RU2436647C1 - Method and device to develop high and ultrahigh pressures in liquid - Google Patents
Method and device to develop high and ultrahigh pressures in liquid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2436647C1 RU2436647C1 RU2010125348/07A RU2010125348A RU2436647C1 RU 2436647 C1 RU2436647 C1 RU 2436647C1 RU 2010125348/07 A RU2010125348/07 A RU 2010125348/07A RU 2010125348 A RU2010125348 A RU 2010125348A RU 2436647 C1 RU2436647 C1 RU 2436647C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- discharge
- liquid
- main
- auxiliary electrode
- Prior art date
Links
Landscapes
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горному и строительному делу, а также экологии и может быть использовано для электрогидравлической обработки различных материалов, в частности дробления и измельчения горных пород, обеззараживания бытовых и промышленных стоков.The invention relates to mining and construction, as well as ecology and can be used for electro-hydraulic processing of various materials, in particular crushing and grinding of rocks, disinfection of domestic and industrial wastewater.
Известен (см. авт. св. СССР №105011, авторы Л.А.Юткин, Л.И.Гольцова, заявл. 15.04.50, №416898, опубл. в 1957 г., БИ №1) способ получения высоких и сверхвысоких давлений в жидкости путем осуществления внутри объема любой проводящей или непроводящей жидкости, находящейся в открытом или закрытом сосуде, специально сформированного импульсного электрического (искрового, кистевого или других форм) разряда. КПД данного способа растет при уменьшении активной (т.е. соприкасающейся с жидкостью) площади положительного электрода и одновременном увеличении активной площади отрицательного электрода, а также при условии максимального сокращения фронта импульса напряжения и укорочения длительности импульса тока, и обеспечении формы импульса тока, близкой к апериодической.Known (see auth. St. USSR No. 105011, authors L.A. Yutkin, L.I. Goltsova, publ. 15.04.50, No. 416898, published in 1957, BI No. 1) a method for producing high and ultrahigh pressure in the liquid by carrying out inside the volume of any conductive or non-conductive liquid located in an open or closed vessel, a specially formed pulsed electric (spark, wrist or other forms) discharge. The efficiency of this method increases with a decrease in the active (i.e., in contact with the liquid) area of the positive electrode and a simultaneous increase in the active area of the negative electrode, as well as subject to a maximum reduction in the voltage pulse front and shortening of the current pulse duration, and providing a current pulse shape close to aperiodic.
Однако данный способ обладает следующими недостатками:However, this method has the following disadvantages:
- в непроводящих жидкостях разряд сопровождается большими предразрядными потерями энергии и имеет большое время запаздывания, соответственно, уменьшаются амплитуда разрядного тока и амплитуда ударной волны;- in non-conductive liquids, the discharge is accompanied by large pre-discharge energy losses and has a large delay time, respectively, the amplitude of the discharge current and the amplitude of the shock wave decrease;
- вследствие «кустообразного или древовидного» характера формирования лидеров у поверхности анода разряд часто развивается не по кратчайшему пути к катоду, а на боковую поверхность корпуса электродной системы. По этой причине сильному ударному воздействию и износу подвергаются анод и изолятор анода, а полезная механическая работа электрического разряда уменьшается.- due to the "bushy or tree-like" nature of the formation of leaders at the surface of the anode, the discharge often develops not along the shortest path to the cathode, but on the side surface of the housing of the electrode system. For this reason, the anode and the insulator of the anode are subjected to severe impact and wear, and the useful mechanical work of the electric discharge is reduced.
Известен также способ получения высоких и сверхвысоких давлений в жидкости (см. авт.св. СССР №161820, авторы Л.А.Юткин, Г.Н.Яссиевич, заявл. 04.10.61, №746837/24-7, опубл. в 1983 г., БИ №20), в котором для повышения КПД преобразования электрической энергии в механическую (устранения роста побочных стримеров и формирования разряда в жидкости одноканальным и строго прямолинейным) осуществляют радиационный поджиг разряда. Для этого, например, на одном из электродов (преимущественно заземленном) устанавливается защищенная капсула с радиоактивным препаратом, создающим в жидкости узкий ионизированный канал в заданном направлении. Получив в свое распоряжение предварительно ионизированный путь, разряд направляется по нему, не затрачивая свою энергию на создание бесполезных побочных стримеров. Все это делает разряд более мощным и строго прямолинейным, а значит, и более длинным, что в совокупности повышает его электроакустический (или электромеханический) КПД.There is also a method of producing high and ultrahigh pressures in a liquid (see Aut. St. USSR No. 161820, authors L.A. Yutkin, G.N. Yassievich, decl. 04.10.61, No. 746837 / 24-7, publ. 1983, BI No. 20), in which radiation ignition of the discharge is performed to increase the efficiency of converting electric energy into mechanical energy (eliminating the growth of secondary streamers and forming a discharge in a liquid with single-channel and strictly rectilinear). For this, for example, on one of the electrodes (mainly grounded) a protected capsule is installed with a radioactive preparation that creates a narrow ionized channel in a liquid in a given direction. Having received at its disposal a pre-ionized path, the discharge is directed along it, without wasting its energy on creating useless side streamers. All this makes the discharge more powerful and strictly straightforward, and therefore longer, which together increases its electro-acoustic (or electromechanical) efficiency.
