Коронирующий электрод

Полезная модель относится к устройствам электрической очистки технологических газов и воздуха от аэрозольных загрязняющих веществ в различных отраслях промышленности.
Одной из технических проблем в данной области является необходимость создания коронирующего электрода, обеспечивающего эффективность очистки газа при максимально возможном сроке службы.
Для решения указанной проблемы анализируются известные средства того же назначения, что и предлагаемый коронирующий электрод, относящийся к конструкции с фиксированными разрядными точками по длине.
Из патента RU 2680550 (опубликовано 22.02.2019) известен коронирующий электрод, содержащий корпус из металлической полосы с расположенными по ее продольным сторонам пилообразными зубьями, выполняющих функцию элементов с фиксированными точками зажигания коронного разряда, зубья расположены в виде секций, каждая из которых состоит из восьми различных по высоте таких зубьев, расположенных симметрично по четыре с каждой продольной стороны полосы. Причем пилообразные зубья изогнуты так, чтобы выдающиеся направления зубьев были установлены в восьми направлениях, а острые концы зубьев, являющиеся точками зажигания, были расположены на единой виртуальной описанной окружности для создания одной точки коронирования по отношению к осадительному электроду. Зубья выполнены различной длины, и парные зубья одного яруса отогнуты на разные углы с парными зубьями другого яруса для того, чтобы их вершины лежали на виртуальной окружности.
Конструкция анализируемого коронирующего электрода, выполненного из одной полосы с разнонаправленными зубьями, не обеспечивает равномерного распределения короны (разряда) по активному сечению ячейки осадительной системы, вследствие чего не достигается максимальная эффективности заряда осаждаемых частиц пыли.
Из описания к патентному документу СN 202700653 (опубликовано 30.01.2013) известен коронирующий электрод, включающий несущий корпус, выполненный посредством сборки двух или трех пластин; каждая из пластин выполнена с отходящими от ее продольных сторон зубцов, которые могут быть выполнены в одной плоскости с плоскостью пластины, так и в плоскости, не совпадающей с плоскостью пластины, иными словами, зубцы выполнены отогнутыми в любую сторону. Для сборки пластин, предусматривающей комбинацию двух или трех пластин, пластины выполнены с прорезями, расположенными вдоль оси симметрии пластины и не доходящими до поперечного края. При сборке соединения, например, двух пластин, пластины вставляются в прорези во взаимообратном направлении. Для плотного соединения пластин толщина пластины адаптирована для нахождения двух пластин в собранном виде.
Анализируемое устройство по патентному документу СN 202700653 более применимо для электрофильтров сухой очистки, а при использовании в «мокрых» электрофильтрах имеет некоторые отрицательные особенности, влияющие на его эксплуатационную надежность. В частности, жесткость электрода обеспечивается только в плоскости сочленения пластин и не обеспечивается в перпендикулярной к этому расположению плоскости, что недопустимо при использовании в трубных осадительных системах «мокрых» электрофильтрах.
Кроме того, выполнение зубцов отогнутыми в различных направлениях характеризует известную конструкцию в качестве сложной для изготовления и для образования повторяемых равных геометрических размеров по оси осадительной ячейки.
Из патента UA 20491 (опубликовано 15.01.2007) известна конструкция электрода, представляющая собой несущий элемент в виде трубы с прикреплёнными к ней рамами; коронирующие элементы выполнены в виде заострённых стержней, которые расположены в плоскости рамы извне, а острия стержней расположены на виртуальной поверхности, которую образует 6-ти угольная призма.
Из патента UA 28668 (опубликовано 25.12.2007) известен коронирующий электрод, содержащий корпусной трубчатый элемент, имеющий в поперечном сечении пятиугольную форму, образующие параллельные противоположные грани трубчатого элемента. Коронирующие элементы установлены отходящими от боковых граней и расположены в шахматном порядке.  Данная конструкция выбрана в качестве наиболее близкого аналога к предлагаемому техническому решению.
