УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВЯЖУЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2000 года по МПК B02C19/18 

Изобретение относится к области техники и технологий, использующих электронные и ионные пучки для направленного изменения свойств материалов, управления качеством продукции.

Одно из перспективных направлений использования электрической энергии в технологических процессах - электронно-ионная технология (ЭИТ), в основе которой лежит воздействие сильных электрических полей на частицы диспергированного сыпучего материала. ЭИТ обладает рядом несомненных преимуществ перед традиционными видами обработки (механической, химической и другими), в частности непосредственным воздействием электрического поля на сырье без промежуточной трансформации энергии, локальностью и селективностью воздействия при сохранении чистоты исходного материала, отсутствием механического воздействия на материал при обработке, возможностью управления процессами и принципиальной возможностью воздействия на любые виды материалов. Все это указывает на перспективность использования оборудования ЭИТ в цехах и лабораториях современных производств.

Известна установка электростатического обеспыливания /1/, снабженная каналом ввода загрязненного газа, подлежащего очистке, системой коронирующих электродов и электродов-коллекторов, подключенных к источнику высокого напряжения, устройством для стряхивания частиц пыли, осевших на электродах-коллекторах, каналами для удаления частиц пыли и выхода очищенного газа.

Однако в такой установке заряженные частицы пыли, оседая на электроде-коллекторе, теряют заряд и направляются в выходной канал в виде агломератов из прочно сцепленных между собой хлопьев.

Известно устройство тихого разряда, реализующее способ электростатической обработки цемента /2/. Устройство выполнено в виде горизонтального трубопровода призматической формы и состоит из камеры для распыления цемента и камеры заряжения частиц цемента, соединенных между собой посредством подпружиненной гофрированной трубки. К камере заряжения подключен источник питания постоянного и переменного тока. К камере распыления подключен электромагнит с целью реализации камерой колебательных движений. Камера заряжения зерен цемента оборудована двумя чередующимися группами электродов, расположенных в виде компактных батарей и подключенных соответственно с чередованием к источнику постоянного высокого напряжения и к источнику переменного напряжения. Электроды обеих групп выполнены в виде стержней с керамической изоляцией. Цементный порошок в камере распыления превращается в цементно-воздушную смесь, а в камере заряжения подвергается монополярной ионизации и дополнительному встряхиванию переменным электрическим полем, что имеет своим результатом повышение прочности цементно- бетонных изделий.

Однако такое устройство обладает малой пропускной способностью и, следовательно, низкой производительностью, что связано с невозможностью увеличить расстояние между электродами без одновременного ослабления электрического поля, а значит, и снижения эффективности работы устройства. Кроме того, электромеханическое встряхивание, предусмотренное в устройстве, не исключает полностью экранирование электродов частицами цемента, что также снижает эффективность работы устройства. Отрицательное влияние на устойчивость эффекта от электростатической обработки оказывает температура, повышение которой ведет к резкому снижению концентрации ионов в камере заряжения.

В основу изобретения положена задача создания такой конструкции устройства, которая бы обеспечивала повышение эффективности электростатической обработки вяжущего, имеющей своим результатом повышение прочности изделий на основе обработанного вяжущего.

Поставленная задача решается тем, что установка для электростатической обработки вяжущего материала, содержащая расположенные в корпусе зоны распыления и заряжения частиц вяжущего, электроды, подключенные к источнику напряжения, входной и выходной каналы, согласно изобретению снабжена установленными внутри корпуса тремя концентрично расположенными цилиндрическими барабанами, один из которых, средний, выполнен металлическим и подключен к источнику напряжения, а внутренний и наружный выполнены из диэлектрика, средний и наружный барабаны установлены с возможностью вращения, электроды кольцевой формы не изолированы и размещены по всей поверхности наружного барабана, кроме того, на выходе из зоны заряжения в корпусе установлены электропроводные элементы для очистки и заземления электродов, при этом в стенках внутреннего барабана по всей его длине выполнены сквозные полости, а источник напряжения установлен внутри этого барабана.

