Устройства для создания гидравлических ударных волн инициируемых высоковольтным электрическим разрядом в жидкости

(51) 08 9/00 (2006.01) 08 9/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ первоначальных теплообменных характеристик, а также для разрушения или измельчения минеральных образований или других технологических операций, требующих ударного воздействия на продукт. Устройство содержит блок питания и автоматики, а также генератор высоковольтных импульсов и рабочие разрядные электроды. Блоки устройства позволяет изменять величину и частоту высоковольтных импульсов,обеспечивают защиту от перенапряжений и снабжены индикаторами и приборами,позволяющими производить оперативную настройку и контроль состояния устройства и величины основных параметров, а блок индикации тока разряда контролирует не только нормальный ход процесса очистки, но и позволяет определить момент замыкания разрядных электродов. Изобретение обеспечивает высокую эффективность его применения,оперативность установки оптимальных параметров и их постоянного контроля.(76) Сажин Михаил Васильевич Давренбеков Сантай Жанабилович Буркеев Мейрам Жунусович(54) УСТРОЙСТВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УДАРНЫХ ВОЛН ИНИЦИИРУЕМЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ В ЖИДКОСТИ(57) Изобретение относится к электроразрядным устройствам для генерирования гидравлических ударных волн инициируемых высоковольтным электрическим разрядом в жидкости и может быть использовано для проведения очистки поверхности труб и других полых изделий от накипи и отложений в теплообменных установках,трубопроводах и т.п. в теплоэнергетике,металлургии,нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих, химических и других предприятиях для восстановления их Изобретение относится к устройствам для создания гидравлических ударных волн инициируемых высоковольтным электрическим разрядом в жидкости и может быть использовано для проведения очистки поверхности труб и других полых изделий от накипи и отложений в теплообменных установках,котлоагрегатов,водонагревателей, холодильников, трубопроводов,радиаторов и т.п. в теплоэнергетике, металлургии,нефтедобывающих и перерабатывающих,химических и других предприятиях, использующих агрегаты из пучков трубопроводов при периодической очистке от отложений для восстановления их первоначальных теплообменных характеристик, а также для разрушения или измельчения минеральных образований или других технологических операций, требующих ударного воздействия на продукт. Известно много устройств использующих электрогидравлический эффект,типичным представителем которых является устройство для очистки труб, содержащее источник импульсного тока и электроды, соединенные кабелем с выходом источника импульсного тока, причем один электрод выполнен в виде оголенной части жилы кабеля,соединенной с положительным выходом источника импульсного тока, а его отрицательный выход соединен с очищаемой от загрязнения трубой,которая выполняет роль второго электрода (, А 1221796). Недостатки этого устройства- работа устройства сопряжена с повышенной опасностью для персонала в связи с возникновением перенапряжений и наводок,опасных для окружающего электрооборудования, собственно самого устройства и персонала- от воздействия ударных импульсов давления высоковольтная изоляция разрушается, центральная жила кабеля оголяется и замыкается на отрицательный электрод, при этом устройство продолжает работу, но гидроудары не возникают,потому что разряд накопителя происходит через замкнутые электроды, а не через жидкость- отсутствие индикаторов режимов работы устройства и приборов контроля рабочих параметров не позволяют контролировать работу устройства в нормальном режиме и своевременно фиксировать отклонения- на стенке очищаемой трубки в результате разрядов остаются питтинги - следы электрической эрозии, которые не только разрушающе действуют на металл, но и являются центрами образования накипи и отложений. Известно также устройство для очистки трубок теплообменных аппаратов от накипи электрическими импульсными разрядами в жидкости, содержащее помещенные в изолятор высоковольтный электрод,электрически соединенный с ним токопровод и заземленный электрод, выполненный в виде цилиндрической пружины сжатия,надетой на изолятор высоковольтного электрода, и выступающей за край последнего (, С 1, 2152575). 