ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2001 года по МПК B08B9/00 B08B9/04 

Изобретение относится к электроразрядным устройствам и может быть использовано для разрушения отложений, проведения технологических работ по ремонту, восстановлению и очистке скважин, трубного оборудования различных теплообменных установок, котлоагрегатов, водонагревателей, холодильников и т. д. в теплоэнергетике, металлургии, на химических, нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих и др. предприятиях, осуществляющих эксплуатацию различных систем трубопроводов и для создания импульсных нагрузок.

Известно электроразрядное устройство для очистки скважин, трубопроводов и т. д. , содержащее генератор импульсов тока, кабель, корпус с коническими отражателями, положительный и отрицательный электроды, соосно размещенные внутри этого корпуса. Причем положительный электрод, расположенный в центре верхней крышки, изолирован от корпуса и соединен с положительным выходом генератора импульсов тока, а отрицательный электрод, расположенный в центре нижней крышки, соединен с корпусом и отрицательным выходом генератора. Корпус с электродами и коническими отражателями вместе с кабелями подвешивается на тросе и помещается в очищаемую трубу (SU, A, 575147).

У данного устройства имеются следующие недостатки:
- работа устройства сопровождается повышенной опасностью для обслуживающего персонала, возникновением различных перенапряжений и наводок, которые могут привести к сбоям в работе окружающего электрооборудования;
- воздействие многократных электрических импульсов и импульсов давления (электрогидравлических импульсов) приводит к преждевременному разрушению высоковольтной изоляции положительного электрода, не обладающей достаточной электрической и механической прочностью;
- значительные габариты и сложное конструктивное исполнение устройства не позволяет использовать его для очистки труб с небольшим внутренним диаметром;
- необходимость использования троса для перемещения корпуса с электродами из-за малой разрывной прочности кабеля;
- устройство неэффективно при использовании для очистки сильно загрязненных труб, так как разрушение происходит в зоне между корпусом с разрядниками и трубой и не происходит в зоне перед корпусом;
- при работе в осложненных условиях часто возникают прихваты устройства в трубе, заклинивание продуктами разрушения, сложно добиться прохождения устройства в местах резких перегибов в сильно изогнутых трубах;
- перемещение устройства вдоль трубы при его работе сопровождается значительным износом изоляции токопроводящих жил высоковольтного кабеля продуктами разрушения отложений, значительными механическими нагрузками изоляции.

Известно также устройство для очистки труб, содержащее источник импульсного тока, разрядный контур, включающий в себя положительный электрод, выполненный в виде оголенной части жилы кабеля, очищаемую от загрязнения трубу, выполняющую роль второго электрода, кабель для соединения выхода источника импульсного тока с положительным электродом и жилы, соединяющие отрицательный выход источника с трубой и заземлением (WO 91/01183).

Это устройство отличается от предыдущего устройства тем, что корпус с электродами и коническими отражателями, кабель и трос заменены одножильным кабелем, оголенная часть жилы которого выполняет функцию одного электрода, а очищаемая труба другого электрода.

Устройство имеет следующие недостатки:
- оно не содержит элементы, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала и защиту устройства от перенапряжении и наведенных потенциалов, достигающих величин, превышающих электрическую прочность изоляции;
- использование очищаемой трубы в качестве одного из электродов приводит к тому, что плазменные струи, образующиеся в устье канала разряда при многократных пробоях, вызывают значительный эрозионный износ внутренней поверхности этой трубы, что может привести к нарушению сплошности, особенно в случаях очистки тонкостенных, выполненных из цветного металла труб;
- без принятия специальных мер накопление объемного заряда в изоляции положительного электрода и ударные нагрузки приводят к ускоренному и преждевременному ее разрушению. Изоляция высоковольтного рабочего кабеля до всей длине в процессе очистки подвергается повышенному абразивному износу продуктами разрушения отложений.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для очистки внутренней поверхности полого изделия, которое содержит генератор импульсов, выполненный в виде высоковольтного источника, емкостного накопителя, разрядный промежуток (электронный ключ), узел управления генератором и гидроударный преобразователь, представляющий собой систему электродов, связанную кабелем с генератором импульсов (RU, 2110338).