Для создания однородного электрического поля электроды на поверхности наружного барабана расположены равномерно с шагом, равным 3H/2, где H - высота кольцевого электрода.

Для предохранения электродов от механических повреждений элементы для очистки и заземления кольцевых электродов выполнены мягкими.

Для эффективного охлаждения электродов сквозные полости выполнены сообщающимися, например, с помощью отверстий.

Расположение внутри корпуса установки трех цилиндрических барабанов вышеуказанным образом позволяет добиться того, что все частицы вяжущего, подлежащего обработке, подвергаются воздействию электрического поля, создаваемого между средним металлическим барабаном и кольцевыми электродами источником высокого напряжения, что имеет своим результатом повышение эффективности электростатической обработки вяжущего материала.

Использование неизолированных кольцевых электродов позволяет в пространстве между электродами получить зону монополярного заряжения частиц вяжущего с целью увеличения дисперсности вяжущего материала, что имеет своим результатом ускорение и повышение степени гидратации вяжущего при затворении его водой и как следствие повышение прочности изделий на основе обработанного вяжущего.

Выполнение в стенках внутреннего барабана сквозных полостей позволяет охлаждать электроды посредством пропускания через полости хладагента, например, холодной воды, с целью увеличения количества ионов в межэлектродном промежутке, что имеет своим результатом повышение эффективности работы установки.

Использование электродов кольцевой формы позволяет осуществлять очистку электродов без повреждения последних, очистка же электродов от налипающих на них частиц вяжущего препятствует экранированию (ослаблению) электрического поля.

Известна установка для извлечения веществ и частиц из суспензий и растворов /3/, в которой использован принцип краевого эффекта электродов. Однако работа такого устройства, предназначенного для обработки жидких материалов, будет неэффективна и неприемлима для обработки сыпучего вяжущего, так как конструктивно оба электрода и обрабатываемый материал разделены слоем диэлектрика, ослабляющего электрическое поле.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструкция установки в разрезе перпендикулярно оси вращения барабана; фиг. 2 - конструкция установки в разрезе по оси вращения барабанов.

Установка выполнена в виде горизонтального трубопровода призматической формы, помещаемого над смесителем, и содержит установленные в корпусе 1 концентрично один в другом цилиндрические барабаны: внутренний барабан 2 из диэлектрика, в стенках которого по всей длине выполнены сообщающиеся посредством отверстий 3 сквозные полости 4 для пропускания хладагента, средний металлический барабан 5 и внешний диэлектрический барабан 6. Средний и наружный барабаны соединены между собой с возможностью одновременного вращения и с приводом для вращения барабанов 7. Внутри неподвижного барабана 2 установлен источник напряжения 8, который так же, как и привод 7, подключен в сеть. На всей поверхности барабана 6 перпендикулярно оси его вращения расположены кольцевые электроды 9. Внутри корпуса 1 установлены электропроводные элементы для очистки электродов 10. В верхней части корпуса 1 выполнен входной канал 11, предназначенный для подачи вяжущего, а в нижней части - выходной канал 12 для вывода обработанного вяжущего материала.