2 Это устройство отличается от предыдущего тем,что в качестве отрицательного электрода использована дополнительная пружина сжатия,соединенная с заземлением, что защищает стенку очищаемой трубки от разрядов. Устройство имеет следующие недостатки- отсутствуют технические элементы защиты устройства и персонала от наведенных потенциалов и перенапряжения- дополнительная пружина сжатия почти устраняет разряд на стенку трубы, но износ и разрушение изоляции кабеля остается, и замыкание между положительным и отрицательным электродами остается непредсказуемым и неконтролируемым. Наиболее близким к заявляемому является электроразрядное устройство для очистки поверхностей полых изделий, включающее блок питания и автоматики, генератор импульсов,высоковольтный источник которого своим выходом 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 блок питания и автоматики связан с защитным заземлителем и низковольтным выходом генератора импульсов, а также 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 и т.д. по 16 пунктам формулы (, С 1, 2175898). В этом устройстве по прототипу устранены многие недостатки аналогичных устройств,касающиеся обеспечения безопасности обслуживающего персонала путем ввода блоков защиты от перенапряжения и блокировок контроля работы токоограничивающего элемента. Недостатками устройства по прототипу являются отсутствие защиты от перегрузки устройства и коротких замыканий, индикаций состояния режимов работы устройства, контроля рабочих параметров и величины разрядного тока. Отсутствие индикации режимов работы устройства может привести к неправильным действиям персонала и возможности поражения его электрическим током. Отсутствие прибора контроля рабочих параметров,задаваемых высоковольтному источнику, не позволяет своевременно обнаружить их отклонение от заданных или выхода из строя высоковольтного источника. Отсутствие контроля величины заряда на емкостном накопителе энергии может привести к случайному касанию персонала к элементам,находящимся под высоким напряжением, во время плановой чистки разрядного промежутка. Полное отсутствие контроля разрядного тока рабочих электродов лишает персонал информации о происходящем внутри трубки во время ее очистки. В основу настоящего изобретения поставлена задача создания устройства для генерирования гидравлических ударных волн инициируемых высоковольтным электрическим разрядом в жидкости применяемого для очистки поверхности труб теплообменных агрегатов, активизация химических процессов, дебита скважин и т.п.,конструкция которого позволила бы повысить эффективность технологического процесса и удобство эксплуатации. Поставленная задача решается тем, что устройство для генерирования гидравлических ударных волн инициируемых высоковольтным электрическим разрядом в жидкости, включающее в себя блок питания и автоматики, состоящий из входных цепей электропитания, сетевого фильтра,блока автоматики и управления,токорегулирующего блока и дистанционного пульта управления, а также генератор импульсов,состоящий из высоковольтного источника,высоковольтных дросселей, емкостного накопителя электроэнергии, рабочего и защитного разрядников,блоков защиты и снятия заряда накопителя электроэнергии, цепи подачи импульсов к разрядным электродам. При этом в устройство дополнительно введены автоматический выключатель, световые индикаторы режимов работы устройства, приборы контроля рабочих параметров, индикатор наличия заряда на накопителе электроэнергии и блок индикации тока разряда. Питающее напряжение из сети поступает через автоматический выключатель,выключенное состояние которого отображает один световой индикатор, на сетевой фильтр, выходы которого соединены с блоком автоматики и управления, один выход которого соединен со световым индикатором рабочего режима, два выхода обеспечивают питание токорегулирующего блока, еще один выход управляет работой блока снятия заряда накопителя электроэнергии, а третий вход соединен с выходом блока защиты. Выходы токорегулирующего блока снабжены приборами измерения тока и напряжения и соединены с входами генератора импульсов,являющимися входами высоковольтного источника,выходы которого через высоковольтные дроссели соединены с входами емкостного накопителя электроэнергии, к выходам которого подключен индикатор наличия заряда на емкостном накопителе электроэнергии, причем отрицательный выход накопителя электроэнергии соединен с заземляющими цепями устройства,а к положительному выходу - через рабочий разрядник,соединенный с блоком регулировки зазора, и блок индикации тока разряда с регулируемой чувствительностью подключен