Стойкий рабочий электрод для электрогидравлических и электроимпульсных устройств Российский патент 2020 года по МПК B02C19/18 H01T1/00 E21C37/18 

Изобретение относится к элементам оборудования, использующего мощный искровой электрический разряд в жидкости, то есть электрогидравлический (далее - ЭГ) и электроимпульсный эффекты, для осуществления различных технологических процессов, в частности для дробления камня, руд, бетонных отходов, очистки литья, обеззараживания воды и др. в различных отраслях промышленности, в частности в теплоэнергетике, химической промышленности, промышленности строительных материалов, цветной и черной металлургии и др..

Известны различные варианты исполнения рабочих электродов электрогидравлических (электроимпульсных) устройств, например в [Л.А. Юткин «Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности». Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. - 253 с.] основоположником использования ЭГ-эффекта Л.А. Юткиным предложен рабочий электрод в виде тонкой проволоки выступающей за изоляцию. К недостаткам этого типа электрода следует отнести низкую живучесть изоляции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности решаемой задачи и совокупности общих существенных признаков является электрод в известном изобретении [Григорьев Ю.В., Григорьев В.Ю.. Патент России «Рабочий электрод электрогидравлической установки (варианты)» RU 2433865 МПК В02С 19/18, опубликовано: 20.11.2011 г. бюл. №32] (прототип), в котором использована изолирующая оболочка электрода выполненная литой из полиуретанового эластомера. Однако такое решение не устраняет проблемы повышения стойкости изоляции в принципе, а только ведет к временному ее решению

Основным препятствием в обеспечении длительной непрерывной работы подавляющего большинства электрогидравлических и электроимпульсных устройств является недостаточная стойкость изоляции рабочего конца рабочих электродов. Это препятствие носит фундаментальный характер и обусловлено физическими причинами, а именно эффектом внедрения разряда в твердый диэлектрик, погруженный в жидкий диэлектрик [Воробьев А.А., Воробьев Г.А., Чепиков А.Г. Российская академия естественных наук. Научное открытие: Закономерность пробоя твердого диэлектрика на границе раздела с жидким диэлектриком при действии импульсного напряжения. Диплом №107. М., 1999. Регистрационный №122. Приоритет 14 декабря 1961 г.].

Задачей предлагаемого изобретения является решение технической задачи по многократному увеличению ресурса работы рабочего электрода, предотвращению его разрушения от регулярного воздействия электрогидравлических ударов и по преодолению негативного эффекта внедрения разряда в твердый диэлектрик. Достигаемый при ее решении технический результат заключаются в повышении времени непрерывной эксплуатации электрогидравлических и электроимпульсных устройств путем организации постоянной защиты рабочего электрода от разрушения.

Автор настоящего изобретения обнаружил, что решение технической задачи по многократному увеличению ресурса работы рабочего электрода и предотвращения его разрушения от регулярного воздействия электрогидравлических ударов можно добиться тем, что проводящий стержень рабочего электрода необходимо заключить в оболочку из изолятора сделанную таким образом, чтобы между стержнем и изолирующей оболочкой создавался зазор в которой постоянно нагнетается газ, и нагнетаемый газ формировал газовую полость на конце рабочего электрода, а также газом формируются струи пузырьков газа истекающие из отверстий в изолирующей оболочке с образованием кокона из всплывающих пузырьков газа в жидкости вокруг изолирующей оболочки для предотвращения разрушения изолирующей оболочки от регулярного воздействия электрогидравлических ударов.

В отличие от рабочего электрода в виде стержня в твердой изоляции (прототип) отличительными конструктивными признаками заявляемого электрода от его наиболее близкого аналога (прототипа) в предлагаемом техническом решении является конструкция обеспечивающая ввод дополнительной динамической газовой изоляции между жидким и твердым диэлектриками, т.о. принципиально решается вопрос защиты изолирующей твердой оболочки от негативного влияния регулярного воздействия электрогидравлических ударов за счет огромной разницы воздействия разряда электрического тока на жидкость и газ. Увеличение времени непрерывной эксплуатации электрогидравлических и

электроимпульсных устройств путем постоянной защиты рабочего электрода от разрушения приводит к увеличению коэффициента использования оборудования и уменьшению простоев, что повышает рентабельность производства из-за того, что наработка между отказами (от ремонта до ремонта рабочего электрода) составляет не менее 20 тысяч импульсов. В рабочем электроде согласно настоящего изобретения используются доступные и известные материалы.

Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, а также возможность реализации назначения изобретения может быть подтверждена описанием варианта конструкции устройства, выполненного в соответствии с изобретением, сущность которого поясняется графическими материалами.

