Электростатическое распылительное устройство Советский патент 1993 года по МПК B05B5/25 

Изобретение относится к электростатическому распылению.

Цель изобретения - исключение искро- образования между электродом и распылительной головкой.

Это достигается тем, что в электростатическом распылительном устройстве, включающем электростатическую распылительную головку, средство для приложения первого электрического потенциала к выпускаемой из распылительной головки жидкости, установленный вблизи распылительной головки электрод с сердцевиной из проводящего материала и оболочки из изоляционного материала и средство для приложения второго электрического потенциала к электроду, обеспечивающее образование между выпускаемой жидкостью и электродом интенсивного электрического поля, причем сила поля достаточна для распыления жидкости, в качестве изоляционного материала взят материал с диэлектрической прочностью более 15 кВ/мм и удельным объемным

сопротивлением 5

,13

ТО Ом.см,

причем устройство снабжено средством для исключения или существенного исключения течения заряда поверхности материала оболочки в сердцевине электрода. Средство для приложения второго электрического потенциала выполнено в виде электрического проводника, присоединенного к сердцевине электрода и расположенного в изоляции, при этом средство для устранения или существенного устранения течения заряда вы-1 полнено в виде изолирующего средства, контактирующего с поверхностью оболочки сердцевины электрода с изоляцией электрического проводника.

х| Ю Ч hO

ю ел

со

Оболочка электрода выполнена с трубчатой частью на конце, обращенном к средству для приложения второго электрического потенциала, имеющей внутреннюю резьбу, а изоляция электрического проводника выполнена с трубчатой частью, имеющей наружную резьбу, для соединения изоляции с оболочкой, при этом средство для исключения или существенного исключения течения заряда по поверхности материала оболочки к сердцевине расположено между резьбовыми поверхностями трубчатых участков оболочки и изоляции.

Удельное сопротивление материала оболочки находится в пределах от 5 1010 до 5 10120м.см,

Электрическая прочность материала оболочки выше 15 кВ/мм.

Толщина материала оболочки составляет 0,75-5,0 мм.

Материал оболочки может представлять собой натриевое стекло, материал оболочки может представлять собой бумагу, пропитанную фенолформальдегидной смолой.

Материал оболочки может представлять собой конденсационный полимеламин- формальдегид,

В устройстве распылительная головка выполнена с каналом, по крайней мере одна боковая стенка которого выполнена из проводящего или полупроврдящего материала и снабжена средством для элек: трического соединения упомянутой по крайней мере одной боковой стенки со средством для приложения первого электрического потенциала к выходящей жидкости.

Распылительная головка может быть выполнена с каналом, образованным боковыми стенками по меньшей мере одно из которых, находящееся в контакте с выходящей жидкостью, выполнена из изолирующего материала и снабжена установленным у выходного отверстия дополнительным электродом с возможностью контакта его с жидкостью, и средством для электрического соединения дополнительного электрода со средством приложения первого электрического потенциала жидкости.

Распылительная головка может быть выполнена из Двух пластин, расположенных с зазором друг к другу и образующих канал для пропускания жидкости, сообщающийся с прямолинейным выходным отверстием, а электрод содержит по крайней мере один электродный элемент, расположенный параллельно выходному отверстию.

Выходное отвертстие образовано кромками пластин, расположенными на одном уровне.

Кромка одной из пластин выполнена выступающей по отношению к кромке другой пластины и параллельно ей; а выходное отверстие образовано кромкой пластины и частью поверхности второй пластины.

Выходное отверстие и электрод выполнены в сечении круглыми.

Распылительная головка у выходного отверстия может быть выполнена с серией зубцов.

Средства приложения второго и пёрвого потенциалов соединены с источником напряжения одной полярности, при этом величина второго электрического потенциала выбрана промежуточной между первым электрическим потенциалом и потенциалом

объекта.

Для обеспечения возможности обработки объекта с нулевым потенциалом первый потенциал имеет величину в пределах 25 кВ - 50 кВ, а второй потенциал - в пределах 10

кВ-40кВ.

