УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ РАЗНОГО РОДА ОТЛОЖЕНИЙ

Полезная модель относится к области очистки поверхностей от разного рода отложений и может использоваться для предотвращения сводообразования и очистки стенок бункеров, силосов, вагонов и других емкостей от налипших или примерзших сыпучих материалов.
3
Известен ряд устройств, в которых для создания колебаний поверхностей с целью их очистки от налипших или примерзших материалов используется импульсное воздействие от разряда предварительно заряженного конденсатора в индуктор с расположенным напротив него якорем из высокопроводящего материала. В большинстве из этих устройств якорь с закрепленным к нему бойком либо метается с помощью магнитного поля, создаваемого индуктором, и ударяет по очищаемой поверхности (см., например, патент РФ №2355485 С1, МПК В08В 7/02, 2009), либо прижимается к очищаемой поверхности, осуществляя прогиб этой поверхности (см., например, авт. св. СССР №789361 МКИ B65G 65/30, 1980). Основными недостатками таких устройств являются недостаточная эффективность очистки, а также низкая надежность и долговечность, связанная с разрушением индуктора вследствие соударения якоря с индуктором при возвратном движении якоря.
7
Известно также принятое за прототип устройство для очистки поверхностей от разного рода отложений, включающее источник высоковольтного постоянного напряжения и разрядный контур, содержащий последовательно включенные накопительный конденсатор, коммутатор и индуктор, установленный на несущей конструкции, закрепленной своими концами к очищаемой поверхности, выполненный в виде помещенной в корпус из неферромагнитного материала спиральной электромагнитной катушки и расположенный с зазором к якорю из высокопроводящего материала, жестко закрепленному на очищаемой поверхности с противоположной от отложений стороны. Для увеличения эффективности устройства параметры элементов разрядного контура выбираются, исходя из значений периода собственных колебаний очищаемой поверхности в воздухе и в материале отложений (патент РФ №2153403, МКИ В08В 7/02, 2000).
Недостатком принятого за прототип устройства является сложность определения частоты собственных колебаний, исходя из значений периодов колебаний очищаемой поверхности в воздухе и в материале отложений, связанная с трудностью расчета периодов колебаний очищаемой поверхности в воздухе и в материале отложений с учетом возможного наличия ребер жесткости, неравномерности износа очищаемой поверхности, сезонного и технологического изменения характеристик и массы налипшего слоя материала отложений. Кроме того, в прототипе не учтены такие необходимые для обеспечения эффективной работы устройства параметры, как толщина якоря и величина зазора между индуктором и якорем, а также габаритные размеры дополнительной упругой пластины, на которой закреплен якорь, имеющей меньшую жесткость, чем окружающая очищаемая поверхность.
-4
-3
3
-4
-3
-3
-2
-3
-2
-3
-2
Техническая задача полезной модели состоит в усовершенствовании устройства для очистки поверхностей от разного рода обложений, включающее источник высоковольтного постоянного напряжения и разрядный контур, содержащий последовательно включенные накопительный конденсатор, коммутатор и индуктор, установленный на несущей конструкции, закрепленной своими концами к очищаемой поверхности, выполненный в виде помещенной в корпус из неферромагнитного материала спиральной электромагнитной катушки и расположенный с зазором к якорю из высокопроводящего материала, жестко закрепленному на очищаемой поверхности с противоположной от отложений стороны, путем определения совокупности параметров элементов разрядного контура и геометрических размеров элементов устройства на базе экспертных оценок, полученных в результате опыта разработки, внедрения и эксплуатации устройств, соответствующих прототипу, а именно путем применения накопительного конденсатора емкостью от 4 × 10 до 3,2 × 10 Ф с возможностью зарядки до напряжения до 5 × 10 В и источника высоковольтного постоянного напряжения с возможностью генерирования напряжения соответствующей величины, включенных в разрядный контур электромагнитных катушек с суммарной индуктивностью от 4 × 10 до 2 × 10 Гн, якоря толщиной в пределах от 5 × 10до 2 × 10 м, зазора между якорем и индуктором в пределах от 10 до 10 м, несущей конструкции, на которой закреплен индуктор, длиной от трех до десяти диаметров спиральной катушки; использования в варианте исполнения устройства, в котором якорь закреплен на упругой пластине, жестко закрепленной на очищаемой поверхности со стороны отложений, упругой пластины толщиной от 5 × 10 до 3 × 10 м и меньшим из двух других габаритных размеров от трех до пятнадцати диаметров спиральной катушки индуктора. Вследствие указанных усовершенствований достигается технический результат, состоящий в получении диапазонов основных параметров устройства, обеспечивающих эффективную очистку поверхностей от разного рода отложений.
