СПОСОБ ЭЛЕКТРООЧИСТКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DIELECTRIC FLUID ELECTRICAL CLEANING AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к области очистки диэлектрических жидкостей от механических примесей.
Известен способ очистки диэлектрических жидкостей от механических примесей, основанный на воздействии электрическим полем на частицы загрязнений, которые, под его воздействием, оседают на электродах. Этот способ реализован в «Электрическом очистителе диэлектрических жидкостей» [1].
Недостатком этого способа и устройства является малая эффективность процесса очистки жидкости, что требует многократного повторения этого процесса к одному и тому же объему жидкости, чтобы довести ее чистоту до требуемого уровня.
Известен способ очистки диэлектрических жидкостей методом электросепарирования, когда загрязненная жидкость разделяется на «чистую» жидкость (с небольшой концентрацией загрязнений) и «грязную» (с большой концентрацией загрязнений). Этот способ реализован в «Электрическом сепараторе диэлектрических жидкостей» [2].
Недостатком этого способа является то, что он не извлекает частицы загрязнений из очищаемой жидкости. Он лишь разделяет ее на более чистую и на более грязную. А куда девать грязную жидкость? Выбрасывать? Это не экономично, и будет загрязняться окружающее пространство.
Известен многоступенчатый способ очистки диэлектрических жидкостей, реализованный в «Комбинированном электроочистителе» [3]. В этом способе первую ступень очистки представляет фильтр никелесаржевого плетения. Вторая ступень представляет из себя магнит для улавливания стружки (так указано в патенте). Третья же ступень выполнена в виде двух объемных осадительных электродов (шарики, заклепки, цилиндрики и т.п.), подключенных к высокому напряжению разной полярности. Механические примеси задерживаются на первой ступени, но не все. Размер частиц, которые остаются на фильтре, определяются тонкостью очистки этого фильтра. Например, если тонкость очистки фильтра составляет 0,5 мкм, то частицы размером до 0,5 мкм пропускаются фильтром, а частицы большего размера задерживаются этим фильтром.
Магнит притягивает к себе механические частицы из ферромагнитных материалов, т.е. обладающих магнитными свойствами.
На третьей ступени, за счет электрического поля, происходит осаждение оставшихся механических частиц на элементах объемных электродов.
Недостатками данного очистителя являются следующие.
Все пористые фильтры, к которым относится и фильтр никелесаржевого плетения, обладают гидравлическим сопротивлением. И чем больше задержано загрязнений, тем больше это сопротивление. На таких фильтрах предусмотрен даже перепускной клапан, который срабатывает при определенном перепаде давления на фильтре. Все это делает такой фильтр энергозатратным, т.к. для проталкивания очищаемой жидкости через фильтр устанавливается специальный насос, создающий достаточно большое давление на выходе и потребляющий заметное количество энергии. Кроме того, эти фильтры имеют ограниченный ресурс, после которого их эксплуатировать нельзя. Следует также отметить, как недостаток этих фильтров, трудность их регенерации и механизации этого процесса.
Вторая ступень - постоянный магнит, не ослабляет своего действия в течение довольно продолжительного времени. Его поверхность быстро покрывается слоем ферромагнитных загрязнений, которые трудно удалять при регенерации. Механизации этот процесс не поддается. Регенерация магнита является трудоемкой и продолжительной технологической операцией. Кроме того, магнит необходимо при этом извлекать из корпуса электроочистителя.
Третья ступень очистки - объемный осадитель, требует для регенерации (приведения в рабочее состояние) обязательной разборки электроочистителя. Механизации этот процесс на данной конструкции не поддается.
Наиболее близким к изобретению является двухступенчатый способ очистки диэлектрических жидкостей, реализованный в «Универсальном топливном электроочистителе» [4]. В этом способе топливо, подлежащее очистке, поступает, через приемный патрубок, в рабочую камеру электросепаратора, где с помощью электродной системы и приложенного напряжения происходит отделение воды, одной из примесей, от топлива. Обезвоженное топливо далее обрабатывается в рабочей камере электрофильтра, где загрязнения, проходя через отверстия в цилиндрических и диэлектрических электродах от периферии к центру, испытывают силовое воздействие и оседают в соответствующих ячейках. «Универсальный топливный электроочиститель» выполнен в виде единой жесткой конструкции с электросепаратором и электрофильтром внутри этой конструкции. Соединение их друг с другом осуществляется также внутри конструкции по соответствующим каналам.
Недостатком этого способа и устройства является то, что на первой ступени очистки топлива от механических примесей их концентрация не происходит, и очищенное топливо после электросепаратора не появляется. Отсутствие осуществления концентрации примесей в топливе на первой ступени делает очистку этого топлива на второй ступени менее эффективной. Совмещение же электросепаратора и электрофильтра в одном корпусе делает ненадежной электроизоляцию и затрудняет размещение электродов.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности процесса электроочистки диэлектрических жидкостей.
