Высоковольтные технологии

1. Электроразрядные технологии

2. Электровзрывные технологии

3. Электронно-ионные технологии

4. Магнито-импульсные технологии

1а-3

Электроразрядные технологии

Электроимпульсная технология Электрогидравлическая технология

Дробление и измельчение Очистка литья, труб от накипи

Фрагментация многокомпонентных изделий

Удаление поверхностных слоев

Бурение скважин

Очистка и дезинфекция воды

Активация физико-химических процессов

Развальцовка труб

Штамповка

Извлечение полезных веществ из растительного сырья

Передача информации

1

1.1 1.2.

1б-3

Электровзрывная технология

Производство нанопорошков

Инициирование ВВ

Инициирование разрядного канала

Дробление и измельчение

21в-3

2-3

Fig. 7.24 a) Schematic circuit of the installation for EHE design and usage.

3-3а

Fig. 7.25 b) Time variation of voltage U, current I, power P, discharge channel resistance R.

3-3б

Fig. 7.6. Time dependent calculated pressure wave profiles originating from a discharge channel in a Plexiglas body.

3-3в

4-3

5-3

6-3

7-3

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.

8-3

Fig. 7.8. Dynamic breakdown of liquid, solid and gaseous dielectrics as a function of the voltage time rise

9-3

Fig. 7.9. Mechanisms by which components can be separated in a composite material.

10-3

The installation parameters with different productivity and comparison of properties of different materials destroyed by electric discharge and

traditional technology

Table 7.2Installations Characteristics

InstallationType

Throughput (Product with size of grains-2 mm)

Weight, t Laboratory Dimensions, m

installation for processing the geological samples

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

11-3

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 containingtungsten

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 by apparatus metal,

%

0.005 0.2

12-3

13-3

Fig. 7.10.The plant (installation) with productivity of 100kg/h

14-3

Fig. 7.11. Complete setup of an industrial demonstration facility for metal recycling with screen box and sound insulation.

15-3

Fig. 7.12. Three-stage installation. 1- frame, 2- base, 3- water input, 4- partition, 5- cross arm, 6- clamp, 7- high-voltage electrode, 8- ground electrode, 9- classifier electrode, 10- support, 11- classifier, 12- unloading valve, 13- sink socket, 14- tube from hydraulic pump

16-3

Fig. 7.13. Elements of electric lamp after destruction by electric discharge.

17-3

Fig. 7.14. Details of the LN2

discharge vessel of FRANKA 3.

18-3

a)

Fig. 7.15. a) Reinforcement bar after the destruction of staircase.

b) Reinforced concrete balcony slab after demolition.

b)

19-3

Fig. 7.16. Installation for concrete demolition.

20-3

Fig. 7.17. Installation for demolishing 6.3 x 3.2 x 0.3 m slab reinforced concrete constructions.

21-3

Installation Technical Parameters

rated output, kWthroughput (without the period of articles

loading and unloading), cub. m/hourenergy 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 0.31012 x 12 x 425

22-3

Fig. 7.18. Technological scheme of electropulsed drilling installation1- conductor; 2- drill crown; 3- drill rods; 4- high voltage input; 5- tank with flushing-out liquid; 6- pulses sources; 7- current input; 8- sludge catcher; 9- pump; 10- hydrocyclone.

23-3

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).

24-3

Методы обработки воды на основе сильных окислителей и электрических разрядов

«Прямое» озонирование «Прямое» озонирование (озон производится в (озон производится в электрическом разряде, после чего перемешивается с водой)электрическом разряде, после чего перемешивается с водой)

• Сложность систем озонированияСложность систем озонирования (необходимы (необходимы системы подготовки воздуха, охлаждения системы подготовки воздуха, охлаждения электродов и разрушения непрореагировавшего электродов и разрушения непрореагировавшего озона)озона)

• СелективностьСелективность (низкая скорость реакций с рядом (низкая скорость реакций с рядом веществ) веществ)

• ОтносительноОтносительно высокие энергозатраты высокие энергозатраты

Обработка электрическим разрядом в толще воды Обработка электрическим разрядом в толще воды (в том числе с подачей пузырьков воздуха)(в том числе с подачей пузырьков воздуха)

• Низкая эффективность Низкая эффективность (воздействующие факторы (воздействующие факторы локализованы в узком разрядном канале)локализованы в узком разрядном канале)

