Электроимпульсная противообледенительная система
Владельцы патента RU 2406655:
Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б.Е. Веденеева" (RU)
Изобретение относится к электроимпульсным противообледенительным системам. Система содержит электропроводящее покрытие, генератор электроимпульсов, пару коаксиальных электродов. Электропроводящее покрытие располагается в межэлектродном пространстве межэлектродного зазора и занимает всю площадь межэлектродного зазора. Технический результат заключается в повышении эффективности работы системы для защиты от обледенения поверхностей большой площади. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к льдотехнике, а именно к электроимпульсным противообледенительным системам.
Известна электроимпульсная противообледенительная система, состоящая из генератора электрических импульсов, индукторов - преобразователей электрических импульсов в механические и распределительных элементов - коммутаторов, с креплением индукторов непосредственно под защищаемой от обледенения тонкостенной гибкой металлической обшивкой (В.В.Богородский, В.П.Гаврило, О.А.Недошивин. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, с.205-206).
Недостатком такой системы является невозможность ее применения для защиты от обледенения негибких или неэлектропроводных элементов сооружений.
Наиболее близкой к предлагаемой системе по технической сущности и достигаемому эффекту является электроимпульсная противообледенительная система, содержащая электроды (RU 2289892 C2, 20.12.2006).
Однако электроимпульсная противообледенительная система недостаточно эффективна для защиты от обледенения поверхностей большой площади. В этом случае необходимо крепление большого количества пар коаксиальных электродов (разрядников), что не всегда конструктивно или технологически возможно. Кроме того, имеется некоторая вероятность несрабатывания системы при образовании пористого или трещиноватого льда при обледенении. В этом случае при образовании поры или трещины в межэлектродном промежутке водяная пленка, необходимая для инициирования электрогидравлического эффекта, может не обеспечить достаточно малого сопротивления между электродами разрядника.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении эффективности работы системы для защиты от обледенения поверхностей большой площади.
Для достижения указанного технического результата в электроимпульсной противообледенительной системе, включающей генератор электроимпульсов, выход которого соединен с парами коаксиальных электродов, дополнительно содержит электропроводящее покрытие, расположенное в межэлектродном пространстве межэлектродного зазора.
Кроме этого предлагаемое техническое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи:
- электропроводящее покрытие расположено на всей площади межэлектродного пространства;
- в качестве электропроводящего покрытия могут быть применены полимеры, лакокраски с большим содержанием электропроводных наполнителей, например сажи, металлической крошки и т.п., или тонкая металлическая фольга, бумага, пропитанная электролитом, и т.п.
Отличительным признаком предлагаемой электроимпульсной противообледенительной системы от указанной выше, наиболее близкой к ней, является то, что электропроводящее покрытие расположено в межэлектродном пространстве межэлектродного зазора.
Благодаря наличию этого признака обеспечивается искусственное, практически короткое замыкание коаксиальных электродов, приводящее к повышению длины искрового промежутка, расширяющего зону действия ударной волны от электрогидравлического эффекта и в результате повышающего площадь разрушения льда практически в квадратичной зависимости.
Предлагаемая система иллюстрируется чертежами. На фиг.1 представлена схема электроимпульсной противообледенительной системы.
На фиг.2 - ее поперечный разрез.
Электроимпульсная противообледенительная система содержит генератор электроимпульсов 1 с накопителем энергии 2 (блоком конденсаторов) и электрическим ключом 3 (тиристором), разрядник 4, состоящий из двух коаксиальных электродов 5 и 6, изолирующей втулки 7 (фторопласт), электропроводящего покрытия 8 (токопроводящая краска). Коаксиальные электроды 5 и 6 выведены на поверхность 9 защищаемой от льда 10 конструкции 11, причем коаксиальный электрод 6 «земля» - внешний, а на коаксиальный электрод 5, который является внутренним и изолированным, подается электроимпульс, участок 12 электропроводящего покрытия 8, где происходит тепловой взрыв.
Разрядник 4 крепится на защищаемой от обледенения конструкции 11. Межэлектродный зазор между коаксиальными электродами 5, 6 составляет несколько десятков сантиметров. Электропроводящее покрытие 8 занимает всю площадь межэлектродного пространства межэлектродного зазора.