Технический результат изобретения достигается тем, что очистку диэлектрических жидкостей осуществляют в две ступени: электросепарированием - на первой и электроочисткой - на второй, причем на первой ступени очистки внутри электросепаратора создают неоднородное электрическое поле с напряженностью, которая увеличивается от периферии к центральной оси электросепаратора, куда подают очищаемую жидкость, что обеспечивает удержание механических загрязнений из объемов жидкости, перетекающих на периферию электросепаратора, в объеме жидкости около центральной оси, чем осуществляется очистка жидкости, направляемой на периферию, и концентрированно загрязнений в объеме жидкости в области центральной оси; на второй же ступени очистки, в электроочистителе, производят извлечение механических загрязнений из жидкости, в которой произошло концентрирование этих загрязнений в электросепараторе путем создания электростатического поля между электродами и осаждением загрязнений на этих электродах, причем соседние электроды имеют разный знак потенциала.
Заявляемый способ реализуется в устройстве, которое включает в себя электросепаратор и электроочиститель, соединенные друг с другом последовательно, причем электроды электросепаратора устанавливают с чередованием знака потенциала и с межэлектродным зазором, уменьшающимся от периферии к центральной оси электросепаратора с возможностью образования неоднородного электростатического поля с напряженностью, увеличивающейся по мере уменьшения межэлектродного зазора от периферии к центральной оси электросепаратора, при этом электросепаратор на периферии снабжен диэлектрическим коллектором сбора очищенной от загрязнений жидкости с отверстиями и патрубком отвода этой жидкости, и имеется второй патрубок, по которому концентрированная загрязнениями жидкость из электросепаратора по трубопроводу поступает в электроочиститель, в котором электроды подсоединяют к высокому напряжению постоянного тока, с чередованием знака потенциала, для создания электростатического поля, обеспечивающего осаждение механических примесей на поверхности электродов.
Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, являются:
1. Использование неоднородного электрического поля в электросепараторе для получения очищенной от механических примесей жидкости в нем, составляющей часть объема очищаемой жидкости.
2. Выполнение концентрирования механических загрязнений в оставшемся объеме неочищенной жидкости на первой ступени очистки как подготовительную операцию, и полная очистка этого объема жидкости от этих загрязнений - на второй ступени очистки.
Существенными отличительными признаками по устройству является выполнение его в виде двух отдельных блоков: электросепаратора и электроочистителя, соединенных последовательно трубопроводом, причем электроды электросепаратора устанавливают так, чтобы образовывалось неоднородное электростатическое поле.
Использование новых признаков, в совокупности с известными, и новых связей между ними обеспечивают достижение технического результата изобретения, а именно: повышение эффективности очистки диэлектрических жидкостей от загрязнений.
На фиг.1 представлено схематично устройство для электроочистки диэлектрических жидкостей, на фиг.2 - электроочиститель, на фиг.3 - электросепаратор. В предлагаемом способе используется предварительное сепарирование загрязнений на первой ступени очистки. На фиг.1 показаны: первая ступень очистки в виде электросепаратора 1, который имеет входной штуцер 8 для очищаемой жидкости и два выходных штуцера: штуцер 7 для отвода чистой жидкости и штуцер 6 для отвода концентрата загрязнений.
Вторая ступень очистки выполнена в виде электроочистителя 11, имеющего входной штуцер 10 и выходной штуцер 12.
Первая и вторая ступени очистки соединены друг с другом последовательно патрубками на выходе электросепаратора и входе электроочистителя, соединенных соответственно со штуцерами 6 и 10 и между собой муфтой 9.
На фиг.2 представлен электроочиститель в продольном осевом разрезе [1]. Он состоит из корпуса 11, ограничительных пластин 13, пакета осадительных электродов 15, диэлектрических перегородок 14, патрубков подвода 10 и отбора жидкости 12. Осадительные электроды 15 выполнены в виде круглых металлических пластин с прорезями, а между осадительными электродами расположены диэлектрические перегородки 14, которые, совместно с электродами 15, образуют ячейки-накопители загрязнений. К осадительным электродам 15 подведено постоянное электрическое высокое напряжение с чередованием знака на соседних электродах.
На фиг.3 представлен электросепаратор. В его состав входят: корпус 1, 2 и 3 - электроды противоположной полярности высокого электрического напряжения, диэлектрический коллектор 4 сбора чистой жидкости и отверстия 5 в нем, патрубок 6 отвода очищаемой жидкости с концентратом загрязнений, патрубок 7 отвода чистой жидкости, патрубка 8 отвода загрязнений.
