образования вихрей в сужающемся канале, образованном электродами.
Электроочиститель состоит из корпуса 1 цилиндрической (или любой другой) формы, электродов 9, располагающихся попарно, один из которых представляет собой усеченный конус с отверстиями в центральной плоской части, а второй - конус без отверстий. Электрод в виде усеченного конуса по боковой поверхности имеет изоляционный слой 5, чтобы не было короткого замыкания между ним и корпусом, и вставляется в корпус без зазора между боковой поверхностью и корпусом. Второй же электрод, выполненный в виде конуса, отверстий не имеет, но устанавливается внутри корпуса так, что имеется зазор между боковой поверхностью этого электрода и корпусом для протекания очищаемой жидкости. Между такой парой электродов располагаются столбики 10 из электроизоляционного материала. Между столбиками очищаемая жидкость свободно протекает. Один из этих электродов подсоединяется к одному электроду постоянного тока высокого напряжения, например «+», а другой - к другому, к «-».
Количество пар указанных электродов набирается в зависимости or степени очистки жидкости: чем выше степень очистки, тем больше пар требуется.
С одной и с другой стороны пакет электродов в корпусе закрывается плоскими пластинами 4 и 6 с отверстиями в центральной части для протекания жидкости, выполненными из диэлектрического материала, что не позволяет крайним электродам касаться корпуса или крышек.
С одной и с другой стороны корпус закрывается крышками 2 и 7, обеспечивающими через прокладки герметичность внутренней полости электроочистителя. В крышки ввернуты штуцеры 8 (на входе) и 3 (на выходе).
Электроочиститель диэлектрических жидкостей и газов с непараллельными электродами работает следующим образом.
Очищаемая диэлектрическая жидкость поступает через штуцер 8 внутрь электроочистителя (под крышку 7) и далее через отверстие в пластине 6 - к электроду 9. В этом электроде имеются отверстия с суммарной площадью поперечного сечения, меньшей, чем в пластине 6. Поэтому, протекая через эти отверстия, жидкость увеличивает скорость своего течения, а механические частички в ней подзаряжаются. Далее поток попадает в межэлектродное пространство, и т.к. со стороны входа жидкость несколько поддавливается, то она начинает течь к внутренним стенкам конуса, омывая оба электрода и осаждаясь на них (отрицательно заряженные частички - на «+»-электроде, положительно заряженные - на «-»-электроде). Т.к. площадь потока очищаемой жидкости в межэлектродном пространстве больше, чем площадь отверстий в одном из электродов 9, то жидкость уменьшает скорость своего течения, что увеличивает время нахождения какого-то объема жидкости в межэлектродном пространстве, тем самым способствуя осаждению на электродах большего количества механических примесей. Кроме того, т.к. в одном из электродов 9 нет отверстий, то жидкость вынуждена течь к боковым поверхностям электродов от центральной части (к зазору между корпусом и электродом), что увеличивает площадь соприкосновения очищаемой жидкости и электродов и время соприкосновения, что также способствует росту количества примесей, осевших на электродах. Т.к. электроды расположены под углом друг к другу, образуя сужающийся канал, а сами электроды находятся под напряжением, то создается градиент напряженности электрического поля, направленный от центра электродов к их боковым частям (в центре напряженность меньше, чем у боковых стенок, за счет уменьшения расстояния между электродами). А это приводит к появлению так называемого «электрического ветра», действующего на частички загрязнений, т.е. силы, толкающей частички от центра к периферии, см. фиг.2. Но т.к. частички загрязнений подзаряжаются при соприкосновении с электродами, то они притягиваются к соответствующему электроду: минус-заряженная частичка - к положительному электроду, а плюс-заряженная - к отрицательному, и движутся к этим электродам. Т.е. механические частички одновременно перемещаются вдоль сужающегося канала под действием «электрического ветра» и движутся к соответствующему электроду под действием кулоновых сил. Получается, что их движение происходит в плоскости. Но т.к. частички обладают инерционностью в силу наличия в них массы, а электрическое поле неоднородно не только в одном направлении, то движение частиц происходит по каким-то круговым поступательным траекториям, т.е. образуется вихревое движение частиц загрязнений в сужающемся канале. Это приводит к убыстрению перемешивания жидкости и более быстрому перемещению частиц загрязнений из внутренних слоев жидкости к слоям около электродов вместо осевших на электроды частиц, т.е. убыстрению процесса очистки диэлектрических жидкостей.
Далее жидкость протекает через зазор между боковой стенкой конусообразного электрода и внутренней стенкой корпуса электроочистителя, попадая опять же в сужающийся канал между электродами, где происходит завихрение механических частиц под действием «электрического ветра» и кулоновых сил и осаждение этих частиц на электродах, а далее, через отверстия в одном из электродов, жидкость опять попадает в межэлектродное пространство, как в предыдущем случае, и процесс очистки жидкости повторяется. И так продолжается до вытекания очищаемой жидкости из электроочистителя через штуцер 3 в крышке 2.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов» №2108869. Приоритет изобретения: 10 января 1996 г.
2. Свидетельство на изобретение СССР «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей» №1695987. Приоритет от 22 мая 1989 г.
3. Патент РФ на изобретение №2145524 «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей», B03C 5/00, 20.02.2000. Приоритет от 10.01.1996 г.
4. Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - М.: Наука, 1989. - С.187.