Недостатком способа получения высоких и сверхвысоких давлений с радиационным поджигом (инициированием) разряда в жидкости является его радиационная опасность для персонала. Вследствие этого способ не вышел до сих пор из стен лабораторий в горную и строительную промышленность.The disadvantage of this method of obtaining high and ultrahigh pressures with radiation ignition (initiation) of a discharge in a liquid is its radiation hazard to personnel. As a result of this, the method has not yet come out of the walls of laboratories in the mining and construction industries.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения высоких и сверхвысоких давлений в жидкости, согласно которому перед основным электрическим разрядом в жидкости осуществляют дополнительные разряды между рабочими электродами и вспомогательными электродами от дополнительного высоковольтного генератора.Closest to the claimed method is a method of obtaining high and ultrahigh pressures in a liquid, according to which, before the main electric discharge in the liquid, additional discharges between the working electrodes and auxiliary electrodes from the additional high-voltage generator are carried out.
Способ-прототип реализован в электрогидравлической установке с управляемым поджигом в воде (см. журнал «Электронная обработка материалов», 1970, №4, с.59-65, рис.1-2), содержащей высоковольтный импульсный конденсатор, управляемый коммутатор и два соосных рабочих электрода, расположенных в воде и образующих основной разрядный промежуток. Оба рабочих электрода выполнены из стальных трубок диаметром 18×14 мм, покрытых снаружи изоляцией из вакуумной резины. Внутри каждого рабочего электрода установлены дополнительные электроды, выполненные в виде стержней и изолированные от рабочих электродов при помощи полиэтиленовой изоляции. Дополнительные электроды-стержни заканчиваются головкой цилиндрической формы. Между дополнительными электродами-стержнями и основным и рабочими электродами-трубками оставлен зазор, удаленный от изоляции основного электрода-трубки на 40 мм. Поджигающие разряды в кольцевых зазорах между основными электродами-трубками и дополнительными электродами-стержнями возбуждаются импульсами напряжения, поступающими от вторичных обмоток одного или двух дополнительных импульсных трансформаторов, первичные обмотки которых соединены с дополнительным высоковольтным конденсатором. Основной разряд в воде и пробой дополнительных поджигающих промежутков на рабочих электродах синхронизируются от отдельного блока синхронизации.The prototype method is implemented in an electro-hydraulic installation with controlled ignition in water (see the journal "Electronic Materials Processing", 1970, No. 4, pp. 59-65, Fig. 1-2), containing a high-voltage pulse capacitor, a controlled switch and two coaxial working electrodes located in water and forming the main discharge gap. Both working electrodes are made of steel tubes with a diameter of 18 × 14 mm, coated on the outside with insulation from vacuum rubber. Inside each working electrode, additional electrodes are installed, made in the form of rods and isolated from the working electrodes using polyethylene insulation. Additional rod electrodes end with a cylindrical head. Between the additional rod electrodes and the main and working tube electrodes, a gap is left, which is 40 mm away from the insulation of the main tube electrode. Ignition discharges in the annular gaps between the main tube electrodes and additional rod electrodes are excited by voltage pulses coming from the secondary windings of one or two additional pulse transformers, the primary windings of which are connected to an additional high-voltage capacitor. The main discharge in water and the breakdown of additional igniting gaps on the working electrodes are synchronized from a separate synchronization unit.
Испытания данной установки-прототипа показали ее преимущества:Tests of this prototype installation showed its advantages:
- канал основного разряда локализован вблизи места возникновения вспомогательного поджигающего разряда, тем самым срок службы изолятора положительного рабочего электрода возрастает очень сильно (с 700 разрядов до 50 тысяч разрядов);- the channel of the main discharge is localized near the place of occurrence of the auxiliary ignition discharge, thereby the service life of the insulator of the positive working electrode increases very much (from 700 discharges to 50 thousand discharges);
- пробой разрядных промежутков в воде длиной более 25 мм осуществляется встречным движением лидеров с положительного и отрицательного рабочих электродов.- breakdown of discharge gaps in water longer than 25 mm is carried out by the oncoming movement of the leaders from the positive and negative working electrodes.
