CC BY
17
УДК 621.311.4-784.431
Гейзер А. А.
СХЕМЫ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯ
Описываемые конструкции относятся к устройствам электропитания пылеуловителя и могут быть использованы в химической, горнорудной, металлургической и других отраслях промышленности, в устройствах санитарной очистки воздуха. Наиболее предпочтительно использовать данное предложение там, где требуется очистка газа от мелкодисперсной пыли. Например, в металлургической промышленности или в системах санитарной очистки воздуха с жесткими параметрами по условиям очистки.
Ранее [1] нами было показано, что для очистки газа от мелкодисперсной пыли целесообразно использование скрещенных электромагнитных полей. Здесь следует отметить, что способ очистки газов в таких полях не нашел пока широкого применения в промышленности, очевидно, из за сложного и громоздкого оборудования, необходимого для. его осуществления. Так, например, одно из устройств, реализующих отмеченный выше способ, содержит электромагнит с полюсами и осадительные электроды, размещенные между этими полюсами. Электромагнит и электроды питаются от высокочастотного генератора через фазовращатель, обеспечивающий необходимый фазовый сдвиг между магнитным и электрическим полями [2]. Нами предложены конструкции, свободные от указанного выше недостатка [3]. Однако в процессе исследований выяснилось, что они имеют низкую эффективность очистки газа, так как мала напряженность электрического поля в рабочей камере. Это обусловлено тем, что осадительные электроды на входе в рабочую камеру пылеуловителя постоянно замкнуты то-копроводящей перемычкой.
В предлагаемой работе описываются конструкции, в которых увеличена напряженность электрического поля в рабочей камере и улучшена очистка оса-дительных электродов от уловленной пыли, что обеспечит повышение эффективности очистки газа пылеуловителем.
Поставленная задача решается тем, что в описываемом устройстве, в отличие от предложенного нами ранее в [3] и построенного на основе индукона, реализован импульсный режим его работы благодаря искусственной коммутации тока в цепях индукона посредством управляемых коммутирующих приборов - тиристоров.
В другом варианте исполнения, один из коммутирующих приборов, осуществляющих коммутацию тока в индуконе, выполнен управляемым, а другой неуправляемым в цепь которого включена катушка индуктивности.
Указанные варианты выполнения устройства имеют одинаковое назначение- обеспечение импульсного электропитания пылеуловителей, обеспечивают один и тот же технический результат - повышение напряженности электрического поля в рабочем пространстве, который достигается принципиально одним и тем же путем - исключением перемычки, замыкающей осадительные электроды. Наличие управляемых коммутирующих приборов, соединяющих нижние концы осадительных электродов и дополнительных электропроводящих элементов, способствует возникновению в рабочем объеме пылеуловителя скрещенных од-нополярных электромагнитных полей необходимой напряженности.
Использование одного управляемого коммутирующего прибора, во втором варианте выполнения устройства, при аналогичном результате обеспечивает упрощение устройства управления коммутирующими приборами, что приводит, в конечном счете, к повышению надежности устройства импульсного электропитания пылеуловителя.
Сущность конструкции поясняется чертежами, на которых рис. 1, 2 изображают принципиальные электрические схемы устройств электропитания пылеуловителя, а на рис. 3 показаны временные диаграммы работы устройства. Устройство электропитания пылеуловителя содержит электропроводные элементы в виде пластин 1-2 расположенных с наружной стороны осадительных
электродов 3 параллельно им и друг другу. Осадительные электроды образуют рабочую камеру
Рис. 1. Электрическая схема Рис. 2. Электрическая схема
пылеуловителя (вариант1). пылеуловителя (вариант2).
пылеуловителя 4, путем параллельного расположения друг относительно друга. Электропроводные пластины разделены от осадительных электродов диэлектриком (на рисунках не показан). С верхнего конца пластин с помощью перемычек 5 и 6 соединены между собой осадительные электроды и пластины, расположенные противоположно. Нижние концы осадительных электродов и дополнительных электропроводящих элементов соединены между собой через управляемые коммутирующие приборы 7 и 8. К пластинам 1-3 посредством перемычек 5 и 6 через управляемый коммутирующий прибор 9, в качестве которого может быть использован тиристор, подключен источник питания 10. Последовательно источнику питания включена дополнительно катушка индуктивности 11.
