ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С МАЛЫМ РАСХОДОМ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

Предложение относится к оборудованию для обработки различных материалов факторами, сопровождающими мощный электрический разряд в жидкости (электрогидравлический эффект) и предназначено для использования в электрогидравлических (ЭГ) установках для дробления полезных ископаемых, для обработки материалов из технических волокон и очистки литья.
Известна ЭГ установка для обработки сельскохозяйственных продуктов, содержащая корпус с рабочей жидкостью, высоковольтные и низковольтные рабочие электроды, штуцера для подачи и отвода рабочей жидкости из корпуса, а также два сетчатых конвейера, проходящие через корпус. Участки конвейеров, погруженные в рабочую жидкость, расположены параллельно, причем зазор между параллельными участками конвейеров предназначен для помещения в него обрабатываемого материала. Рабочая жидкость подается в ванну через входной штуцер и, проходя в противотоке к обрабатываемому материалу, выходит через выходной штуцер [1]. Недостаток известного устройства состоит в том, что содержащиеся, как правило, в обрабатываемом материале растворимые в рабочей жидкости соединения - пыль, следы минеральных удобрений, растительные кислоты, соль пота животных (при обработке шерсти), попадая в рабочую жидкость, увеличивают ее проводимость. В высокопроводящей жидкости разряд развивается должным образом только при очень коротких расстояниях между рабочими электродами. Поскольку объем зоны действия ЭГ эффекта приблизительно пропорционален кубу межэлектродного расстояния, производительность установки оказывается небольшой, а энергозатраты, напротив, большими.
Наиболее близкой к предложенной является ЭГ установка для выделения металла из шлаков, содержащая заполненный рабочей жидкостью корпус с высоковольтными рабочими электродами, дно которого служит общим низковольтным электродом, примыкающие к торцевым частям корпуса с одной стороны загрузочный бункер для сырья, а с другой - устройство для извлечения
готового продукта, а также устройства для подачи и отвода из корпуса рабочей жидкости, установленные так, что направление потока рабочей жидкости в корпусе противоположно направлению перемещения сырья (обрабатываемого материала) [2]. Поскольку практически любое сырье, а тем более, металлургические шлаки, содержит растворимые в рабочей жидкости соединения, повышающие ее электрическую проводимость, для обеспечения нормальной работы установки приходится непрерывно освежать рабочую жидкость, прокачивая ее через корпус. Опреснение засоленной рабочей жидкости экономически нецелесообразно, ее приходится отводить в сток, и потому установка расходует большое количество свежей рабочей жидкости. Даже если в качестве рабочей жидкости используется вода, большой ее расход вызывает серьезные проблемы, так как очень пресная вода с низкой проводимостью, необходимая для ЭГ установок, имеется далеко не везде.
Технической задачей настоящего предложения является сокращение расхода рабочей жидкости ЭГ установок. Указанная техническая задача достигается тем, что в известную ЭГ установку, содержащую корпус с рабочими электродами и устройства для подачи и отвода из корпуса рабочей жидкости, дополнительно введены ванна с промывочной жидкостью, устройство для удаления промывочной жидкости из обрабатываемого материала и устройство для подачи обезвоженного обрабатываемого материала из ванны в корпус.
Кроме того, с целью упрощения конструкции установки при обработке кусковых материалов, устройство для удаления промывочной жидкости из обрабатываемого материала совмещено с устройством для подачи обезвоженного обрабатываемого материала из ванны в корпус и выполнено в виде ковшового конвейера с проницаемыми для жидкости ковшами, например, выполненными из сетки.
Кроме того, с целью упрощения конструкции установки при обработке волокнистых материалов, устройство для удаления промывочной жидкости из обрабатываемого материала совмещено с устройством для подачи обезвоженного обрабатываемого материала из ванны в корпус и выполнено в виде вращающихся валков.
Кроме того, установка снабжена устройством для подачи отводимой рабочей жидкости в ванну с промывочной жидкостью.
Введение в известную установку ванны с промывочной жидкостью позволяет промывать обрабатываемый материал до его помещения в корпус ЭГ установки, удаляя тем самым большую часть содержащихся в материале растворимых соединений.
Оснащение установки устройством для удаления промывочной жидкости из обрабатываемого материала уменьшает количество промывочной жидкости, попадающей в корпус ЭГ установки. Это увеличивает срок службы рабочей жидкости, то есть сокращает ее расход.
Оснащение установки устройством для подачи обезвоженного обрабатываемого материала из ванны в корпус позволяет осуществить непрерывный процесс обработки без применения ручного труда.
Совмещение в одном устройстве функций удаления промывочной жидкости и подачи обезвоженного материала из ванны в корпус позволяет упростить конструкцию предложенной установки.