Указанные технические решения по патентам UA 20491 и UA 28668 могут быть использованы в фильтрах мокрой очистки. Вместе с тем, применение таких электродов сопряжено с вероятностью потери устойчивости. Так, входящие в конструкцию элементы выполнены наборными, следовательно, создающими кинематические пары, обладающие степенью свободы. Следовательно, проходящий поток газа создает причину для неустойчивого положения коронирующего электрода.  Кроме того, анализируемые конструкции обладают сложностью сборки за счет обеспечения неразъемных соединений.
На основании анализа аналогов существующая техническая проблема заключается в необходимости расширения арсенала средств подлобного назначения, предназначенных для эффективной мокрой очистки газов при обеспечении эксплуатационной надежности за счет повышения жесткости корпуса, обладающего свойством простоты сборки за счет применения разъемных соединений.
Указанная проблема решается с помощью полезной модели, представляющей собой коронирующий электрод, который включает корпус, выполненный путем сборки трех пластин с взаимно зацепленными зубцами через соответствующие установочные прорези, имеющие направление от открытого конца к глухому концу, причем каждая установочная прорезь, отделяющая соответствующий зубец от продольной стороны пластины, выполнена путем удаления части материала в продольном направлении с образованием ступенчатого изменения ширины каждой полосы, при этом зубцы на каждой пластине скомпонованы парами так, что каждая пара зубцов имеет общую поперечную ось, каждый зубец в основании сопряжен с соответствующей продольной стороной пластины, не имеющей удаления части материала в продольном направлении, ступенчатое изменение ширины пластин выполнено с возможностью образования корпуса, имеющего поперечное сечение замкнутого профиля, причем вершины зубцов данного корпуса в проекции на плоскость поперечного направления лежат на виртуальной окружности.
Коронирующий электрод выполнен так, что две пластины из числа указанных пластин представляют собой идентичные пластины с однонаправленными установочными прорезями, а третья пластина выполнена с разнонаправленными прорезями, причем пластины ориентированы так, что открытые концы прорезей пластин, обращены друг к другу для обеспечения зацепления зубцов.
Целесообразно, чтобы зубцы были расположены в одной плоскости с плоскостью пластины.
Использование трех пластин, образующих в поперечном сечении треугольник, приводит к созданию корпуса, обеспечивающего жесткость конструкции, следовательно, механическую прочность, обусловливающие надежность и долговечность работы электрофильтра в условиях вибрации пылегазового потока, а также точную центровку по всей длине осадительного электрода с минимальным отклонением от центра.
В каждой пластине зубцы выполнены парными относительно продольного направления. Иными словами, парные зубцы пластины - это те зубцы, которые расположены на одной поперечной оси (относительно продольного направления полосы), проходящей через их заостренные концы, таким образом, парные зубцы выполнены по высоте пластин с шагом, обеспечивающим взаимное зацепление зубцов.
Каждая установочная прорезь отделяет часть соответствующего зубца от продольной стороны пластины, при этом для возможности сборки трех пластин в корпус первая и вторая пластины выполнены с зубцами, отделенными от продольного края пластин однонаправленными прорезями, а третья пластина выполнена с зубцами, отделенными от продольного края пластин с разнонаправленными прорезями.
Следует отметить, что указание о направлении прорезей относится к отдельной пластине, в то время как пластины в сборе установлены с взаимной ориентацией, следовательно, прорези ориентированы исходя из необходимости взаимного зацепления зубцов.
Под направлением установочных прорезей каждой пластины понимается направление от открытого конца к глухому концу.
Исходя из выполнения зубцов парными и принимая во внимание направление установочных прорезей, первая и вторая пластины имеют осесимметричную форму (при однонаправленных прорезях), а третья пластина имеет центрально-симметричные участки, чередующиеся с промежуточными участками (при разнонаправленных прорезях).
Выполнение прорезей одного направления задает осесимметричную форму первой и второй пластин ввиду того, что однонаправленные прорези открытыми концами выходят на узкие части пластин, выполненные таковыми за счет удаления части материала в продольном направлении. Выполнение указанных установочных прорезей путем удаления части материала в продольном направлении приводит к переменному сечению пластины, а именно к чередованию широких и узких участков, имеющих симметрию относительно продольной оси. Следовательно, между каждой парой зубцов в продольном направлении выполнено одно ступенчатое изменение ширины пластины.