Одновременно испытания способа-прототипа и устройства для его осуществления выявили и их недостатки:At the same time, tests of the prototype method and device for its implementation revealed their disadvantages:
- сложность, громоздкость и дороговизна электрической схемы (практически двойное количество высоковольтных источников энергии с близкими разрядными напряжениями и токами, а также наличие дополнительного блока синхронизации);- the complexity, cumbersomeness and high cost of the electrical circuit (almost double the number of high-voltage energy sources with close discharge voltages and currents, as well as the presence of an additional synchronization unit);
- необходимость жесткой привязки основного токового разряда через воду к вспомогательному поджигающему импульсу на рабочем электроде (при малых ≤10 мкс и больших ≥200 мкс временах задержки основного токового разряда эффект воздействия вспомогательного поджигающего разряда на локализацию - место возникновения основного разряда и на ресурс основного изолятора не проявляется).- the need for a rigid binding of the main current discharge through water to the auxiliary ignition pulse on the working electrode (for small ≤10 μs and large ≥200 μs delay times of the main current discharge, the effect of the auxiliary ignition discharge on localization - the place of the main discharge and the life of the main insulator does not manifested).
При создании настоящего изобретения решалась задача улучшения условий электрического пробоя длинных промежутков в жидкостях, особенно, непроводящих (растворителях, нефтях, маслах и т.п.) без сложных схемных ухищрений и с малыми материальными и финансовыми затратами.When creating the present invention, the problem was solved of improving the electrical breakdown conditions of long gaps in liquids, especially non-conductive ones (solvents, oils, oils, etc.) without complex circuit tricks and with low material and financial costs.
Техническим результатом изобретения является облегчение условий электрического пробоя жидкостей и повышение коэффициента преобразования электрической энергии в энергию ударной волны и скоростного гидропотока.The technical result of the invention is to alleviate the conditions of electrical breakdown of liquids and increase the coefficient of conversion of electrical energy into energy of a shock wave and high-speed hydraulic flow.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения высоких и сверхвысоких давлений в жидкости, заключающемся в осуществлении внутри объема жидкости, находящейся в открытом водоеме или закрытом резервуаре, предварительного электрического разряда, по крайней мере, между одним из рабочих электродов и вспомогательным электродом и последующего основного импульсного электрического разряда между двумя рабочими электродами, новым является то, что предварительный разряд осуществляют в виде электрической короны постоянного или переменного напряжения.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of obtaining high and ultrahigh pressures in a liquid, which consists in the implementation of a preliminary volume discharge of at least one of the working electrodes and an auxiliary electrode inside a volume of liquid in an open reservoir or a closed tank subsequent main pulsed electrical discharge between the two working electrodes, new is that the preliminary discharge is carried out in the form of an electric core us direct or alternating voltage.
Кроме того, полярность напряжения короны (напряжения на вспомогательном электроде) устанавливается противоположной напряжению основного электрического разряда.In addition, the polarity of the corona voltage (voltage at the auxiliary electrode) is set opposite to the voltage of the main electric discharge.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной электрогидравлической установке, содержащей высоковольтный импульсный конденсатор или конденсаторную батарею, управляемый или неуправляемый коммутатор и два основных рабочих электрода, расположенных в открытом водоеме или закрытом резервуаре с жидкостью, при этом, по меньшей мере, в одном из рабочих электродов установлен вспомогательный электрод, изолированный от основного электрода, новым является то, что между вспомогательным электродом и основным рабочим электродом включен источник высокого постоянного или переменного напряжения.The specified technical result is achieved by the fact that in a known electro-hydraulic installation containing a high-voltage pulse capacitor or capacitor bank, a controlled or uncontrolled switch and two main working electrodes located in an open reservoir or a closed reservoir with liquid, at least in one of working electrodes installed auxiliary electrode isolated from the main electrode, new is that between the auxiliary electrode and the main working electrode m included a source of high DC or AC voltage.
Кроме того, полярность напряжения предварительного коронирующего разряда короны (напряжения на вспомогательном электроде) установлена противоположной напряжению основного электрического разряда; один из основных рабочих электродов выполнен в виде металлического сосуда или резервуара с жидкостью, а вспомогательный электрод установлен на дне сосуда или резервуара с жидкостью; полярность напряжения (потенциала) на вспомогательном электроде установлена отрицательной.In addition, the polarity of the voltage of the preliminary corona discharge of the corona (voltage at the auxiliary electrode) is set opposite to the voltage of the main electric discharge; one of the main working electrodes is made in the form of a metal vessel or reservoir with liquid, and an auxiliary electrode is installed at the bottom of the vessel or reservoir with liquid; the polarity of the voltage (potential) at the auxiliary electrode is set to negative.