-4
-3
3
-4
-3
-3
-2
-3
-2
Устройство для очистки поверхностей от разного рода отложений включает источник высоковольтного постоянного напряжения и разрядный контур, содержащий последовательно включенные накопительный конденсатор, коммутатор и индуктор, установленный на несущей конструкции, закрепленной своими концами к очищаемой поверхности, выполненный в виде помещенной в корпус из неферромагнитного материала спиральной электромагнитной катушки и расположенный с зазором к якорю из высокопроводящего материала, жестко закрепленному на очищаемой поверхности с противоположной от отложений стороны; накопительный конденсатор имеет емкость от 4 × 10 до 3,2 × 10 Ф с возможностью зарядки до напряжения до 5 × 10 В от источника высоковольтного постоянного напряжения с возможностью генерирования напряжения соответствующей величины; суммарная собственная индуктивность электромагнитных катушек, включенных в разрядный контур индукторов, находится в пределах от 4 × 10 до 2 × 10 Гн, толщина якоря находится в пределах от 5 × 10 до 2 × 10 м, величина зазора находится в пределах от 10 до 10 м; длина несущей конструкции, на которой закреплен индуктор, может находиться в пределах от трех до десяти диаметров спиральной катушки.
Полезная модель иллюстрируется Фиг. 1, на которой изображено устройство для очистки поверхностей от разного рода отложений.
Устройство для очистки поверхностей от разного рода отложений (Фиг. 1) содержит источник высоковольтного постоянного напряжения 1 и разрядный контур, содержащий последовательно включенные накопительный конденсатор 2, коммутатор 3 и индуктор 4, который установлен на несущей конструкции, состоящей из балки 5, которая своими концами с помощью кронштейнов 6 закреплена к очищаемой поверхности 7; индуктор 4 выполнен в виде помещенной в корпус 8 из неферромагнитного материала спиральной электромагнитной катушки 9. Индуктор 4 расположен с зазором 10 к якорю 11 из высокопроводящего материала, жестко закрепленному на очищаемой поверхности 7 с противоположной от отложений 12 стороны. Коммутатор 3 выполнен в виде, например, тиристора, а накопительный конденсатор 2 для предотвращения его перезарядки может быть зашунтирован диодом 13.
3
2
-4
-3
Максимальное постоянное напряжение, генерируемое маточником высоковольтного постоянного напряжения 1 (и до которого заряжается накопительных генератор 2), согласно предлагаемому устройству, целесообразно ограничить величиной 5 × 10 В. Это связано с возможностями современных тиристоров и тиристорных модулей, максимальное рабочее напряжение (с учетом необходимого запаса для обеспечения их длительной эксплуатации) не превышает указанного значения. Исходя из этой величины, для достижения необходимой силы импульсного воздействия, которая определяется величиной запасаемой в накопительном конденсаторе 2 энергии W согласно формуле W=C*U/2, где С - емкость накопительного конденсатора 2, U - величина напряжения, электрическая емкость накопительного конденсатора 2 должна находиться в пределах от 4 × 10 до 3,2 × 10 Ф. Указанный диапазон параметров покрывает практически весь спектр требуемых значений накапливаемой электрической энергии конденсатором 2, обеспечивающим эффективную очистку поверхностей. При этом нижняя граница диапазона соответствует очищаемым поверхностям с толщиной от 3 мм и ниже, верхняя граница - поверхностям с толщиной от 20 мм и выше, а также с наличием ребер жесткости.
-4
-3
-3
-2
-3
-2
Электрическая емкость накопительного конденсатора 2 в совокупности с эквивалентной индуктивностью электромагнитной катушки 9 определяют частотные характеристики разрядного контура, образованного последовательно включенными данными элементами и коммутатором 3. Эквивалентная индуктивность катушки 9 зависит от величины ее собственной индуктивности, величины зазора между индуктором 4 и якорем 11, толщины якоря 11 и проводимости материала, из которого он изготовлен. Поэтому расчет эквивалентной индуктивности катушки 9 является весьма сложной задачей. В соответствии с предлагаемым устройством указанные параметры должны находиться в следующих пределах: собственная индуктивность электромагнитной катушки 9 - от 4 × 10 до 2 × 10Гн, толщина якоря от 5 × 10 до 2 × 10 м, величина зазора - от 10 до 10 м.
