Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 26 июля, печатный экземпляр отправим 30 июля
Опубликовать статью

Молодой учёный

Исследование инициирования электрического разряда в воде при разработке электрогидравлической технологии

14. Общие вопросы технических наук
6824
Поделиться
Библиографическое описание
Юшков, Ю. Г. Исследование инициирования электрического разряда в воде при разработке электрогидравлической технологии / Ю. Г. Юшков, А. С. Климов, Е. А. Гричневский, А. Ю. Юшков. — Текст : непосредственный // Технические науки: теория и практика : материалы I Междунар. науч. конф. (г. Чита, апрель 2012 г.). — Чита : Издательство Молодой ученый, 2012. — С. 139-141. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/7/2189/.

В последние годы растет интерес к использованию электрогидравлических технологий в различных областях промышленности. Например, в строительстве при создании фундаментов, утилизации железобетонных изделий и уплотнении грунтов.

В основе электрогидравлических технологий лежит «электрогидравлический эффект» [1], заключающийся в преобразовании электрической энергии в механическую за счет мощного электрического разряда, возбужденного в жидкости. Для получения такого разряда требуется импульс тока с крутизной фронта до 2&#;1011 А/с и абсолютными значениями токов до 250 кА, мощностью до 100 МВт и энергией 106 Дж [2]. Такие большие значения энергии и быстрое ее выделение за единицы или десятки микросекунд в малом объеме вызывают процесс, аналогичный взрыву химических взрывчатых веществ. В канале разряда осуществляется преобразование электрической энергии в тепловую, в результате чего осуществляется нагрев вещества в разряда канале до температур (10…40)&#&#61655;;</FONT>10<SUP>3</SUP>&nbsp;К и, как следствие, рост в нем давления до (1&hellip;1,5)<FONT FACE="Symbol">&#&#61655;;</FONT>10<SUP>3</SUP>&nbsp;МПа, что приводит к расширению канала с высокой скоростью и передаче импульсного давления через жидкость к объекту обработки. <P>Различают несколько стадий развития процесса: формирование токопроводящего канала разряда между электродами; выделения в канале разряда энергии накопителя; завершающая стадия, когда все электрические процессы в канале разряда завершены, газовые продукты под действием остаточных температур расширяются и пульсируют до полного восстановления свойств среды в рабочем промежутке. На рис.&nbsp;1. показана схема электрогидравлического процесса.<P> <BR /> <P><A HREF="images/31cc056b.jpg" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/31cc056b.jpg" NAME="Графический объект1" ALIGN=BOTTOM WIDTH=271 HEIGHT=259 BORDER=0></A><P> Рис.&nbsp;1.&nbsp;Схема электрогидравлического процесса (а) и зависимость изменения давления от расстояния до канала разряда (б)<P> Для практической реализации электрогидравлического эффекта используются высоковольтные электрические установки, состоящие из узлов, функционально относящихся к зарядному контуру, разрядному контуру, контуру заземления, схеме управления и сигнализации. Структурная схема установки показана на рис.&nbsp;2.<P> <BR /> <P><A HREF="images/m716d799b.jpg" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/m716d799b.jpg" NAME="Графический объект2" ALIGN=BOTTOM WIDTH=266 HEIGHT=228 BORDER=0></A><P> Рис.&nbsp;2.&nbsp;Структурная схема установки: 1)&nbsp;пульт управления; 2)&nbsp;зарядное устройство; 3)&nbsp;устройство защитного заземления; 4)&nbsp;генератор импульсных токов; 5)&nbsp;коммутатор; 6)&nbsp;передающая линия; 7)&nbsp;электродная система<P> Основные энергетические параметры установок: разрядное напряжение 5&hellip;50&nbsp;кВ; максимальная энергия в импульсе 100&nbsp;кДж; частота следование импульсов 0,1&hellip;2&nbsp;Гц.<P> Основной проблемой препятствующей внедрению электрогидравлической технологии в производство связано с получением стабильного электрического разряда в проводящих средах, таких как техническая вода и цементный раствор [3].<P> Используемые в настоящее время электрогидравлические установки в основном обеспечивают электротепловой механизм пробоя рабочего промежутка. В этом случае за счет токов ионной проводимости происходит разогрев значительной области раствора между электродами. Затем образуется парогазовая среда, в которой формируется канал разряда. При этом большая часть энергии импульса затрачивается на ее образование. Наличие потерь энергии на стадии формирования канала разряда оказывать отрицательное влияние на эффективность процесса в целом. Для компенсации этих потерь приходится увеличивать энергию импульса, что приводит к сокращению срока службы электродных систем, в частности к разрушению изоляции электродов. Поэтому важной задачей является снижение потерь энергии на стадии формирования канала разряда, что позволяет уменьшить непроизводительные потери энергии импульса и, соответственно, снизить запасаемую в генераторе энергию. Для уменьшения этого типа потерь энергии используются различные методы инициирования [4]. Но большинство из них усложняют электрическую или технологическую схемы установок и не всегда их можно применить в скважинах, бетонных растворах и установках разрушения железобетона. <P>Известно [5], что разряд в жидкости начинает формироваться как с острия потенциального электрода, так и из &laquo;тройной точки&raquo;, которая находится в месте контакта металла потенциального электрода, изоляции электрода и воды. На рис.