На Фиг. 1 показан вид сбоку рабочего электрода в сосуде с жидкостью.

Обозначение позиций на чертеже:

1 - проводник (стержень);

2 - оболочка изолятора;

3 - отверстие для ввода газа;

4 - газовая полость;

5 - эластичная перегородка;

6 - отверстие для вывода газа;

7 - сменный конец рабочего электрода;

8. - кокон из пузырьков газа в жидкости вокруг изолирующей оболочки

Работа предлагаемого изобретения осуществляется следующим образом - во время работы электрогидравлических или электроимпульсных устройств в их рабочий электрод из компрессора (не показан на схеме) через отверстие 3 постоянно подается изолирующий газ (например - воздух), газ под давлением формирует на конце рабочего электрода с помощью эластичной перегородки 5 газовую полость 4, избыток газа выходит из отверстия для вывода газа 6. При подаче высоковольтного напряжения из высоковольтного источника (не показан на схеме) на рабочий электрод из острого сменного конца рабочего электрода 7 происходит разряд в емкость электрогидравлических или электроимпульсных устройств. За счет постоянного обдува сменного конца рабочего электрода 7 газом электрический разряд не приходит в соприкосновение с твердой изоляцией рабочего электрода и поэтому она не разрушается за счет пробоя твердого диэлектрика на границе раздела с жидким диэлектриком при действии импульсного напряжения ввиду наличия дополнительной динамической изолирующей газовой прослойки. Дополнительной защитой изоляции рабочего электрода от разрушительного воздействия регулярных электрогидравлических ударов является образование кокона из всплывающих пузырьков газа в жидкости вокруг изолирующей оболочки. Настоящее изобретение промышленно применимо, так как его изготовление и эксплуатация возможно на базе существующих технологий.

Рабочий электрод повышенной стойкости для электрогидравлических и электроимпульсных устройств создан для технологического оборудования, использующего явления, сопровождающие мощный электрический разряд в жидкости для дробления камня, бетона, штамповки, получения удобрений, обеззараживания воды и т.п. Стойкий рабочий электрод для электрогидравлических и электроимпульсных устройств представляет собой проводник в виде стержня, окруженного изолирующей оболочкой по всей длине кроме концов, в котором с целью многократного увеличения ресурса работы рабочего электрода и предотвращения его разрушения от регулярного воздействия электрогидравлических ударов стержень рабочего электрода заключается в оболочку из изолятора, сделанную таким образом, чтобы между стержнем и изолирующей оболочкой создавался зазор, в которую постоянно нагнетается газ, и нагнетаемый газ формировал газовую полость на конце рабочего электрода, а также газом формируются струи пузырьков газа, истекающие из отверстий в изолирующей оболочке с образованием кокона из всплывающих пузырьков газа в жидкости вокруг изолирующей оболочки для предотвращения разрушения изолирующей оболочки от регулярного воздействия электрогидравлических ударов. Технический результат - повышение времени непрерывной эксплуатации электрогидравлических и электроимпульсных устройств. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Рабочий электрод электрогидравлического или электроимпульсного устройства состоит из проводника в виде стержня, окруженного изолирующей оболочкой по всей длине кроме концов, отличающийся тем, что с целью многократного увеличения ресурса работы рабочего электрода и предотвращения его разрушения от регулярного воздействия электрогидравлических ударов стержень рабочего электрода заключается в оболочку из изолятора, сделанную таким образом, чтобы между стержнем и изолирующей оболочкой создавался зазор, в которую постоянно нагнетается газ, и на рабочем конце электрода, опущенного в жидкость, постоянной продувкой газом создается и поддерживается газовая полость.

2. Рабочий электрод по п. 1, отличающийся тем, что изолирующая оболочка имеет переменную площадь сечения по длине и устроена таким образом, что не допускает проникновения и скапливания жидкости внутри электрода за счет постоянной продувки газом зазора между стержнем и изолирующей оболочкой.

3. Рабочий электрод по п. 1, отличающийся тем, что на рабочем конце электрода постоянной продувкой газом создается и поддерживается газовая полость за счет эластичной изолирующей перегородки, имеющей отверстие для выхода конца рабочего электрода.

4. Рабочий электрод по п. 1, отличающийся тем, что на рабочем конце электрода постоянной продувкой газом формируются струи пузырьков газа, истекающие из отверстий в изолирующей оболочке с образованием кокона из пузырьков газа в жидкости вокруг изолирующей оболочки для предотвращения разрушения изолирующей оболочки от регулярного воздействия электрогидравлических ударов.

5. Рабочий электрод по п. 1, отличающийся тем, что рабочий конец электрода сделан съемным для его замены по мере износа.