НКР 18.03.21 (2). Федеральный научный агроинженерный центр вим

• Название: Федеральный научный агроинженерный центр вим
• Дата: 09.08.2022
• Размер: 3.16 Mb.
• Имя файла: НКР 18.03.21 (2).docx
• Тип: Образовательная программа; #643039
• страница: 4 из 10

2.2 Параметры и возможные режимы работы электрогидравлической установки
Основным фактором, влияющим на электрогидравлический процесс, является импульсное давление при ударной волне и длительность его действия [132].

При нахождении величины давления применяют различные подходы. Первый подход состоит из анализа электрической схемы замещения электрогидравлического разряда в растворе [133, 134]. На рисунке 2.2 показан вид установки, представленной в виде схемы замещения.

Чаще всего разрядную цепь считают цепью, с линейными параметрами, представленными для реальных условий, при которых конденсатор не разряжен до конца.

– индуктивность в разрядной цепи ;

I – ток разрядный;

– сопротивление в разрядной цепи;

t – время;

С – накопительная ёмкость;

– напряжение;

– постоянная изменения напряжения;



Рисунок 2.2 – Схема замещения электрогидравлической установки
От соотношений элементов в цепи зависит вид колебаний (характер разряда).

При образовании лидеров в жидкой среде от одного электрода к другому, стример замкнёт цепь. Если сопротивление промежутка брать неизменным во время формирования разряда, то кривую разрядного тока показывают синусоидой с постоянного времени.

Мощность, которая выделяется в разрядной цепи, находится по величине показателя затухания . При происходит наибольшая концентрация мощности первого импульса. Критическое затухание находится при условии

При решении уравнения (1) возможно 3 случая, когда , меньше, равно или больше 2 .

Разряд имеет апериодический характер R_р.ц , тогда ток в цепи разряда равен

Соответственно напряжение на конденсаторе равно

Напряжение на индуктивности цепи

Где

Когда разряд имеет апериодический характер R_р.ц=2 (рисунок 2.3 а) определяемый уравнением

Когда разряд имеет периодический колебательный характер R_р.ц 2 (рисунок 2.3 б)



Рисунок 2.3 – Характер электрогидравлического разряда

а – апериодический б – периодический
Максимальная мощность канала находится по формуле (20)

Оптимальное значение мощности N, выделяемой в канале разряда, достигается при условии

Для оптимального значения мощности с учётом что

Вычисляется максимальное значение силы тока

И время разряда

Из предыдущего уравнения можно сделать вывод, что max ток разряда I_р является функцией напряжения заряда конденсаторной батареи U_c, ёмкости батареи С, индуктивности контура L_р.ц.

Подставив значение I_max и R_р.ц.в выражение N_max=I²_max R_р.ц, вычисляем


Для возникновения максимальной мощности при определенной энергии разряда, нужно стремиться к уменьшению времени разряда и, следовательно, к уменьшению индуктивности и ёмкости цепи. Повышение ёмкости конденсаторной батареи не увеличивает разряд мощности.

Для вычисления давления на фронте ударной волны было взято полуэмпирическое соотношение [139].

– полная энергия, в канале разряда

Полная энергия вычисляется по формуле

– напряжение на канале разряда

– электрический КПД

Согласно данным [133] при одних и тех же параметрах электрогидравлической установки повышение межэлектродного промежутка сопровождается увеличением скорости ввода энергии в разрядном промежутке. Наблюдается переход от периодического колебания к апериодическому, оптимальным значением считается граница этого перехода.

Влияние индуктивности в формуле (26) приводит к увеличению межэлектродного промежутка и возрастанию скорости ввода энергии.

