УСТРОЙСТВО С КОМБИНИРОВАННЫМ СПОСОБОМ ОЧИСТКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
DEVICE USING COMBINED METHOD OF DIELECTRIC LIQUIDS TREATMENT

Изобретение относится к устройствам очистки жидких сред от более плотной дисперсной фазы и может быть использовано в машиностроении в системах очистки масла, нефти и топлива транспортных двигателей внутреннего сгорания.
Известен центробежный маслоочиститель [1], содержащий корпус, крышку и ротор, установленный в корпусе на подшипниках и снабженный в нижней части соплами. Ротор имеет электропривод, выполненный в виде электродвигателя с редуктором, и размещен на крышке.
Недостатком этого центробежного маслоочистителя являются низкая эффективность процесса очистки масла, механические потери в редукторе, большие масса и габариты, высокая стоимость изготовления, а также ограниченный срок службы маслоочистителя и увеличенный расход электроэнергии [1].
Известен центробежный насос [2], предназначенный для перекачивания жидкости с абразивными включениями, например нефти, и имеющий гидростатические подшипники (ГП), смазываемые перекачиваемой жидкостью. Центробежный насос содержит корпус с выходным патрубком (ВП), вал с рабочими колесами, который установлен в опорных узлах. Последние включают ГП, рабочие полости которых соединены с ВП центробежного насоса через устройство для очистки жидкости. А это устройство установлено в верхней части ВП, соединено с ним через ряд отверстий и состоит из корпуса с крышкой. Внутренний объем корпуса разделен перегородкой на входную полость и накопительную камеру (ПК). Входная полость соединена с нижней стороны с полостью насоса через отверстия в ВП и с НК через зазор между перегородкой и крышкой. НК в верхней части имеет отверстия, через которые она гидравлически сообщена с ГП и имеет установленные у отверстий дефлекторы, которые соединены с оболочкой над отверстиями и по бокам отверстий. Нижняя кромка дефлекторов расположена ниже уровня отверстий и перегородки.
Недостатками этого устройства являются: повышенное гидравлическое сопротивление, низкая производительность, малая пропускная способность.
Известен электроцентробежный очиститель жидкости [3], содержащий корпус с неподвижной пустотелой осью, на которую надет ротор с подшипниками и имеющий сопла. В очиститель встроен торцевой электродвигатель, состоящий из статора с осевым подшипником, который установлен на конец неподвижной оси очистителя и закреплен на защитной обечайке, соединяющейся с корпусом, а также из дискового ротора, закрепленного на торце ротора очистителя. Статор и ротор электродвигателя разделены гидрофобной защитной перегородкой и осевым зазором.
Недостатком данного очистителя является то, что он не обеспечивает высокую степень очистки жидкости.
Известен аксиальный центробежный двигатель-насос [4], предназначенный для перекачки жидкостей. Он содержит выходное устройство-улитку и выходной патрубок.
Недостаток этого устройства заключается в том, что в нем не предусмотрена возможность отделения твердых примесей от жидкости.
Для повышения степени очистки жидкостей применяют также различные отстойники, как, например, в установке для разделения несмешивающихся жидкостей [5].
Однако их общим недостатком является очень низкая производительность.
Известно устройство очистки жидкости от примесей [6], в котором осуществляют подачу в отстойную емкость жидкости, отделение под воздействием объемных (гравитационной и архимедовой) сил частиц примесей, отвод очищенной жидкости и примесей. Подаваемую в емкость жидкость распределяют через сепараторы, представляющие собой пакеты элементов с каналами, суммарная площадь проходного сечения которых больше площади проходного сечения емкости. Процесс распределения жидкости в емкости через пакеты элементов совмещают с удалением частиц примесей путем перераспределения частиц примесей в объеме сепараторов к зоне вывода из емкости примесей.
Недостатком данного устройства являются его большая масса и габариты.
В качестве прототипа выбрано устройство для очистки жидкости [7], которое содержит корпус с входным и выходным патрубками, спиралеобразный проточный канал с постоянным значением площади круглого поперечного сечения, оконечная часть которого выведена в выходной патрубок, при этом по внешней образующей проточного канала выполнена щель для отвода примесей, соединенная по всей длине с каналом отвода примесей.
Недостатком устройства является недостаточная степень очистки жидкости.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности очистки жидкости за один цикл.