На фиг.1 дана распылительная головка и связанный с ней электрод в первом элект- / тростатическом распылительном устройстве в соответствии с изобретением; на фиг.2

распылительная кромка с распыливаемой жидкостью, отходящей от нее, при йсполь- -/. зовании распылительной головки, вид сбоку; на фиг.3-8- схематические изображения распылительных головок и связанных с ними электродов в других распылительных устройствах в соответствии с изобретением; на фиг.9 - распылительная головка с серией ; зубцов у выходного отверстия с отходящей от нее жидкостью в другом устройстве в

соответствии с изобретением.

Распылительная головка составляет часть монтируемого на тракторе устройства, для опрыскивания сельскохозяйственных культур, пестицидными составами. Головка

содержит две вертикальные пластины 1,2, расположённый с зазором друг к другу и образующих канал 3 для пропускания жидкости, сообщающийся с прямолинейным выходным отверстием 4. Каждая пластина

выполнена из латуни или какого-нибудь другого проводящего или полупроводящего материала. Канал 3 сообщен с распределительным продольным каналом 5. Выходное отверстие 4 образовано у нижней

прямолинейной кромки 6 пластины 2 и соседней части пластины 1. Нижняя кромка 7 пластины 1 расположена, по существу, параллельно нижней кромке 6 пластины 2 немного ниже (т.е. ниже по потоку) ее. Кромка

7 имеет радиус предпочтительно менее 0,5 мм.

Поблизости от выходного отверстия 4 расположены два прямых электродных элемента 8, образующих электрод данной рас- пылительной головки.

Электродные элементы прикреплены к соответствующим поддерживающим листам 9 изоляционного материала,

Каждый электродный элемент 8 состоит из сердечника 10 диаметром 3-4 мм и оболочки 11 из полуизолирующего материала.

Материал оболочки имеет удельное сопротивление в пределах от 5 1011 до 5 1012 Ом см. Электрическая прочность материала оболочки выше 15 кВ/мм. Толщина материала оболочки составляет 2 мм. Материал оболочки может представлять собой натриевое стекло или бумагу, пропитан- ную фенолформальдегидной смол-ой. Материал оболочки может представлять собой конденсационный полимеламинофор- мальдегид.

Сердечник 10 каждого электродного элемента 8 выполнен из угольных шариков, плотно упакованных в оболочке 11;

Расстояние между каждым электродным элементом 8 и нижней кромкой 7 пластины 1 составляет приблизительно 10 мм, а расстояние между осями двух электродных элементов 8 равно приблизительно 16 мм.

Пластина 1 соединена с генератором высокого напряжения, обеспечивающим поддержание на пластине электрического потенциала 40 кВ.

Электродные элементы 8 соединены с ответвлением на генераторе и находятся, под промежуточным потенциалом/равным приблизительно 25 кВ.

Соединение между генератором и каждым электродным элементом 8 осущест влено посредством высоковольтного провода, имеющего электрический проводник внутри изоляции из полиэтилена или другого изоляционного материала. Короткая концевая часть изоляции выполнена с наружной резьбой, соединенной с внутренней резьбой в концевой части оболочки 11, причем проводник выступает из изоляции, входя в электрический контакт с сердечни- ком 10. Для обеспечения удовлетворительного соединения между подводящим проводом и элементом 8, как описано по- зже, на выполненные с резьбой концевые части изоляции и оболочки наносят перед свинчивай нем термоотверждающуюся эпоксйдную смолу.

При эксплуатации распылительную головку, показанную на фиг.1, соединяют с баком (на чертеже не показан), содержащим жидкий пестицид, имеющий объемное удельное сопротивление 106-1011 Ом.см, а предпочтительно 107-1010 Ом.см.

Располагают распылительную головку примерно в 40 см над сельскохозяйственной культурой и приводят в движение трактор, на.котором установлена распылительная головка.

Жидкость из бака подают в продольный канал 4, из которого она течет вниз по каналу 3 между пластинами 1, 2 к выходному отверстию 4. В конце концов жидкость, прежде чем она достигнет острой нижней кромки 7 пластины 1, растекается по одной стороне этой пластины.

Находящаяся в контакте с пластиной 1 жидкость приобретает тот же, что и у этой пластины, электрический потенциал. На достигшую кромки 7 жидкость действует сильное электрическое поле, существующее между пластиной 1 и электродными элементами 8. Как показано на фиг.2, напряженность поля такова, что жидкость, оставляя нижнюю кромку пластины 1 и двигаясь вниз в направлении к сельскохозяйственной культуре, преобразуется в серию элементарных струек 12. Каждая струйка 12 затем разделяется на серию капелек 13. Расстояние между соседними струйками 12 определяется величиной электрического потенциала на пластине 1 и электродных элементах 8, свойствами жидкости и расходом и обычно находятся в пределах 0,5-5 мм.