Из выше изложенного можно сделать вывод, что мощность ударной волны зависит от межэлектродного промежутка от которого зависит скорость ввода энергии. При выборе режимов электрогидравлической установки не берутся во внимание физические параметры обрабатываемой жидкости, главным из которых является электропроводность. Поэтому данный параметр будет определяться в 3 главе при проведении эксперимента.
2.3 Разработка принципиальной схемы установки для обеззараживания воды высоковольтным электрическим разрядом
Согласно проведенному анализу [135, 136, 137] был выбран способ по обеззараживанию воды с многократным воздействием высоковольтных электрических разрядов, с погруженным в воду высоковольтным и заземленным электродом.

Для осуществления данного способа была разработана установка для обеззараживания воды, принципиальная схема которой представлена на рисунке 2.4.

Устройство состоит из: камеры 1, подводящего 2 и отводящего фланца 3, одной пары или более высоковольтных электродов 4, источника импульса 5, модуль контроля жидкости 6, модуль управления 7, модуль контроля жидкости 8, байпас (резервный путь) 9, насос 10, электромагнитный клапан 11, 12.

Работает установка для обеззараживания высоковольтным электрическим разрядом следующим образом.

Очищаемая жидкость проходит в подводящий фланец 2, после которого попадает в камеру 1. Модуль контроля жидкости 6 располагающийся на подводящем фланце 2 камеры 1 устанавливает состав очищаемой жидкости и предоставляет результаты в модуль управления 7. Параметры режима обработки жидкости согласно результатам оценки контроля жидкости 8 устанавливает блок управления 7 (рисунок 2.4).



Рисунок 2.4 – Установка для обеззараживания воды высоковольтным электрическим разрядом
Источник импульсов 5, согласно указанию от блока управления 7, образует импульсы электрического тока, которые поступают на высоковольтные электроды. Между электродами образуются разряды, которые очищают жидкость от загрязнений.

Если результат очистки получается не удовлетворительный, то с фланца 3 поступает на модуль 7 информация. Модуль управления 7 вносит корректировку в параметры источника импульса. Очистка жидкости осуществляется с измененными параметрами импульса электрического тока. Электромагнитный клапан 11 закрывается, а электромагнитный клапан 12 открывается. Начинает работу проходной насос 10, и очищаемая жидкость через резервный путь поступает в камеру 1, где будет происходить новая обработка с измененными параметрами импульсов.

Если данные очистки не удовлетворяют техническим требованиям, операции повторяются.

Если данные очистки удовлетворяют техническим требованиям, электромагнитный клапан 11 открывается, а электромагнитный клапан 12 закрывается. Через электромагнитный клапан 11 очищенная жидкость идёт потребителю.

Использование технического решения позволит повысить качество, оперативность и сократить стоимость очистки питьевых вод технологическим процессом.
2.4 Разработка структурной схемы управления для обеззараживания воды высоковольтным электрическим разрядом
Для осуществления технологического процесса по обеззараживанию воды разработана структурная схема управления, показанная на рисунке 2.5.

Для образования импульса тока за основу взята известная схема, предложенная автором Л.А. Юткиным [138], которая добавлена нами необходимыми устройствами, благодаря которым осуществляется управление высоковольтным электрическим разрядом.


Рисунок 2.5 – Структурная схема для обработки воды высоковольтным электрическим разрядом
Источником питания является автоматический выключатель QF, который является коммутационным аппаратом для включения, проведения и отключения токов. При подаче питания на Латр, с помощью рукоятки происходит регулирование напряжения на трансформаторе ТВИ 50/70. Трансформатор ТВИ 50/70 служит для генерирования напряжения тока постоянного рода с применением диодного выпрямителя. После прохождения тока через диодный выпрямитель, заряжается конденсатор до определенного значения. После накопления достаточного заряда происходит пробой на формирующем промежутке. Формирующий промежуток нужен чтоб сократить длительность импульса и исключить возникновение колебательных процессов. После формирующего промежутка, происходит переход энергии на рабочий промежуток (между электродами) при котором возникает искра, хлопок и движением воды в верх.

