ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ ТВЕРДОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к устройствам для измельчения твердых материалов и предназначена для селективного измельчения твердого непроводящего продукта, например, минерального или вторичного кварцевого сырья, исходной крупностью от -40 мм до конечного продукта крупностью, варьируемой в зависимости от решаемых задач, и может быть использована, в частности, в области обогащения полезных ископаемых.
Наиболее близкой к заявляемому устройству по своей конструкции и достигаемому результату является электроразрядная установка для дробления твердых материалов, включающая высоковольтный генератор импульсного тока, рабочую камеру с заземленным и высоковольтным рабочими электродами и с приспособлениями для подачи и выгрузки продукта, а также подачи и выпуска изолирующей промывочной жидкости, известная из патента РФ №2089294 кл. В03С 19/18.
Недостатком известной установки является ее конструктивная сложность и высокая энергоемкость процесса дробления.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения эффективности и увеличения ресурса работы установки за счет обеспечения возможности работы в непрерывном режиме с высокой частотой повторения импульсов.
Технический результат - создание и использование генератора мощных высоковольтных импульсов с амплитудой напряжения до 500 кВ и наносекундной длительностью (70 нс) импульсов разрядного тока в установке для дробления твердого минерального сырья с выполнением требований электромагнитной совместимости, что достигается закрытой коаксиальной конструкцией генератора высоковольтных импульсов и объединенной с ним рабочей камеры, а также использованием в качестве источника электропитания электромашинного агрегата, обеспечивающего полную развязку от питающей сети.
Поставленная цель достигается за счет того, что в электроразрядной установке для дробления минерального сырья, включающей высоковольтный генератор импульсного тока, рабочую камеру с заземленным и высоковольтным рабочими электродами и с приспособлениями для подачи и выгрузки продукта, а также подачи и выпуска изолирующей промывочной жидкости, высоковольтный генератор импульсного тока содержит первичный емкостной накопитель энергии, который через тиристорный коммутатор соединен с первичной обмоткой повышающего импульсного трансформатора, к вторичной обмотке которого подсоединен высоковольтный емкостной накопитель энергии, выполненный в виде двух изолированных друг от друга коаксиальных цилиндрических электродов, образующих конденсатор, высоковольтный вывод которого через искровой газовый разрядник непосредственно соединен с центральным высоковольтным рабочим электродом рабочей камеры..
А также за счет того, что в качестве изолирующей промывочной жидкости рабочей камеры использована деионизированная вода с удельным сопротивлением не менее 200 кОм см.
Целесообразно выполнение электроразрядной установки с первичным емкостным накопителем энергии, состоящим из нескольких соединенных параллельно модулей, каждый из которых содержит накопительные конденсаторы и тиристорный коммутатор.
Ввод напряжения в рабочую камеру может быть выполнен в донной части камеры, а зона дробления, образованная центральным высоковольтным и заземленным кольцевым электродами, находится в верхней части камеры, при этом часть камеры от ввода напряжения до зоны дробления в начале рабочего цикла заполняется измельчаемым продуктом, а в дальнейшем служит подложкой, на которой происходит дробление подаваемого сверху сырья, а непрерывная выгрузка измельченного продукта осуществляется его выносом через боковой патрубок потоком подаваемой снизу камеры воды
Существо полезной модели поясняется фигурой 1, на которой представлена принципиальная схема электроразрядной установки.
На вход генератора импульсов подается переменное напряжение величиной 220-350 вольт и частотой 400 Гц. Генератор импульсов построен по схеме с низковольтным импульсно заряжаемым первичным емкостным накопителем энергии 1 в виде набора конденсаторов, которые с помощью тиристорных коммутаторов разряжаются на первичную обмотку импульсного трансформатора 2. Для удобства эксплуатации и большей надежности работы, целесообразно выполнять первичный емкостной накопитель энергии из нескольких соединенных параллельно модулей. На схеме фиг.1 представлена установка, первичный емкостной накопитель энергии 1 которой содержит восемь модулей. Каждый из модулей первичного емкостного накопителя энергии включает в себя два разнополярно заряжаемых конденсатора, два выпрямительных диода и один быстродействующий тиристор. Например, в первый модуль входят конденсаторы С1 и С2, выпрямительные диоды D1 и D2, коммутирующий тиристор Т1, в последний из восьми модулей - конденсаторы С15 и С16, диоды D15 и D16 и коммутирующий тиристор Т8.
