ЭЛЕКТРООЧИСТИТЕЛЬ С РАЗНЫМИ МЕЖЭЛЕКТРОДНЫМИ РАССТОЯНИЯМИ
ELECTRIC CLEANER WITH DIFFERENT ELECTRODE GAPS

Изобретение относится к устройствам очистки диэлектрических сред от механических примесей.
Известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов [1], состоящий из корпуса с патрубками подвода и отвода рабочего агента, внутри которого установлены верхняя и нижняя ограничительные пластины, между которыми располагается пакет из электродов и диэлектрических перегородок, образующих ячейки-накопители. Электроды перфорированы круглыми отверстиями, края которых вытянуты по направлению движения рабочего агента.
Недостатком этого очистителя является то, что на его электродах происходит неравномерное осаждение извлекаемых примесей: на первом электроде, считая от входа в электроочиститель, оседает наибольшее количество механических примесей, на втором - меньше по сравнению с первым, на третьем - еще меньше и т.д., и самое меньшее количество примесей оседает на последнем электроде. А это уменьшает грязеемкость электроочистителя, т.к. на первом электроде образуется максимально допустимый слой примесей, что потребует промывки электродов с разборкой электроочистителя, хотя на других электродах толщина этого слоя не достигает максимального, особенно на последнем электроде.
Известен электрический очиститель диэлектрических жидкостей с регенерацией электродов [2], включающий корпус и осадительные электроды, выполненные в виде металлических пластин с прорезями, образующими каналы для прохода жидкости, и снабженные перегородками из диэлектрического материала, причем электроды с перегородками формируют ячейки-накопители загрязнений, а осадительные электроды подключены к источнику высокого напряжения с чередованием знака потенциала, внутри же корпуса очистителя, с его торцевой стороны, располагается устройство для ультразвуковой вибрации.
Недостатком этого очистителя является также неравномерность осаждения примесей на электродах: на первом - наибольшее, на последнем - наименьшее, если считать от входа в очиститель.
Наиболее близким по своей сущности и принятым за прототип является электроочиститель [3], включающий корпус и осадительные электроды, выполненные в виде металлических пластин с прорезями, образующими каналы для прохода жидкости, и снабженные перегородками из диэлектрического материала, причем электроды с перегородками формируют ячейки-накопители загрязнений, а осадительные электроды подключены к источнику высокого напряжения с чередованием знака потенциала.
Недостатком этого очистителя является неравномерность осаждения механических примесей на всех электродах электроочистителя. В работе [4] приводится следующее выражение, определяющее силу воздействия электрополя на частицу механической примеси в диэлектрической среде в однородном электрическом поле:
<mrow><msub><mtext>F</mtext><mtext>K</mtext></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mtext>3E</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msup><msup><mtext>r</mtext><mtext>6</mtext></msup><msup><mtext>K</mtext><mtext>2</mtext></msup></mrow><mrow><msup><mrow><mtext>8e</mtext></mrow><mtext>4</mtext></msup></mrow></mfrac></mrow>
Здесь: Е - напряженность электрического поля, определяемая напряжением, подаваемым на электроды электроочистителя;
r - радиус частицы;
<mrow><mi>K</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ε</mi><mi>r</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>ε</mi><mi>ж</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>ε</mi><mi>r</mi></msub><mo>+</mo><mn>2</mn><msub><mi>ε</mi><mi>ж</mi></msub></mrow></mfrac><msqrt><mrow><msub><mi>ε</mi><mi>ж</mi></msub></mrow></msqrt><mo>;</mo></mrow>
r
ж
ε и ε - диэлектрическая проницаемость частицы и жидкости соответственно;
е - расстояние от частицы до электрода.
ср
Если взять межэлектродное пространство и предположить равномерное распределение частиц в этом объеме, то среднее расстояние «е» от частицы до одного из электродов составит половину межэлектродного расстояния «с», т.е.
<mrow><msub><mtext>е</mtext><mrow><mtext>ср</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mtext>с</mtext><mtext>2</mtext></mfrac></mrow>
.
