RU2037261C1

RU2037261C1 - Electrohydrodynamic pump-supercharger

Info

Publication number: RU2037261C1
Application number: RU92006114A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Иванович Бумагин; Аревшад Апетович Вартанян; Герберт Александрович Ефремов; Владимир Александрович Модестов; Вячеслав Иванович Скориков
Original assignee: Геннадий Иванович Бумагин; Аревшад Апетович Вартанян; Герберт Александрович Ефремов; Владимир Александрович Модестов; Вячеслав Иванович Скориков
Priority date: 1992-11-13
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1995-06-09

Abstract

FIELD: handling of dielectric fluids. SUBSTANCE: pump has needle-type emitter and collector electrodes and intermediate element made of material possessing dielectric properties with through holes forming flow channel of pump. Channel sections in intermediate element and in collector electrode form elliptical working chamber. Conducting diaphragm is mounted on end of collector electrode. EFFECT: improved design. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электродинамическим преобразователям энергии и может быть использовано для перекачивания диэлектрических жидкостей и сжатых газов или смесей газов с дисперсными жидкими или твердыми частицами в энергетике, криогенной технике, химической и газовой промышленности, нефтяном машиностроении и других отраслях народного хозяйства. The invention relates to electrodynamic energy converters and can be used for pumping dielectric liquids and compressed gases or gas mixtures with dispersed liquid or solid particles in the energy sector, cryogenic technology, chemical and gas industry, petroleum engineering and other sectors of the national economy.

Известен ЭГД-насос-нагнетатель, содержащий канал с диэлектрическими стенками, в котором по ходу движения жидкости (под жидкостью подразумеваются и газы) размещены эмиттерный и коллекторный электроды (эмиттер и коллектор) с различной внешней и внутренней поверхностями, между которыми подключен источник высокого напряжения [1]
В таком ЭГД-преобразователе в качестве рабочего тела могут быть использованы диэлектрические жидкости, в том числе криогенные, газы, влажный пар, смеси газов с дисперсными или жидкими или твердыми частицами. При подключении источника высокого напряжения и подаче определенного напряжения между электродами возникает коронный разряд или разряд "подобный коронному" в капельных жидкостях, в результате чего рабочее тело ионизируется и межэлектродное пространство заполняется униполярным пространственным зарядом со знаком потенциала на эмиттере. Под действием приложенного электрического поля и поля пространственного заряда образовавшийся униполярный заряд (ионы), направляется от эмиттера к коллектору. В результате вязкостного взаимодействия заряженных частиц с основной нейтральной массой рабочее тело перемещается по направлению к коллектору. Потенциальная энергия зарядов переходит в кинетическую энергию потока, которая затем на выходе из коллектора преобразуется в потенциальную энергию давления.Known EHD pump-supercharger, containing a channel with dielectric walls, in which along the direction of the fluid (also referred to as gases) are emitter and collector electrodes (emitter and collector) with different external and internal surfaces, between which a high voltage source is connected [ 1]
In such an EHD converter, dielectric liquids, including cryogenic ones, gases, wet steam, gas mixtures with dispersed or liquid or solid particles can be used as a working fluid. When a high voltage source is connected and a certain voltage is applied between the electrodes, a corona discharge or a corona-like discharge occurs in droplet liquids, as a result of which the working fluid is ionized and the interelectrode space is filled with a unipolar space charge with a potential sign on the emitter. Under the action of the applied electric field and the space charge field, the formed unipolar charge (ions) is directed from the emitter to the collector. As a result of the viscous interaction of charged particles with the main neutral mass, the working fluid moves towards the collector. The potential energy of the charges passes into the kinetic energy of the flow, which is then converted to potential pressure energy at the outlet of the collector.

Основным недостатком такого ЭГД-нагнетателя-насоса является низкая пробойная напряженность электрического поля в данной рабочей жидкости, которая ограничивает его расходно-напорные характеристики. The main disadvantage of such an EHD pump is a low breakdown electric field strength in a given working fluid, which limits its flow-pressure characteristics.

Известна конструкция жидкостного диэлектрического насоса [2] прототип, имеющая пару сетчатых (многоканальных) параллельно расположенных электродов, один из которых имеет множество заостренных окончаний, выдвинутых в направлении потока от впуска к выпуску, второй электрод определяет поверхности, расположенные на расстоянии напротив заостренных окончаний. A known design of a liquid dielectric pump [2] is a prototype having a pair of mesh (multi-channel) parallel electrodes, one of which has many pointed ends extended in the direction of flow from the inlet to the outlet, the second electrode defines surfaces located at a distance opposite the pointed ends.