В отличие от первой и второй пластин, третья пластина выполнена с центрально-симметричными участками, которые чередуются с узкими участками при ступенчатом изменении ширины третьей пластины. Как было указано, прорези выполнены путем удаления части материала в продольном направлении, а с учетом разнонаправленности прорезей парных зубцов между каждой парой зубцов ступенчатое изменение ширины выполнено центрально-симметричным. Иными словами, в качестве центрально-симметричного участка третьей пластины понимается участок между узкими участками. Следовательно, центрально-симметричный участок включает пару зубцов, а точкой симметрии является пересечение оси, соединяющей вершины зубцов, и продольной оси пластины.
При сборке корпуса первая и вторая пластины, являясь идентичными, ориентированы взаимно в противоположных направлениях прорезей для обеспечения зацепления зубцов через установочные прорези. Третья пластина, имеющая разнонаправленные прорези в каждой паре зубцов, ориентирована так, чтобы зубцы смежных сторон первой и второй пластин также находились во взаимном зацеплении с данной третьей пластиной через прорези.
Исходя из вышесказанного, выполнение зубцов, отделенных прорезями от продольных сторон пластин, определяют чередование узких и широких участков пластин, что конструктивно обусловлено необходимостью образования корпуса, полость которого имела бы постоянное треугольное поперечное сечение. В то же время, учитывая ступенчатое изменение ширины, выполнение корпуса с постоянным поперечным сечением предусматривает наличие выступающих кромок соответствующих пластин.
Выполнение зубцов в одной плоскости с плоскостью пластины исключает недостатки, присущие пластинам с отогнутыми зубьями, и является наиболее целесообразным приемом для обеспечения технологичного изготовления пластин для коронирующего электрода.
Таким образом, несущий корпус в сборе содержит выполненные в виде 6-ти зубцов направляющие разряда, причем благодаря парным пластинам, выполненным с одинаковым шагом, вершины зубцов в проекции на плоскость поперечного сечения лежат на виртуальной окружности.
Исходя из вышесказанного, наличие трех пластин, выполненных с зубцами, отделенными соответствующими прорезями, обусловливающими зацепление зубцов смежных сторон соседних пластин, обеспечивает простоту сборки корпуса коронирующего электрода, обладающего жесткостью благодаря объемной форме. Причем зубцы в предлагаемой конструкции выполняют функцию и направляющих разряда, и элементов крепления сторон корпуса.
Эти и другие особенности предлагаемой конструкции коронирующего электрода указаны ниже со ссылками на чертежи:
на фиг. 1 в изометрии изображен коронирующий электрод в сборе, общий вид;
на фиг. 2 в изометрии изображена деталировка коронирующего электрода с разнесенными пластинами;
на фиг. 3 - общий вид пластины, выполненной осесимметричной;
на фиг. 4 - общий вид пластины, выполненной с центрально-симметричными участками;
на фиг. 5 - общий вид со стороны третьей пластины с указанием сечений А-А, Б-Б, В-В;
на фиг. 6 - изображены поперечные сечения корпуса: А-А, Б-Б, В-В.
Коронирующий электрод с фиксированными точками зажигания включает корпус 1, выполненный из двух идентичных пластин 2, выполненных осесимметричными, и третьей пластины 3, выполненной с центрально-симметричными участками.
Каждая пластина 2 и 3, выполненная с зубцами 4 в качестве разрядных элементов, имеет установочные прорези 5 для возможности зацепления зубцов 4 смежных сторон пластин 2 и 3.
Каждая прорезь 5 выполнена с открытым концом и глухим концом и, кроме того, такая прорезь отделяет часть зубца 4 от продольной кромки соответствующей пластины.
Зубцы 4 выполнены парными, то есть пара зубцов 4 имеет общую поперечную ось, соединяющую вершины данных зубцов.
