Устройство для отвода зарядов из потока жидкости
Владельцы патента RU 2341918:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU)
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для нейтрализации электростатических зарядов в потоке жидкости. Технический результат - снижение количества электростатических зарядов, переносимых потоком диэлектрических жидкостей в трубопроводах. Для достижения данного результата устройство содержит пластмассовый корпус, торцевые металлические кольца, разрядные металлические струны, укрепленные посредством пружин на металлических торцевых кольцах. Статор с распределенной трехфазной обмоткой и микрогенератор постоянного тока. Положительная клемма микрогенератора соединена с разрядными металлическими струнами, а отрицательная - с входным металлическим патрубком. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области «Пожарной и промышленной безопасности» и может быть использовано для отвода электростатических зарядов из потока нефти и других жидких углеводородов.
При закачке нефти в нефтетрубопроводы, защищаемые катодной защитой, начинается процесс диссоциации ионов, ранее объединенных в молекулы. При этом на стенку металлической трубы, имеющей потенциал около 1 В, попадают положительные ионы, отрицательные ионы диссоциировавшихся молекул (диссоциируют имеющиеся в нефти примеси - молекулы солей, воды и др.) переносятся потоком по трубе и в конечном итоге закачиваются в нефтехранилище, при этом в последних могут накопиться значительные количества статических зарядов, создающих значительные напряженности электрического поля в парогазовом пространстве хранилища, что чревато взрывом и пожаром.
Известен индукционный нейтрализатор с протяженным разрядным электродом [Максимов Б.К. и др. Электростатическая безопасность при заполнении резервуаров нефтепродуктами. / Б.К.Максимов, А.А.Обух, А.В.Тихонов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. с.1881], состоящий из камеры нейтрализатора, разрядного электрода, стыковочного патрубка, изолятора, проходного изолятора.
Недостатком этого устройства является недостаточная эффективность нейтрализации зарядов, так как значительные количества ионов переносятся потоком жидкости (например, нефти) через нейтрализатор, не успевая попасть на единственный центральный электрод.
Более эффективным в этом смысле является индукционный нейтрализатор электростатических зарядов в потоке жидкости /А.с. SU 1736015, H05F 3/02, опубл. 19.01.89/. Нейтрализатор содержит кассету, которая включает в себя торцевые кольца, промежуточные кольца, ребра, струны, укрепленные посредством пружин на кольцах, коаксиально установленных на торцевых кольцах с образованием однополостного гиперболоида вращения. Этот нейтрализатор наиболее близок по своей технической сущности к заявляемому устройству.
Эффективность нейтрализации зарядов данного устройства также оказывается недостаточной, т.к. значительное количество ионов все еще выносится из нейтрализатора с потоком жидкости.
Недостатки известных устройств устраняются за счет удлинения путей и времени пребывания ионов в нейтрализаторе путем придания траектории движения ионов спиралеобразной формы и создания дополнительных сил воздействия на ионы для подведения их к разрядным струнам - электродам.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является снижение количества электростатических зарядов, переносимых потоком диэлектрических жидкостей в трубопроводах.
При осуществлении технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении эффективности нейтрализации зарядов за счет удлинения путей и времени пребывания носителей зарядов-ионов в корпусе нейтрализатора и создании дополнительных сил, приводящих ионы к разрядным электродам.
Указанный технический результат достигается тем, что индукционный нейтрализатор электростатических зарядов в потоке диэлектрической жидкости, содержащий пластмассовый корпус и два металлических торцевых кольца, соединенных разрядными металлическими струнами, натянутыми на металлические торцевые кольца с образованием гиперболоида вращения. Нейтрализатор дополнительно снабжен статором с распределенной трехфазной обмоткой и микрогенератором постоянного тока, который соединен положительной клеммой с разрядными металлическими струнами со стороны выходного металлического патрубка, а отрицательной клеммой - с входным металлическим патрубком.
Причинно-следственная связь между заявляемым техническим результатом и существенными признаками технического решения состоит в том, что статор с распределенной трехфазной обмоткой создает вращающееся магнитное поле, свободно проникающее через пластмассовый корпус и придающее траекториям ионов спиралеобразную форму. В результате чего траектории движения статических зарядов в нефти приобретают форму спиралей, что значительно удлиняет их путь в корпусе нейтрализатора, повышает время нахождения ионов в корпусе и значительно увеличивает вероятность встречи иона с одной из разрядных металлических струн нейтрализатора. Другим фактором, повышающим эффективность нейтрализации зарядов, является наличие микрогенератора постоянного тока. Напряжение микрогенератора образует дополнительное стационарное электрическое поле, которое создает добавочные силы Лоренца, заставляющие ионы сближаться с разрядными металлическими струнами (электродами), и тем самым помогает отводить ионы из потока диэлектрической жидкости (например, нефти).
На фиг.1 представлен общий вид нейтрализатора для отвода электростатических зарядов из потока диэлектрической жидкости, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид с торца.
Индукционный нейтрализатор электростатических зарядов в потоке диэлектрической жидкости содержит пластмассовый корпус 1, в котором расположены два металлических торцевых кольца 2, соединенных разрядными металлическими струнами 3, укрепленные посредством пружин 4 на металлических торцевых кольцах 2, с образованием гиперболоида вращения. Нейтрализатор содержит также статор 5 с распределенной трехфазной обмоткой 6, закрепленный на пластмассовом корпусе 1, клеммы 7 статора 5, входной металлический патрубок 8, выходной металлический патрубок 9, отрицательную клемму 10 микрогенератора постоянного тока 11, присоединенную к входному патрубку 8, положительную клемму 12 микрогенератора постоянного тока 11, присоединенную к разрядным металлическим струнам 3 со стороны выходного металлического патрубка, реостат для регулирования тока 13, реостат 14 в цепи возбуждения 15 микрогенератора постоянного тока 11, первичный двигатель 16.
Нейтрализатор электростатических зарядов работает следующим образом.
Поток диэлектрической жидкости с электрическими зарядами поступает в нейтрализатор через входной металлический патрубок 8. Вращающееся магнитное поле статора 5 оказывает силовое воздействие на заряды и, действуя одновременно с силами инерции, придает ионам спиралеобразную траекторию движения, значительно увеличивая длину пути и время пребывания иона в нейтрализаторе и тем самым вероятность встречи заряда с разрядной металлической струной 3. С другой стороны, стационарное электрическое поле, созданное напряжением микрогенератора постоянного тока 11 между входным патрубком 8 и разрядными металлическими струнами 3, вызывает появление дополнительных электрических сил и позволяет практически полностью откачивать из нейтрализатора все электростатические заряды, в особенности за счет возможности регулирования реостатами 13 и 14 выходного напряжения и тока микрогенератора постоянного тока 11.
1. Индукционный нейтрализатор электростатических зарядов в потоке диэлектрической жидкости, содержащий пластмассовый корпус и два металлических торцевых кольца, соединенных разрядными металлическими струнами, натянутыми на металлические торцевые кольца с образованием гиперболоида вращения, входной и выходной металлические патрубки, отличающийся тем, что дополнительно содержит статор с распределенной трехфазной обмоткой и микрогенератор постоянного тока, положительная клемма которого электрически соединена с разрядными металлическими струнами, а отрицательная клемма соединена с входным металлическим патрубком.
2. Индукционный нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен реостатами для регулирования выходного напряжения и тока микрогенератора постоянного тока.