Электропроводящее покрытие 8 должно обеспечивать искусственное, практически короткое замыкание коаксиальных электродов 5 и 6. Для этого в качестве электропроводящего покрытия 8 можно использовать полимеры, лакокраски с большим содержанием электропроводных наполнителей (сажи, металлической крошки и т.п.) или тонкую металлическую фольгу, бумагу, пропитанную электролитом, и т.п. Электрическое сопротивление электропроводящего покрытия 8 составляет менее 10-20 Ом и его значение значительно меньше сопротивления льда 10 в межэлектродном зазоре, а также в изолирующей втулке 7.
Генератор электроимпульсов 1 располагается в зоне обслуживания персоналом, разрядник 4 размещается в зоне обледенения конструкции 11.
Электроимпульсная противообледенительная система работает следующим образом.
В генераторе электроимпульсов 1 после накопления электроэнергии в количестве 1-10 кДж в накопителе энергии 2 замыкают электрический ключ 3 (тиристор) и на разрядник 4 подают электроимпульс напряжением 1-3 кВ. Накопленная энергия разряжается по электропроводящему покрытию 8 по пути наименьшего сопротивления между коаксиальными электродами 5 и 6. Искровой разряд сопровождается тепловым взрывом участка электропроводящего покрытия 8 вдоль пути наименьшего сопротивления. Тем самым искровой разряд между коаксиальными электродами 5 и 6 заменяется тепловым взрывом элемента, проводящего ток, - участка 12 электропроводящего покрытия 8. Тепловой взрыв проводящего ток участка 12 воспроизводит электрогидравлический эффект, сопровождающийся ударной волной, которая, в свою очередь, разрушает лед 10 на поверхности, защищаемой конструкции 11.
При следующем использовании электроимпульсной противообледенительной системы разряд проходит по другому участку электропроводного покрытия 8, и так до ее полного выгорания. После выгорания электропроводного покрытия 8 его заменяют на новое.
Предложенная электроимпульсная противообледенительная система позволяет повысить эффективность работы данной системы за счет применения электрогидравлического эффекта, инициируемого взрывающимся тепловым элементом - участком 12 электропроводного покрытия 8. Использование электропроводного покрытия 8 дает возможность значительно увеличить длину искрового промежутка и соответственно значительно увеличить площади разрушения льда 10 за один разряд электроэнергии.
Надежность работы предлагаемой системы выше, чем надежность работы электроимпульсной противообледенительной системы прототипа за счет обеспечения электропроводящим покрытием 8 электропроводного мостика между коаксиальными электродами 5 и 6. Создание электропроводного мостика является необходимым условием прохождения электроимпульса и соответственно инициирования электрогидравлического эффекта. В предлагаемой системе это условие выполняется электропроводящим покрытием 8, в системе-прототипе созданием электронагревателем тонкой водяной пленки, которая не обеспечивает надежного электроконтакта между коаксиальными электродами 5 и 6 из-за ее вытекания через поры или микротрещины льда 10.
Кроме того, использование теплового взрыва участка электропроводного покрытия 8 позволяет полностью устранить стример, а значит, и энергетические потери, составляющие, до 10% общего количества энергии разряда, которые расходовались на предзарядной стадии процесса. Хотя эти потери заменяются потерями на нагревание и испарение элемента, проводящего ток, они при этом во многих случаях оказываются несколько меньшими, чем потери на прорастание стримера между коаксиальными электродами 5 и 6.
В качестве преимущества предлагаемой электроимпульсной противообледенительной системы следует отметить возможности осуществления в ней локализованных направленных электрогидравлических ударов по ледяному покрытию по предварительно заданному контуру.
1. Электроимпульсная противообледенительная система, включающая генератор электроимпульсов, выход которого соединен с парами коаксиальных электродов, отличающаяся тем, что дополнительно содержит электропроводящее покрытие, располагаемое в межэлектродном пространстве межэлектродного зазора, которое обеспечивает поглощение энергии электроимпульса, достаточной для теплового взрыва ее участка, и занимает всю площадь межэлектродного зазора.
2. Электроимпульсная противообледенительная система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электропроводящего покрытия могут быть применены полимеры, лакокраски с большим содержанием электропроводных наполнителей, например, сажи, металлической крошки, или тонкая металлическая фольга, бумага, пропитанная электролитом.