В этом устройстве по прототипу с целью обеспечения безопасности обслуживающего персонала путем снижения вероятности появления высокого напряжения на корпусе устройства при ухудшении проводимости заземляющих генератор цепей имеются источник контрольного тока, измеритель величины контрольного тока и пороговый элемент, при этом один выход источника контрольного тока выполнен с емкостной связью с фазами питающей сети, второй выход источника контрольного тока связан с первым выходом измерителя величины контрольного тока, второй вход которого соединен с корпусом генератора импульсов разрядного тока, выход измерителя величины контрольного тока связан с входом порогового элемента, а выход порогового элемента связан с входом узла управления генератора импульсов разрядного тока.

Недостатками устройства по прототипу являются низкий уровень защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током, от воздействия электромагнитного излучения, сложность и трудоемкость осуществления технологического процесса.

В данном устройстве защита от появления высокого напряжения срабатывает при нарушении цепи, заземляющей генератор импульсов, защитное устройство имеет сложную конструкцию, не обладает достаточным для безопасности быстродействием и не обеспечивает выполнение своих функций при появлении перенапряжений и наведенных потенциалов, возникающих в других случаях.

Работа устройства по прототипу сопровождается созданием в окружающей среде высокочастотных помех, повышенных наведенных потенциалов, возникновением больших перенапряжений в источнике импульсов, что приводит к выходу из строя как окружающего электронного и электрооборудования, так и электрооборудования самой установки, и повышенному высокочастотному электромагнитному излучению.

При длительном воздействии электромагнитные поля могут вызвать состояние дискомфорта у обслуживающего персонала и привести к нарушениям техники безопасности.

В случае выхода из строя отдельных узлов устройства, пробоя изоляции, нарушения правил эксплуатации и т.д. появление таких факторов, как неконтролируемое изменение выходных параметров, перенапряжения, повышенные наведенные потенциалы, высокие остаточные напряжения, могут привести к непредсказуемым действиям обслуживающего персонала и возможности его поражения электрическим током.

Кроме того, указанное устройство не обеспечивает высокой эффективности процесса очистки, так как не обладает возможностью оперативного и быстрого регулирования режимных параметров в широких пределах непосредственно при осуществлении технологического процесса.

Задача выбора оптимального сочетания режимных параметров работы электроразрядного устройства (разрядное напряжение, энергия импульсов, частота следования разрядов), обеспечивающих эффективность, при необходимости проведения работ на различных объектах может быть решена только в том случае, если обеспечена возможность плавного регулирования выходных амплитудно-частотных характеристик этого устройства в широких пределах.

Система электродов, выполненная по прототипу (в виде конца высоковольтного кабеля или разрядной головки), не обладает достаточной электрической и механической прочностью; воздействие ударных нагрузок, электрических импульсов, скоростных гидропотоков, накопление объемных зарядов приводят к преждевременному разрушению электродов, большим затратам времени на их восстановление.

Кроме того, процесс очистки сопровождается абразивным износом изоляции кабеля частицами разрушенных отложений, прихватами кабеля, заклиниванием его продуктами разрушения, что приводит к значительным повреждениям высоковольтной изоляции по всей длине кабеля и снижению электробезопасности.

При очистке длинных трубопроводов по схеме прототипа за счет роста полного сопротивления кабеля и увеличения индуктивности разрядного контура увеличиваются потери энергии, что приводит к снижению производительности и росту энергоемкости процесса очистки.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания такого электроразрядного устройства для очистки внутренних и внешних поверхностей полых изделий и создания импульсных нагрузок, конструкция которого одновременно позволила бы как повысить уровень безопасности и эффективности технологического процесса очистки, так и обеспечить высокую надежность работы всех элементов устройства.

