Нейтрализатор электростатических зарядов Советский патент 1992 года по МПК H05F3/04 

Изобретение касается нейтрализации электростатических зарядов и может быть использовано в технологическом процессе штабелирования или наматывания в рулон различных диэлектрических материалов в лесной, деревообрабатывающей, целлю лозно-бумажной, полиграфической, химической и других отраслях промышленности.

Известен гидростатический индукционный нейтрализатор 1, содержащий заземленный нейтрализующий электрод, выполненный из пористого материала, пропитанного глицерином.

Однако указанные нейтрализаторы обладают недостаточной эффективностью, т.к, при их проектировании не учитываются параметры технологического процесса, электрические свойства материалов и многие другие факторы, поэтому они устраняют заряды только в местах их установки, а за их пределами могут вновь возникнуть очаги образования электростатических зарядов. Эффективность действия нейтрализаторов в процессе работы может снижаться также из-за отсутствия .гибкой основы, что может привести к разлахмачиванию, запылению нейтрализующего элемента и отклонению его из зоны электризации, Поэтому такие нейтрализаторы мало применимы при проектировании нового технологического оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому является нейтрализатор зарядов статического электричества 2, содержащий заземленный нейтрализующий элемент, выполненный в виде намотанной на барабан ленты из пористого материала, пропитанного то,копроводящим составом, причем нейтрализующий элемент снабжен прижимом и установлен вдоль наэлектризованного материала с возможностью регулирования длины рабочей части, которая определяется расчетным путем.

Однако несмотря на то, что при проектировании данных нейтрализаторов учитываются параметры технологических процессов и электрические свойства материалов, они не обладают достаточной универсальностью. Так, например, их трудно применить в технологическом процессе штабелирования или наматывания в рулон диэлектрических материалов, т.к. в данном случае отвод зарядов необходимо производить с торца рулона или штабеля, а данная конструкция не обеспечивает необходимого канала утечки.

Целью настоящего изобретения является расширение технологических возможностей и повышение эффективности.

Указанная цель достигается тем, что нейтрализатор электростатических зарядов, содержащий заземленный нейтрализующий элемент, выполненный в виде нити

или ленты из пористого материала, пропитанного токопроводящим составом, дополнительно снабжен оболочкой, выполненной в виде элементов гибкой связи, например, цепочки изтокопроводящего материала, через звенья которой пропущен нейтрализующий элемент.

Новым в предлагаемом нейтрализаторе является то, что он снабжен оболочкой,выполненной в виде элементов гибкой связи,

5 например, цепочки изтокопроводящего материала, через звенья которой пропущен нейтрализующий элемент,

Исследование известных в науке и технике решений показало, что совместное

0 применение нейтрализующего элемента и оболочки, выполненной в виде элементов гибкой связи не было обнаружено, в то время, как только совместное применение этих элементов приводит к достижению постав5 ленной цели.

Известны индукционные нейтрализаторы (Лихобабенко И,Я., Баскаков Р.А. и др. Статическое электричество и борьба с ним в деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. У1.: Лесная промыщленность, 1971, с. 62), содержаш,ие корпус и нейтрализующим элемент, выполненный в виде тонкой проволоки, натянутой параллельно наэлектризованному материз5 лу, или в виде игл, расположеннь1х на некотором расстоянии друг от друга и от неэлектризованного материала или в виде метелочек из медной стальной проволоки.

0 Однако сравнение свойств совокупности признаков известного решения и заявляемого показало, что известные нейтрализаторы мало эффективны, т.к. устанавливаются на расстоянии от наэлектризованного материала, спроектированы без учета параметров технологического процесса, не обладают универсальностью и не могут быть применены в технологическом процессе штабелирования диэлектрических

0 материалов. Совокупность заявленнь1х авторами признаков в предлагаемом устройстве нейтрализатора электростатических зарядов ранее не известна и позволяет достичь поставленной цели - расширение технологических возможностей и повышение эффективности, что дает возможность использовать его для снижения уровня электризации до допустимых значений в технологическом процессе штабелирования различных диэлектрических материалов в лесной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, полиграфической, химической и других отраслях промышленности. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию существенные отличия.

На фиг.1 изображен нейтрализатор электростатических зарядов, общий вид; на фиг.2 - вид А на фиг.А; на фиг.З - вид Б на фиг.1.