к положительному разрядному электроду, отрицательный электрод,при этом, соединен с заземляющими цепями, при этом к положительному выходу емкостного накопителя электроэнергии присоединен через защитный разрядник снабженный блоком регулировки зазора входа блока защиты, выход которого соединен с блоком автоматики и управления и вторым входом блока снятие заряда накопителя. Устройство дополнительно содержит блок индикации тока разряда с регулируемой чувствительностью,выполненный в виде воздушного трансформатора, нагруженного на потенциометр, а в качестве показывающего индикатора применен линейный индикатор напряжения,устройство оснащено рабочим разрядником в виде снабженных охладителями соосно расположенных электродов,причем поверхность одного электрода, обращенная к другому электроду, имеет сферическую форму, а поверхность другого электрода, обращенная к первому, - тороидальную. Только такое техническое решение - введение дополнительных блоков и элементов и такое их сочетание - позволяет обеспечить положительный эффект,выражающийся в повышении эффективности технологического процесса и удобства эксплуатации устройства. Исключение любого из предложенных элементов или блоков из состава устройства повлечет снижение удобства экоэксплуатации или эффективности технологического процесса использования устройства. Автоматический выключатель на входе питающей электросети в устройство обесточит его при превышения током значения, которое может возникнуть при неисправности электрических цепей устройства. Световые индикаторы режимов работы устройства позволяют вести постоянный визуальный контроль состояния устройства, а именно - включенное электропитание и включенное состояние рабочего режима. Приборы контроля рабочих параметров измеряют ток и напряжение в цепи питания высоковольтного источника генератора импульсов. Индикатор наличия заряда на накопителе электроэнергии контролирует и показывает наличие заряда на накопителе, чем обеспечивается контроль исправности узлов устройства, автоматического снятия остаточного заряда на накопителе. Включение блока индикации тока разряда в состав устройства позволяет не только вести постоянный контроль технологического процесса при чистке полых изделий по величине тока разряда, сравнивая его с током разряда оптимального режима качественной чистки, но и определить момент замыкания рабочих электродов,когда при разрядах накопителя гидравлических ударов не возникает, и дальнейшая работа 3 устройства становится нецелесообразна. В результате продолжительной работы электроды рабочего разрядника нагревается, а также на них образуется нагар, в результате которого происходит изменение эффективной величины рабочего зазора,что изменяет величину напряжения пробоя разрядного промежутка и, таким образом, мощности разряда. Для снижения влияния этих факторов в устройстве применены соосно расположенные электроды рабочего разрядника, снабженные охладителями,причем поверхность одного электрода обращенная к другому,имеет сферическую поверхность, а поверхность другого электрода, обращенная к первому, - тороидальную. В последующем изобретение поясняется подробным описанием вариантов конструктивного выполнения и работы устройства для генерирования гидравлических ударных волн, инициируемых высоковольтным электрическим разрядом в жидкости со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг.1 изображает блок-схему заявляемого устройство, фиг.2 - вариант выполнения элементы 15 на фиг.1. Предложенное устройство для генерирования гидравлических ударных волн, инициируемых высоковольтным электрическим разрядом в жидкости, содержит блок питания и автоматики 1,состоящий из входных цепей электропитания 24,сетевого фильтра 5, блока автоматики и управления 6, токорегулирующий блок 7 и дистанционного пульта управления 10, а также генератор импульсов 2, состоящий из высоковольтного источника 11,высоковольтных дросселей 12,емкостного накопителя электроэнергии 13, рабочего 15 и защитного 17 разрядников, блоков защиты 19 снятия заряда 20, цепи подачи импульсов 22 к разрядным электродам 23, при этом в устройство дополнительно введены автоматический выключатель 3, индикаторы режимов работы устройства 4,приборы контроля рабочих параметров 8 и 9, индикатор 14 наличия заряда на накопителе электроэнергии и блок индикации тока разряда 21 с регулируемой чувствительностью, при этом питающее напряжение из сети 24 поступает через автоматический выключатель 3, включенное состояние которого отображает один