Устройство электроочистки диэлектрических жидкостей работает следующим образом.
Очищаемая жидкость через штуцер 8 (фиг.1) поступает внутрь электросепаратора 1. Внутри электросепаратора создается неоднородное электрическое поле, фиг.3, путем подключения электродов 2 и 3 к источнику высокого напряжения постоянного тока с чередованием знака потенциала. При подведении разности потенциалов к электродам 2 и 3 между ними образуется неоднородное электростатическое поле, напряженность которого имеет наименьшее значение у периферии и увеличивается по мере уменьшения межэлектродного зазора при приближении к центральной оси элекросепаратора. Очищаемая жидкость подается через штуцер 8 в зону с максимальной напряженностью и неоднородностью электрического поля. Жидкость в корпусе 1 сепаратора разделяется на два потока: один поток движется вдоль оси сепаратора к штуцеру 6 отвода концентрата загрязнений, а второй - от оси сепаратора к его периферии и далее к патрубку отвода чистой жидкости 7.
В электрическое поле, образованное между электродами 2 и 3, попадают частицы загрязнений, находящиеся в потоке, движущемся к периферии, где на них начинают действовать кулоновские и пондеромоторные силы, которые и увлекают их в сторону увеличивающейся напряженности, т.е. к центру сепаратора. Так как по мере приближения к центральной оси напряженность поля возрастает, возрастают и пондеромоторные и кулоновские силы, действующие на частицы загрязнений. Резкое возрастание этих сил в центре сепаратора приводит к удержанию частиц загрязнений от выхода из зоны течения основного потока жидкости, который захватывает их и уносит по направлению к штуцеру 6 отвода концентрата загрязнений.
Жидкость же, движущаяся к периферии сепаратора, лишившись загрязнений, проходит через отверстия 5 диэлектрического коллектора 4 к патрубку 7 отвода чистой жидкости. Таким образом, осуществляется сепарирование очищаемой жидкости в электросепараторе, т.е. часть этой жидкости освобождается от загрязнений и через патрубок 7, в виде чистой жидкости, удаляется из сепаратора в резервуар с очищенной жидкостью, а другая, оставшаяся, часть жидкости насыщается загрязнениями (в нее перемещаются загрязнения из первой части жидкости), т.е. концентрация загрязнений в этой части жидкости будет значительно больше по сравнению с исходной концентрацией всей поступающей на очистку жидкости. Вот этот концентрат загрязнений через патрубки, соединенные со штуцером 6 выхода электросепаратора и штуцером 10 входа электроочистителя, связанных муфтой 9 между собой, поступает в электроочиститель 11 (фиг.1), где, через отверстия в ограничительных пластинах 13, втекает далее внутрь корпуса электроочистителя [1] и омывает электроды 15, протекая через отверстия в них, фиг.2. При подключении пакета электродов 15 к источнику высокого напряжения постоянного тока между соседними электродами возникает разность потенциалов. Ячейки-накопители загрязнений, образованные электродами 15 и диэлектрическими перегородками 14, создают неоднородное электрическое поле в каналах движения жидкости, обеспечивая тем самым, во-первых, подзарядку частиц загрязнения, во-вторых, вовлечение жидкости в движение поперек основного потока, направленного от штуцера 10 к штуцеру 12 (или, по фиг.1, от штуцера 10 к штуцеру 12), вследствие образования электрогидродинамических течений. В результате частицы загрязнений извлекаются из потока в ячейки-накопители и осаждаются на электроды 15. Так как концентрация загрязнений (т.е. количество частиц загрязнений в единице объема) в поступившей в электроочиститель жидкости из электросепаратора значительно выше, чем в жидкости, поступившей на вход электросепаратора, то и извлекаться загрязнений в единицу времени будет больше по сравнению с тем, если очищаемая жидкость поступала бы в электроочиститель, минуя электросепаратор. Очищенная жидкость из электроочистителя, через штуцер 12, поступает в отдельную емкость, куда поступает также чистая жидкость из электросепаратора через штуцер 7.
Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет значительно увеличить производительность процесса очистки диэлектрических сред.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение №2145524 «Электрический очиститель диэлектрических жидкостей». Приоритет от 10.01.1996 г.
2. Патент РФ на полезную модель №42443 «Электрический сепаратор диэлектрических жидкостей». Приоритет от 15.04.2004 г.
3. Патент на изобретение РФ №2314875 «Комбинированный электроочиститель». Приоритет от 02.05.2006 г.
4. Патент РФ №2040971 «Универсальный топливный электроочиститель». Опубликован 09.08.1995 г.