Поставленная задача решается тем, что электроразрядное устройство для очистки поверхностей полых изделий, включающее блок питания и автоматики, генератор импульсов, высоковольтный источник которого своим входом связан с блоком питания и автоматики, а выходом с помощью зарядного контура с емкостным накопителем энергии генератора импульсов, высоковольтный выход емкостного накопителя энергии которого через рабочий разрядный промежуток подключен к высоковольтному выходу генератора импульсов, а низковольтный выход к низковольтному выходу генератора импульсов, который заземляется на рабочий заземлитель и разрядный контур, состоящий из рабочей системы электродов и кабеля, связывающего рабочую систему электродов с выходами генератора импульсов, дополнительно содержит цепь, связывающую блок питания и автоматики с защитным заземлителем и низковольтным выходом генератора импульсов и снабжено защитным разрядным промежутком, блоком автоматического защитного отключения, блоком регулировки рабочего разрядного промежутка, блоком регулировки защитного разрядного промежутка, причем защитный разрядный промежуток связан с блоком автоматического защитного отключения, который в свою очередь связан с блоком питания и автоматики, при этом зазоры защитного разрядного промежутка всегда больше зазора рабочего разрядного промежутка. Причем блок автоматического защитного отключения дополнительно содержит узел снятия остаточного заряда и высоковольтной электромагнитной блокировки, связанный с блоком питания и автоматики, в качестве блока автоматического защитного отключения применен импульсный магнитный индуктор, содержащий высоковольтную электромагнитную катушку и токопроводящий подвижный возвратный элемент, механически связанный с электрическими контактами, управляющими работой блока питания и автоматики, блок питания и автоматики содержит токоограничивающий элемент, выполненный в виде дросселя с варьируемой индуктивностью, регулятор, управляющий токоограничивающим элементом, и блокировку, отключающую блок питания и автоматики при выходе из строя токоограничивающего элемента; токоограничивающий элемент выполнен в виде дросселя с подмагничиванием; блок питания и автоматики дополнительно содержит узел подавления сетевых помех и защиты от наведенных потенциалов, зарядный контур выполнен в виде высоковольтных зарядных индуктивностей; полое изделие дополнительно заземлено на рабочий заземлитель и соединено с низковольтным выходом генератора импульсов; устройство дополнительно содержит блок подачи кабеля и системы электродов, содержащий привод, барабан и полый упругий элемент, соединяющий барабан и полость очищаемого полого изделия; блок подачи кабеля и системы электродов содержит дополнительные разрядные промежутки, разрядный контур выполнен в виде гибкого коаксиального экранированного высокочастотного кабеля, центральная жила которого с одной стороны соединена с высоковольтным выходом, а экран с низковольтным выводом генератора импульсов, а с другой стороны центральная жила кабеля и экран образуют систему рабочих электродов, коаксиальный кабель оснащен защитной металлической оболочкой, а часть высоковольтной изоляции, воспринимающая разрушающие нагрузки, выполнена из эластичного материала, а между внутренней поверхностью этой части изоляции и высоковольтным электродом имеется зазор; экран выполнен в виде конструкции из плетенной стальной проволоки; устройство оснащено дополнительным блоком дистанционного управления, управляющим работой генератора импульсов и связанным с блоком питания и автоматики; блок дистанционного управления дополнительно содержит регулятор частоты следования разрядов, связанный с токоограничивающим элементом, в качестве емкостного накопителя энергии применяют один или несколько высоковольтных импульсных конденсаторов с твердыми и жидкими диэлектриками, близкими к неполярным.

Только такое техническое решение, наличие дополнительных блоков и элементов устройства и такое их сочетание позволяет обеспечить положительный эффект, заключающийся в достижении необходимого уровня безопасности, гарантированной эксплуатационной надежности и эффективности устройства.

Исключение любого из предложенных блоков или элементов из состава устройства неизбежно повлечет снижение его безопасности, надежности и эффективности.

Дополнительная цепь, связывающая блок питания и автоматики с защитным заземлителем и низковольтным выходом генератора импульсов, наличие дополнительного защитного заземлителя позволяют значительно упростить конструкцию устройства путем устранения многочисленных элементов, обеспечивающих в устройстве по прототипу снижение вероятности появления высокого напряжения на корпусе генератора импульсов и, кроме того, позволяют с необходимым для этих целей быстродействием обеспечить защиту от повышенных напряжений, возникающих при нарушение цепи, заземляющей генератор импульсов.

Наличие защитного разрядного промежутка, блока автоматического защитного отключения в случае выхода из строя элементов заявленного устройства, возникновения аварийных ситуаций и повышенных перенапряжений позволит с помощью блока питания и автоматики полностью обесточить генератор импульсов и все устройство в целом.

Для быстрой оперативной настройки режимных параметров работы устройства - энергии импульсов, частоты их следования, настройки уровня срабатывания блока автоматического защитного отключения, обеспечения необходимого соответствия между зазорами разрядных промежутков используют блок регулировки защитного разрядного промежутка и блок регулировки рабочего разрядного промежутка.

Наличие дополнительного узла, обеспечивающего снятие остаточного заряда и высоковольтную электромагнитную блокировку, в блоке автоматического защитного отключения позволяет разряжать емкостной накопитель энергии в режиме, обеспечивающем необходимый характер разряда, как при любом отключении генератора импульсов в случае аварийной ситуации, так и в случае срабатывания защитного разрядного промежутка, осуществить полную блокировку включения высоковольтного источника в тех случаях, когда это необходимо.