световой индикатор 4, на сетевой фильтр 5, выходы которого соединены с блоком автоматики и управления 6,один выход которого соединен со световым индикатором 4 рабочего режима, два выхода обеспечивает питание токорегулирующего блока 7,еще один выход управляет работой блока снятие заряда 20 накопителя электроэнергии 13, а третий вход соединен с выходом блока защиты 19, выходы токорегулирующего блока 7 снабжены приборами измерения тока 8 и напряжения 9 и соединены с входами генератора импульсов 2, являющиеся входами высоковольтного источника 11, выходы которого через высоковольтные дроссели 12 соединены с входами емкостного накопителя электроэнергии 13, к выходам которого подключен индикатор наличия заряда 14 на емкостном накопителе электроэнергии 13,причем 4 отрицательный выход накопителя электроэнергии 13 соединен с заземляющими цепями устройства, а к положительному выходу - через рабочий разрядник 15, соединенный с блоком регулировки зазора 16, и блок индикации тока разряда 21 с регулируемой чувствительностью подключен к положительному разрядному электроду 22, отрицательный электрод 23 при этом соединен с заземляющими цепями, при этом к положительному выходу емкостного накопителя электроэнергии 13 присоединен через защитный разрядник 17, снабженный блоком регулировки зазора 18, вход блока защиты 19, выход которого соединен с блоком автоматики и управления 6 и вторым входом блока 20 снятие заряда накопителя. При использовании предлагаемого устройства для очистки поверхности полых изделий последние погружают в воду или обеспечивает ее проток через изделие при полном заполнении очищаемый полости, помещают систему разрядных электродов 22, 23 в жидкость, включают автоматический выключатель 3, подключенный к питающий электросети 24, при этом включается сетевой индикатор 4, и устройство готово к работе. При первичном включении все регулируемые параметры устанавливаются на минимальные значения. С пульта управления 10 включается в рабочий режим,при котором через сетевой фильтр 5, блок автоматики 6, токорегулирующий блок 7,электропитание поступает на вход генератора импульсов 2. При этом включенное состояния рабочего режима отображает световой индикатор 4,а величину поданного напряжения - прибор 9, и потребляемого тока - прибор 8. Высоковольтный источник 11 повышает, выпрямляет и через высоковольтные дроссели 12 подает напряжение на емкостной накопитель электроэнергии 13, уровень которого показывает индикатор наличия заряда 14. При повышении уровня заряда до уровня срабатывания рабочего разрядника 15,устанавливаемого блоком регулировки зазора 16,происходит разряд емкостного накопителя электроэнергии через рабочий разрядник 15, цепь подачи импульсов, рабочие разрядные электроды 22 и 23 и жидкость, в которую они погружены. При разряде в жидкости происходит резкое развития парогазовой полости, и возникает гидроудар,сопровождаемый возникновением скоростных гидропотоков, упругих колебаний, в результате чего происходит разрушение и диспергирование отложений. При обрыве в цепи разряда, или когда рабочие разрядные электроды не погружены жидкость,срабатывает защитный разрядник 17, величина зазора которого всегда больше зазора рабочего разрядника 15, но меньше суммарной величины зазора рабочего разрядника и сухого зазора между разрядными электродами, блок защиты 19 при срабатывании защитного разрядника 17 через блок автоматики 6 отключает подачу электропитания на токорегулирующий блок 7, и далее, на генератор импульсов 2. Блок 20 снятия заряда накопителя при этом, как и при любом выключение рабочего режима, автоматически снимет заряд на накопителе,при этом на индикаторе заряда накопителя 14 установится нулевое показание. Постепенно увеличивая зазор рабочего 15 и защитного 17 разрядников достигают качественной очистки полого изделия, при этом фиксируются не только величины зазоров разрядников, но и показания индикатора тока разряда 21, что позволяет в дальнейшем контролировать нормальный процесс очистки или отклонение от него. Если предварительно замкнуть положительный и отрицательный рабочие электроды и регулировкой чувствительности выставить показания индикатора тока разряда блока 21 на определенный уровень, то появления таких показаний индикатора в течение процесса чистки говорит о недопустимом разрушении изоляции положительного электрода 22 и его замыкании с отрицательным электродом 23, что сопровождается продолжением работы устройства, но отсутствием гидравлических ударов и разрушения