Перспективные направления развития электротехнологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТарГУ им.М.Х.Дулати

Перспективные направления развития электротехнологии

УДК 622.243.94

Сулейменов О.А., Ережепов Н.Р. ,Даулетбекова С.А.

Тараз

Интерес к исследованиям новых физических методов переработки минерального и других видов сырья с применением электротехнологии возрос, в связи с повышением требований к охране окружающей среды.

Одним из перспективных направлений электротехнологии является электрическая сепарация, ее наиболее широкими областями применения на практике являются электрообеспыливание и разделение различных видов минерального сырья /1-4/.

Организация упорядоченного движения частиц твердых и жидких веществ в аппаратах ЭИТ определяется законами поведения зарядов в электрическом поле, и в этом отношении, оно подобно движению электронов и ионов в электронных приборах. Наряду с этим подобием имеется и существенное различие, заключающееся в том, что процессы электронно-ионной технологии представляют собой процессы электроники, выведенные из тесных рамок электронных приборов на просторы промышленных устройств и аппаратов, соответственно из вакуума в атмосферу /5,6/. Носителями зарядов в этом случае является не только электроны и газовые ионы, а заряженные частицы веществ. Все эти обстоятельства усложняют характер происходящих физических явлений. Тем не менее, процессы электронно-ионной технологии нашли широкое распространение при производстве озона, электроокраске, нанесении порошковых покрытий в электрическом поле, электропечати, текстильной промышленности и других отраслях.

Применения сильных электрических полей в технологических процессах при непосредственном воздействии электрической энергии на частицы без промежуточной трансформации, нашли развитие в странах СНГ благодаря исследованиям, проведенным под руководством академика В.И. Попкова /7/.

При увеличении напряженности поля возрастает заряд частиц обрабатываемых материалов, что позволит увеличить скорость движения заряженных частиц в межэлектродном пространстве. Последнее приводит к повышению производительности процесса. Режим зарядки частиц при повышенной напряженности, вблизи искрового пробоя, является еще неосвоенным резервом повышения эффективности и экономичности работы установки /8/. Теоретически напряженность коронирующего промежутка при постоянном высоком напряжении на коронирующем электроде может быть увеличено до значений, близких к предельной. Однако имеется ряд причин, затрудняющих применение повышенной напряженности в электросепарации /9-12/. Наличие в сепарируемом материале частиц хорошо проводящих минералов снижает электрическую прочность коронирующего промежутка.

Большое число работ посвящено исследованиям процессов зарядки частиц и их поведения в аппаратах ЭИТ (электрофильтры, электрокоагуляторы и другие). Основные задачи этих работ заключаются в нахождении методов расчета электрических полей, исследовании кинетики зарядки частиц во взвешенном состоянии в поле объемного заряда, изучение траектории движения заряженных частиц и процессов осаждения на заземленных проводящих электродах.

Одним из перспективных способов зарядки является, сравнительно мало изученный вид электрического разряда, скользящий разряд. Интенсивность зарядки частиц при этом значительно выше, чем при известных способах /13,14/. Однако, для реализации этого способа в практике, необходимо диэлектрическое покрытие осадительного электрода.

Значительный интерес в практическом применении электротехнологии представляет отбойка горной породы электрическими импульсами высокого напряжения /13,15/. Традиционные способы разрушения горных пород, основанные на механическом разрушении, практически приблизились к пределу своих технических возможностей. Идет интенсивный поиск и разработка более эффективных способов. Электрическая энергия является одним из самых экономичных и универсальных видов энергии для технических применений. В настоящее время многие перспективные способы разрушения основаны на ее использовании. Одним из перспективных способов разрушения горных пород является электроимпульсный (ЭИ). Способ основан на электроимпульсном пробое горной породы. Процесс разрушения, учитывая характер его протекания, можно классифицировать как электрический взрыв в объеме горной породы. Основные характеристики разрушения регулируются в очень широком диапазоне: энергия, выделенная в канале разряда, достигает 10⁵ Дж/см³, длительность энерговклада 10^-6-10^-4 с, развиваемая мощность 10⁷-10⁹ Вт, давление в канале 10⁸-10¹⁰ Па создают достаточные предпосылки для разрушения прочных и сверхпрочных горных пород.