<mrow><msub><mtext>F</mtext><mtext>K</mtext></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mtext>6E</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msup><msup><mtext>r</mtext><mtext>6</mtext></msup><msup><mtext>K</mtext><mtext>2</mtext></msup></mrow><mrow><msup><mtext>c</mtext><mtext>4</mtext></msup></mrow></mfrac><mtext>                                                                                   (1)</mtext></mrow>
Тогда:
Из этой формулы следует следующее.
K
В известных электроочистителях межэлектродное расстояние «с» есть величина постоянная. Поэтому и сила F, действующая на каждую частицу примеси, будет зависеть только от величины этой частицы. Однако концентрация (количество) частиц, располагающихся в каждом одинаковом объеме межэлектродного пространства, будет разной: в первом межэлектродном пространстве (между первым и вторым электродами) будет самая большая, во втором (между вторым и третьим электродами) - меньше, в третьем (между третьим и четвертым электродами) - еще меньше и т.д. до последнего (между последним и предпоследним электродами). А чем больше концентрация частиц в данном объеме, тем больше их осядет на электродах (на двух электродах). И получается, что наибольшая концентрация частиц будет между первым и вторым электродами и, как следствие, обеспечит наибольшее по сравнению с другими электродами их количество, осевшее на этих электродах. Из первого межэлектродного пространства объем жидкости поступает во второе межэлектродное пространство. Но так как из него часть частиц осела на электродах в первом межэлектродном пространстве, то их концентрация в этом межэлектродном пространстве будет ниже (меньше будет их количество), а следовательно, и меньшее их количество по сравнению с первым межэлектродным пространством осядет на второй (с обратной стороны) и третий электроды. И так будет происходить при движении очищаемой жидкости от предыдущего к последующему межэлектродному пространству. И получается, что количество примесей, оседающих в межэлектродных пространствах, будет разным: на первом и втором электродах - наибольшее, на втором (с обратной стороны) и третьем - меньше, на третьем (с обратной стороны) и четвертом - еще меньше и т.д. и наименьшее - на последнем и предпоследнем электродах. Количество же примесей определит толщину слоя на электроде. При определенной толщине этого слоя на соседних электродах будет происходить электрический пробой, что сделает процесс очистки невозможным, и потребуется очистка электродов от загрязнений с разборкой электроочистителя. В связи с изложенным оказывается, что допустимая толщина осевших примесей всех ранее достигнет на первом и втором электродах (в первом межэлектродном пространстве), хотя последующие электроды еще не накопили критической массы примесей и могли бы продолжать принимать частицы примесей на свои поверхности. А это уменьшает возможную грязеемкость электроочистителя, время между чистками электродов, увеличивает время на освобождение электродов от осевших загрязнений за какой-то промежуток времени (например, за месяц), увеличивает простой оборудования и трудовые затраты, а следовательно, и экономические потери.
Цель изобретения - обеспечение равномерного осаждения механических примесей на всех электродах электроочистителя. Это достигается разным межэлектродным расстоянием: наибольшее - между первым и вторым электродами, считая от входа в электроочиститель; меньше - между вторым и третьим электродами; еще меньше - между третьим и четвертым электродами и т.д.; наименьшее - между последним и предпоследним электродами. Изменение межэлектродного расстояния осуществляется пропорционально изменению концентрации примесей в очищаемой жидкости при ее движении от одного межэлектродного пространства к другому, считая от входа электроочистителя: при большей концентрации - большее межэлектродное расстояние, т.е. от первого до последнего электрода межэлектродное расстояние уменьшается.
K
K
Из формулы (1) видно, что если увеличивать межэлектродное расстояние «с», то сила F, действующая на частицу примеси, будет уменьшаться. Следовательно, при определенной концентрации этих частиц в данном объеме их количество, осевшее на электродах, будет меньше, нежели при меньшем расстоянии «с». Поэтому, зная изменение (уменьшение) концентрации загрязнений от одной ступени (межэлектродного пространства) очистки к последующей, определяется необходимая степень увеличения силы F и, как следствие, величина межэлектродного расстояния. Это можно сделать следующим образом.
K
Пропускается через электроочиститель определенный объем жидкости и определяется изменение концентрации примесей от начального до конечного. Затем это изменение концентрации делится на количество межэлектродных пространств, которое равно количеству электродов за вычетом одного. Это и определит степень увеличения силы F и изменение межэлектродного расстояния.