При высоких расходах 250 см3/мин на 1 м кромки 7 напряженность электрического поля еще достаточна для того, чтобы вызвать распыление жидкости на капельки, имеющие диаметр порядка 100 км. Искрению же между пластинами 1, 2 и электродными элементами 8 препятствует оболочка 11 каждого элемента.

При продолжении опрыскивания пространственный заряд, образованный облаком капелек между распыляющей головкой и сельскохозяйственной культурой, имеет тенденцию отталкивать другие капельки, отходящие с распыляющей кромки 7, вверх в направлении к другим частям распылительного устройства или к частям трактора. Потенциал на электродных элементах 8,. имеющий ту же полярность, что и заряд на капельках, служит для отталкивания кзпе- лек; вниз в направлении к культуре. Заряд, накопившийся на самих электродных элементах 8, Отводится прочь через оболочку 11 и сердечник 10.

В связи с этим понятно, что полуизолирующие материалы, пригодные для использования в качестве материала для оболочки 11, обычно имеют поверхностное удельное сопротивление, могущее изменяться в соот- ветствии с количеством поглощенных газов на нем и другими факторами, но обычно более низкое, чем объемное удельное сопротивление. Несмотря на специальные меры предосторожности, принимаемые при конструкции электродных элементов 8, существует, следовательно, опасность, что заряд, накопленный на наружной поверхности оболочки 11, потечет по этой поверхности к одному концу оболочки, через кольцевую торцевую поверхность оболочки, между внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью полиэтиленовой изоляции на высоковольтном подводящем проводе и наконец к сердечнику 10 элемен- та 8 и к проводнику подводящего провода. Всякое течение заряда по наружной поверхности оболочки 11 вызывает создание разности потенциалов между различными частями поверхности. Это означает, что раз- ность потенциалов между жидкостью, выходящей из выходного отверстия 4, и электродными элементами 8 изменяются в соответствии с местом по длине выходного отверстия и элемента. Это в свою очередь приводит к образованию переменного электрического поля между выходящей жидкостью и электронными элементами 8 и, следовательно, к неравномерному опрыскиванию. Для предотвращения или создания существенного препятствия такому течению заряда по поверхности оболочки 1-1 к сердечнику 10 используют вышеупомянутую эпоксидную смолу между свинчиваемыми концевыми частями оболочки и изоляции на высоковольтном подводящем проводе.

Конструкция распылительной головки, показанной на фиг. 1, может быть видоизменена путем изготовления одной из пластин 1 и2 из проводящего или полупроводящего материала, а другой из непроводящего материала.

Как показано на фиг.З. вторая распылительная головка в соответствии с изобретением имеет конструкцию, подобную конструкции распылительной головки, показанной на фиг.1, и содержит две вертикальные пластины 14 и 15, соответствующие соответственным пластинам 1 и 2 на фиг.1, канал 16, соответствующий каналу 3, и элек- троды 17, соответствующие электродам 8. Но в распылительной головке, показанной на фиг.З, нижняя кромка 18 пластины 14 расположена на том же уровне по вертикали, что и нижняя кромка 19 пластины 15.

Нижние кромки 18 и 19 образуют выходное отверстие в виде щели 20, из которой происходит распыление жидкости.

В предпочтительной конструкции устройства, показанного на фиг.З, щель 20 имеет длину 50 см и ширину 125 мкм. Каждый из электродов 17 имеет оболочку из туфно- ловых (туфнол - композит на основе фено- ло-формальдегидной смолы и бумаги - прим.перев.) трубок сорта кайт и сердечник из угольных шариков. Диаметр сердечника составляет 6 мм, а наружный диаметр оболочки - 1 см. Ось каждого электрода 17 расположена на 4 мм ниже щели 20, а расстояние между осями электродов составляет 24 мм. К пластинам 14 и 15 распылительной головки прилагают напряжение 40 кВ, а к электродам 17 - напряжение 24 кВ. При эксплуатации распылительную головку располагают на расстоянии 30 см от обрабатываемого объекта, который имеет потенциал земли.

