5 2 ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ План лекции

5. 2 ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

План лекции 2. 1 Электроимпульсная обработка растительного сырья 2. 2 Электрогидравлическая обработка, сущность электрогидравлического эффекта, области применения

2. 1 Электроимпульсная обработка растительного сырья Электрический ток в зависимости от его параметров стимулирует или угнетает жизнедеятельность растений либо даже прекращает ее. При импульсном воздействии можно локализировать такие факторы, как ударная волна, концентрация химических реагентов, поляризация, и достичь ожидаемого эффекта при более низких энергозатратах по сравнению с непрерывной обработкой током.

При сушке травы, плодов, получении соков скорость удаления влаги в значительной степени определяется целостью клеточных стенок (мембран), так клетки на 80. . . 90 % состоят из воды. Существующие технологии предобработки сырья путем его измельчения, плющения, термообработки сопряжены со значительными энергозатратами и не всегда эффективны.

При импульсном воздействии получают высокие пороговые значения напряженности поля и плотности электрического тока, не приводящие к искрению, общим пробоям массы, что неизбежно при непрерывной обработке. Кроме того, можно локализировать разрушения клеточной стенки. Вследствие тургора (внутриклеточного давления) содержимое клеток вытекает и его удаляют обычными методами.

Известно множество устройств для электроимпульсной обработки как в сочетании с другими ее видами (плющением, измельчением и т. д. ), так и специальных. Перспективны комбинированные поточные установки (рис. 1).

Рис. 1. Схема установки для совместной электроискровой и механической обработки травы перед сушкой

Трава проходит под электродом, и на нее воздействуют искровые разряды. Напряжение от генераторов импульсов прикладывают к электроду разрядника и земле. Искра пробивает наружный слой стебля и импульс тока проводимости идет по стеблям и через ролик уходит в землю. После искровой обработки проводят плющение с помощью гладких вальцов при давлении 0, 15 МПа. В результате на стеблях образуются продольные трещины, через которые из растений удаляют свободную влагу.

- - Параметры установки: напряжение скорость транспортерной ленты число импульсов (на 1 кг травы) расход энергии к. Вт • ч/т, том числе на плющение толщина слоя травы 25 к. В, 0, 04 м/с, 67, 2, 6 0, 8 к. Вт • ч; 0, 03 м.

Продолжительность сушки в полевых условиях в 2, 2 раза меньше, чем без нее, и в 1, 4 раза, чем при одном плющении. Потери питательных веществ в высушенной траве снижаются на 12 %, а потери протеина - в 2, 3 раза.

Электроимпульсную обработку плодов проводят при напряженности поля около 200 к. В/м. В этом случае плазмолиз возможен не только вследствие поляризационных и электрокинетических явлений, но и из-за микрогидравлических ударов, приводящих к механическим разрушениям клеток. При таком способе полнее используют сельскохозяйственное сырье и получают на 10. . . 20 % больше соков.

Ведут работы по применению искрового разряда для поражения нежелательной растительности на корню (борьба с сорняками, прореживание всходов культурных растений). При этом навесной электрод перемещают над поверхностью почвы, а заземленный - в ее толще или по поверхности.

Предуборочная обработка подсолнечника При обычной технологии уборки потери урожая достигают 20% из-за неодновременного созревания и высыхания семечек. Предварительная электроискровая обработка стеблей подсолнуха способствует одновременному подсыханию семянок.

С помощью делителей стебли подсолнечника направляют в межэлектродное пространство, происходит пробой поперек стебля.

При этом стебель повреждается в результате протекания тока по клеткам, возникновения ударной волны при термическом взрыве. Прекращается сокодвижение и подвод питательных веществ к семянкам, начинается дозревание и подсушивание.

- Прополка сорняков Параметры обработки: напряжение – 20… 30 к. В; межэлектродное расстояние 0, 05… 0, 06 м; электроды в виде дисков диаметром 0, 04 м и толщиной 90, 0025 м.

Прореживание всходов Устройство для прореживания всходов сахарной свеклы состоит из источников высоковольтных импульсов, устройства для распознавания ростков на почве, программного устройства. Растения, подлежащие прореживанию, повреждаются электрическими импульсами. Напряженность поля 2, 5 к. В/см.

Установка для прореживания растений или прополки сорняков монтируется на базе трактора. Генератор напряжения приводится во вращение от вала отбора мощности трактора. Высокое напряжение подводится к сорнякам по горизонтальной штанге, вынесенной в полевую зону. Второй полюс источника питания подключают к земле через лемех или диск.

Сорняки, которые выше культурных растений, при контактировании с электродами повреждаются и через 2. . 3 дня засыхают.

2. 2 Электрогидравлическая обработка, сущность электрогидравлического эффекта, области применения В электрогидравлических установках в той или иной форме используется электрогидравлический эффект (ЭГЭ) способ непосредственного преобразования электрической энергии в механическую, при котором вследствие электрического разряда в межэлектродном пространстве, заполненном жидкостью, кратковременно выделяются значительные мощности.

Этот процесс сопровождается ударными волнами, ультразвуковыми колебаниями, кавитационными явлениями, а также инфракрасным, ультрафиолетовым излучениями и ионизацией элементов жидкости.