По сравнению с известными устройствами применение в качестве блока автоматического защитного отключения импульсного магнитного индуктора, содержащего высоковольтную электромагнитную катушку и подвижный токопроводящий возвратный элемент, механически связанный с электрическими контактами, управляющими работой блока питания и автоматики, позволяет с высокой надежностью и стабильностью осуществлять управление блоком питания и автоматики на всех режимных параметрах, любом уровне разрядного напряжения и энергии импульсов без дополнительной настройки на эти режимы.

Кроме того, такое техническое решение обеспечивает работу автоматического защитного отключения без использования какого- либо источника питания и обладает достаточно большой скоростью срабатывания, необходимой для работы подобных устройств, имеет минимальное количество подвижных механических элементов и может быть использовано в других электрофизических устройствах, работающих на повышенных напряжениях.

Выполнение токоограничивающего элемента в виде дросселя с варьируемой индуктивностью позволяет значительно снизить массогабаритные характеристики этого элемента, повысить КПД процесса зарядки емкостного накопителя энергии, а при совместном с регулятором применении может обеспечить изменение частоты следования разрядов с точностью до одного Гц.

Наличие блокировки, срабатывающей при выходе из строя токоограничивающего элемента, позволит избежать неконтролируемого повышения частоты следования импульсов и перенапряжения на высоковольтном источнике питания, которые могут привести к выходу его из строя.

Токоограничивающий элемент, выполненный в виде дросселя с подмагничиванием, обеспечивает более точную настойку на необходимый режим очистки, что позволяет избежать нежелательного превышения допустимых нагрузок на полое изделие.

Включение узла подавления помех и защиты от наведенных потенциалов в состав блока питания и автоматики позволяет на базе известных технических решений (использование L и C фильтров, разделительных трансформаторов, защитных разрядников, питания цепей управления напряжением не более 12 В и т.д.) значительно снизить влияние нежелательных факторов, таких как импульсные помехи, переходные процессы, возникающие в низковольтных силовых и измерительных цепях, приводящие к значительным перенапряжениям и т.д., на работу как самого устройства, так и окружающего электрооборудования.

Использование в качестве зарядного контура высоковольтных зарядных индуктивностей способствует повышению КПД процесса зарядки емкостного накопителя энергии и выполняет защитные функции для высоковольтного источника питания при возникновении высокочастотных импульсных перенапряжений.

Способ выполнения заземлений, включающий, помимо заземления генератора импульсов и использования защитного заземлителя, еще и заземление полого изделия (объекта очистки), на рабочий заземлитель и соединение его с низковольтным выходом генератора импульсов уменьшает индуктивность заземляющих контуров, их площадь, величину их активного сопротивления, позволяет не только снизить перенапряжения, распространяющиеся в низковольтные силовые цепи, за счет выноса потенциалов с этих контуров, но и обеспечивает дополнительную защиту от появления высоких напряжений на корпусе устройства.

Для создания возможности механизации и автоматизации процесса подачи и перемещения кабеля и системы электродов в очищаемых полостях, защиты изоляции кабеля от механических повреждений, исключения необходимости ручной подачи кабеля, которая предусматривает выполнение повышенных требований электробезопасности, служит блок подачи кабеля и системы электродов, содержащий привод, барабан и полый упругий элемент, соединяющий барабан и очищаемое полое изделие.

По сравнению с известными техническими решениями использование дополнительных разрядных промежутков в блоке подачи кабеля и системы электродов обеспечивает передачу энергии от генератора импульсов и упрощает конструкцию блока. Кроме того, дополнительные разрядные промежутки выполняют еще и функцию обострителей, улучшающих токовременные характеристики разряда, повышая тем самым эффективность процесса разрушения.

Выполнение разрядного контура в виде гибкого коаксиального экранированного высокочастотного кабеля, центральная жила которого с одной стороны соединена с высоковольтным выходом, а экран с низковольтным выводом генератора импульсов, обеспечивает значительное снижение индуктивности этого контура, его площади и полного сопротивления, индуктированных перенапряжений на контурах, электрически не связанных с разрядным контуром генератора импульсов (низковольтные силовые цепи и цепи управления), уровня напряженности электромагнитного излучения, генерируемого протекающими в разрядном контуре импульсами токов высокой амплитуды.