Нейтрализатор содержит оболочку 1, выполненную в виде цепочки из тонкой, достаточно прочной металлической проволоки диаметром от 0,1 до 0,5 мм. через звенья которой пропущен заземленный нейтрализующий элемент 2, представляющий собой индукционный гидростатический нейтрализатор (авт.св. СССР Ns 193626), выполненный в виде нити или ленты из пористого материала, пропитанного токопроводящим составом (авт.св. Ms 661901). Нейтрализатор закрепляется на планке 3, которая с помощью болта 4 устанавливается на кронштейне 5, снабженным пазом 6, что позволяет настраивать нейтрализатор на любые размеры штабелируемого материала, т.к. дает возможность перемещаться нейтрализатору по кронштейну 5 в продольном направлении и по окружности вокруг оси болта 4. С помощью кронштейна 5 нейтрализатор крепится к имеющимся заземленным конструкциям или к специально изготовленным кронштейнам так, чтобы рабочая часть нейтрализующего элемента касалась торцов штабеля 7 по всей его высоте, не создавая при этом помех в работе роботов-перекладчиков.

Предлагаемый нейтрализатор характеризуется следующими основными рабочими параметрами;

а)длиной рабочей части I, т.е. той минимальной частью, которая постоянно должна касаться торца штабелируемого материала высотой I, при которой происходит образование допустимой поверхностной плотности электрических зарядов 7доп ;

б)расстоянием между цепочками, расположенными по длине или ширине материала.

Длина рабочей части I и-необходимое технологическое время t определяются опытным путем (экспериментально) по следующей методике;

1) устанавливается (принимается) допустимая поверхностная плотность электростатических зарядов (7ДСП при данном технологическом процессе штабелирования конкретного материала;

2)при принятой поверхностной плотности заряда сТдоп определяется минимальное количество слоев уложенного материала в штабель, создающий (7доп .

Одновременно определяется по секундомеру затраченное технологическое время t при укладке от первого слоя до второго слоя;

3)определяется длина I рабочей части нейтрализатора по формуле

(1)

S,

где S -количество уложенных слоев материала до образования 7доп ;

d - толщина одного слоя, м. Расстояние между нейтрализующими элементами (цепочками) нейтрализатора определяется следующим образом;

1) определяется технологическое время t, т.е. время, в течение которого находится один слой штабеля в контакте с нейтрализующим элементом нейтрализатора, обеспечивающеестекание(утечку)

злектростатического заряда с каждого штабелируемого слоя;

2) зная технологическую скорость укладки одного слоя штабелируемого материала, время t можно определить иным способом (т.е. без секундомера) по формуле

(2)

Т /

5

где L - путь, совершаемый механизмом укладки, м;

V - скорость механизма укладки, м/с.

Так как утечка зарядов происходит через воздушный промежуток материал - ней0трализующий элемент нейтрализатора, то время утечки Ту должно быть пропорционально времени разряда tp в воздушном промежутке - зазоре А . Эта пропорциональность зависит от диэлектрических

5 свойств штабелируемого материала и расстояния (области) рассеяния зарядов в радиусе г, условно равном искомому расстоянию т.

С достаточной точностью эта пропорци0ональность может быть выражена через отношения у:дельного электрического сопротивления материала к удельному элек .

трическому сопротивлению воздуха

/9в

5

диэлектрической проницаемости материала к диэлектрической проницаемости воздуха

г«

расстояния области рассеяния к возевЛ душному зазору

т.к. идет двустороннее

рассеивание с каждого слоя в точке контакта нейтрализующего элемента - , т.е.

« -t Рм gMm

(3)

-Ев -Л

Время разряда в воздушном зазоре tp можно определить из отношения

А

И)

где VP - скорость движения заряженных частиц в воздухе. В свою очередь

У . и СГдоп

V

в 6 о

где Е- напряженность электрического поля, В/м;

и - суммарная подвижность ионов воздуха, ,27-10м/Вс:

7доп допустимая (принятая) поверхностная плотность зарядов на штабелируемом материале, К/м.

Ко - постоянная электростатической индукции, Б о 8.85 10 Ас/Вм.

БЬ -диэлектрическая проницаемость

воздуха, ь 1.

Подставляя значения формулы (5) в формулу (4), а затем в формулу (3), имеем

о ь А Рм м m

и -о-допрь ь А

ео-рм мт

и С7доп рЬ

откуда

J о . р м м m и -рь 7дап t

где 10 Кл с/Ом-м : и р ь

П - постоянная величина; t ty-технологическое время, необходимое для утечки заряда с одного штабелируемого слоя.

или

(Т Ron t

m

П-рм -Ем

Окончательно имеем

м 0т 2- Ofion t

(9)

ivi - / m - п. . т-т . , р 1ч 11 у9 м t м

где К- коэффициент запаса, ...4.

Расстояние нейтрализующего элемента от края штабеля должно быть не более величины т..

При определенной длине штабелируемого материала L количество нейтрализующих элементов Р должно быть не менее

Р.