Устройство было использовано для распыления смеси светлого (отбеленного) масла с циклогексаном, имеющей удельное сопротивление 5 108 Ом см и вязкость 8 сСт.

При расходах 0,5, 1,0 и 2,0 см/3с объемный медианный диаметр выходящих из головки капелек составлял 45, 60 и 95 мкм соответственно. . -.

Если с каждого электрода 17 удалена оболочка и поддерживаются вышеупомянутые напряжения, то происходит сильное искрение и отсутствует эффективное распыление. Для предотвращения искрения необходимо снизить дифференциальное напряжение между пластинами 14 и 15 и электродами 17 примерно до 8 кВ, т.е. пластины 14 и 15 нужно поддерживать под напряжением 40 кВ, а электроды 17 - под напряжением 32 кВ. Распыление в этом случае возможно, но с намного более низкими качественными показателями. Например, при расходах 0,5 и 1,0 см /с получаются капельки с объемным медианным диаметром приблизительно 150 и 250 мкм соответственно. При расходе 2,0 смэ/с смесь жидкостей просто капает из щели 20.

В третьей распылительной головке в соответствии с настоящим изображением, которая показана на фиг.4, две вертикальные пластины 21 и 22, образующие канал 23 для жидкости, выполнены из изоляционного материала. Как и в варианте, показанном на фиг.З, нижние кромки 24 и 25 пластин 21 и 22 соответственно расположены на одном и том же уровне по вертикали, в результате чего они образуют распыляющую щель 26.

Для обеспечения возможности приложения электрического потенциала к жидкости в показанной на фиг.4 распылительной головке установлен электрод 27 на той поверхности пластины 21, которая обращена к пластине 22 и во время эксплуатации устройства находится в контакте с жидкостью. Как показано на фиг.4, электрод 27 соединен с генератором напряжения VL

При эксплуатации распылительной головки, показанной на фиг.4, имеет место лишь небольшая разность потенциалов между электрическим потенциалом Vi на электроде 27 и потенциалом жидкости у щели 26. Соответственно, на жидкость, выходящую из щели 26, действует такое же сильное электростатическое поле, как поле у нижней кромки 7 пластины 1 .на фиг.1. Следовательно, выходящая жидкость превращения в элементарные струйки и распыляется так, как описано.

На фиг.5 показана четвертая распыли-, тельная головка в соответствии с изобретением, в которой две вертикальные пластины 28 и.29 расположены так, что нижняя кромка 30 пластины 28 находится немного ниже нижней кромки 31 пластины 29. Пластины 28 и 29 выполнены из изоляционного материала, причем в материале пластины 28 у ее нижней кромки 30 установлен электрод 32. Как и в распылительной головке, показанной на фиг.4, электрод 32 соединен с ген ё- ратором напряжения VL

На фиг.6 показана еще одна распыли- . тельная головка в соответствии с изобретением, в которой вертикальные пластины 33 и 34 из изоляционного материала располо- женыдак, что нижняя кромка 345 пластины 33 находится немного ниже нижней кромки 36 пластины 34. На поверхности пластины 34, которая (поверхность) обращена к пластине 33 и образует одну сторону канала между пластинами 33 и 34, предусмотрен электродЗ.

В описанных выше распылительных головках жидкость, выходящая из головки, распыляется от прямой кромки (как на фиг.1,5 и 6) или от щели (как на фиг.З и 4). В альтернативных конструкциях, показанных на фиг.7 и 8, кромка или щель выполнена круглой.

Как показано на фиг.7, еще одна распылительная головка в соответствии с изобретением содержит полый цилиндрический элемент 38 в форме сопла, имеющий распределительный канал 39 и канал 40, На нижнем конце канала 40 имеется кольцевое выходное отверстие 41, Элемент 38 выполнен из проводящего или полупроводящего материала и соединен посредством высоковольтного подводящего провода 42 с гене- . ратором высокого напряжения.

Элемент 38 прикреплен к нижней стороне полипропиленового держателя 43. кото- 5 рый имеет стержень 44, отходящий вниз соосно с элементом. Стержень 44 служит в качестве изоляции для проводника 45, соединенного с ответвлением на генераторе, Кроме того, стержень 44 является опорой.

0 для электрода 46, соединенного с нижним концом проводника 45.