Включение источника высокого постоянного и отрицательного напряжения между вспомогательным электродом и первым основным, например, заземленным рабочим электродом:The inclusion of a source of high constant and negative voltage between the auxiliary electrode and the first main, for example, a grounded working electrode:
- обеспечивает поставку в воду от источника постоянного и отрицательного напряжения при токе короны, например, 0,1 А·сек примерно 6·1017 электронов·сек (заряд электрона е=1,602·10-19 Кл), для которых вода подобна вакууму и которые без потерь будут перемещаться к положительному рабочему электроду, формируя так называемые лучистые стримеры и определяя возможность пробоя длинных (до 50-80 мм) промежутков;- provides a supply of constant and negative voltage to the water at a corona current of, for example, 0.1 A · sec for about 6 · 10 17 electrons · sec (electron charge e = 1.602 · 10 -19 C), for which water is similar to vacuum and which without loss will move to the positive working electrode, forming the so-called radiant streamers and determining the possibility of breakdown of long (up to 50-80 mm) gaps;
- создает в воде, где практически существуют только два вида ионов (положительные H+ и отрицательные ОН-), противоположные условия для ионов разных знаков: нейтральные атомы и ионы ОН-, легко получая новые заряды от источника постоянного отрицательного напряжения, насыщают межэлектродное пространство и, имея подвижность примерно в 100 раз выше, чем подвижность положительных ионов (это справедливо практически для всех жидкостей), быстро передвигаются в направлении к аноду и активно разряжаются, но не на сам, почти весь изолированный положительный электрод, а преимущественно на растущий от положительного электрода стример. Вследствие этого стример продвигается строго в направлении отрицательного (заземленного) электрода и прорастает на значительные расстояния. При этом всемерно затрудняются условия образования новых ионов Н+ и одновременно облегчаются условия их разрядки (см. книгу Л.А.Юткин «Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности». Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1986).- creating in water, where practically there are only two kinds of ions (positive H + and negative OH -), the opposite conditions for ions of opposite signs: neutral atoms and ions OH -, easily yielding new charges from the DC negative voltage, saturated interelectrode space and having a mobility of about 100 times higher than the mobility of positive ions (this is true for almost all liquids), they quickly move towards the anode and are actively discharged, but not by themselves, they will put almost the entire isolated solid electrode, and mainly on the streamer growing from the positive electrode. As a result of this, the streamer advances strictly in the direction of the negative (grounded) electrode and grows over considerable distances. At the same time, the conditions for the formation of new H + ions are impeded in every way and, at the same time, the conditions for their discharge are facilitated (see the book by L. A. Yutkin, “The Electro-Hydraulic Effect and Its Application in Industry.” L .: Engineering, Leningrad Branch, 1986).
В результате такой искусственной асимметрии электрических полей и зарядов в воде стример прорастет дальше, разряд получается длиннее, меньше будут потери энергии на электропроводность и выше электромеханический КПД разряда.As a result of such artificial asymmetry of electric fields and charges in water, the streamer will grow further, the discharge will be longer, there will be less energy loss due to electrical conductivity and higher electromechanical discharge efficiency.
Количественный сдвиг ионного равновесия в сторону преобладания ионов ОН- в воде допустим действием закона Кольрауша, тем более, что этот закон справедлив не только для межэлектродного промежутка, но и в остальном объеме жидкости, где заряд ионов преимущественно противоположен и положителен (состоит ионов Н+).Quantitative shift the ionic equilibria toward the predominance of OH - ions in water assume action law Kohlrausch, moreover, that this law is valid not only for the electrode gap, but in the remaining volume of the liquid in which the charge of ions preferably opposite and positive (consists of ions H +) .
Включение источника высокого постоянного и отрицательного напряжения между вспомогательным электродом и вторым основным, например, положительным электродом обеспечивает локализацию основного канала разряда (анодного пятна) в месте возникновения вспомогательного пробоя (короны). Тем самым, анодное пятно и канал основного разряда отодвигается от «тройной» точки - границы раздела изолятора с водой и анодом. Вследствие этого, термическое и ударное воздействия на изолятор положительного электрода - анода ослабляются и срок службы изолятора положительного рабочего электрода резко возрастает.The inclusion of a source of high constant and negative voltage between the auxiliary electrode and the second main, for example, positive electrode, provides localization of the main discharge channel (anode spot) at the site of the auxiliary breakdown (corona). Thus, the anode spot and the channel of the main discharge moves away from the “triple” point — the interface between the insulator and water and the anode. As a result of this, the thermal and impact effects on the positive electrode - anode insulator are weakened and the service life of the positive working electrode insulator increases dramatically.
Включение между вспомогательным электродом и одним из основных электродов источника высокого переменного напряжения обеспечивает образование вблизи вспомогательного инициирующего электрода за счет локального разогрева жидкости или электролиза жидкости пузырьков газа, которые вследствие действия выталкивающей силы и основного электрического поля (скорость движения пузырьков в электрическом поле совпадает со скоростью движения ионов) всплывают вверх к положительному электроду и образуют «мостик» газовых пузырьков между анодом и катодом. По этому газовому «мостику» (время «жизни» газовых пузырьков в жидкости примерно равно 5 с, что больше периода срабатывания генератора - периода подачи на анод высоковольтных импульсов напряжения) и происходит главный электрический разряд (см. книгу Ушаков В.Я., Климкин В.М., Коробейников С.М., Лопатин В.В. Пробой жидкостей при импульсном напряжении / под ред. проф. В.Я.Ушакова. - Томск: Изд-во НТЛ, 2005).The inclusion of a source of high alternating voltage between the auxiliary electrode and one of the main electrodes ensures the formation of gas bubbles near the auxiliary initiating electrode due to local heating of the liquid or electrolysis of the liquid, which due to the buoyancy force and the main electric field (the speed of bubbles in the electric field coincides with the speed of movement ions) float up to the positive electrode and form a “bridge” of gas bubbles between the anode and atodom. On this gas “bridge” (the “life” time of gas bubbles in a liquid is approximately 5 s, which is longer than the generator’s response period — the period of applying high voltage voltage pulses to the anode) and the main electric discharge occurs (see the book Ushakov V.Ya., Klimkin V.M., Korobeynikov S.M., Lopatin V.V. Breakdown of liquids at a pulsed voltage / edited by Prof. V.Ya. Ushakova. - Tomsk: NTL Publishing House, 2005).