2.5 Разработка электрической схемы системы управления высоковольтным электрическим разрядом
Разработана электрическая схема рисунок 2.6, в которой указаны все устройства для выполнения и контроля процесса, изображены все электрические связи и электрические элементы.





TV– однофазный трансформатор, VD1 – выпрямляющий диод, C– высоковольтный конденсатор, R1, R2 – делитель напряжения, состоящий из резистивного сопротивления, PE – заземление, И – основной искровой промежуток, Р – резервуар с жидкостью, Ф – добавочный искровой промежуток.

Рисунок 2.6 – Электрическая схема подключения электрогидравлической установки
Питание подается на схему при помощи магнитного пускателя КМ1 который замыкает контакты КМ1.1, КМ1.2, КМ1.3. Для замыкания контактов КМ1.2 и КМ1.3 необходимо воспользоваться системой управления, которая, состоит из автоматического выключателя QF, выполняющий функцию ограничивающего устройства для размыкания цепи при прохождении аварийного тока. В системе управления расположена кнопка «пуска» SB1 которая подает сигнал на магнитный пускатель, и тем самым замыкаются контакты КМ1.1, КМ1.2, КМ1.3. В свою очередь кнопка «стоп» SB2, служит элементом управления которая размыкает контакты КМ1.1, КМ1.2, КМ1.3.

В состав устройства входит: TV – Однофазный повышающий трансформатор, необходимый для преобразования электрической энергии, трансформатор имеет две обмотки низкого 220В и высокого напряжения 50кВ, VD1 – выпрямляющий диод необходим для преобразования переменного тока в постоянный и применяется для зарядки конденсатора, С – высоковольтный конденсатор. R1, R2 – резистивный делитель необходим для понижения напряжения для подключения вольтметра, V – вольтметр, PE – устройство, предохраняющее человека от поражения, И – искровой промежуток, Р – резервуар для формирования электрогидравлического удара, Ф – формирующий промежуток необходимый для измерения напряжения на вторичной обмотке.

Перед подачей питания на установку, нужно удостовериться в отсутствии дефектов и неисправностей, затем выдержать ряд мер для безопасной работы установки.

- Перевести ручку взвода в положение «вкл» автоматического выключателя QF;

- произвести запуск устройства нажатием кнопки SB1, что в свою очередь замкнёт контакты KM1.1, KM1.2, KM1.3;

- вследствие подачи напряжения на трансформатор TV начнёт преобразовывать энергию;

- с помощью рукоятки ЛАТР выставить до необходимого параметра

- через выпрямляющий диод VD1, переменный ток начинает, преобразовывается в постоянный;

- постоянный ток накапливает на обкладках конденсатора заряд

- как только конденсатор С зарядится до определенного значения, он начнет разряжаться в цепь;

- при возникновении определенного потенциала пробьется воздушный промежуток Ф, энергия, накопленная в конденсаторе, перетечёт на искровой промежуток, тем самым образуется электрический импульс между электродами;

- в резервуаре между электродами возникнет разряд, сопровождающийся возникновением дуги;

- появятся громкие хлопки, произойдёт движение воды вверх.

Таким образом, разработанная электрическая схема определяет полный состав элементов и связей между ними, всё это необходимо для понимания принципа работы установки.
Выводы по главе

1. 
   Согласно полученным данным при аналитическом обзоре, электрический ток проходя через воду оказывает влияние на поляризованную клетку. Влияние может быть, как положительным, так и отрицательным. В первом случае если ток находится в допустимых пределах клетку стимулируют для повышения каких-либо характеристик. Если же ток превышает допустимого значения, то это приводит к гибели клетки.
   
2. 
   Для образования мax мощности разряда, необходимо уменьшать время разряда, ёмкость и индуктивность цепи. Данным фактором будем руководствоваться при проведении эксперимента в 3 главе.
   
3. 
   Разработанная электрическая схема позволит сделать устойчивым технологический процесс ЭГ обработки жидкой среды и увеличит экономическую эффективность работы устройства.