Электрод 46 имеет оболочку 47 из по- луизолирующего материала и сердечник.48 из латуни или другого проводящего или по5 лупроводящего материала.

Как показано на фиг,7, оболочка 47 содержит цилиндрическую часть 49, которая входит в основное углубление в нижнем конце стержня 44, и дискообразную часть 50,

.0 которая сцеплена с нижним торцем стержня. Сердечник 48 электрода 46 имеет снабженный резьбой верхний конец, входящий в снабженное внутренней резьбой дополнительное углубление, расположенное выше

5 основного углубления в стержне 44, . . . При эксплуатации устройства электрод . 46 действует аналогично тому, как действуют соответствующие электроды в вариантах, описанных выше. Однако в устройстве,

0 показанном на фиг.7, цилиндрическая часть 49 оболочки посажена в основное углубление в стержне 44 с натягом, благодаря чему имеет место лишь минимальное течение заряда от части 50 по цилиндрической по5 верхности части 49 и через верхнюю, кольцевую торцевую поверхность этой части к сердечнику 48. Во всяком случае радиальное расстояние между цилиндрической поверхностью части 49 и сердечником 48

0 достаточно мало для того, чтобы заряд утекал через массу материала оболочки к сердечнику, а не тек по цилиндрической и торцевой поверхности части 49. Поэтому в варианте, показанном на фиг.7, нет необхо5 димости использовать изоляционный материал между резьбами на верхнем конце сердечника 48 и в дополнительном углублении в стержне 44.

На фиг.8 показан вариант осуществле0 ния изобретения, соответствующий варианту, показанному на фиг.7, за исключением

того, что в варианте, показанном на фиг.8, предусмотрен второй электродный элемент 51. Элемент51 выполнен, по существу, круг5 лым и расположен радиально снаружи выходного отверстия 52. Как показано на фиг.8 элемент 51 имеет сердечник 53 из латунной проволоки и оболочку 54 из полуизолирующего материала. Оболочка 54 вставлена в кольцевое углубление в нижнем конце юбки.

55 на полипропиленовом держателе 56. Сердечник 53 электрически соединен с тем.же самым проводником 57, что и электрод 58.

Прямая или круглая кромка или щель распыляющей головки может быть выполнена с серией зубцов. В этом случае на каждом зубце образуется, как показано на фиг.9, одна элементарная струйка, если зубцы не расположены слишком близко друг к другу, когда некоторые зубцы не будут иметь струек, или слишком далеко друг от друга, когда некоторые зубцы могут иметь больше одной струйки. В соответствии с другими вариантами жидкость может быть распылена из серии разнесенных отверстий или наконечников.

Установлено, что снабжение электродов распылительных головок полуизолиру- щей оболочкой дает преимущества, выраженные в увеличении расходов и/или в уменьшении размера капелек и в обеспечении надежности, в некоторых головках,

например, имеющих прямолинейные распыляющие кромки или щели, когда в головке приложен потенциал порядка 1-20 кВ, а соседний электрод имеет потенциал земли.

Использование: электростатическое распыление при исключении искрообразо- вания между электродом и распылительной головкой. Сущность изобретения: в качестве изоляционного материала взят материл с диэлектрической прочностью более 15 кВ/мм и удельным объемным сопротивлением 5 1011-5 1013 Ом-см. Устройство снабжено средством для исключения или существенного исключения течения заряда по поверхности материала оболочки к сердцевине электрода. Средство для приложения второго электрического потенциала выполнено в виде электрического проводника, присоединенного к сердцевине электрода и расположенного в изоляции. Средство для устранения или существенного устранения течения заряда выполнено в виде изолирующего средства, контактирующего с поверхностью оболочки сердцевины электрода и изоляцией электрического проводника. Искрению между пластинами и элетктродными элементами препятствует оболочка каждого электродного элемента. 17 з.п. ф-лы, 9 ил. ел с

Формула изобретения ч

оболочки и изоляции.

боковая стенка которого выполнена из проводящего или полупроводящего материала и снабжена средством для электрического соединения упомянутой по крайней мере одной боковой стенки со средством для приложения первого электрического потенциала к выходящей жидкости.

нена выступающей по отношению к кромке другой пластины и параллельно ей, а выходное отверстие образовано кройкой пластины и частью поверхности второй пластины.

О