ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Предложение относится к оборудованию для обработки различных материалов факторами, сопровождающими мощный электрический разряд в жидкости (электрогидравлический эффект). Оно может использоваться, например, в электрогидравлических (ЭГ) установках для дробления полезных ископаемых, для обработки материалов из технических волокон, для дезинфекции воды и очистки литья.
Известна 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) [1]. Поскольку практически любое сырье, а тем более, металлургические шлаки, содержит растворимые в рабочей жидкости соединения, повышающие ее электрическую 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 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 [2]. Недостаток известного устройства состоит в том, что установка расходует большое количество рабочей жидкости. Содержащиеся 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, что нарушает нормальные условия развития искровых разрядов между электродами. Для обеспечения нормальной работы установки приходится непрерывно освежать рабочую жидкость, прокачивая ее через корпус. Опреснение засоленной рабочей жидкости экономически нецелесообразно и ее приходится отводить в сток. 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. Если же в качестве рабочей жидкости используются, например, моющие составы, то расходы на замену рабочей жидкости оказываются очень велики. Кроме того, возникают проблемы с утилизацией стоков.
Технической задачей настоящего предложения является сокращение расхода рабочей жидкости ЭГ установок.
Технический результат достигается тем, что в известную ЭГ установку для обработки материалов, содержащую корпус с рабочими электродами, устройства для подачи и отвода из корпуса рабочей жидкости, и, по меньшей мере, один сетчатый конвейер для подачи обрабатываемого материала в корпус, дополнительно введены ванна с промывочной жидкостью, расположенная под конвейером, устройство для орошения промывочной жидкостью, расположенное над конвейером ближе к его загрузочной части и имеющее длину, меньшую длины конвейера.
Кроме того, установка дополнительно снабжена устройством для удаления промывочной жидкости из обрабатываемого материала, расположенным вблизи разгрузочного конца конвейера.
Кроме того, устройство для удаления промывочной жидкости из обрабатываемого материала выполнено в виде, по меньшей мере, одного вращающегося валка, установленного над конвейером с зазором по отношению к ленте конвейера.
Кроме того, установка снабжена устройством для подачи отводимой рабочей жидкости в устройство для орошения сетчатой ленты конвейера.
Введение в известную установку устройства для орошения промывочной жидкостью, расположенного над конвейером с сетчатой лентой и предназначенного для подачи обрабатываемого материала в корпус, позволяет промывать обрабатываемый материал до его помещения в рабочую жидкость, заполняющую корпус ЭГ установки, удаляя тем самым большую часть содержащихся в материале растворимых соединений.
Выполнение устройства для орошения с длиной, меньшей длины конвейера и расположение его ближе к загрузочному концу конвейера позволяет удалить большую часть промывочной жидкости, свободно стекающей из обрабатываемого материала сквозь сетчатую ленту конвейера по мере ее продвижения от конца зоны орошения до разгрузочного конца конвейера, что уменьшает количество промывочной жидкости, попадающей в рабочую жидкость ЭГ установки. Это увеличивает срок службы рабочей жидкости, то есть сокращает ее расход.
Помещение под конвейером ванны позволяет собирать промывочную жидкость, просачивающуюся через обрабатываемый материал, находящийся на сетчатой ленте конвейера, и пускать ее в повторный оборот, что сокращает расход промывочной жидкости.
Оснащение установки расположенным вблизи разгрузочного конца конвейера устройством для удаления промывочной жидкости из обрабатываемого материала, интенсифицирует процесс обезвоживания обрабатываемого материала, что позволяет сократить длину части конвейера, расположенную вне зоны орошения.
Введение в установку устройства для подачи отводимой рабочей жидкости в устройство для орошения сетчатой ленты конвейера 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 чертежом, на котором представлено схематическое изображение продольного разреза ЭГ установки.