• Образование ударных волнОбразование ударных волн• Высокое рабочее напряжение Высокое рабочее напряжение (усложнение (усложнение

конструкции, сокращение ресурса работы)конструкции, сокращение ресурса работы)

Газовый разряд над поверхностью водыГазовый разряд над поверхностью воды• Низкая эффективность использования продуктов Низкая эффективность использования продуктов

разряда разряда (контакт разряда и поверхности воды (контакт разряда и поверхности воды только по площади одного из электродов)только по площади одного из электродов)

ГенераторозонаВоздухВоздух

ОбработаннаяОбработаннаяводавода

ИсходнаяИсходнаяводавода

Камера Камера смешениясмешения

OO33, NO, NOXX

25-3

Исследования электроразрядной обработки воды в НИИ ВН при ТПУ

• Предложен метод обработки воды импульсным Предложен метод обработки воды импульсным разрядом в водо-воздушном потокеразрядом в водо-воздушном потоке• Контакт плазмы разряда и воды обеспечивается во всем Контакт плазмы разряда и воды обеспечивается во всем

объеме межэлектродного промежуткаобъеме межэлектродного промежутка

Исходная вода

Обработаннаявода

O3, OH О, О2, NOX

Источник питания

Реактор электроразрядной обработки

26-3

Реактор электроразрядной обработки

Распределительноеустройство

Система электродов

Вода

Воздух

Воздух

Вода

U

Реактор электроразрядной обработки Система электродов

Параметры реактора электроразрядной обработки

Сечение реактора 110х110 мм, 250х500 ммРазмер капель воды: 1-5 ммМежэлектродное расстояние 1-5 ммВнешний диаметр изолированных электродов 5 ммТолщина диэлектрических барьеров 1 ммМатериал барьеров: кварцевое стекло

Барьер

Вода

U(t)

Электрод

Зона горения разряда

Капли воды

27-3

Импульсный источник питанияПараметры источника питания

Напряжение 5-30 кВДлительность импульса 300-2500 нсДлительность фронта 120-350 нсЧастота следования импульсов 0-1100 с-1

Емкость накопительного конденсатора 0,9, 1,6 нФМаксимальная запасенная энергия 0,5 Дж

0.5 1

-50

-30

-10

10

30

50

Ток, A

Время, мкс0.5 1

0

10

20

30

-20

-10 Время, мксНап

ряж

ен

ие,

кВ

Осциллограммы напряжения и тока разряда в водо-воздушной среде

28-3

Напряжение зажигания барьерного разряда

0

5

10

15

20

25

30

0 0,2 0,4 0,6Скорость потока воды, м3/час

Нап

ряж

ен

ие,

кВ

Двуполярные импульсы с частотой следования 500 с-1

Однополярные импульсы с частотой следования 500 с-1

Одиночные импульсы

Разряд в водо-газовой среде:Поверхностные заряды теряются из-за утечек через сопротивление воды и влажного воздуха. Влияние формы импульса на напряжение зажигания разряда отсутствует

++-

-E

Время

T1

T2

T3

U, B

+E

+ +

29-3

Локализация разряда в промежутке в условиях водо-воздушного потока

Нап

ряж

ен

ност

ь п

ол

я,

кВ

/см

d

Электрод БарьерКапля воды

=4 =81 =1

20406080

100

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Нап

ряж

ен

ие, кB

5

10

15

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Расстояние, см

Отсутствие воды в промежуткеDк=0,5 ммDк=1,2 мм

Dк=2,0 мм

Плотность микроразрядов в водо-воздушной среде составляет 3-5 1/см

Вблизи капель воды существует повышенная вероятность зажигания разряда

При замыкании межэлектродного промежутка разряд в области перемычки отсутствует

Образование перемычек наблюдается при межэлектродном расстоянии менее 2 мм, и диаметре капель воды более межэлектродного расстояния

5 мм

Каналы микроразрядовКаналы микроразрядов Капля Капля водыводы

Влияние капель воды на распределение потенциала и напряженности

электрического поля

30-3

Сравнительные результаты удаления фенола различными методами

Вид обработки Концентрация, мг/л

Выход разложения фенола

Стримерный разряд в воде 68 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 в кислороде над поверхностью воды

81 27 г/кВт·ч (8,0.10-8 моль/Дж)