Недостатками указанной конструкции являются низкие напорно-расходные характеристики из-за повышенных местных гидравлических сопротивлений, возникающих при движении жидкости от заостренного окончания к выпускному отверстию через конический канал, и снижение производительности ступеней в случае их последовательного соединения из-за неполной деионизации рабочего тела. The disadvantages of this design are low pressure-flow characteristics due to the increased local hydraulic resistance that occurs when the fluid moves from a pointed end to the outlet through a conical channel, and a decrease in the performance of the steps if they are connected in series due to incomplete deionization of the working fluid.

При движении жидкости от иглы эмиттера к конусному каналу коллектора в зоне между окончанием иглы и внутренней поверхностью конуса образуется тороидальный пространственный вихрь, наличие и расположение которого в канале определяет местное гидравлическое сопротивление. Расход жидкости определяется проходным сечением между вихрем и внутренней поверхностью коллектора, которое для конической формы канала коллектора сильно ограничено. When fluid moves from the emitter needle to the cone channel of the collector, a toroidal spatial vortex is formed in the zone between the tip of the needle and the inner surface of the cone, the presence and location of which in the channel determines the local hydraulic resistance. The fluid flow rate is determined by the cross section between the vortex and the inner surface of the collector, which is very limited for the conical shape of the collector channel.

Ионизированная жидкость, проходя по каналу коллектора и контактируя с его стенками, частично разряжается (деионизируется). Из-за относительно небольшой протяженности коллекторного канала и больших времен релаксации объемного заряда в диэлектрических жидкостях полной деионизации рабочего тела не происходит, что отражается на работе последующих ступеней ЭГД-нагнетателя. Неразрядившиеся частицы жидкости, имеющие заряд того же знака, что и потенциал на эмиттере следующей ступени, будут от него отталкиваться, что приведет к возникновению обратных потоков, снижающих производительность последовательно соединенных ступеней и, следовательно, КПД устройства. Увеличение длины канала коллектора с целью повышения степени рекомбинации зарядов приведет к росту габаритов и массы ЭГД-нагнетателя. The ionized liquid, passing through the channel of the collector and in contact with its walls, is partially discharged (deionized). Due to the relatively small length of the collector channel and the large relaxation times of the space charge in dielectric liquids, complete deionization of the working fluid does not occur, which affects the operation of subsequent stages of the EHD supercharger. Non-discharged liquid particles having a charge of the same sign as the potential on the emitter of the next stage will repel from it, which will lead to the appearance of reverse flows that reduce the performance of series-connected stages and, therefore, the efficiency of the device. An increase in the length of the collector channel in order to increase the degree of recombination of charges will lead to an increase in the dimensions and mass of the EHD supercharger.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение расходно-напорных характеристик за счет снижения местных гидросопротивлений и профилирования внутренней поверхности канала, образованного электродами и промежуточным элементом, где образуется коронный разряд, создающий оптимальное электрическое поле. The objective of the proposed technical solution is to increase the flow-pressure characteristics by reducing local hydraulic resistance and profiling the inner surface of the channel formed by the electrodes and the intermediate element, where a corona discharge is created, creating the optimal electric field.

Данный технический результат достигается тем, что в ЭГД-нагнетатель-насосе, содержащем корпус с выполненным в нем каналом, состоящим из его участков в последовательно установленных эмиттерном игольчатом электроде, промежуточном элементе из материала с диэлектрическими свойствами и коллекторном электроде, при этом эмиттерный игольчатый электрод и коллекторный электрод соединены с источником высокого напряжения, причем часть канала между эмиттерным игольчатым электродом и коллекторным электродом включает участок в промежуточном элементе и формирующий участок в коллекторном электроде, согласно изобретению участок канала в промежуточном элементе совместно с формирующим участком коллекторного электрода образует рабочую камеру, внутренняя поверхность которой выполнена в форме эллипсоида и на выходном торце коллекторного электрода установлена электропроводящая диафрагма. This technical result is achieved by the fact that in the EHD-supercharger-pump, comprising a housing with a channel made therein, consisting of its sections in series mounted emitter needle electrode, an intermediate element of a material with dielectric properties and a collector electrode, while the emitter needle electrode and the collector electrode is connected to a high voltage source, and part of the channel between the emitter needle electrode and the collector electrode includes a section in the intermediate ele ment and the forming section in the collector electrode, according to the invention, the channel section in the intermediate element together with the forming section of the collector electrode forms a working chamber, the inner surface of which is made in the form of an ellipsoid and an electrically conductive diaphragm is installed at the output end of the collector electrode.

Выбор формы эллипсоида отношение большой и малой полуосей определяется, исходя из заданных расходно-напорных характеристик. The choice of the shape of the ellipsoid, the ratio of the major and minor axes is determined based on the specified flow-pressure characteristics.