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 установка для ЭГ обработки материала 1 содержит, по меньшей мере, один конвейер 2, имеющий сетчатую ленту 3, и установленный над ванной 4 с промывочной жидкостью 5. Конвейер 2 может быть установлен горизонтально или с подъемом к разгрузочному концу. Над конвейером, ближе к его загрузочному концу, установлено устройство для орошения 6, выполненное, например, в виде перфорированных труб. Длина устройства для орошения 6 меньше длины конвейера 2, тогда как длина ванны 4 близка к длине конвейера 2. Разгрузочный конец конвейера 2 располагается над открытой сверху загрузочной частью корпуса 7, заполненного рабочей жидкостью 8. На крышке 9 корпуса 7 установлены высоковольтные рабочие электроды 10. В представленном примере конкретного выполнения низковольтным электродом является дно 11 корпуса 7. Для подачи свежих промывочной и рабочей жидкостей 5 и 8 служат трубы 12 и 13 соответственно, а для удаления отработавших жидкостей 5 и 8 - трубы 14 и 15 соответственно. При этом труба 15 присоединена к насосу 16, выход которого соединен трубой 17 с устройством для орошения 6. Этим обеспечивается подача отработавшей рабочей жидкости 8 в устройство для орошения. Для циркуляции промывочной жидкости служит насос 18.
Над конвейером 2, ближе к его разгрузочному концу, установлено устройство для удаления промывочной жидкости из обрабатываемого
материала, посредством отжима, выполненное, например, в виде вращающегося валка 19, установленного с небольшим зазором над сетчатой лентой 3. Такое устройство целесообразно использовать при обработке волокнистых материалов.
Зубчатый вал 20 служит для извлечения обработанного материала из корпуса 7. Для подачи обрабатываемого материала 1 на ленту 3 служит лоток 21, примыкающий к загрузочному концу конвейера 2.
Предложенная ЭГ установка работает следующим образом.
Ванна 4 и корпус 7 по трубам 12 и 13 наполняются промывочной и рабочей жидкостями соответственно. Обрабатываемый материал 1 по лотку 21 подается на сетчатую ленту 3 конвейера 2 и начинает двигаться в направлении корпуса 7. Включается циркуляционный насос 18 и промывочная жидкость 5 начинает подаваться в устройство для орошения 6. Струи промывочной жидкости 5 орошают материал 1. Просачиваясь через слой материала 1, промывочная жидкость пропитывает его, растворяет имеющиеся в нем соли, кислоты и другие растворимые соединения. Далее, промывочная жидкость под действием силы тяжести просачивается через сетчатую ленту 3 и стекает в ванну 4.
Время промывки должно быть достаточным для растворения указанных соединений. Оно уменьшается с повышением температуры промывочной жидкости и с повышением интенсивности орошения. Наибольшая температура промывочной жидкости ограничивается энергетическими соображениями, а также стойкостью обрабатываемого материала к горячей жидкости. Для волокнистых материалов растительного происхождения наибольшая допустимая температура промывочной жидкости составляет приблизительно 50...60°С. Интенсивность орошения, определяемая расходом промывочной жидкости на единицу площади ленты 3, сверху ограничена возрастающим уносом обрабатываемого материала.
После выхода из зоны орошения обрабатываемый материал постепенно освобождается от промывочной жидкости, свободно стекающей с него в ванну 4 через сетку ленты 3. При обработке волокнистых материалов, как это показано на чертеже, процесс их обезвоживания можно ускорить посредством отжима
промытого обрабатываемого материала 1 между валком 19 и лентой 3. Это позволяет уменьшить длину конвейера 2 и установки в целом.
-1
-1
Промытый обрабатываемый материал не требуется обезвоживать досуха. После свободного отекания 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 корпус 7, где подвергается ЭГ обработке. Между высоковольтными рабочими электродами 10 и дном 11 корпуса 7 прикладывается высокое импульсное напряжение. От концов электродов 10 в рабочей жидкости 8 по направлению к дну 11, являющемуся низковольтным электродом, 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.
Обработанный материал 1 удаляется из корпуса 7 устройством, исполнение которого зависит от вида материала. Обладающие высокой связностью волокнистые материалы могут извлекаться из рабочей жидкости посредством зубчатого вала 20.
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 17 она подается в устройство для орошения 6. 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 19 и лентой 3, содержание остатков промывочной воды составляет 2 литра на килограмм сухого материала. При загрузке обезвоженного обрабатываемого материала в корпус 7 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. Л.А.Юткин. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л.: "Машиностроение", 1986, стр.195.
2. А.с. СССР №298168. Машина для очистки твердых, волокнистых и эластичных материалов. - Л.А. Юткин, Л.И. Гольцова, - Заявлено 23.06.65.