отложений. Оператор получает информацию о необходимости своевременного устранения нарушения процесса. При изменении величины зазора рабочего разрядника 15 изменяется и ток разряда,регулировкой чувствительности при замкнутых разрядных электродах восстанавливается ранее определенное показание индикатора тока разряда 20. Частота следования импульсов при определенной величине емкости накопителя электроэнергии 13 и зазора рабочего разрядника 15 определяется режимом токорегулирующего блока 7, который контролируется приборами 8 и 9, по показаниям которых быстро и точно можно установить повторно любой режим эффективной очистки изделий. Исполнение рабочего разрядника 15 в виде,представленном на фиг.2, позволяет снизить разогрев электродов при длительной работе устройства за счет применения охладителей и практически на порядок увеличить длительность периода между чисткой самих электродов от нагара, образующегося в местах разряда,за счет смещения места последующих разрядов по тороидальный поверхности без изменения фактической величины зазора. Наличие блока индикации тока 15 разряда в случае использования предлагаемого устройства для исследования физико-химических процессов в жидких средах позволяет по изменению разряда судить об изменении технологических параметров, связанных с проводимостью исследуемого или перерабатываемого жидкого материала. Заводские испытания заявляемого устройство показали высокую эффективность и удобство в настройке и эксплуатации за счет измерения и индикации режимов работы аппаратуры. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для генерирования гидравлических ударных волн, инициируемых высоковольтным электрическим разрядом в жидкости, включающее в себя блок питания и автоматики, состоящий из входных цепей электропитания, сетевого фильтра,блока автоматики и управления, токорегулирующего блока и дистанционного пульта управления, а также генератор импульсов, состоящий из высоковольтного источника, высоковольтных дросселей, емкостного накопителя электроэнергии, рабочего и защитного разрядников, блоков защиты и снятия заряда, цепи подачи импульсов к разрядным электродам,отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены автоматический выключатель, световые индикаторы режимов работы устройства, приборы контроля рабочих параметров, индикатор наличия заряда на накопителе электроэнергии и блок индикации тока разряда с регулируемой чувствительностью, при этом питающее напряжение из сети поступает через автоматический выключатель,включенное состояние которого отображает один световой индикатор, на сетевой фильтр, выходы которого соединены с блоком автоматики и управления, один выход которого соединен со световым индикатором рабочего режима, два выхода обеспечивают питание токорегулирующего блока, еще один выход управляет работой блока снятия заряда накопителя электроэнергии, а третий вход соединен с выходом блока защиты, выходы токорегулирующего блока, снабженные приборами измерения тока и напряжения, соединены с входами генератора импульсов, являющиеся входами высоковольтного источника, выходы которого через высоковольтные дроссели соединены с входами емкостного накопителя электроэнергии, к выходам которого подключен индикатор наличия заряда на емкостного накопителя электроэнергии, причем отрицательный выход накопителя электроэнергии соединен с заземляющими цепями устройства, а к положительному выходу через рабочий разрядник, соединенный с блоком регулировки зазора, и блок индикации тока разряда с регулируемой чувствительностью подключен к положительному разрядному электроду,отрицательный электрод при этом соединен с заземляющими цепями, при этом к положительному выходу емкостного накопителя электроэнергии присоединен через защитный разрядник, снабженный блоком регулировки зазора, вход блока защиты, выход которого соединен с блоком автоматики и управления и вторым входом блока 20 снятия заряда накопителя. 2. Устройство по п.1, в котором в качестве блока индикации тока разряда с регулируемой чувствительностью применен воздушный трансформатор, нагруженный потенциометром, а в качестве показывающего индикатора применен линейный индикатор напряжения. 3. Устройство по п.1 и 2, в котором в качестве рабочего разрядника применено устройство,содержащее два снабженных охладителя соосно расположенных электрода, причем поверхность одного электрода, обращенная к другому электроду,имеет сферическую форму, а поверхность другого электрода, обращенная к первому, -тороидальную.