Озонирование (10 кВт-ч/кг О3) 47 17,5 г/кВт·ч (5,1.10-8 моль/Дж)

Импульсный барьерный разряд в водо-воздушной среде

71 12-19 г/кВт·ч (3,5-5,6 .10-8 моль/Дж)

31-3

Модернизация установок очистки питьевой воды «Импульс»

Характеристика Исходная вода

Обработка в неопти-

мальном режиме

Обработка в опти-

мальном режиме

ПДК

pH 7,3 8,0 8,1 6-9

Железо общее, мг/л

4,7 0,35 0,25 0,3

Марганец (II), мг/л

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

Исходная вода

Воздух

Чистая вода

Аэратор

Воздух

Перекачивающий насос

Генератор импульсов

Блок Электро-разрядной обработки

Фильтр

Бак - реактор

M

32-3

Фотографии разряда• Вблизи капель воды существует повышенная

вероятность зажигания разряда• При замыкании межэлектродного промежутка разряд

в области перемычки отсутствует

5 мм

Каналы микроразрядов Капля водыКапля водыКаналы микроразрядов

5 мм

33-3

Распределение потока в реакторе

02468

10121416

0,1 0,5 1,0 1,5 2,0Dк, мм

2,5

100%

NNi

12

Численное и массовое Численное и массовое распределение капель воды распределение капель воды по размерам при высоте по размерам при высоте падения капель 0,3 м (1) и падения капель 0,3 м (1) и 1,5 м (2) 1,5 м (2)

34-3

Электрическое поле в водо-воздушной среде

Отсутствие воды в промежутке

d

Электрод БарьерКапля воды

e=4 e=81 e=1

20406080

100

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Нап

ряж

ение

, кB

5

10

15

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Нап

ряж

енно

сть

пол

я, к

В/с

мРасстояние, см

Капли воды Электроды

Dк=0,5 мм

Dк=1,2 мм

Dк=2,0 мм

E(x,y)

35-3

ЭЛЕКТРО-ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

ПРИМЕНЕНИЕ

РАБОЧАЯ СРЕДА

СХЕМА ВОЗДЕЙСТВИЯ УДАРН. ВОЛН

1.Деформирование металлов 2.Виброимпульсная прокатка 3.Разрушение, дробление 4.Интенсификация химико- технологических процессов 5.Сейсмо-акустические работы 6.Интенсификация химико- металлургических процессов 7.Очистка литья от формовочной смеси 8.Очистка проволоки и катанки от окалины

1.Жидкость ( преимущест- венно вода) 2.Воздух 3.Газы при повышенном или пониженном давлении

1.Непосредственное 2 Через многоступен-. чатое преобразование

Fig. 7.25. Electrode system for pressing tubes1- high voltage electrode; 2- grounded rods; 3- brass tube; 4- tube slabs; 5- hermetic.

36-3

Table 7.6The Comparison of Some Characteristics of Beading by Traditional

Mechanical Method and Hydraulic Discharge in Liquids

Beading Method Output, Pipe

Ends Quantity per a hour

Energy Consumption per one Pipe End,

kWhour

Beading Rate of one Pipe End,

Conventional Unit

Mechanical 20 0.06 8

Electrochydra-ulic

630 0.002 2.8

37-3

38-3

Fig. 7.27. LC-circuit for wire electric explosion.

39-3

Fig. 7.28. Most typical oscillograms of current in the unloaded circuit with WEE.

40-3

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.

41-3

Зависимость среднего размера частиц от введенной энергии

E/Ec

3

2

1

0.8

0.64 6 8 10-7 2 4 6 а, м2 10-8.

-Al-Cu

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.

01 1.5 2 2.5 3

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

Е/Ес

а нмs,

0.6 атм

2 атм

6 атм

11 атм

16 атм

Fig. 7.30. Installation for producing NP.

45-3

Parameters of the Plant

Parameters Metals

Al Cu W

Productivity, gr/h

50 100 80

Energy consumption, kW-hour/kg

10 2.0

Mass of installation – 700 kgSite of installation –10m2

46-3

Some Characteristics of Electrical Explosive NP

InitialMetal

PhaseComposition of

UFP

Medium Size of Particles, m

Initial MeltingTemperature of

UFP, C

Melting Tempe- rature 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

47-3