Сущность заявляемого устройства с комбинированным способом очистки диэлектрических жидкостей заключается в том, что устройство содержит корпус с входным и выходным патрубками, причем корпус имеет спиралеобразный проточный канал с постоянным значением площади круглого поперечного сечения, оконечная часть которого выведена в выходной патрубок, отличается тем, что в выходном патрубке перпендикулярно потоку жидкости установлены осадительные электроды, выполненные в виде металлических пластин по форме поперечного сечения выходного патрубка с отверстиями по всей поверхности электродов или с одним отверстием у края электрода, при сборке отверстия в соседних электродах располагаются диаметрально противоположно, а между электродами устанавливаются кольцевые перегородки из диэлектрического материала, причем осадительные электроды подключены к источнику высокого напряжения с чередованием знака потенциала; во входном патрубке расположен блок электродов предварительного заряда частиц в очищаемой жидкости, причем плоскость электродов располагается вдоль потока жидкости и электроды подключены также к источнику высокого напряжения с чередованием знака потенциала; по внешней образующей проточного канала выполнено несколько щелей, например три, соединенных по всей длине с каналом отвода примесей.
Новым является то, что во входном патрубке установлен блок электродов предварительного заряда частиц загрязнений в очищаемой жидкости, что способствует их слипанию друг с другом при разных знаках зарядов на них, их укрупнению и увеличению центробежной силы при искривлении траектории. Кроме того, электроды в этом блоке установлены вдоль потока, а не поперек, что уменьшает гидравлические сопротивления, увеличивает время нахождения частиц загрязнений в электрическом поле (электроды можно выполнить более длинными, чем при ограниченном поперечном пространстве).
По внешней образующей проточного канала выполнено несколько щелей, а не одна, что увеличивает площадь проходного сечения этих щелей, а следовательно, увеличивает количество частиц примесей, которые туда попадут под действием центробежных сил. Выведение примесей из жидкости через эти щели является первой ступенью очистки жидкости от механических частиц.
Как известно, центробежная очистка жидкости не обеспечивает высокую степень этой очистки. Поэтому для повышения чистоты очистки в выходном патрубке установлены осадительные электроды, осуществляющие электрическую очистку (доочистку) этой жидкости. Осадительные электроды являются второй ступенью очистки. В совокупности первая и вторая ступени формируют комплексную очистку диэлектрических жидкостей от механических примесей.
Нами не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, включающих всю совокупность признаков изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию новизны.
Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающие сведения о влиянии отличительных признаков устройства на достигаемый технический результат. Техническое решение явным образом не следует из уровня техники, т.е. соответствует условию изобретательский уровень.
На фиг.1 изображен вид заявляемого устройства с комбинированным способом очистки диэлектрических жидкостей в разрезе по оси выходного канала, по линии Б-Б фиг.2, на фиг.2 - вид устройства в разрезе А-А фиг.1.
Устройство с комбинированным способом очистки диэлектрических жидкостей содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 4 патрубками (фиг.1, 2). Внутри корпуса выполнен спиралеобразный проточный канал 3 с постоянным значением площади поперечного сечения, соединяющий входной 2 и выходной 4 патрубки. Проточный канал 3 выведен в выходной патрубок 4 по касательной. Во входном патрубке 2 размещен блок электродов 13 предварительной зарядки механических частиц в очищаемой жидкости. Для отвода отделяемых примесей по внешней образующей проточного канала 3 устройства выполнено несколько щелей 5 (для примера взято три щели, которые показаны на фиг.1), соединенных с каналом отвода примесей 6, через который отделяемые частички примесей выводятся во внешний приемник (не показан). Размер щелей определен максимальным размером твердых частиц примесей, которые устройство с комбинированным способом очистки диэлектрических жидкостей должно быть способно отводить. Канал 6 отвода примесей соединен с внешним приемником через регулирующее устройство 7, выполненное с возможностью изменения площади поперечного сечения канала 6 в месте его установки. Регулирующее устройство 7 позволяет изменять скорость истечения потока отделенной жидкости и механических частиц из канала 6 отвода примесей во внешний приемник, чем регулируется степень и качество очистки на первой ступени. Увеличение количества щелей 5 более одной позволяет пропустить через себя большее количество частиц примесей, чем увеличить эффективность работы первой ступени устройства. Первая ступень, использующая центробежные силы для очистки жидкости, как правило, очищает жидкость от достаточно крупных частиц. Более мелкие частицы остаются в жидкости. Поэтому для обеспечения более высокой степени очистки введена вторая ступень - электрическая очистка. Для этого в выходном патрубке 4 размещены металлические электроды 9, повторяющие в плане форму поперечного сечения выходного патрубка. В этих электродах выполняются отверстия или по всей площади равномерно или же выполняется одно отверстие в каждом электроде близко к краю (как показано на фиг.1). При сборке отверстия в соседних электродах располагаются диаметрально противоположно. Электроды 9 укладываются на выступ 8, размещаемый в патрубке 4. Между соседними электродами располагаются кольцевые прокладки 10 из диэлектрического материала. Для электрической изоляции электродов от корпуса устройства в патрубок 4 вставляется диэлектрическая прокладка 11 по всей высоте электродов. Электроды подсоединены к источнику высокого напряжения 12 с чередованием знака потенциала. Таким же образом к источнику питания подсоединен блок предварительной зарядки частиц загрязнений 13.
