1,2·10 -8 моль/Дж

1а-3
Высоковольтные технологии
1. Электроразрядные
технологии
3. Электронно-ионные
технологии
2. Электровзрывные
технологии
4. Магнито-импульсные
технологии
1
1.1
1б-3
Электроразрядные
технологии
Электроимпульсная
технология
1.2.
Электрогидравлическая технология
Дробление и
измельчение
Очистка литья, труб от накипи
Фрагментация
многокомпонентных изделий
Развальцовка труб
Удаление поверхностных
слоев
Штамповка
Бурение скважин
Извлечение полезных веществ
из растительного сырья
Очистка и дезинфекция воды
Активация физико-химических
процессов
Передача информации
1в-3
2
Электровзрывная технология
Производство нанопорошков
Инициирование ВВ
Инициирование разрядного
канала
Дробление и измельчение
2-3
3-3а
Fig. 7.24 a) Schematic circuit of the installation for EHE design and
usage.
3-3б
Fig. 7.25 b) Time variation of voltage U, current I,
power P, discharge channel resistance R.
3-3в
Fig. 7.6. Time dependent calculated pressure wave profiles
originating from a discharge channel in a Plexiglas body.
4-3
5-3
6-3
7-3
8-3
Fig. 7.6. Schemes of the solid destruction in
liquid. 1. High-voltage electrode. 2. Grounded
electrode. 3. Solid. 4. Discharge channel
ademolition, b) spalling,
cconcrete with reinforcement destruction,
d) boring.
9-3
Fig. 7.8. Dynamic breakdown of liquid, solid and
gaseous dielectrics as a function of the voltage time
rise
10-3
Fig. 7.9. Mechanisms by
which components can be
separated in a composite
material.
11-3
The installation parameters with different productivity and comparison
of properties of different materials destroyed by electric discharge and
traditional technology
Table 7.2
Installations Characteristics
Installation
Type
Throughput
(Product with
size of grains-2
mm)
Weight, t
Laboratory
Dimensions, m
DIK-IM
160 kg/h
3
3.6 x 3.6 x 2.4
DIK-3
50 kg/h
1
1.6 x 2.0 x 2.1
continuously operating
installation
1 t/h
15
5 x 8 x 35
installation for processing
the geological samples
12-3
Table 7.3
Some Products Comparative Characteristics
Raw Material Type Indicator
Electric
Impulse
Demolition
Mechanical
Demolition
ore containing tin
extraction in %
61.6
wave granulator
57.8
rod mill 55.2
ore containing
tungsten
prospecting extent in
the concentrated
product
84.3
79.9
kymberlits
extraction carat/t,
crystal output
(4-2)mm in %
8.48
75
4.01
37
melting quartz
(breaking up to 5
mm)
contamination extent 0.005
by apparatus metal,
%
0.2
13-3
14-3
Fig. 7.10.The plant (installation) with productivity of 100kg/h
15-3
Fig. 7.11. Complete setup of an industrial demonstration facility
for metal recycling with screen box and sound insulation.
16-3
Fig. 7.12. Three-stage
installation. 1- frame,
2- base, 3- water
input, 4- partition, 5cross arm, 6- clamp,
7- high-voltage
electrode, 8- ground
electrode, 9- classifier
electrode, 10support, 11- classifier,
12- unloading valve,
13- sink socket, 14tube from hydraulic
pump
17-3
Fig. 7.13. Elements of electric lamp after destruction by electric
discharge.
18-3
Fig. 7.14. Details of the LN2
discharge vessel of FRANKA 3.
19-3
a)
b)
Fig. 7.15. a) Reinforcement bar after
the destruction of staircase.
b) Reinforced concrete balcony
slab after demolition.
20-3
Fig. 7.16. Installation for concrete demolition.
21-3
Fig. 7.17. Installation for
demolishing 6.3 x 3.2 x 0.3 m
slab reinforced concrete
constructions.
22-3
Installation Technical Parameters
rated output, kW
throughput (without the period of articles
loading and unloading), cub. m/hour
energy consumption, kW hour/ m3
- at processing the articles with the
reinforcing bars laid in a single layer
- at processing the articles with the
reinforcing bars laid in two and more
layers
parameters of the articles being
demolished:
- dimensions, m
- mass, t
- installation dimensions
- installation mass, t
100
3-5
3
7
6.3 x 3.2 x 0.3
10
12 x 12 x 4
25
23-3
Fig. 7.18. Technological scheme of electropulsed drilling
installation
1- conductor; 2- drill crown; 3- drill rods; 4- high voltage
input; 5- tank with flushing-out liquid; 6- pulses sources; 7current input; 8- sludge catcher; 9- pump; 10hydrocyclone.
24-3
Fig. 7.19. Drilling head (crown) (a) and the consequence of the
breakdown and the bottom hole destruction with the multielectrode
rock destruction crown (b).