(10)

Пример расчета

При принятых значениях:

О-доп 2,25-10°Кл/м - РМ м; м 3; с; ,02 м; м; . 20 Длина рабочей части нейтрализующего элемента должна быть не менее ,02 ,3 м,

расстояние между цепочками М

2x2,25x10 °х1

0,5 м,

25 Зх 10 25х 10 хЗ

количество нейтрализующих элементов ,,

расстояние от края ,,25

м. .

Если расстояние М превышает длину укладываемого изделия в штабеле, то устанавливается один нейтрализующий элемент по краю штабеля в центре изделия.

Нейтрализатор работает следующим

образом.

Перемещая и вращая планку 3 вдоль паза 6 кронштейна 5 и вокруг оси болта 4, нейтрализующий элемент 2 с оболочкой 1

устанавливается так, чтобы он касался торца штабеля 7. При опускании штабелируемого материала на штабель 7 происходит взаимодействие его заряженной поверхности с заземленным нейтрализующим элементом 2. При этом происходит ионизация воздушного пространства и создается канал проводимости электростатических зарядов с наэлектризованной поверхности штабеля 7 через нейтрализующий элемент 2

на землю.

По сравнению с существующими предлагаемый нейтрализатор электростатических зарядов позволяет практически полностью устранить электризацию обрабатываемого материала в технологических процессах штабелирования диэлектрических материалов.

Эффективность работы нейтрализатора увеличивается за счет того, что он снабжен оболочкой, выполненной в виде элементов

гибкой связи, например, цепочки, что позволяет нейтрализующему элементу огибать торцевую поверхность и обеспечивать касание по всей высоте штабеля, тем самым обеспечивая необходимый канал утечки, а установка необходимого числа нейтрализующих элементов, определяемого расчетным путем, позволяет практически полностью устранить заряды.

Эффективность работы нейтрализатора и расширение его технологических возможностей обеспечивается также тем, что при проектировании учтены параметры технологического процесса и электрические свойства обрабатываемых материалов. Наличие планки и кронштейна, снабженного пазом, позволяет переналаживать нейтрализатор на любые типы обрабатываемых деталей.

Устранение зарядов статического электричества позволяет увеличить продолжительностьфазыповышенной

работоспособности рабочих в течение рабочего дня. Это происходит за счет уменьшения запыленности и устранения напряженного ожидания электрических зарядов, что, в свою очередь, повышает удобство в работе, создает лучшее настроение, а в сумме приводит к повышению производительности труда до 6% (см. Методика определения экономической эффективности мероприятий по НОТ. Изд-во Экономика, 1973, Государственный стандарт Союза СССР, Экономическая эффективность стандартизации, методы определения, основные положения, ОСТ 20779-75. М.: изд-во стандартов, 1975, с. 64).

Кроме того, устранение отрицательных проявлений статического электричества приводит к уменьшению в 2-3 раза заболеваемости рабочих (см. Лисицкий З.Ф. и др. Нейтрализация зарядов статического электричества. - Деревообрабатывающая промышленность, 1979, N2 3)что приводит к снижению потерь рабочего времени, оплаты по больничным листам и к увеличению выпуска продукции за счет сокращения заболеваний, Уменьшение запыленности и загрязнённости рабочих мест приводит к повышению качества выпускаемой продукции.

Формула изобретения Нейтрализатор электростатических зарядов, содержащий заземленный нейтрализующий элемент, выполненный в виде нити или ленты из пористого материала, пропитанного токопроводящим составом, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет повышения эффективности нейтрализации, нейтрализатор снабжен дополнительной оболочкой из элементов гибкой связи в виде цепочки из токопроводящего материала, через звенья которой пропущен нейтрализующий элемент таким образом, что сохранены сквозные каналы связи поверхности обрабатываемого материала с его поверхностью.

Использование: нейтрализатор злектро- статических зарядов предназначен для использования в технологическом процессештабелирования или наматывания различных диэлектрических материалов. Сущность изобретения; нейтрализатор содержит оболочку 1, выполненную в виде цепи из токо- проводящих элементов с гибкой связью, через звенья которой пропущен заземленный нейтрализующий элемент 2 так, что он контактирует с обрабатываемым материалом, выполненный в виде нити или ленты из пористого материала, пропитанного токо- проводящим составом. Нейтрализатор закрепляется на планке 3, которая с помощью болта 4 устанавливается на кронштейне 5, снабженным пазом 6 с возможностью продольного и осевого перемещений. 3 ил.SЛ/ /XI 00о'U.»О С»/(риг^

/77

сзИ

сриг.г

СригЗ

SuffS 6