Устройство с комбинированным способом очистки диэлектрических жидкостей работает следующим образом.
Жидкость под давлением подается во входной патрубок 2. Здесь она протекает вдоль электродов блока предварительной зарядки частиц примесей, которые при касании электродов получают от них заряд. Но так как электроды имеют разный потенциал, то и частицы будут заряжены от того электрода, которого они коснулись. Разность их зарядов приводит к слиянию частиц друг с другом (разные заряды притягиваются), укрупнению частиц, что увеличивает центробежные силы, действующие на них в первой ступени очистки, увеличивая количество отделенных частиц, т.е. эффективность очистки на первой ступени возрастает. После блока предварительной зарядки 13 жидкость поступает в спиралеобразный проточный канал 3. Поскольку проточный канал 3 имеет криволинейную форму, на жидкость и взвешенные в ней частицы примесей будут действовать центробежные силы. Под действием этих сил происходит распределение по плотности частиц жидкости и частиц примесей в поперечном сечении канала 3. При этом частицы механических примесей и примесей жидкости, имеющие плотность больше плотности основного потока, будут прижиматься к внешней стороне спиралеобразного проточного канала 3. Такие частицы примесей, достигнув стенки канала 3 с внешней стороны спирали и продолжая свое движение вдоль канала 3, через щели 5 попадают в канал 6 отвода примесей. Двигаясь вдоль канала 6, частицы примесей отводятся во внешний приемник через регулирующее устройство 7. Изменением площади поперечного сечения в месте установки регулирующего устройства 7 достигается изменение пропускной способности канала 6, что приводит к изменению количества частиц примесей, отводящихся по их каналу отвода 6 из устройства, и следовательно, к изменению степени очистки. Регулирующее устройство настраивается на максимальную степень очистки жидкости. Это есть первая ступень очистки. Для более высокой степени очистки жидкость, частично очищенная на первой ступени, попадает в выходной патрубок 4, где протекает через отверстия осадительных электродов 9. Так как на эти электроды подано высокое напряжение с чередованием знака потенциала, то частицы загрязнений будут оседать на этих электродах и будет обеспечиваться дополнительная очистка диэлектрической жидкости. Это будет вторая ступень очистки. Электроочистка позволяет очищать диэлектрические жидкости до значительно более высоких степеней чистоты, чем центробежная очистка.
Совмещение двух способов очистки - центробежного и электрического, позволяет очищать диэлектрические жидкости до высокой степени чистоты.
Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности, т.к. является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1321853 от 17.04.1985.
2. Патент на изобретение РФ №2339848 «Центробежный насос». Дата публикации:2008.01.27.
3. Патент на изобретение РФ №2268769 «Электроцентробежный очиститель жидкости». Дата публикации: 2006.01.27.
4. Патент на изобретение РФ №2284426 «Аксиальный центробежный двигатель-насос». Дата публикации: 2003.10.27.
5. Патент на изобретение РФ №2253500 «Установка для разделения несмешивающихся жидкостей». Дата публикации: 2005.06.10.
6. Патент на изобретение РФ №2225741 «Способ удаления из жидкости частиц примесей». Дата публикации: 2004.03.20.
7. Патент на изобретение РФ №2404839 «Устройство для очистки жидкости». Дата публикации: 2010.11.27 - прототип.