Конденсаторы первичного емкостного накопителя энергии в описываемой установке работают в однополярном режиме с малым реверсом напряжения. Импульсная зарядка конденсаторов сокращает время пребывания их под напряжением (не более 5 мс), что увеличивает ресурс работы конденсаторов. Разбиение первичного емкостного накопителя энергии на несколько параллельных модулей с независимой зарядкой и своими тиристорными коммутаторами дополнительно повышает надежность работы установки за счет облегчения режимов работы конденсаторов и тиристоров и позволяет повысить частоту повторения импульсов. Более того, такое решение обеспечивает сохранение работоспособности установки в целом даже при выходе из строя какого-либо элемента одной из цепочек, что очень важно для технологических установок.
Зарядка первичного емкостного накопителя энергии 1 происходит в течение 2,5 мс - времени одного периода питающего напряжения частотой 400 Гц путем отпирания на это время тиристорного коммутатора 3. При этом в течение одной полуволны отпирается один из тиристоров и заряжаются конденсаторы одного плеча модулей, а в течение в второй полуволны - другой тиристор и заряжаются конденсаторы второго плеча. Зарядка конденсаторов одного из плеч происходит по цепи, включающей первичную обмотку импульсного трансформатора 2. Протекающий зарядный ток намагничивает сердечник трансформатора, подготавливая его к рабочему циклу трансформации импульса при разряде конденсаторов.
Разряд конденсаторов осуществляется после окончания цикла зарядки спустя некоторое время (~2,5 мс), необходимое для надежного запирания тиристоров и завершения всех переходных процессов, путем одновременной подачи отпирающих импульсов управления на коммутирующие тиристоры Т1-Т8. При одновременном включении этих тиристоров разнополярно заряженные конденсаторы модулей коммутируются в последовательно соединенные цепочки, а суммарное (удвоенное) напряжение с амплитудой до 1000 В прикладывается к первичной обмотке повышающего импульсного трансформатора 2, с помощью которого осуществляется зарядка до полного рабочего напряжения высоковольтного конденсатора 4. Для получения выходного напряжения с амплитудой до 500 кВ импульсный трансформатор 2 имеет коэффициент передачи Ктр=500. В соответствие с этим коэффициентом выбрано соотношение суммарной емкости первичного накопителя и емкости высоковольтного конденсатора 4 Сперв/С≈(Ктр)2, при котором достигается максимальная эффективность передачи энергии из первичного контура во вторичный. Формирование импульса высокого напряжения с последующим пробоем и протеканием разрядного тока в рабочей камере 5 происходит при срабатывании одного искрового газового разрядника 6, установленного в цепи между высоковольтным конденсатором 4 и рабочей камерой 5. Высоковольтный конденсатор 4 представляет собой конструктивную емкость, образованную двумя коаксиальными цилиндрическими электродами с изоляцией трансформаторным маслом. Коаксиальное исполнение высоковольтного конденсатора 4, а также искрового газового разрядника 6 и рабочей камеры 5 позволяют получить малое выходное сопротивление разрядной цепи генератора, что обеспечивает эффективное вложение энергии в низкоомный канал разряда при наносекундной длительности импульсов тока.
Рабочая камера 5, отделенная изолятором от газового разрядника 6, заполняется деионизованной водой. Она имеет два коаксиально расположенных электрода - заземленный кольцевой и высоковольтный штыревой, между которыми происходит разряд в воде или через подаваемые в промежуток куски минерального сырья. Вынос конечного продукта осуществляется через расположенный выше разрядного промежутка боковой патрубок потоком воды, подаваемой в камеру. Размер частиц выносимого продукта регулируется расходом подаваемой в камеру воды.
Благодаря использованию импульсов с высокой амплитудой напряжения (до 500 кВ) и, как следствие, малой задержке пробоя промежутка, а также малой длительности разрядного тока (<100 нс) значительно облегчаются требования к проводимости воды, удельное сопротивление которой для эффективной работы установки должно быть не хуже 200-300 кОм-см.
Разработанная схема построения генератора импульсов в наибольшей мере отвечает требованиям к генераторам импульсов для технологических электроразрядных установок и позволяет снять многие ограничения, присущие традиционным решениям.