Исследования позволили выявить ряд существенных преимуществ ЭИ способа разрушения по сравнению с применяемыми в практике: 1) незначительный износ породоразрушающего инструмента, т.к. разрушение горной породы осуществляемые каналом электрического разряда в его толще; 2) отсутствие многократной трансформации энергии из одного вида в другой позволяет выделить до 75% энергии в канале разряда; 3) скорость и энергоемкость разрушения главным образом определяются электрическими и упругими свойствами горных пород и мало зависят от их твердости и абразивности.

Электроимпульсный способ разрушения, в частности, может использоваться для отбойки горной породы, например, при проходке туннелей. Здесь возможны два варианта отбойки: 1) два электрода, расположенных на одной поверхности, забоя в окружении жидкой среды, например, воды; 2) два электрода расположены в предварительно приготовленных шпурах, заполненных водой.

Целью работы является исследование производительности разрушения при двух вариантах отбойки в зависимости от расстояния между электродами, глубины шпура.

Источником высоковольтных импульсов являлся генератор импульсных напряжений Маркса (ГИН), энергия, запасаемая ГИН, изменялась от 1,8 кДж до 22 кДж в зависимости от расстояния между электродами. В качестве образцов использовались блоки гранита с максимальными размерами 110ґ800ґ700 <<. #45;L=0O ?@>G=>ABL 3@0=8B0 =0 A60B85 s_A6 і 1600-2330 :3A/A<². Измерялись параметры откольной воронки и шлама. В качестве жидкой среды использовалась водопроводная вода. Электроды представляли собой стальные или медные стержни диаметром 10 мм в полиэтиленовой изоляции. Расстояние между электродами изменялось от 20 до 400 мм.

На рис. 1, кривая 1, приведена зависимость производительности отбойки от расстояния между электродами по первому варианту - два электрода расположены непосредственно на одной поверхности образца гранита. Увеличение расстояния между электродами (S) вызывает увеличение производительности разрушения за один импульс. Особенно существенно это увеличение наблюдается для дециметровых промежутков (S > 100 мм): увеличение S от 100 мм до 400 мм (в 4 раза) приводит к увеличению производительности разрушения в ? 10 @07.

1 - производительность Q = f (S); 2 - энергозатраты W_у = f (S)

Рис. 1 Зависимость производительности отбойки и удельных энергозатрат от расстояния между электродами

Энергозатраты являются одной из важнейших характеристик разрушения. Известно, что удельные энергозатраты при ЭИ разрушении в зависимости от энергии запасенной ГИН изменяются с минимумом при S = const. На рис. 2 приведены зависимости удельных энергозатрат от W_? 4;O ?5AG0=8:0. _064><C ?@><56CB:C S соответствует минимальное значение , которое возрастает с уменьшением S, а количество затраченной для этого энергии уменьшается. В наших экспериментах энергия, запасаемая ГИН, изменялась в зависимости от S так, что для каждого S она соответствовала области минимума. На рис. 1, (кривая 2) приведена зависимость удельных энергозатрат на отбойку W_y для образцов гранита от расстояния между электродами. Удельные энергозатраты быстро снижаются с увеличением S. Наименьшие энергозатраты соответствуют области дециметровых промежутков (S > 100 мм), что хорошо коррелирует с производительностью разрушения.

Большой интерес представляет отбойка горной породы с использованием предварительно подготовленных шпуров. Шпуры бурились механическим способом. Диаметр шпуров 40 мм, глубина до 100 мм. Расстояние между центрами шпуров S = 300 мм. Шпуры заполняются водой и в них вставляются электроды. Разряд между шпурами развивается на уровне расположения электродов.

Рис. 2 Зависимость удельных энергозатрат от затраченной энергии для песчаника (электроды неподвижны) 1 - S = 20 мм; 2 - S = 28 мм

В таблице 1 приведены результаты отбойки гранита (s_A6 = 2330 кгс/см²) при разной глубине шпуров.