Использование коаксиального экранированного кабеля позволяет значительно повысить скорость ввода энергии; сократить потери энергии, доставляемой к системе электродов; снизить влияние протяженности кабеля на крутизну переднего фронта разрядного тока, в случае очистки протяженных трубопроводов; значительно снизить эрозионный износ очищаемых полых изделий плазменными струями канала разряда; производить очистку полых изделий небольших сечений, изделий, имеющих резкие изгибы и сильную изогнутость.

Оснащение коаксиального кабеля защитной металлической оболочкой, выполнение части высоковольтной изоляции, воспринимающей разрушающие нагрузки из эластичного материала, наличие зазора между внутренней поверхностью этой части и высоковольтным электродом, а также выполнение экрана в виде конструкции из стальной плетенной проволоки, обеспечивает следующее: разрушение происходит в зоне перед электродами, заклинивание кабеля и абразивное воздействие продуктов разрушения отложений не приводят к нарушению высоковольтной изоляции, повышение электрической и механической прочности высоковольтной изоляции электродов и кабеля по всей длине, увеличение разрывной прочности кабеля, отказ от использования троса для перемещения системы электродов.

Дополнительный блок дистанционного управления с регулятором частоты следования разрядов позволяет добиться возможности оперативной и быстрой регулировки частоты следования разрядов непосредственно при осуществлении процесса очистки, повысить эффективность управления этим процессом.

Высокая частота повторения импульсов (> 3 Гц) в режиме колебательного разряда с высокой амплитудой разрядного тока требует использования фольговых пропитанных конденсаторов с твердым диэлектриком (полимерная пленка), близким к неполярным, пропитанным неполярной жидкостью с высокой электрической прочностью и газостойкостью.

В отличии от импульсных конденсаторов с металлизированным диэлектриком и высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь, работающими только в режиме апериодического разряда и в режиме с низкой частотой, для избежания теплового пробоя, только использование импульсных конденсаторов с твердым и жидким диэлектриками, близкими к неполярным, в качестве емкостного накопителя энергии позволяет достичь необходимой надежности и обеспечивает значительный уровень рабочего ресурса.

В последующем изобретение поясняется подробным описанием вариантов осуществления электроразрядного устройства и его работу со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает блок-схему электоразрядного устройства для очистки поверхностей полых изделий, согласно изобретению;
фиг. 2 - вариант выполнения согласно изобретению элемента 10 на фиг. 1.

Предложенное электроразрядное устройство для очистки поверхностей полых изделий содержит блок питания и автоматики 1, генератор импульсов 2, высоковольтный источник 3 которого своим входом связан с блоком питания и автоматики 1, а выходом с помощью зарядного контура 4 с емкостным накопителем энергии 5 генератора импульсов 2, высоковольтный выход емкостного накопителя энергии 5 через рабочий разрядный промежуток 6 подключен к высоковольтному выходу генератора импульсов 7, а низковольтный выход к низковольтному выходу генератора импульсов 8, который заземляется на рабочий заземлитель 9 и разрядный контур, состоящий из рабочей системы электродов 11, 12 и кабеля 10, связывающего рабочую систему электродов с выходами генератора импульсов 7, 8, причем устройство дополнительно содержит цепь 13, 14, связывающую блок питания и автоматики 1 с защитным заземлителем 15 и низковольтным выходом генератора импульсов 8, снабжено защитным разрядным промежутком 16, блоком автоматического защитного отключения 17, блоком регулировки рабочего разрядного промежутка 18, блоком регулировки защитного разрядного промежутка 19, причем защитный разрядный промежуток 16 связан с блоком автоматического защитного отключения 17, который в свою очередь связан с блоком питания и автоматики 1, при этом зазор защитного разрядного промежутка 16 всегда больше, чем зазор рабочего разрядного промежутка 6.

При работе предлагаемого устройства полое изделие 30, подлежащее очистке, погружают в рабочую жидкость, например техническую воду, или заполняют, или промывают этой жидкостью, размещают в нем кабель 10 с рабочей системой электродов 11, 12. С помощью регулятора 18 выбирают необходимый режим очистки (энергию импульсов), а регулятором 19 - необходимый уровень срабатывания блока автоматического защитного отключения 17. Включают блок питания и автоматики 1, подключенный к сети переменного тока 31. Высоковольтный источник 3, получая питание от блока питания и автоматики 1, через зарядный контур 4 производит зарядку емкостного накопителя энергии 5 до уровня энергии, выставленного с помощью регулятора 18, при этом происходит срабатывание рабочего разрядного промежутка 6, формирование высоковольтного импульса, который с помощью разрядного контура передается к системе электродов 11, 12. Воздействие высоковольтных импульсов на промежуток между этими электродами, заполненный рабочей жидкостью, приводит к развитию порогазовой полости, гидроудара, скоростных гидропотоков, кавитационных явлений, упругих колебаний высокой интенсивности, приводящих к разрушению и диспергированию отложений как на внутренних, так и на внешних поверхностях полого изделия.