* '4
Рис. 3. Временные диаграммы работы схем электропитания.
В случае второго варианта исполнения устройства импульсного электропитания пылеуловителя, показанного на рисунке 2, один из коммутирующих приборов, например 7, является управляемым. Другой коммутирующий прибор 8, соединяющий пластины 1 и 2 может быть неуправляемым. Тогда в цепь этого прибора необходимо включить катушку индуктивности 12. В качестве такой катушки может быть насыщающийся дроссель.
Работа схемы импульсного электропитания пылеуловителя, выполненной по первому варианту, происходит следующим образом (рис.1, 3). Предположим, что в начальном состоянии пластины 1-3 заряжены так, как показано на рис. 1. Такая зарядка может быть осуществлена, например, включением тиристора 9. В момент к (рис.3) включается тиристор 7 и конденсатор, образованный пластинами 1-3 и 2-3, начинает разряжаться на индуктивность этих пластин. Процесс разрядки конденсатора индукона на собственную индуктивность, образованную самими же обкладками, описывается неоднородным линейным дифференциальным уравнением второго порядка в частных производных с постоянными коэффициентами, как в системе с распределенными параметрами. Вид этого уравнения представлен нижеследующей формулой (1), которая получена на основе уравнений многофакторной электродинамики [4,5]
(дг\г ¿y
v dz2 ~ dz1 ,
2 c2
at2 dt2
+ s0cuí _ е0аг2 d\2 _ f0a^Ecmo;) А Л A Л <?t ■ '
с начальными и граничными условиями:
li(z,0) = h (z,0) = 0; U(z,0) = Ucm; Ii (0,t) = 0; h (£,t) = 0; Ii (t,X) = b(0,t). Решение дифференциального уравнения (1), с учетом начальных и граничных условий, имеет вид: .
т / Л ист ~в, • ~ ■ (2и + 1)я-г
Ы^О =,H-f-e рsm£V sm ' ,
п*° Г (2)
r^'rin <V cos
¡Sкг 2(
для законов изменения токов в пластинах индукона, и
U(z,t) = YrFT^' + «»cos £V)
л=0 "л
(2n+l)írz , ,.„ . (2n+\)nz
cos -----(-1) sin ----
21 U
(3)
для закона изменения напряжения между его пластинами.
В выражениях (1) - (3) введенные обозначения имеют следующие значения: 1„ 1г - величины токов 1ой и 2ой пластинах индукона соответственно; Ъ - координата длины пластин, взятая от их начала; С - скорость электромагнитных волн в вакууме; X - текущее время; ео - электрическая постоянная; а - ширина пластин индукона; Ь - расстояние между этими пластинами; г„ г2 - сопротивления единицы длины соответствующих пластин индукона; Есгор - напряженность стороннего поля, под действием которого течет ток по пластинам; и(г,0 - напряжение между пластинами индукона; ист - максимальное напряжение между пластинами; I - длина пластин индукона; (3 - коэффициент затухания ; 0„ - собственная частота колебаний индукона; п - номер гармоники возбуждаемых колебаний. ;
В момент 11 конденсатор устройства полностью разряжен (^эпюра и», рис.3), а токи текущие по пластинам (эпюра к, рис.3) достигают максимума. С момента 11 до момента Ь конденсатор перезаряжаются так, что полярность напряжения на пластинах 1-3 и 2-3 изменяется на противоположную и в момент включается тиристор 8. С этого момента ток перехватывается в цепь тиристора
8, а тиристор 7 закрывается. До момента 1з тиристор 7 должен восстановить свои управляющие свойства. С момента 1з до момента Ь ток в пластинах уменьшается до нуля, а напряжение на конденсаторе восстанавливается в первоначальной полярности. В промежутке между моментами 1з и 15 необходимо включить тиристор
9, для того чтобы от источника питания восполнить потери в колебательном контуре. При включении тиристора 9 источник питания 10 оказывается подключенным к последовательному колебательному контуру, состоящему из катушки индуктивности 11 и конденсатора, образованного пластинами 1-3. Длительность зарядки определяется частотой этого контура юп и в момент 14, когда ток зарядки ь (эпюра ¡з, рис.3) станет равным нулю, тиристорный коммутатор 9 выключается. Для выполнения условия коммутации необходимо, чтобы частота колебательного контура, образованного электроемкостью пластин 1-3 и их индуктивностью сок, была меньше частоты последовательного колебательного контура соп, т.е.