Методы обработки воды на основе сильных
окислителей и электрических разрядов
25-3
«Прямое» озонирование (озон производится в
электрическом разряде, после чего перемешивается с водой)
•
•
•
Сложность систем озонирования (необходимы
системы подготовки воздуха, охлаждения
электродов и разрушения непрореагировавшего
озона)
Селективность (низкая скорость реакций с рядом
веществ)
Относительно высокие энергозатраты
Обработка электрическим разрядом в толще воды
(в том числе с подачей пузырьков воздуха)
•
•
•
Низкая эффективность (воздействующие факторы
локализованы в узком разрядном канале)
Образование ударных волн
Высокое рабочее напряжение (усложнение
конструкции, сокращение ресурса работы)
Газовый разряд над поверхностью воды
•
Низкая эффективность использования продуктов
разряда (контакт разряда и поверхности воды только
по площади одного из электродов)
Воздух
Исходная
вода
Генератор
озона
O3, NOX
Камера
смешения
Обработанная
вода
Исследования электроразрядной
обработки воды в НИИ ВН при ТПУ
•
Предложен метод обработки воды импульсным
разрядом в водо-воздушном потоке
•
Контакт плазмы разряда и воды обеспечивается во всем
объеме межэлектродного промежутка
Исходная
вода
Источник питания
Реактор
электроразрядной
обработки
O3, OH
О, О2,
NOX
Обработанная
вода
26-3
Реактор электроразрядной
обработки
27-3
Параметры реактора электроразрядной обработки
Сечение реактора 110х110 мм, 250х500 мм
Размер капель воды: 1-5 мм
Межэлектродное расстояние 1-5 мм
Внешний диаметр изолированных электродов 5 мм
Толщина диэлектрических барьеров 1 мм
Материал барьеров: кварцевое стекло
Реактор электроразрядной обработки
Вода
Система электродов
Распределительное
устройство
Вода
Капли воды
Электрод
Воздух
Барьер
Система
электродов
U
Воздух
Вода
Зона горения
разряда
U(t)
Импульсный источник питания
28-3
Параметры источника питания
Напряжение 5-30 кВ
Длительность импульса 300-2500 нс
Длительность фронта 120-350 нс
Частота следования импульсов 0-1100 с-1
Емкость накопительного конденсатора 0,9, 1,6 нФ
Максимальная запасенная энергия 0,5 Дж
30
50
20
30
10
10
0
-10
-20
0.5
1
Время, мкс
Ток, A
Напряжение, кВ
Осциллограммы напряжения и тока разряда в водо-воздушной среде
-10
-30
-50
0.5
1
Время, мкс
29-3
Напряжение зажигания барьерного разряда
Разряд в водо-газовой среде:
Напряжение, кВ
30
Поверхностные заряды теряются
из-за утечек через сопротивление
воды и влажного воздуха.
Влияние формы импульса на
напряжение зажигания разряда
отсутствует
25
20
15
10
+
+
5
+-+
0
0
+
E
E
0,2
0,4
0,6
Скорость потока воды, м3/час
U, B
Двуполярные импульсы с частотой
следования 500 с-1
Однополярные импульсы с
частотой следования 500 с-1
Одиночные импульсы
T1
T2
Время
T3
Локализация разряда в промежутке в
условиях водо-воздушного потока
Плотность микроразрядов в водо-воздушной
среде составляет 3-5 1/см
Вблизи капель воды существует повышенная
вероятность зажигания разряда
Влияние капель воды на распределение
потенциала и напряженности электрического
поля
Капля воды
Электрод
При замыкании межэлектродного промежутка
разряд в области перемычки отсутствует
5 мм
Каналы микроразрядов
Капля воды
Барьер
d
Напряженность
поля, кВ/см
e=4
Напряжение, кB
Образование перемычек наблюдается при
межэлектродном расстоянии менее 2 мм, и
диаметре капель воды более межэлектродного
расстояния
30-3
e=81
e=1
100
80
60
40
20
0
0.1
0.4
0.5
0
0.1 0.2 0.3 0.4
Расстояние, см
0.5
15
0.2
0.3
10
5
Отсутствие воды в промежутке
Dк=0,5 мм
Dк=1,2 мм
Dк=2,0 мм
Сравнительные результаты удаления фенола
различными методами
Вид обработки
Концентрация,
мг/л
Стримерный разряд в воде
68
Выход разложения
фенола
2,3 г/кВт·ч
(6,9.10-9 моль/Дж)
Импульсный коронный разряд в воздухе над
поверхностью воды
4,7
4,06 г/кВт·ч
(1,2·10-8 моль/Дж)
Импульсный коронный разряд в воздухе над
поверхностью воды
94
6 г/кВт·ч
(1,8.10-8 моль/Дж)
Коронный
разряд
поверхностью воды
81
27 г/кВт·ч
(8,0.10-8 моль/Дж)
47