При нарушении цепи, заземляющей генератор импульсов 2 и связывающей его низковольтный выход 8 и рабочий заземлитель 9, произойдет отключение блока 1, устраняя тем самым возможность появления высокого напряжения на корпусе генератора импульсов 2.

Такое отключение осуществляется за счет изменения проводимости между контактами, связывающими защитный заземлитель 15 и низковольтный выход 8, с использованием известных технических решений.

В случае возникновения перенапряжений, обусловленных выходом из строя, повреждениями элементов устройства или аварийным режимом, происходит пробой защитного разрядного промежутка 16, формирование высоковольтного импульса, под воздействием которого срабатывает блок автоматического защитного отключения 17, связанный с ним блок питания автоматики 1 и отключается все устройство в целом.

Одновременно с этим дополнительный узел снятия остаточного заряда и высоковольтной электромагнитной блокировки 20 осуществляют разрядку емкостного накопителя энергии 5 в необходимом для этих целей режиме, например, через специальное разрядное сопротивление. Причем разрядка емкостного накопителя энергии 5 происходит как при срабатывании защитного разрядного промежутка, так и при любом отключении генератора импульсов 2, а блокирование включения высоковольтного источника 3 происходит при пробое промежутка 16 либо в случае поступления сигнала с блока питания автоматики 1.

Работа блока автоматического защитного отключения 17, основанная на применении импульсного магнитного индуктора, содержащего электромагнитную катушку, токопроводящий элемент и электрические контакты, осуществляется следующим образом. Высоковольтный импульс, сформированный в защитном разрядном промежутке 16, воздействуя на электромагнитную катушку, приводит к созданию импульсного магнитного поля, которое индуцирует вихревые токи в токопроводящем элементе, за счет взаимодействия импульсного магнитного поля с вихревыми токами в этом элементе, последний получает импульс силы и, перемещаясь, с помощью механической связи вызывает срабатывание электрических контактов, управляющих работой блока питания и автоматики 1, после чего возвращается в исходное положение.

Для управления частотой следования электрических импульсов в блоке питания и автоматики 1 в качестве токоограничивающего элемента 21 использован дроссель с варьируемой индуктивностью. Изменение с помощью регулятора 22 индуктивности дросселя приводит к изменению режима и скорости зарядки емкостного накопителя энергии 5 и, следовательно, частоты следования разрядов.

При выходе из строя токоограничивающего элемента 21 срабатывает блокировка 23, отключая блок питания и управления 1, срабатывает узел 20, происходит разрядка емкостного накопителя энергии 5 и блокирование включения высоковольтного источника 3.

Использование в качестве токоограничивающего элемента дросселя насыщения, индуктивность которого управляется изменением тока подмагничивания, позволяет достичь более точной настройки на необходимый режим очистки и повысить эффективность управления этим процессом.

Питание блока 1 от источника переменного тока 31 осуществляется через узел подавления сетевых помех и защиты от наведенных потенциалов 24, а питание на емкостной накопитель энергии 5 поступает от высоковольтного источника 3 через высоковольтные зарядные индуктивности 4.

Для обеспечения дополнительной защиты и снижения перенапряжений полое изделие 30 заземляют шиной 27 на рабочий заземлитель 9 и соединяют шиной 26 с низковольтным выходом 8 генератора импульсов 2.

Подача и перемещение кабеля 10 и системы электродов 11, 12 в очищаемых полостях может осуществляться с помощью блока подачи кабеля и системы электродов.

В этом блоке привод, вращая барабан, разматывает кабель 10 и по полому упругому элементу, связанному с полым изделием 30, подает систему электродов 11, 12 в полость, заполненную рабочей жидкостью, обеспечивая перемещение этих электродов вдоль очищаемых поверхностей. Аналогичным образом происходит обратное движение кабеля 10 и его укладка в барабане.