Прорези 5 первой и второй пластин 2 выполнены однонаправленными для возможности сборки первой и второй пластин 2 при взаимно противоположном направлении прорезей 5, когда открытые концы прорезей обращены друг к другу.
Прорези 5 третьей пластины 3 выполнены разнонаправленными, причем направление прорезей 5 вдоль каждой стороны пластины 3 не меняется. Данный конструктивный прием обеспечивает возможность зацепления зубцов 4 третьей пластины 3 с зубцами, имеющимися на смежных сторонах соседних первой и второй пластин 2.
Первая и вторая пластины 2 имеют чередующиеся узкие участки 6 и широкие участки 7. При этом между каждой парой зубцов 4 имеется одно ступенчатое изменение ширины.
Пластина 3 выполнена с центрально-симметричными широкими участками 8, которые чередуются с узкими участками 9 при ступенчатом изменении ширины.
Ступенчатое изменение ширины полос 2 и 3 продиктовано также тем обстоятельством, что сторона 10 каждого зубца 4, отстоящая от прорези 3, в своем основании сопряжена с продольной стороной полосы 2 и 3, не имеющей удаления части материала.
Следует отметить, что широкие участки 8 первой и второй пластин 2 не совпадают по размеру с широкими участками 8 третьей пластины 3, что объясняется различным направлением прорезей 5, выполненных путем удаления резкой части материала в продольном направлении. Очевидно, что размер широкой части 7 первой и второй пластин 2 превышает размер широкой части 8 пластины 3 на величину Δ, равную ширине полосы удаленного материала. Однако размеры узких частей 6 и 9 пластин 2 и 3 совпадают.
Сборка пластин осуществляется следующим образов.
Первая и вторая пластины 2 ориентируются так, что прорези 5 открытыми сторонами направлены друг к другу для возможности зацепления зубцов 4 смежных сторон пластин 2. После сборки первой и второй пластин осуществляется монтаж пластины 3 при соответствующей ее ориентации, обеспечивающей зацепление зубцов 4.
Обращаясь к фигуре 6, видно, что внутренняя полость корпуса 1 сохраняет замкнутый контур, но в то же время, кромка каждой широкой части 7 и 8 выступает над поверхностью соответствующей пластины.
Коронирующий электрод, кроме трех пластин с зубцами в сборе, снабжен средствами крепления для установки в электрофильтр - шпильками на концах сборки (на чертежах не показано).
Таким образом, простота сборки предлагаемого устройства доказывается отсутствием необходимости в дополнительных элементах крепления и применением разъемного соединения пластин.
Материал исполнения предлагаемого коронирующего электрода - титановый сплав ВТ1-0, применение которого приводит к увеличению жесткости корпуса.
Заявляемая конструкция составляет основу для системы коронирующих электродов, устанавливаемых совместно с системой осадительных электродов в соответствии с принятой схемой размещения в электрофильтре, предназначенном, например, для мокрой очистки газов в сернокислотном производстве.
Коронирующие электроды устанавливают по центрам осадительных электродов во время монтажа электрофильтра, несущие стержни (корпус) коронирующих электродов фиксируются шпильками в балках верхней и нижней рам подвеса коронирующих электродов.
При работе электрофильтра от источника постоянного тока на коронирующий электрод подается напряжение относительно осадительного электрода. На остриях разрядных элементов (направляющих разряда) создается незавершенный коронный разряд отрицательного знака. Образовавшиеся под действием приложенного напряжения в зоне коронирующей части отрицательно заряженные носители тока перемещаются в электрическом поле в сторону осадительного электрода, увлекая за собой частицы пыли и влаги, содержащиеся в очищаемом газе, и осаждают их на поверхности осадительного электрода.
Предлагаемый коронирующий электрод расширяет линейку средств, применяемых в фильтрах мокрой очистки, обладающих простотой сборки и надежной конструкцией благодаря выполнению корпуса, имеющего свойство жесткости при выполнении зубцов в качестве направляющих разряда с функцией элементов крепления пластин корпуса.