Таким образом, с применением предлагаемого способа разряды в непроводящих жидкостях: в пресной воде и углеводородных жидкостях (керосине, нефтях, маслах и т.п.) становятся при равных параметрах основного электрического поля в несколько раз длиннее или осуществляются при меньшем напряжении (со средним градиентом около 1 кВ/см по длине рабочего искрового промежутка). А так как с повышением основного напряжения градиент электрического поля нелинейно падает, то предлагаемый способ позволяет при напряжениях в несколько сотен киловольт получать в воде многометровые разряды. Кроме того, для основного разряда эти благоприятные условия реализуются в жидкости без каких-либо устройств синхронизации. Заявляемый способ весьма простой и надежный и может быть реализован в электрогидравлических установках для дробления и переизмельчения горных пород, а также для обеззараживания загрязненных и токсичных жидкостей.Thus, using the proposed method, discharges in non-conductive liquids: in fresh water and hydrocarbon liquids (kerosene, oils, oils, etc.) become at equal parameters of the main electric field several times longer or are carried out at a lower voltage (with an average gradient) about 1 kV / cm along the length of the working spark gap). And since with an increase in the main voltage, the gradient of the electric field decreases nonlinearly, the proposed method allows to obtain multimeter discharges in water at voltages of several hundred kilovolts. In addition, for the main discharge, these favorable conditions are realized in a liquid without any synchronization devices. The inventive method is very simple and reliable and can be implemented in electro-hydraulic plants for crushing and regrinding of rocks, as well as for disinfection of contaminated and toxic liquids.
Предлагаемый способ и устройство для его осуществления в научно-технической и патентной литературе не обнаружены, что свидетельствует об их новизне и изобретательском уровне.The proposed method and device for its implementation in the scientific, technical and patent literature are not found, which indicates their novelty and inventive step.
Заявляемый способ включает в себя следующие операции:The inventive method includes the following operations:
а) изготавливают два рабочих электрода, при этом, по крайней мере, внутри одного из рабочих электродов, который выполнен трубчатым, устанавливают вспомогательный, например, стержневой электрод, изолированный от рабочего электрода;a) make two working electrodes, while at least inside one of the working electrodes, which is made tubular, install an auxiliary, for example, a rod electrode isolated from the working electrode;
в) погружают рабочие электроды в сосуд или резервуар с жидкостью или суспензией воды и руды;c) immersing the working electrodes in a vessel or reservoir with a liquid or suspension of water and ore;
б) присоединяют к вспомогательному и одному из основных электродов источник высокого постоянного или переменного напряжения,b) attach to the auxiliary and one of the main electrodes a source of high constant or alternating voltage,
г) присоединяют рабочие электроды к высоковольтной конденсаторной батарее или генератору импульсных напряжений;d) attach the working electrodes to a high voltage capacitor bank or a pulse voltage generator;
д) включают сначала источник высокого постоянного или переменного напряжения и создают между вспомогательным электродом и одним из рабочих электродов предварительный коронирующий разряд;e) first turn on a source of high constant or alternating voltage and create a preliminary corona discharge between the auxiliary electrode and one of the working electrodes;
е) включают затем генератор импульсных напряжений и создают между рабочими электродами основной электрический разряд, который обогащается электронами от предварительного коронирующего разряда и проходит по воде или другой жидкости строго к заземленному рабочему электроду, при этом от канала разряда в воде отходят мощная ударная волна и скоростной гидропоток, которые выполняют механическую работу, например, по дроблению и переизмельчению кусков руды или по уничтожению болезнетворных бактерий и микроорганизмов, находящихся в жидкости.f) then turn on the pulse voltage generator and create a main electric discharge between the working electrodes, which is enriched with electrons from the preliminary corona discharge and passes through water or another liquid strictly to the grounded working electrode, while a powerful shock wave and high-speed hydraulic flow leave the discharge channel in the water that do mechanical work, such as crushing and regrinding pieces of ore or destroying pathogenic bacteria and microorganisms in the liquid .
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема электрогидравлической установки для реализации заявляемого способа.The drawing shows a circuit diagram of an electro-hydraulic installation for implementing the proposed method.
