ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 6.Электротехника и радиоэлектроника

Д.т.н. Сулейменов О.А.

Таразский государственный университет, Казахстан

Комбинированный способ высоковольтного питания электростатических сепараторов

Электростатические устройства, предназначенные для разделения твердых сыпучих материалов в электростатическом поле высокого напряжения, отличаются от альтернативных механических способов возможностью управления траекторией отдельных частиц милли-микродисперсной фракции.

Электростатическая сепарация коллективных концентратов в поле пульсирующего высокого напряжения в ряде случаев обладает высокой эффективностью по сравнению с постоянным режимом.

При теоретическом анализе допустим, что за время между импульсами тока коронного разряда внешний объемный заряд в межэлектродном пространстве отсутствует. В пределах одного периода Т за время приложения импульса тока коронного разряда tⁱ_и происходит зарядка частицы, а за время паузы tⁱ_п она разряжается на осадительный электрод. Процесс зарядки при удельной проводимости частицы g₁< 0,25×10^-9Ом^-1×м ^-1 для моментов

t₁ = T, t₂ = 2T, t₃ = 3T....... t_n = nT

характеризуется решетчатой функцией. Если отсчет времени вести от начала периода t₁= t–nT, то на интервале 0 £ t₁ £ tⁱ_и происходит заряд частицы по возрастающей экспоненте. Тогда заряд частицы к моменту tⁱ_и

q ^u_¥ (tⁱ_и) = q_¥ [1-exp(- tⁱ_и / t₃)]+q ^u_¥ [nT] exp(- tⁱ_и /t₃) (1)

где t_з – постоянная времени зарядки частиц;

q_¥ – предельный заряд частицы в поле коронного разряда, созданного постоянным напряжением амплитудой равной U_к ;

q^u_¥ – предельный заряд частицы в поле коронного разряда, созданного импульсным напряжением амплитудой U_к.

За время паузы между импульсами tⁱ_и £ t £ T частица, имеющая начальный заряд q^u_¥(tⁱ_и), разряжается на осадительный электрод

q^u(t) = q^u(tⁱ_и) × exp[-(t- tⁱ_и)/ t_p] (2)

где t_р – постоянная времени разрядки частиц;

Подставляя конечное значение исследуемого промежутка времени, получим

q^u (T) = q ^u_¥ [(n+1)T] = q^u (tⁱ_и) × exp[-(T- tⁱ_и)/ t_p] (3)

Из последнего уравнения получим равенство, связывающее значения q _¥[nT] и q ^u_¥ [(n+1)T] искомой решетчатой функции

q^u_¥[(n+1)T]-Bq^u_¥[nT]=N (4)

где В = exp[-{(T- tⁱ_и)/ t_p + tⁱ_и / t₃}] ;

N = q_¥ [1-exp(-tⁱ_и /t₃)] × exp [-(T- tⁱ_и)/t_p]

Последнее уравнение является неоднородным линейным уравнением в конечных разностях первого порядка. С учетом изображения единичной решетчатой функции в плоскости комплексного переменного b, а также применяя теорему сдвига определим изображение q^u_¥(b) решетчатой функции.

Оригинал изображения последнего уравнения, найденный при помощи обратного дискретного преобразования, является искомой решетчатой функцией. Подставляя значения параметров t₃, t_p и q_¥, получим кинетику зарядки частиц (g₁<0,25×10^-9Ом^-1×м^-1), управляемой параметрами тока коронного разряда tⁱ_и и tⁱ_п .

Из экономических соображений и для удобства проведения промышленных испытаний в сравниваемых режимах целесообразно устройство пульсирующего напряжения разработать на основе источников ВС-20-10, установленных на пятиблочных промышленных сепараторах типа СЭС-1000М. С этой целью разработана электрическая схема и изготовлен экспериментальный образец устройства, названного «Вспомогательный источник питания электростатических сепараторов-2», сокращено ВИПЭС-2.

Устройство пульсирующего напряжения состоит из источника постоянного тока и формирователя импульсного напряжения. Получение пульсирующего напряжения осуществляется при комбинированном питании коронирующей системы сепаратора от источника постоянного напряжения ВС-10-20 и устройств импульсного напряжения ВИПЭС-2. С целью определения приемлемого способа подключения устройства к основному источнику сепаратора испытания на сепараторе СЭС-1000М проведены по двум вариантам.

По первому варианту, высоковольтный трансформатор устройства ВИПЭС-2 подключен последовательно с основным источником питания по отношению к верхним блокам 3 и 4 сепаратора (рис.1).

Рисунок 1

При совместной работе ВС-20-10 и ВИПЭС-2 получена соответствующая требованиям форма пульсирующего высокого напряжения. Однако, амплитуда пульсирующего напряжения в блоках сепаратора оказалась неравномерной. Например, последовательное включение трансформатора ВИПЭС-2 в трехблочную секцию приводит к неравномерному распределению амплитуды пульсирующего напряжения в блоках в зависимости от места подключения импульсного трансформатора. Если трансформатор подключен в главном блоке (блок 3) сепаратора, то амплитуда пульсирующего напряжения в остальных блоках (блок1 и 2) убывает в направлении к основному источнику, т.е. в направлении к источнику ВС-20-10.

Во втором варианте подключения высоковольтного трансформатора устройства ВИПЭС-2 к источнику ВС-20-10, для совместной работы принята параллельная схема. В отличие от последовательной схемы, подключение высоковольтного трансформатора к электродам сепаратора производится через разделительный конденсатор С₃. Свободный конец вторичной обмотки трансформатора ВИПЭС-2 заземляется.

Высоковольтные биполярные импульсы, подаваемые от устройства ВИПЭС-2 на высоковольтные электроды, накладываются на постоянное напряжения источника ВС-20-10 и образуют высокое пульсирующее напряжение. В отличие от последовательной схемы коронный разряд во всех блоках секции становится ярким и равномерным по всей длине коронирующего игольчатого электрода. Искровые пробои в коронирующих промежутках отсутствуют. При соответствующих условиях можно применить схему высоковольтного питания обеих секций коронно-электростатического барабанного сепаратора от одного устройства ВИПЭС-2 (рис.2).

Рисунок 2

Промышленные испытания предложенного способа высоковольтного питания подтвердили возможность повышения эффективности процесса в электростатических сепараторах, предсказанных по результатам теоретических анализов процесса.