-4
-3
Выбор необходимых значений параметров устройства в указанных диапазонах зависит от конструктивных характеристик очищаемых поверхностей и свойств материала отложений. Так, для толщин очищаемых поверхностей от 3 мм и ниже, а также легкосыпучих материалов требуются небольшая сила импульсного воздействия, поэтому для таких случаев достаточно использование индукторов сравнительно небольших размеров, имеющих малые значения собственной индуктивности - от 4 × 10 Гн и выше. Для толщин очищаемых поверхностей от 20 мм и выше, а также трудносыпучих материалов требуются значительно большая сила импульсного воздействия, что предполагает использование индукторов увеличенных размеров, имеющих значения собственной индуктивности до 2 × 10 Гн.
-3
-2
Толщина якоря 11 выбирается из условия максимального сохранения в нем электромагнитного поля, создаваемого электромагнитной катушкой 9 и, соответственно, обеспечения максимального к.п.д. устройства. При недостаточной толщине якоря 11, меньшей глубины проникновения электромагнитных волн в материал, из которого изготовлен якорь 11, часть электромагнитного поля пройдет сквозь него, что приведет к потере энергии. Поэтому для параметров электромагнитной катушки 9 и емкости накопительного конденсатора 2, соответствующих нижним границам диапазонов предлагаемого устройства и, соответственно, верхним значениям частоты собственных колебаний разрядного контура, толщина якоря 11 должна быть не менее 5 × 10 м. Для верхних границ этих диапазонов и, соответственно, меньших значений частоты колебаний разрядного контура толщина якоря должна быть не менее 2 × 10 м. Дальнейшее увеличение толщины якоря 11 нецелесообразно из соображений материалоемкости.
-3
-2
Зазор 10 между индуктором 4 и якорем 11 выполняет функцию защиты от соударений индуктора 4 и якоря 11 и обеспечения непрепятствования свободным колебаниям очищаемой поверхности 7 в процессе работы устройства. При этом для достижения максимального к.п.д. устройства величина зазора 10 должна быть минимальной. Однако при разных характеристиках очищаемой поверхности 7 (толщина, площадь, наличие ребер жесткости) диапазон значений амплитуды ее колебаний может быть достаточно широким. Поэтому величина зазора 10 должна находиться в пределах от 10 до 10 м. При этом нижняя граница диапазона соответствует более жестким поверхностям с толщиной от 20 мм и выше, амплитуда колебаний которых составляет порядка 1 мм, верхняя граница - менее жестким поверхностям с толщиной в единицы миллиметров, амплитуда колебаний которых составляет порядка 10 мм.
На эффективность очистки поверхностей от разного рода отложений кроме перечисленных выше параметров большое влияние оказывают геометрические характеристики несущей конструкции 5, на которой закреплен индуктор 4. Кроме того, что она должна быть жесткой, по крайней мере, на порядок превышающей жесткость очищаемой поверхности 7, несущая конструкция 5 должна иметь вполне определенную длину. Это связано, в первую очередь, с тем, что длина несущей конструкции 5 определяет размер участка очищаемой поверхности 7, которая подвергается импульсному воздействию, и, соответственно, частотные характеристики и возможную амплитуду ее прогиба. Эти частотные характеристики должны быть согласованы с частотными характеристиками воздействующего импульса, а амплитуда прогиба должна быть достаточной для создания напряжений сдвига между очищаемой поверхностью 7 и отложениями 12 необходимой величины. Также от длины несущей конструкции 5 во многом зависит циклическая прочность сварных соединений, осуществляющих закрепление балки 5 с помощью кронштейнов 6 к очищаемой поверхности 7. Для обеспечения необходимой амплитуды прогиба очищаемой поверхности 7 даже сравнительно небольшой толщины участок между кронштейнами 6, а значит и длина балки 5, должны быть не менее трех диаметров спиральной катушки 9. При толщине очищаемой поверхности 7 в несколько миллиметров за счет небольшой жесткости участка это позволит получить прогиб достаточной величины с сохранением целостности сварных соединений. В случае большей толщины очищаемой поверхности 7 и, соответственно, увеличении ее жесткости для достижения необходимого прогиба потребуется приложение большей силы, что снижает циклическую прочность сварных соединений. Поэтому для снижения жесткости участка очищаемой поверхности 7 между кронштейнами 6 длина балки 5 должна быть увеличена вплоть до десяти диаметров спиральной катушки 9. Дальнейшее увеличение длины балки 5 нецелесообразно как вследствие значительного уменьшения частоты собственных колебаний очищаемой поверхности 7 и, соответственно, рассогласования с частотными характеристиками воздействующего импульса, так и вследствие уменьшения жесткости балки 5 при большой ее длине, либо вследствие громоздкости конструкции и увеличения материалоемкости.
Применение предлагаемого устройства при разработке магнитно-импульсных установок для очистки поверхностей от разного рода отложений позволит создавать эффективное, надежное и долговечное оборудование с учетом комплекса конструктивных параметров, влияющих на его работу.