Установка работает следующим образом. Исходный материал (вяжущее) через входной канал 11 поступает в зону распыления А. Из зоны А частицы вяжущего под действием гравитационных сил движутся к поверхности барабана 6. Прежде чем частицы вяжущего достигнут поверхности барабана 6, они попадут в зону заряжения Б, создаваемую барабаном 5, который подключен к одному полюсу источника высокого напряжения 8, и заземленными через электропроводные элементы 10 кольцевыми электродами 9. Электрическое поле в зоне Б установки у поверхности наружного барабана 6 создается за счет краевых эффектов кольцевых электродов 9, при этом имеется градиент поля с увеличением интенсивности у поверхности барабана 6. Так как барабан 5, выполняющий роль электрода высокого напряжения, изолирован, а кольцевые электроды 9 не изолированы, то в пространстве между электродами в результате ионизации воздуха образуется большое число ионов одного знака. Эти ионы создают для частиц вяжущего поле униполярной зарядки, проходя через которое поляризованные под действием электрического поля прежде нейтральные частицы вяжущего приобретают избыточный заряд путем захвата ионов зоны Б, то есть заряжаются. Для крупных частиц, каковыми являются частицы вяжущего порошка, основная роль при заряжении принадлежит процессу направленного движения ионов к частице вяжущего под действием сил электрического поля. Затем заряженный дисперсный порошок вяжущего достигает поверхности барабана 6, при повороте которого обработанные частицы вяжущего удаляются с его поверхности либо под действием гравитационных сил, либо механическим путем с помощью элементов 10. Обработанный вяжущий материал удаляется из устройства через выходной канал 12.

Данная установка для электростатической обработки вяжущего материала может быть применена в производстве любых изделий на основе вяжущего (гипса, извести, цемента), например, для жилищного и промышленного строительства, в литейном производстве с целью повышения прочности пресс-форм для литья ювелирных изделий, колес компрессора и т. д.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Ф. Тэнэсеску, Р. Крамарюк. Электростатика в технике. - М.: Энергия, 1980, с.201.

2. Патент РФ N 2073362, С 04 В 40/00, заявл. 6.10.94, опубл. 10.02.97. Способ электростатической обработки цемента.

3. Патент РФ N 2098193, В 03 С 7/06, заявл. 26.07.95, опубл. 10.12.97. Установка для извлечения веществ и частиц из суспензий и растворов.

Изобретение относится к технике и технологиям, использующим электронные и ионные пучки для направленного изменения свойств материалов, управления качеством продукции. Установка для электростатической обработки вяжущего материала содержит расположенные в корпусе зоны распыления и заряжения частиц вяжущего электроды, подключенные к источнику напряжения, входной и выходной каналы. Внутри корпуса установлены три концентрично расположенных цилиндрических барабана, один из которых, средний, выполнен металлическим и подключен к источнику напряжения, а внутренний и наружный выполнены из диэлектрика. Средний и наружный барабаны установлены с возможностью вращения, электроды кольцевой формы не изолированы и размещены по всей поверхности наружного барабана, кроме того, на выходе из зоны заряжения в корпусе установлены электропроводные элементы для очистки и заземления электродов. В стенках внутреннего барабана по всей его длине выполнены сквозные сообщающиеся полости, а источник напряжения установлен внутри этого барабана. Изобретение позволяет повысить эффективность электростатической обработки вяжущего, имеющей своим результатом повышение прочности изделий на основе обработанного вяжущего. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Установка для электростатической обработки вяжущего материала, содержащая расположенные в корпусе зоны распыления и заряжения частиц вяжущего, электроды, подключенные к источнику напряжения, входной и выходной каналы, отличающаяся тем, что она снабжена установленными внутри корпуса тремя концентрично расположенными цилиндрическими барабанами, один из которых, средний, выполнен металлическим и подключен к источнику напряжения, а внутренний и наружный - выполнены из диэлектрика, средний и наружный барабаны установлены с возможностью вращения, электроды кольцевой формы не изолированы и размещены по всей поверхности наружного барабана, кроме того, на выходе из зоны заряжения в корпусе установлены электропроводные элементы для очистки и заземления кольцевых электродов, при этом в стенках внутреннего барабана по всей его длине выполнены сквозные полости, а источник напряжения установлен внутри этого барабана. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что электроды на поверхности наружного барабана расположены равномерно с шагом, равным 3Н/2, где Н - высота кольцевого электрода. 3. Установка по любому из пп.1, 2, отличающаяся тем, что элементы для очистки и заземления кольцевых электродов выполнены мягкими. 4. Установка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что сквозные полости внутреннего барабана выполнены сообщающимися.