Сущность изобретения заключается в том, что перегородки из диэлектрического материала между электродами имеют разную толщину: наибольшая толщина - между первым и вторым электродами, считая от входа в электроочиститель, меньше - между вторым и третьим электродами, еще меньше - между третьим и четвертым электродами и т.д., наименьшая толщина - между последним и предпоследним электродами, что обеспечивает разные межэлектродные расстояния по убыванию их от входа к выходу электроочистителя, причем убывание межэлектродного расстояния и уменьшение толщины перегородок осуществляется пропорционально уменьшению концентрации загрязнений в очищаемой среде в направлении от первого межэлектродного пространства до последнего.
Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод, что предлагаемое устройство отличается от прототипа разным расстоянием между электродами. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве, и признать его соответствующим критерию «существенные отличия».
Применение новых признаков позволяет увеличить грязеемкость электроочистителя, а тем самым, время его работы в промежутках между последующими чистками электродов-осадителей. Это обеспечивается разной толщиной перегородок между электродами, т.е. разным межэлектродным расстоянием.
Изобретение поясняется чертежом (фиг.1), на котором представлен общий вид очистителя в продольном разрезе.
Электроочиститель состоит из корпуса 1, ограничительных пластин 4 с обеих сторон пакета электродов, осадительных электродов 5, диэлектрических перегородок 6, торцевых крышек 2 с патрубками подвода 7 и отвода 3 очищаемой среды. Осадительные электроды 5 выполнены в виде круглых металлических пластин с отверстиями, расстояния «с» между которыми разные и подчиняются соотношению:
1
2
3
n
с>с>с>…>с.
1
2
3
n
Между осадительными электродами расположены диэлектрические перегородки 6, толщина которых равна c, с, с,…с, т.е. равна соответствующим межэлектродным расстояниям. Расстояния между электродами выполняются пропорционально уменьшению концентрации загрязнений в очищаемой среде в направлении от первого до последнего межэлектродного пространства.
Работает очиститель с разными межэлектродными расстояниями следующим образом.
1
1
2
2
1
2
3
3
3
Очищаемая диэлектрическая среда, например жидкость, поступает через входной патрубок 7 во внутреннюю полость электроочистителя. Далее она проходит через отверстия в первом электроде 5 и поступает в первое межэлектродное пространство (полость между первым и вторым электродами) с концентрацией загрязнений «n». Расстояние между первым и вторым электродами равно «с», что обеспечивает при всех других факторах воздействие на механические частицы силы F(см. формулу 1) (индекс «1» при F означает, что эта сила действует в первом межэлектродном пространстве и ее принимают усредненной, т.к. размеры частиц разные). Под действием этой силы на электродах осело определенное количество механических частиц, и концентрация очищаемой жидкости стала равной «n», с которой жидкость и поступает в следующее, второе, межэлектродное пространство между электродами 2 и 3. Расстояние между ними равно «с», которое меньше «с» и подобрано так, чтобы под действием силы F в этом электродном пространстве оседало бы столько же механических частиц (масса загрязнений), что и в первом межэлектродном пространстве. Концентрация очищаемой жидкости уменьшается до «n», с которой жидкость поступает в третье межэлектродное пространство, где расстояние «с» между электродами обеспечивает величину силы F, под действием которой на электродах 3 и 4 оседает такая же масса загрязнений, что и в предыдущих межэлектродных пространствах. Аналогично процесс осаждения механических примесей протекает и в последующих межэлектродных пространствах. И получается, что на всех электродах оседает одинаковая масса механических примесей.
Таким образом, изменение расстояния между электродами подбором толщины перегородок пропорционально концентрации очищаемой среды в пространстве между этими электродами обеспечивает равномерность осаждения механических примесей на всех электродах электроочистителя.
Источники информации
1. Патент на изобретение №2262387 «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей и газов». Российская Федерация.
2. Патент на полезную модель №73227 «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей с регенерацией электродов». Российская Федерация.
3. Патент на изобретение №2145524 «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей». Российская Федерация.
4. Верещагин И.П., Левитов В.И. и др. Основы электрогазодинамики дисперсных систем. - М.: Энергия, 1974.