Таблица 1

Анализ результатов рис. 1 и табл. 1 показывает, что использование шпуров при отбойке гранита существенно увеличивает производительность разрушения, которая, в свою очередь, зависит от глубины шпура. Для S = 300 мм производительность отбойки увеличилась в 3,12 и 6,1 раза при глубине шпуров 50 мм и 100 мм соответственно. При этом удельные энергозатраты снизились в 1,15 и 2,1 раза соответственно. Куски отбитой породы достигали веса 20,2 кг. Дальнейшее увеличение глубины шпуров вызывает увеличение числа поданных импульсов, что увеличивает энергозатраты.

Приведенные исследования показывают, что электроимпульсный способ разрушения горных пород достаточно эффективно может быть использован для проходки тоннелей, шурфов. При этом исключается использование взрывчатых веществ, что существенно упрощает производство работ, улучшает экологическую обстановку в районе работ, повышает безопасность работ. электрический отбойка шпур гранит

Литература

1. Олофинский Н.Ф. Электрические методы обогащения. М. Недра, 1977, с. 519.

2. Физические основы электрической сепарации / А.И. Ангелов, И.П. Верещагин, В.С. и др. Под ред. В.И. Ревнивцева. М., Недра, 1983, с. 271.

3. Ревнивцев В.И., Олофинский Н.Ф. Состояние и перспективы развития электросепарации полезных ископаемых и материалов. Труды Всемирного электротехнического конгресса. М., Оргкомитет, ВЭЛК, 1977.

4. Ангелов А.И., Набиулин Ю.Н.Электрические сепараторы свободного падения. М., Недра, 1970.

5. Попков В.И., Левитов В.И., Бут А.И. Электронная технология. М., ЦИНТИАМ, 1962.

6. Физические основы электрической сепарации / А.И. Ангелов, И.П. Верещагин, В.С. и др. Под ред. В.И. Ревнивцева. М., Недра, 1983, с. 271.

7. Состояние и перспективы научных исследований в области промышленного применения сильных электрических полей. В.И. Попков, В.И. Левитов и др. - Электричество. 1977, № 9, с. 1-8.

8. Белов В.И., Олофинский Н.Ф. Применение искрозащитных устройств для повышения эффективности работы электросепараторов. В сб.: Теория и практика сепарации в электрическом и магнитном полях. М., Недра, с. 58-63.

9. Старчик А.И. Исследование влияния силы тока разряда на процесс разделения минералов в коронных барабанных сепараторах. Авторов, дисс. на соиск. учен. степени канд. техн. наук. М., 1962, с. 24.

10. Бебеш А.А. Исследование возможности интенсификации процесса электросепарации минералов титано-циркониевой россыпи Самотканского месторождения. Автореф. дисс. на соиск. учен. степени канд. техн. наук. Днепропетровск, ДГИ, 1967, с. 23.

11. Тищенко А.Г. Разработка и промышленное освоение рациональных режимов электрической сепарации титано-циркониевых россыпей Самотканского месторождения. Автореферат на соиск. учен. степени канд. техн. наук. Днепропетровск, ДГИ, 1967, о. 24.

12. Карнаухов Н.М. Влияние напряженности электрического поля на сепарацию чистых минералов. В сб.: Тезисы докладов на заседании, посвященном обсуждению вопросов применения сил электрического поля в сепарации различных материалов и полезных ископаемых. М., 1966.

13. А.с. № 541503 /СССР/. Опубл. в Б.И. . I977, № I. Устройство для зарядки частиц сыпучего материала. Авт. Дащук П.Н., Месеняшин А.И.

14. Леб Л. Статическая электризация. Госэнергоиздат, М-Л, 1983, с. 408.

15. Важов В.Ф., Журков М.Ю., Муратов В.М. Резание горных пород электрическими импульсными разрядами подвижной электродной системой в воде. Труды V Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение», МКЭЭЭ-2003 (ICEEE-2003). - М.: ИЭ МЭИ, Ч. II. - С.122-125.

Размещено на Allbest.ru