Для передачи энергии от генератора импульсов 2 к системе электродов 11, 12 в блоке подачи кабеля могут быть использованы дополнительные разрядные промежутки, выполняющие еще и функции обострителей.

Для снижения индуктивности разрядного контура, его площади и полного сопротивления он выполняется в виде гибкого коаксиального, экранированного высокочастотного кабеля 10, центральная жила которого с одной стороны соединена с высоковольтным выходом 7, а экран с низковольтным выходом 8 генератора импульсов 2. С другой стороны жила 12 и экран 11 этого кабеля образуют систему рабочих электродов.

Оснащение коаксиального, экранированного высокочастотного кабеля (фиг. 2) металлической оболочкой 11 или выполнение экрана этого кабеля в виде конструкции из плетенной стальной проволоки позволяет повысить прочностные характеристики кабеля, предотвратить его преждевременный износ.

Выполнение части 32 высоковольтной изоляции кабеля, воспринимающего разрушающие нагрузки, из эластичного материала и наличие зазора 33 между высоковольтным электродом 12 и внутренней поверхностью этой части позволяет избежать накопления объемного заряда в изоляции, примыкающей к высоковольтному электроду, снизить разрушающее воздействие различных нагрузок и повысить надежность изоляции электродной системы.

Для повышения эффективности управления процессом очистки служит блок дистанционного управления 28 с регулятором частоты следования разрядов 29.

Блок дистанционного управления 28, связанный с блоком питания и автоматики 1, служит для включения и выключения рабочего режима, а регулятор 29, управляющий работой токоограничивающего элемента 21 (например, изменением тока подмагничивания дросселя насыщения), позволяет изменять частоту следования разрядов непосредственно в процессе проведения работ.

В качестве емкостного накопителя энергии 5 используется один или несколько высоковольтных импульсных конденсаторов с твердыми и жидкими диэлектриками, близкими к неполярным.

Заводские испытания заявленного устройства проводились с помощью комплекса электроразрядного технологического оборудования "Стример", состоящего из блока питания и автоматики, накопителя энергии емкостного повысительно-выпрямительного устройства и пульта дистанционного управления.

Технические характеристики комплекса, его возможности, такие как изменение частоты следования разрядов от 0,1 до 20 Гц, энергии импульсов до 500 Дж, позволили провести все необходимые испытания.

Результаты этих испытаний показали, что предложенное техническое решение обеспечивает: необходимый уровень безопасности обслуживающего персонала; высокую эффективность технологического процесса очистки, возможность оперативной и быстрой регулировки амплитудно-частотных характеристик выходных параметров в широких пределах; возможность установки оптимального соотношения между частотой следования разрядов и энергией импульсов; надежность и безотказность работы элементов устройства.