Электрогидравлическая установка содержит высоковольтную конденсаторную батарею 1, коммутатор 2, высоковольтный стержневой электрод - анод 3 с изолятором 4, металлический бак 5 с диэлектрической или металлической крышкой 6. Высоковольтный электрод - анод 3 с изолятором 4 пропущен через отверстие в крышке 6 бака. Бак 5 заполнен сточной водой 7 (или другой жидкостью, например смесью полисульфидной руды с водой). Дно металлического бака 5 играет роль второго заземленного электрода - катода. В дне бака 6 выполнено отверстие или закреплен штуцер 8, в котором установлен вспомогательный электрод 9 с изолятором 10. Вспомогательный электрод 8 выполнен, например, в виде вольфрамовой иглы. К вспомогательному электроду 9 и дну бака 5 подключен посредством высоковольтного кабеля источник высокого постоянного или переменного напряжения 11, питание на который поступает от промышленной электросети.The electro-hydraulic installation contains a high-voltage capacitor bank 1, a switch 2, a high-voltage rod electrode — anode 3 with an insulator 4, a metal tank 5 with a dielectric or metal cover 6. A high-voltage electrode — anode 3 with an insulator 4, is passed through an opening in the tank cover 6. The tank 5 is filled with waste water 7 (or another liquid, for example, a mixture of polysulfide ore with water). The bottom of the metal tank 5 plays the role of a second grounded electrode - the cathode. A hole is made in the bottom of the tank 6 or a fitting 8 is fixed in which an auxiliary electrode 9 with an insulator 10 is installed. The auxiliary electrode 8 is made, for example, in the form of a tungsten needle. To the auxiliary electrode 9 and the bottom of the tank 5 is connected via a high-voltage cable a source of high constant or alternating voltage 11, the power of which is supplied from an industrial mains.
В качестве источника 11 высокого постоянного или переменного напряжения могут применяться высоковольтные устройства для испытания кабелей, например: компактная испытательная установка PGK 50 австрийской фирмы BAUR, которая формирует напряжение отрицательной полярности амплитудой до 50 кВ и выходным током до 25 мА и имеет выходной высоковольтный кабель длиной 4 м, или установка для испытания кабелей VLF-25 CMF американской фирмы High Voltage, которая формирует переменное напряжение частотой 0,1 Гц и амплитудой 25 кВ и снабжена высоковольтным экранированным кабелем длиной 6 м (см. www.electropribor.ru).As a source 11 of high direct or alternating voltage, high-voltage cable testing devices can be used, for example: the compact test unit PGK 50 of the Austrian company BAUR, which generates a voltage of negative polarity with an amplitude of up to 50 kV and an output current of up to 25 mA and has an output high-voltage cable with a length of 4 m, or the installation for testing cables VLF-25 CMF of the American company High Voltage, which generates an alternating voltage of 0.1 Hz and an amplitude of 25 kV and is equipped with a high-voltage shielded m cable length of 6 m (cm. www.electropribor.ru).
В качестве источника высокого переменного напряжения могут также выступать автомобильная катушка зажигания или строчный трансформатор от телевизора, которые работают в диапазоне напряжений до 25 кВ и с частотой следования импульсов от 1 до 20 кГц.A high-voltage alternating voltage source can also be an automobile ignition coil or a horizontal transformer from a TV set, which operate in the voltage range up to 25 kV and with a pulse repetition rate of 1 to 20 kHz.
Электрогидравлическая установка работает следующим образом. Перед началом работы в металлический бак 5 загружается исходное сырье, например куски полисульфидной или полиметаллической руды, и заливается техническая вода, являющаяся рабочей средой 7. Затем бак 5 закрывается и через крышку 6 бака пропускается высоковольтный электрод - анод 3 с изолятором 4. После этого включается источник высокого постоянного напряжения 11 и на вспомогательный электрод 9 подается постоянное напряжение отрицательной полярности и амплитудой от 15 до 50 кВ. Между вспомогательным электродом 9 и металлическим дном бака 5 образуется корона постоянного напряжения. Ее тока не хватает для дугового разряда, но поставка электронов в воду достаточна (например, при выходном токе источника высокого напряжения 1-5 мА в воду поступает поток электронов (6-30)·1015 электронов·сек). Т.е. вода в межэлектродном промежутке обогащается ионами ОН-. Далее включается коммутатор 2 и от конденсаторной батареи 1 на основной высоковольтный электрод - анод 3 поступает импульс напряжения положительной полярности и амплитудой 30-50 кВ. Между основным высоковольтным электродом - анодом 3 и заземленным дном бака - катодом 5 возникает резко неоднородное электрическое поле с максимумом в районе острия основного электрода - анода 3. Такая асимметрия поля создает в области между основным высоковольтным электродом 3 и заземленным дном бака 5 благоприятные условия для быстрой нейтрализации ионов H+ и перемещения по жидкости ионов OH-. Ионы H+ легко разряжаются на обширный заземленный 5 и отрицательный 9 поджигающий электроды, тогда как образование новых ионов Н+ при минимальной неизолированной поверхности положительного электрода 3 очень затруднено. В результате происходит резкое уменьшение общего числа ионов Н+ в объеме между рабочими электродами 3 и 5. Реакция жидкости в этом объеме становится щелочной. В то же время, нейтральные атомы и ионы ОН-, легко получая новые заряды от обширного (большого по площади) заземленного электрода - катода (металлического бака) 5 и коронирующего отрицательного электрода 9, насыщают межэлектродное пространство, быстро передвигаются