(Ок«Шп (4)
Так как электроемкость пластин 1-3 в обоих контурах одна и та же, следовательно, для выполнения условия коммутации (4) индуктивность пластин Ьк должна быть больше индуктивности 111 ,то есть
Ьк»Ьн (5)
С момента 15 все процессы в схеме импульсного электропитания пылеуловителя повторяются.
При втором варианте выполнения устройства импульсного электропитания пылеуловителя (рис. 2) работа устройства до момента времени (рис. 3) происходит аналогично выше описанной. В момент 11, когда напряжение на кон-
денсаторе индукона изменит знак, к диоду 8 оно прикладывается так, что он мог бы перейти в проводящее состояние. Но так как в его цепь включена катушка индуктивности 12, то нарастание тока будет задержано до момента времени t2. В момент tz ток перехватывается в цепь диода 8 и тиристор 7 выключается и до момента t3 происходит восстановление управляющих свойств тиристора. Далее работа устройства происходит аналогично выше описанной.
Из принципа работы схем электропитания пылеуловителя видно, что в его рабочем объеме 4 (рис. 1,2), в результате создания в нем электрического поля и протекания тока по пластинам индукона, создаются скрещенные электрическое и магнитное поля, изменяющиеся во времени. Под действием силы электрического поля и силы Лоренца частицы выводятся из потока и попадают на осадитель-ные электроды. Путем последующего стряхивания частицы пыли попадают в сборный бункер. Более подробно процессы пылеулавливания в таком фильтре, который может быть назван электромагнитным, рассмотрены в [1].
Описанные схемы электропитания позволяют повысить эффективность очистки газа пылеуловителем. Это достигается прежде всего тем, что в описанных устройствах выше напряженность электрического поля в рабочей камере по сравнению с описанными в [3], так как не замкнуты перемычкой осадительные электроды. Пылеуловитель, снабженный рассмотренными схемами электропитания, обладает рядом дополнительных преимуществ перед широко известными электрофильтрами. Например, в момент попадания частиц пыли на осадительные электроды частица начинает разряжаться на осадительный электрод, следовательно, на частицу будет действовать сила Ампера направленная вниз и наличие этой силы будет способствовать очистке осадительных электродов. Кроме того, пондеромоторные силы, действующие на осадительные электроды, вызовут вибрацию последних, что также будет способствовать очистке их от уловленной пыли.
Из литературных источников, например [6], известно, что даже переход к импульсной форме питающего напряжения электрофильтров без создания магнитного поля в рабочем объеме приводит к повышению эффективности их работы, поэтому электромагнитные фильтры, обладая всеми качествами электрофильтров, позволят избавится от серьезных недостатков присущих им.
Перечень ссылок
1. Гейзер А. А., Шоботое В. М. Преимущества и недостатки очистки промышленных газов в электрофильтрах и ее совершенствование с использованием скрещенных электромагнитных полей //Вестник ПГТУ. Вып 2. - 1996,-С. 196-200.
2. A.C. 585880 СССР, МКИ3 В 03 С 3/00. Способ пылеулавливания. Авторы Ольшанский А. П., МеттусА. А. Опубликовано 30.12.77. Бюл. N48.
3. А .С. 1465114 СССР, МКИ3 В 03 С 3/00. Устройство электропитания пылеуловителя. Автор Гейзер A.A. Опубликовано 15. 03. 89. Бюл. N 10.
4. Гейзер А. А. К вопросу о многофакторной электродинамике. Деп. в ГНТБ Украины. 29.04.1996. N 1055 - Ук 96.
5. Гейзер А. А. Некоторые вопросы многофакторной электродинамики. //Известия ВУЗов. Физика. - 1997,- N1,- С. 128. Деп. в ВИНИТИ, per. N2505-В96 от 23.07. 1996.
6. Шварц З.Л., Нагорный В. В., Гонозое А. Д. Испытания импульсной системы питания электрофильтров //Электрические станции,-1981,- N2,- С. 61 - 62.