17,5 г/кВт·ч
(5,1.10-8 моль/Дж)
71
12-19 г/кВт·ч
(3,5-5,6 .10-8 моль/Дж)
в
кислороде
над
Озонирование (10 кВт-ч/кг О3)
Импульсный барьерный
воздушной среде
разряд
в
водо-
31-3
Модернизация установок очистки
питьевой воды «Импульс»
Исходная вода
Характеристика
Воздух
32-3
Обработка в Обработка в
Исходная
неоптиоптиПДК
вода
мальном
мальном
режиме
режиме
Аэратор
Блок
Электроразрядной
обработки
pH
Воздух
Генератор
импульсов
Фильтр
7,3
8,0
8,1
6-9
общее,
4,7
0,35
0,25
0,3
(II),
0,14
0,12
0,07
0,1
Нитраты, мг/л
0,1
0,3
0,4
45
Окисляемость
перманганатная,
мгО2/л
7,50
3,0
2,2
5
Цветность, град
43
25
18
20
Железо
мг/л
Марганец
мг/л
M
Бак - реактор
Чистая вода
Перекачивающий насос
33-3
Фотографии разряда
• Вблизи капель воды существует повышенная
вероятность зажигания разряда
• При замыкании межэлектродного промежутка разряд
в области перемычки отсутствует
5 мм
Каналы микроразрядов
Капля воды
5 мм
Каналы микроразрядов
Капля воды
34-3
Распределение потока в реакторе
1
2
Ni 100%
N
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0,1
0,5
1,0
1,5
Dк, мм
2,0
2,5
Численное и массовое
распределение капель воды по
размерам при высоте падения
капель 0,3 м (1) и 1,5 м (2)
35-3
Электрическое поле в водо-воздушной среде
Капля воды
Электрод
Барьер
E(x,y)
d
e=81
Напряженность
поля, кВ/см
Капли воды Электроды
Напряжение, кB
e=4
e=1
100
80
60
40
20
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0
0.1 0.2 0.3 0.4
Расстояние, см
0.5
15
10
5
Отсутствие воды в промежутке
Dк=0,5 мм
Dк=1,2 мм
Dк=2,0 мм
ЭЛЕКТРО-ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ПРИМЕНЕНИЕ
РАБОЧАЯ СРЕДА
СХЕМА
ВОЗДЕЙСТВИЯ
УДАРН. ВОЛН
1.Деформирование
металлов
2.Виброимпульсная
прокатка
3.Разрушение, дробление
4.Интенсификация химикотехнологических процессов
5.Сейсмо-акустические
работы
6.Интенсификация химикометаллургических
процессов
7.Очистка литья от
формовочной смеси
8.Очистка проволоки и
катанки от окалины
1.Жидкость ( преимущественно вода)
2.Воздух
3.Газы при повышенном
или пониженном давлении
1.Непосредственное
2 Через многоступен-.
чатое преобразование
36-3
Fig. 7.25. Electrode system for pressing tubes
1- high voltage electrode; 2- grounded rods; 3- brass tube;
4- tube slabs; 5- hermetic.
37-3
Table 7.6
The Comparison of Some Characteristics of Beading by Traditional
Mechanical Method and Hydraulic Discharge in Liquids
Beading Method
Mechanical
Output,
Pipe
Ends
Quantity
per a
hour
20
Electrochydra 630
-ulic
Energy
Consumption per
one Pipe End,
kWhour
Beading Rate of
one Pipe End,
Conventional Unit
0.06
8
0.002
2.8
38-3
39-3
Fig. 7.27. LC-circuit
for wire electric
explosion.
40-3
Fig. 7.28. Most typical oscillograms of current in the
unloaded circuit with WEE.
41-3
Fig. 7.29.The Scheme of installation:
1-high voltage source;
2-capacity storage;
3-mechanism of wire supply;
4- wire;
5-commutator;
6-apparatus to gather powder;
7- reactor;
8- system for gas supply.
Зависимость среднего размера частиц от введенной энергии
3
E/E c
-Al
-Cu
2
1
0.8
0.6 -8
2 .10
4
6
8
-7
10
2
4
6 а, м
Модель строения частицы:1-кристаллическое
зерно,2-аморфная фаза,3-поры и газовые включения,4-слой
адсорбированного защитного газа.
1
2
3
4
Зависимость среднеповерхностного размера частиц от
введенной энергии Е/Ес при разном давлении.
а s, нм
0.4
0.35
0.3
16 атм
0.25
11 атм
0.2
6 атм
0.15
2 атм
0.1
0.6 атм
0.05
0
1
1.5
2
2.5
3
Е/Е с
45-3
Fig. 7.30. Installation
for producing NP.
Parameters of the Plant
Parameters
46-3
Metals
Al
Cu
W
Productivity,
gr/h
50
100
80
Energy
consumpt
ion, kWhour/kg
10
Mass of installation – 700 kg
Site of installation –10m2
2.0
Some Characteristics of Electrical Explosive NP
47-3
Initial
Metal
Phase
Composition of
UFP
Medium Size of Initial Melting
Particles,
Temperature of
m
UFP, C
Melting Temperature of the
Initial
Metal, C
aluminum
AL
0.08
320
660
nickel
Ni
0.10
600
1453
tungsten
-W+W
0.09
650
3400
silver
Ag
0.11
60
960