в направлении анода 3 и активно разряжаются, но не на сам, почти весь изолированный положительный электрод 3, а преимущественно на растущий от положительного электрода 3 стример, своего рода «выдвижной» положительный электрод, вследствие чего он и прорастает на значительные расстояния, определяя сверхдлинный канал искрового разряда при данных параметрах импульса высокого напряжения. В момент касания стримером заземленного дна бака 5 начинается главный разряд конденсаторной батареи 1. В воде образуется длинный и сильноточный канал разряда. Ввод энергии в канал разряда сопровождается быстрым разогревом воды и образованием в ней паро-газового пузыря. Расширяющийся канал разряда порождает волну сжатия или ударную волну, а парогазовая полость - гидродинамические возмущения в виде скоростного гидропотока. Ударная волна и скоростной гидропоток, проходя через куски руды, разрушают последние на множество более мелких осколков и выщелачивают их. Отраженные от стенок бака ударные волны дополнительно перемешивают и переизмельчают слои руды. В течение примерно часа осуществляются повторные электрические разряды и измельчение кусков руды до требуемых размеров.Electro-hydraulic installation operates as follows. Before starting work, a metal tank 5 is loaded with raw materials, for example, pieces of polysulfide or polymetallic ore, and industrial water is poured, which is the working medium 7. Then the tank 5 is closed and a high-voltage electrode is passed through the tank cover 6 - anode 3 with an insulator 4. Then it turns on a source of high DC voltage 11 and a DC voltage of negative polarity and an amplitude of 15 to 50 kV is supplied to the auxiliary electrode 9. Between the auxiliary electrode 9 and the metal bottom of the tank 5, a DC crown is formed. Its current is not enough for an arc discharge, but the supply of electrons to water is sufficient (for example, at an output current of a high voltage source of 1-5 mA, a stream of electrons (6-30) · 10 15 electrons · sec enters the water). Those. water in the interelectrode gap is enriched with OH - ions. Next, switch 2 is turned on and from the capacitor bank 1 to the main high-voltage electrode - anode 3 receives a voltage pulse of positive polarity and an amplitude of 30-50 kV. A sharply inhomogeneous electric field arises between the main high-voltage electrode — anode 3 and the grounded bottom of the tank — cathode 5 with a maximum in the region of the tip of the main electrode — anode 3. Such an asymmetry of the field creates favorable conditions in the region between the main high-voltage electrode 3 and the grounded bottom of tank 5 neutralization of H + ions and movement of OH - ions through a liquid. H + ions are easily discharged to an extensive grounded 5 and negative 9 ignition electrodes, while the formation of new H + ions with a minimal uninsulated surface of the positive electrode 3 is very difficult. As a result, there is a sharp decrease in the total number of H + ions in the volume between the working electrodes 3 and 5. The reaction of the liquid in this volume becomes alkaline. At the same time, the neutral atoms and ions OH -, easily yielding new charges from extensive (large area) of the ground electrode - the cathode (the metal tank) 5 and corona negative electrode 9, saturated interelectrode space, move rapidly in the direction of the anode 3 and the active almost the entire isolated positive electrode 3 is discharged, but not by itself, but mainly by the streamer growing from the positive electrode 3, a kind of “retractable” positive electrode, as a result of which it grows to significant sizes oyaniya, defining a spark discharge extra long data channel with the parameters of the high voltage pulse. At the moment the streamer touches the grounded bottom of the tank 5, the main discharge of the capacitor bank 1 begins. A long and high-current discharge channel is formed in the water. The input of energy into the discharge channel is accompanied by rapid heating of the water and the formation of a vapor-gas bubble in it. An expanding discharge channel generates a compression wave or a shock wave, and a gas-vapor cavity produces hydrodynamic perturbations in the form of a high-speed hydraulic flow. The shock wave and high-speed hydroflow, passing through pieces of ore, destroy the latter into many smaller fragments and leach them. The shock waves reflected from the walls of the tank additionally mix and crush the layers of ore. Within about an hour, repeated electrical discharges and grinding of pieces of ore to the required size are carried out.
Таким образом, с применением предлагаемого способа разряды в непроводящих жидкостях: в пресной воде и углеводородных жидкостях - керосине, нефтях, маслах и т.п. становятся при равных параметрах основного электрического поля в несколько раз длиннее или осуществляются при меньшем основном напряжении (со средним градиентом около 1 кВ/см по длине рабочего искрового промежутка). С повышением основного напряжения градиент нелинейно падает, что позволяет при напряжениях в несколько сотен киловольт получать в воде многометровые разряды.Thus, using the proposed method, discharges in non-conductive liquids: in fresh water and hydrocarbon liquids - kerosene, oils, oils, etc. when equal parameters of the main electric field are several times longer or are carried out at a lower main voltage (with an average gradient of about 1 kV / cm along the length of the working spark gap). As the main voltage increases, the gradient decreases nonlinearly, which makes it possible to obtain multimeter discharges in water at voltages of several hundred kilovolts.