Введение в установку устройства для подачи отводимой рабочей жидкости в ванну с промывочной жидкостью позволяет использовать в качестве промывочной жидкости отработавшую рабочую жидкость, которая хотя и не годится уже для использования в качестве рабочей, но еще в состоянии вымывать из обрабатываемого материала растворимые соединения. Это сокращает расход промывочной жидкости и уменьшает объем стоков.
Существо предложения поясняется чертежами.
На фиг.1 в качестве примера конкретного исполнения представлен чертеж ЭГ установки для обработки кусковых материалов, например, для дробления горных пород.
На фиг.2 в качестве другого примера представлен чертеж ЭГ установки для обработки волокнистых материалов, например, льна, конопли или шерсти.
По ходу описания применяются термины «промывочная жидкость» и «рабочая жидкость». «Промывочная жидкость» - это жидкость, которая используется для промывки обрабатываемого материала. «Рабочая жидкость» -это жидкость, в которой непосредственно осуществляется процесс ЭГ обработки, то есть через которую проходят разряды. При осуществлении предложенного способа эти жидкости находятся в разных емкостях (в ванне и корпусе). Чаще всего основой этих жидкостей является вода, но в некоторых случаях, особенно при обработке растительного или животного сырья, могут
использоваться и другие жидкости. Это могут быть водные растворы поверхностно-активных веществ, либо органические растворители: спирты, ароматические углеводороды, хлорорганические соединения и т.п., либо их смеси с водой. Поэтому термин «обезвоживание», в заявке понимается более широко, как удаление любой жидкости, а не только воды, из обрабатываемого материала.
Предложенная ЭГ установки в исполнении для обработки кускового материала 1, с целью его дробления (фиг.1) состоит из промывочного устройства 2 и разрядного устройства 3. Промывочное устройство 2 содержит ванну 4, заполненную промывочной жидкостью 5.
Для извлечения из ванны 4 промытого материала 1, удаления из него промывочной жидкости и подачи его в разрядное устройство 3 служит ковшовый конвейер 6. Для обеспечения удаления промывочной жидкости ковши 7 конвейера 6 выполнены проницаемыми для жидкости, например перфорированными отверстиями 8 или сетчатыми.
К ванне 4 примыкает корпус 9 разрядного устройства 3, заполненный рабочей жидкостью 10. Внутри корпуса установлена дробильная решетка 11, одновременно являющаяся низковольтным электродом дробилки и один или несколько высоковольтных рабочих электродов 12. Для извлечения готового продукта из корпуса 9 служит ковшовый конвейер 13.
Для подачи свежей рабочей жидкости 10 служит труба 14, а для отвода отработавшей рабочей жидкости 10 служит труба 15, присоединенная к входу насоса 16, выход которого соединен через трубу 17 с ванной 4.
Промывочное устройство 2 предложенной ЭГ установки в исполнении для обработки волокнистых материалов (фиг.2) содержит ванну 4 с промывочной жидкостью 5, зубчатые валы 18 для продвижения обрабатываемого материала 7 по ванне 4, валки 19 для извлечения промытого материала 7 из ванны 4 и для удаления из него промывочной жидкости 5.
К ванне 4 примыкает корпус 9 разрядного устройства 3 заполненный рабочей жидкостью 10. На крышке 20 корпуса 9 установлены высоковольтные электроды 12. Низковольтным электродом в этом случае служит дно 27 корпуса 9. Зубчатый вал 22 служит для извлечения обработанного материала из корпуса 9. Для подачи свежей рабочей жидкости 10 служит труба 14, а для отвода
отработавшей рабочей жидкости 10 служит труба 15, присоединенная к входу насоса 16, выход которого соединен через трубу 17 с ванной 4.
В обоих вариантах исполнения предложенной установки ванна 4 оснащается трубой 23 для подачи дополнительной промывочной жидкости 5 и патрубком 24 для отвода отработавшей промывочной жидкости 5.
В конструктивном отношении ванна 4 может быть выполнена как одно целое с корпусом 9 и отделена от него перегородкой, над которой расположены устройства для удаления промывочной жидкости из обрабатываемого материала и для подачи обезвоженного обрабатываемого материала из ванны в корпус.
Предложенная ЭГ установка работает следующим образом.
Ванна 4 через трубу 23 наполняется промывочной жидкостью 5, а корпус 9 через трубу 14 наполняется рабочей жидкостью 10. Обрабатываемый материал 1 помещается в ванну 4 и погружается в промывочную жидкость 5. Для ускорения и повышения качества промывки промывочное устройство 2 может быть дополнительно снабжено устройствами для перемешивания промываемого материала.