Расположение зон высокого давления вокруг канала искрового разряда при электрогидравлическом эффекте (в начальный период)

В зоне сжатия давление быстро убывает с увеличением расстояния от канала разряда и резко перемещаются большие объемы жидкости. Гидравлическое давление достигает сотен и тысяч мегапаскалей, а жидкость перемещается со скоростью до сотен метров в секунду. Разрядник Р формирует импульс тока.

n n n Стадии развития разряда: ионизация жидкости, пробой и образование токопроводящего канала; разряд – выделение энергии в канале разряда; ток достигает десятков и сотен тысяч килоампер, температура – до 10000 0 С; разогрев, испарение жидкости.

Благодаря малой сжимаемости жидкости разогрев плазмы приводит к повышению давления в канале разряда, которое передается во все стороны, создавая ударную волну: прямую – при расширении и обратную – при сжатии газового пузыря в зоне разряда. Волны сжатия чередуются с волнами расширения и вызывают интенсивные кавитационные процессы.

- - При расчете электрогидравлических установок находят: межэлектродное расстояние, мощности разрядной цепи и потребляемую от выпрямителя, емкость накопительного конденсатора, напряжение питания выпрямителя при известном (зарядном) давлении на объект воздействия, определяемом технологическими требованиями.

Применение ЭГЭ перспективно в самых различных областях промышленности и сельского хозяйства. Отдельные технологические процессы уже используют на производстве, другие находятся в стадии разработки.

Разрушение, дробление и измельчение материалов Это процессы, связанные с электрогидравлическим разрушением пород, валунов, очисткой отливок и стержней от формовочных смесей, обработкой кормов, получением соков и т. д.

При дроблении валунов ЭГЭ создают в шпуре (диаметр 22. . . 40 мм, глубина до 1/3 высоты валуна), который предварительно бурят и наполняют водой.

Для реализации данного способа разработаны передвижные установки "Вулкан" и ЭГУРН. Установка ЭГУРН содержит генератор импульсов, пульт управления, двигатель внутреннего сгорания с генератором переменного тока, два электро- или пневмоперфоратора с компрессором ДК-9. Напряжение 6 к. В, энергия импульса 150 к. Дж, расход электроэнергии 0, 2 к. Вт • ч/м 3, установленная мощность 10 к. В. А.

Подъем воды

Используется установка «Вулкан -3» , рабочее напряжение 5 к. В, емкость конденсатора 6400 п. Ф, мощность 20 к. Вт, частота импульсов 30… 80 имп/мин. , развиваемая мощность 80 к. Вт, производительность 1, 5 м 3/мин.

- - Пластическая деформация материалов с помощью ЭГЭ используется: при обработке металлов давлением (штамповке, развальцовке) и восстановлении изношенных полых деталей (поршневых пальцев и др. ).

Пластическая деформация в открытой камере в закрытой камере

Пластическая деформация в трубчатой заготовке

Для запрессовки и закрепления труб в теплообменных аппаратах применяют установки типа "Молния", деформации - электрогидравлические прессы типа "Удар", Т 1200 и др. Напряжение 5. . . 50 к. В, накапливаемая энергия 7, 5. . . 150 к. Дж, размеры заготовок 16. . . 2000 мм.

Очистка, мойка и обеззараживание материалов Используют ударную волну и скоростные потоки жидкости, а также ультразвуковые колебания и др.

Схема электроимпульсной обработки при обеззараживании жидких сред (стоков, навоза и др. )

Для электрогидравлической очистки шерсти предназначен генератор импульсов с трансформатором, выпрямителем ВТМ-15/50 и импульсными конденсаторами КЭМ-50 -1. Параметры установки: напряжение 50 к. В, емкость конденсатора 1. . . 4 мк. Ф, энергия импульса 1, 25. . . 3, 75 к. Дж, расстояние между электродами 45. . . 60 мм, частота 1 Гц, индуктивность 5 мк. Гн. При производительности 250 кг/ч потребляемая мощность 15 к. Вт.

При обеззараживании воды проявляется комплексное действие ЭГЭ. Процесс обеззараживания характеризуется эмпирическим соотношением где и — концентрации бактерий после разрядов и исходная; — коэффициент эффективности обеззараживания.

Если воду обеззараживают в водоподъемных установках, расход электроэнергии составляет около 1 к. Вт • ч/м 3. Для полного обеззараживания и дегельминтизации жидкой фракции свиного навоза применяют установки, работающие при напряжении 50 к. В, с конденсатором емкостью 1 мк. Ф, число импульсов 150… 200 (на 1 л).

Для очистки фильтров водяных скважин используют генератор импульсов со следующими параметрами: энергия импульса 7, 35 к. Дж, напряжение до 70 к. В, емкость конденсаторной батареи 3 мк. Ф. Установку монтируют на базе автомобиля, применяя серийное оборудование: выпрямитель-трансформатор ВТМ 15/50 и импульсные конденсаторы КЭМ 50 -1. В течение года с ее помощью можно очистить более 100 скважин, дебит которых возрастает в несколько раз.