Изобретение относится к электроразрядным устройствам и может быть использовано для разрушения отложений, проведения технологических работ по ремонту, восстановлению и очистке скважин, трубного оборудования, различных теплообменных установок, котлоагрегатов, водонагревателей, холодильников и т.д. Устройство содержит блок питания и автоматики, генератор импульсов, высоковольтный источник которого своим входом связан с блоком питания и автоматики, а выходом с помощью зарядного контура с емкостным накопителем энергии генератора импульсов, высоковольтный выход емкостного накопителя энергии которого через рабочий разрядный промежуток подключен к высоковольтному выходу генератора импульсов, а низковольтный выход к низковольтному выходу генератора импульсов, который заземляется на рабочий заземлитель и разрядный контур, состоящий из рабочей системы электродов и кабеля, связывающего рабочую систему электродов с выходами генератора импульсов. Устройство содержит цепь, связывающую блок питания и автоматики с защитным заземлителем и низковольтным выходом генератора импульсов, и снабжено защитным разрядным промежутком, блоком автоматического защитного отключения, блоком регулировки рабочего разрядного промежутка, блоком регулировки защитного разрядного промежутка. Защитный разрядный промежуток связан с блоком автоматического защитного отключения, который в свою очередь связан с блоком питания и автоматики, при этом зазоры защитного разрядного промежутка всегда больше зазора рабочего разрядного промежутка. Изобретение обеспечивает необходимый уровень безопасности обслуживающего персонала; высокую эффективность технологического процесса очистки, возможность оперативной и быстрой регулировки амплитудно-частотных характеристик выходных параметров в широких пределах; возможность установки оптимального соотношения между частотой следования разрядов и энергией импульсов; надежность и безотказность работы элементов устройства. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электроразрядное устройство для очистки поверхностей полых изделий, включающее блок питания и автоматики, генератор импульсов, высоковольтный источник которого своим входом связан с блоком питания и автоматики, а выходом с помощью зарядного контура с емкостным накопителем энергии генератора импульсов, высоковольтный выход емкостного накопителя энергии которого через рабочий разрядный промежуток подключен к высоковольтному выходу генератора импульсов, а низковольтный выход к низковольтному выходу генератора импульсов, который заземляется на рабочий заземлитель и разрядный контур, состоящий из рабочей системы электродов и кабеля, связывающего рабочую систему электродов с выходами генератора импульсов, при этом устройство дополнительно содержит цепь, связывающую блок питания и автоматики с защитным заземлителем и низковольтным выходом генератора импульсов, снабжено защитным разрядным промежутком, блоком автоматического защитного отключения, блоком регулировки рабочего разрядного промежутка, блоком регулировки защитного разрядного промежутка, причем защитный разрядный промежуток связан с блоком автоматического защитного отключения, который, в свою очередь, связан с блоком питания и автоматики, при этом зазор защитного разрядного промежутка всегда больше, чем зазор рабочего разрядного промежутка. 2. Электроразрядное устройство по п.1, в котором блок автоматического защитного отключения дополнительно содержит узел снятия остаточного заряда и высоковольтной электромагнитной блокировки, связанный с блоком питания и автоматики. 3. Электроразрядное устройство по п.2, в котором в качестве блока автоматического защитного отключения применен импульсный магнитный индуктор, содержащий высоковольтную электромагнитную катушку и токопроводящий подвижный возвратный элемент, механически связанный с электрическими контактами, управляющими работой блока питания и автоматики. 4. Электроразрядное устройство по п.1, в котором блок питания и автоматики содержит токоограничивающий элемент, выполненный в виде дросселя с варьируемой индуктивностью, регулятор управляющий токоограничивающим элементом и блокировку, отключающую блок питания и автоматики при выходе из строя токоограничивающего элемента. 5. Электроразрядное устройство по п. 4, в котором токоограничивающий элемент выполнен в виде дросселя с подмагничиванием. 6. Электроразрядное устройство по п.4, в котором блок питания и автоматики дополнительно содержит узел подавления сетевых помех и защиты от наведенных потенциалов. 7. Электроразрядное устройство по любому из пп.1-6, в котором зарядный контур выполнен в виде высоковольтных зарядных индуктивностей. 8. Электроразрядное устройство по любому из пп.1-7, в котором полое изделие дополнительно заземлено на рабочий заземлитель и соединено с низковольтным выходом генератора импульсов. 9. Электроразрядное устройство по любому из пп.1-8, которое дополнительно содержит блок подачи кабеля и системы электродов, содержащий привод, барабан и полый упругий элемент, соединяющий барабан и полость очищаемого полого изделия. 10. Электроразрядное устройство по п.9, в котором блок подачи кабеля и системы электродов содержат дополнительные разрядные промежутки. 11. Электроразрядное устройство по любому из пп.1-10, в котором разрядный контур выполнен в виде гибкого коаксиального экранированного высокочастотного кабеля, центральная жила которого с одной стороны соединена с высоковольтным выходом, а экран с низковольтным выводом генератора и импульсов, а с другой стороны центральная жила кабеля и экран образуют систему рабочих электродов. 12. Электроразрядное устройство по п.11, в котором коаксиальный кабель оснащен защитной металлической оболочкой, а часть высоковольтной изоляции, воспринимающая разрушающие нагрузки, выполнена из эластичного материала, а между внутренней поверхностью этой части изоляции и высоковольтным электродом имеется зазор. 13. Электроразрядное устройство по п.12, в котором экран выполнен в виде конструкции из плетенной стальной проволоки. 14. Электроразрядное устройство по любому из пп.1-13, которое содержит дополнительно блок дистанционного управления, управляющий работой генератора импульсов и связанный с блоком питания и автоматики. 15. Электроразрядное устройство по п.14, в котором блок дистанционного управления дополнительно содержит регулятор частоты следования разрядов, связанный с токоограничивающим элементом. 16. Электроразрядное устройство по любому из пп.1-15, в котором в качестве емкостного накопителя энергии применяют один или несколько высоковольтных импульсных конденсаторов, с твердыми и жидкими диэлектриками, близкими к неполярным.