В частности, для получения максимального напора (при нулевом расходе) форма канала должна быть сферической, а острие иглы эмиттера должно находиться в центре этой сферы. In particular, to obtain maximum pressure (at zero flow), the channel shape should be spherical, and the tip of the emitter needle should be in the center of this sphere.

Для получения больших расходов жидкости поверхность канала должна вытягиваться в направлении движения жидкости. To obtain large liquid flow rates, the channel surface should be stretched in the direction of fluid movement.

В качестве диафрагмы может быть использован сетчатый элемент. A mesh element may be used as the diaphragm.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1. In FIG. 1 shows the proposed device, a General view; in FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. 1.

Устройство состоит из корпуса 1 с выполненным в нем каналом, который формируют эмиттерный игольчатый электрод 3, промежуточный элемент 4 и коллекторный электрод 5 с электропроводящей диафрагмой 6 и источником высокого напряжения (ИВН) 7. The device consists of a housing 1 with a channel made in it, which form an emitter needle electrode 3, an intermediate element 4 and a collector electrode 5 with an electrically conductive diaphragm 6 and a high voltage source (IVN) 7.

Устройство работает следующим образом. Канал 2 ЭГД-нагнетателя-насоса заполняется рабочей жидкостью и от ИВН 7 подается высокий электрический потенциал на эмиттерный электрод 2, а корпус 1 и коллекторный электрод 3 заземляются. При достижении разности потенциалов, равной напряжению зажигания коронного разряда, в канале между иглой эмиттера и коллектором образуется униполярный пространственный заряд со знаком потенциала на эмиттере, который движется к внутренней поверхности коллектора и в результате вязкостного взаимодействия с жидкостью увлекает ее в канал эмиттера. При этом тороидальный вихрь, образующийся в пространстве между иглой эмиттера и внутренней поверхностью коллектора, обтекается потоком жидкости с меньшим гидросопротивлением за счет увеличения проходного сечения между вихрем и внутренней поверхностью канала. The device operates as follows. Channel 2 of the EHD-supercharger-pump is filled with a working fluid and a high electric potential is supplied from the IVN 7 to the emitter electrode 2, and the housing 1 and the collector electrode 3 are grounded. When the potential difference is equal to the ignition voltage of the corona discharge, a unipolar space charge is formed in the channel between the emitter needle and the collector with a potential sign on the emitter, which moves to the inner surface of the collector and carries it into the emitter channel as a result of viscous interaction with the liquid. In this case, a toroidal vortex formed in the space between the emitter needle and the inner surface of the collector is surrounded by a fluid flow with lower hydroresistance due to an increase in the cross section between the vortex and the inner surface of the channel.

Ионизированная жидкость, протекая через электропроводящую диафрагму 6, имеющую потенциал коллектора, практически полностью нейтрализуется за счет увеличения площади контакта с поверхностью и за счет уменьшения времени релаксации. An ionized liquid flowing through an electrically conductive diaphragm 6 having a collector potential is almost completely neutralized by increasing the area of contact with the surface and by reducing the relaxation time.

В настоящее время созданы ЭГД-нагнетатели-насосы с внедренными предлагаемыми техническими решениями с характеристиками:
для жидкости МПС 1,5 р, максимальный напор 0,4 кгс/см², максимальный расход 8 см³/с;
для бензина марки АИ-93 максимальный напор 0,3 кгс/см², максимальный расход 7 см³/с.Currently created EHD-pumps-pumps with implemented proposed technical solutions with the following characteristics:
for MPS fluid 1.5 r, maximum pressure 0.4 kgf / cm ² , maximum flow rate 8 cm ³ / s;
for gasoline grade AI-93, the maximum pressure is 0.3 kgf / cm ² , the maximum flow rate is 7 cm ³ / s.

Коэффициент полезного действия в обоих случаях до 30% Efficiency in both cases up to 30%

Claims

1. EHD-SUPERCHARGER-PUMP, comprising a housing with a channel made therein, consisting of its sections in a sequentially mounted emitter needle electrode, an intermediate element of a material with dielectric properties and a collector electrode, while the emitter needle and collector electrodes are connected to a high voltage source moreover, part of the channel between the emitter needle electrode and the collector electrode includes a section in the intermediate element and a forming section in the collector electrode, characterized in that the channel section in the intermediate element together with the forming section of the collector electrode forms a working chamber, the inner surface of which is made in the form of an ellipsoid.

2. The EHD-supercharger-pump according to claim 1, characterized in that an electrically conductive diaphragm is installed at the output end of the collector electrode.