Кроме того, заявляемый способ более простой и надежный (только один высоковольтный источник энергии и никакого дополнительного блока синхронизации) и может быть реализован в любых электрофизических лабораториях и заводских цехах. Энергии на предварительную электрическую корону тратится мало по сравнению с энергией основной конденсаторной батареи.In addition, the inventive method is simpler and more reliable (only one high-voltage power source and no additional synchronization unit) and can be implemented in any electrophysical laboratories and factory floors. Little energy is spent on the preliminary electric corona in comparison with the energy of the main capacitor bank.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010125348/07A RU2436647C1 (en) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | Method and device to develop high and ultrahigh pressures in liquid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010125348/07A RU2436647C1 (en) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | Method and device to develop high and ultrahigh pressures in liquid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2436647C1 true RU2436647C1 (en) | 2011-12-20 |
Family
ID=45404279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010125348/07A RU2436647C1 (en) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | Method and device to develop high and ultrahigh pressures in liquid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2436647C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2496091C1 (en) * | 2012-05-30 | 2013-10-20 | Федеральное казенное предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (ФКП "НИИ "Геодезия") | Method of extracting fuses from small arms cartridge cases |
| MD1236Y (en) * | 2017-06-13 | 2018-02-28 | Институт Энергетики Академии Наук Молдовы | Process for producing heat using an electric-arc discharge |
| RU2796856C1 (en) * | 2022-03-29 | 2023-05-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственная компания РИТМ" | Method for electrodynamic processing of viscous liquids, emulsions, suspensions and device for its implementation |
-
2010
- 2010-06-22 RU RU2010125348/07A patent/RU2436647C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Электродная обработка материалов, 1970, №4, с.59-65, рис.1-2. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2496091C1 (en) * | 2012-05-30 | 2013-10-20 | Федеральное казенное предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (ФКП "НИИ "Геодезия") | Method of extracting fuses from small arms cartridge cases |
| MD1236Y (en) * | 2017-06-13 | 2018-02-28 | Институт Энергетики Академии Наук Молдовы | Process for producing heat using an electric-arc discharge |
| RU2796856C1 (en) * | 2022-03-29 | 2023-05-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственная компания РИТМ" | Method for electrodynamic processing of viscous liquids, emulsions, suspensions and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2004277317B2 (en) | Assembly of an electrodynamic fractionating unit | |
| US10160668B2 (en) | Device and method for treating organic-material-containing water | |
| US9840427B2 (en) | Low-temperature underwater plasma generating device | |
| Inoue et al. | Concrete recycling by pulsed power discharge inside concrete | |
| EP2347484B1 (en) | Induction switch | |
| RU2436647C1 (en) | Method and device to develop high and ultrahigh pressures in liquid | |
| Zhu et al. | The research on the pulsed arc electrohydraulic discharge and its application in treatment of the ballast water | |
| KR101214441B1 (en) | Apparatus of spark discharge for water cleaning | |
| CN212018093U (en) | Underwater high-voltage pulse discharging crushing device | |
| RU2340081C1 (en) | Submerged electrical-discharge generator | |
| Korotkov et al. | Installation for air cleaning from organic impurities by plasma formed by barrier discharge of nanosecond duration | |
| RU187270U1 (en) | PULSE NEUTRON GENERATOR | |
| CN103517879B (en) | For removing the equipment of microorganism in water, organic and chemical pollutant | |
| US11608474B2 (en) | System and method for the separation of oil/water emulsions by electrocoalescence | |
| Kozáková et al. | Generation of dc pin-hole discharges in liquids: comparison of discharge breakdown in diaphragm and capillary configuration | |
| RU2526947C1 (en) | Multicomponent product destruction method | |
| RU2013135C1 (en) | High voltage electrode for electric pulse material destruction | |
| SU1741900A1 (en) | High-voltage electrode for electrical pulse destruction of solid materials | |
| RU2383391C1 (en) | Device for processing of materials containing noble metals | |
| RU2034657C1 (en) | Electric pulse crusher | |
| Kanaeva et al. | A high-voltage pulse generator for electric-discharge technologies | |
| RU2806425C1 (en) | Installation for selective disintegration of materials | |
| RU159571U1 (en) | DEVICE FOR DESTRUCTION OF CYLINDRICAL REINFORCED CONCRETE PRODUCTS | |
| RU2660597C1 (en) | High-voltage pulse generator for electric discharge technologies | |
| Yan et al. | Study on the influence of the electrode model on discharge characteristics in High-voltage Pulsed Deplugging Technology |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120623 |