После того как, содержащиеся на поверхности обрабатываемого материала растворимые химические соединения, например, пыль, содержащая минеральные удобрения или соль, растворятся в промывочной жидкости 5, обрабатываемый материал 1 извлекают из промывочного устройства посредством ковшового конвейера 6, одновременно удаляя промывочную жидкость 5. Время промывки должно быть достаточным для растворения указанных соединений. Оно уменьшается с повышением температуры промывочной жидкости и с повышением интенсивности перемешивания обрабатываемого материала при промывке. Промывочная жидкость 5 может удаляться за счет того, что сама стекает обратно в ванну 4 через предусмотренные для этого отверстия 8 в ковшах 7 конвейера 6. Если предложенное устройство предназначено для обработки волокнистых материалов (фиг.2), промывочная жидкость 5 может также удаляться посредством отжима промытого обрабатываемого материала 7 между валками 19 или центрифугированием. Благодаря высокой связности пропитанной жидкостью волокнистой массы, валки 19 при вращении непрерывно затягивают в себя промытый волокнистый материал, отжимают его и подают в виде
непрерывной ленты в корпус 9. Таким образом, как ковшовый конвейер с перфорированными ковшами, так и вращающиеся валки выполняют одновременно функции устройства для удаления промывочной жидкости из обрабатываемого материала и подачи обезвоженного обрабатываемого материала из ванны в корпус.
-1
-1
Промытый обрабатываемый материал не требуется обезвоживать досуха. После свободного стекания или отжима между валками содержание промывочной жидкости в обрабатываемом материале становится во много раз меньше того объема рабочей жидкости, которое требуется для ЭГ обработки этого количества материала. Поэтому, смешиваясь с рабочей жидкостью остатки промывочной жидкости, не повышают значительным образом ее проводимости. Экспериментально установлено, что положительный эффект от промывки достигается если удельная проводимость промывочной жидкости не превышает 2·10 (Ом·м).
-2
-1
Далее обрабатываемый материал поступает в разрядное устройство 3, где подвергается ЭГ обработке. Между высоковольтным рабочим электродом 12 и низковольтным прикладывается высокое импульсное напряжение. От конца электрода 12 в рабочей жидкости 10 по направлению к низковольтному электроду 11 или 21 начинают распространяться стримеры. Как только первый из них достигнет низковольтного электрода, в проложенный стримером ионизованный канал устремляется вся энергия импульса, возникает пробой рабочей жидкости, сопровождающийся эффектами, воздействующими на обрабатываемый материал и используемыми в технологических целях. Если электрическая проводимость рабочей жидкости вследствие, ее загрязнения растворимыми веществами превзойдет примерно 7·10 (Ом·м), то количество растущих стримеров окажется настолько велико, что почти вся энергия импульса будет потрачена на их образование. В этом случае пробоя жидкости не произойдет и технологический эффект не будет достигнут, хотя энергия будет израсходована. Поэтому рабочая жидкость нуждается в непрерывном освежении.
Как было установлено экспериментально, отработавшая рабочая жидкость с повышенной проводимостью, еще вполне эффективно может быть использована в качестве промывочной. Поэтому с помощью насоса 16 по
трубам 15 и 16 она перекачивается в ванну 4. Это позволяет сократить потребление промывочной жидкости и общий объем стоков.
Ниже представлен пример использования предложенного устройства для обработки волокон льноволокна с целью его котонизации.
-1
-1
-1
-1
-2
-1
-2
-1
-2
-1
В качестве промывочной и рабочей жидкостей используется вода. Удельная проводимость промывочной воды 5, подаваемой в ванну 4-2·10(Ом·м). После промывки при расходе 20 литров на килограмм материала 1 ее удельная проводимость увеличивается до 3·10 (Ом·м). После удаления основной части промывочной воды посредством отжима материала 1 между валками 18, содержание остатков промывочной воды составляет 2 литра на килограмм сухого материала. При загрузке обезвоженного обрабатываемого материала в корпус 9 с водой проводимостью 1·10 (Ом·м) в количестве 20 литров воды на 1 кг материала проводимость воды увеличивается до 4·10(Ом·м) . Такая вода еще может без замены использоваться в ЭГ установке в течение времени, достаточного для обработки всей загруженной порции материала, который продолжает выделять растворимые вещества в ходе обработки. При этом обеспечивается нормальное развитие искровых пробоев. При помещении в воду с той же проводимостью непромытого материала, ее проводимость возросла бы до 1,1·10 (Ом·м), то есть она стала бы непригодной для ЭГ установки. Ее потребовалось бы либо заменить, либо разбавить свежей водой, то есть осуществить ту же промывку, но более дефицитной жидкостью.
Источники информации:
1. А.с. СССР №298168. Машина для очистки твердых, волокнистых и эластичных материалов. - Л.А.Юткин, Л.И.Гольцова, - Заявлено 23.06.65.
2. Л.А.Юткин. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л.: "Машиностроение", 1986, стр.195.