&nbsp;3 приведена фотография развитие разряда с тройной точки.<P> <BR /> <P><A HREF="images/m11f1b373.jpg" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/m11f1b373.jpg" NAME="Графический объект3" ALIGN=BOTTOM WIDTH=283 HEIGHT=227 BORDER=0></A><P> Рис.&nbsp;3.&nbsp;Развитие разряда с тройной точки: 1)&nbsp;изолятор высоковольтного электрода; 2)&nbsp;высоковольтный электрод; 3)&nbsp;заземленный электрод<P> Эффект тройной точки можно использовать как инициирующий фактор, организуя ее у острия потенциального электрода. Результаты исследований [6] показали, что разряд начинает развиваться из тройной точки, вынесенной в рабочий промежуток. Использование диэлектрических вставок из полиэтилена высокого и низкого давления, увеличивает вероятность пробоя промежутка по сравнению с пробоем таких же промежутков без вставки на 20&hellip;22&nbsp;%. Однако, был установлен экспериментальный факт, что после 30&hellip;50 разрядов влияние диэлектрической вставки на вероятность пробоя промежутка прекращается. <P>Решения этой проблемы является использование керамической вставки, но из-за неплотного соединения вставки с электродом ударные воздействия при наличии концентратов напряжений в виде щелей вызывают ее быстрое разрушение. Поэтому было предложено использовать электронно-лучевую сварку керамики с металлом [7]. Сварка керамики с металлами проводилась на установке, подробно описанной в работе [8]. В качестве свариваемых материалов были выбраны алюмооксидная керамика и сталь.<P> Для определения влияния керамической вставки была проведены исследования с пробоя различных промежутков в технической воде. <P>В качестве источника импульсов в работе применялся генератор импульсных токов с параметрами: <SPAN LANG="en-US"><I>U</I></SPAN><SUB>0</SUB>&nbsp;=&nbsp;25&hellip;35&nbsp;кВ, <SPAN LANG="en-US"><I>L</I></SPAN>&nbsp;=&nbsp;5&hellip;7&nbsp;мкГн, <I>С</I><SUB>0</SUB>&nbsp;=&nbsp;0,25&hellip;0,5&nbsp;мкФ. Схема экспериментальной установки показана на рис.&nbsp;4.<P> <BR /> <P><A HREF="images/a4cffee.jpg" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/a4cffee.jpg" NAME="Графический объект4" ALIGN=BOTTOM WIDTH=269 HEIGHT=247 BORDER=0></A><P> Рис.&nbsp;4.&nbsp;Схема установки: 1)&nbsp;высоковольтный трансформатор; 2)&nbsp;высоковольтный выпрямитель; 3)&nbsp;шаровой разрядник; 4)&nbsp;конденсаторная батарея; 5)&nbsp;рабочая камера; 6)&nbsp;высоковольтный электрод; 7)&nbsp;изолятор; 8)&nbsp;керамическая вставка; 9)&nbsp;заземленный электрод<P> Использовалась система электродов &laquo;острие&nbsp;&ndash;&nbsp;плоскость&raquo;. Высоковольтный электрод металлический стержень диаметром 10&nbsp;мм, который через проходной изолятор вводился в рабочую камеру. Длина изолятора позволяла варьировать длину оголенной части потенциального электрода (оголенная часть составляла 10&nbsp;мм). Длина рабочего промежутка между электродами варьировалась от 10&hellip;50&nbsp;мм. Располагалась электродная система в рабочей камере, которая заполнялась технической водой с удельным электрическим сопротивлением <I><FONT FACE="Symbol">&#&#61554;;</FONT></I><FONT FACE="Symbol">&#&#61627;;</FONT>1&middot;10<SUP>3</SUP>&nbsp;Ом&middot;см. <P>В результаты предварительных исследований установлено, что использование керамики, расположенных в торце потенциального электрода, увеличивает вероятность пробоя промежутка по сравнению с пробоем таких же промежутков без вставки до 27&nbsp;%, а также вставка меньше поддается ударному и эрозионному разрушению.<P> Проведенные эксперименты показали возможность использования металлокерамических соединений для инициирования разряда в электрогидравлических установках. Предложенный метод инициирования разряда позволяет создать надежную электродную систему для электрогидравлических установок.<P> <BR /> <P>Литература:<P> 1. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности.<I>&nbsp;&ndash;&nbsp;</I>Л.: &laquo;Машиностроение&raquo;, 1986. &ndash; 253 с.<P> 2. Гулый Г.А. Научные основы разрядноимпульсных технологий.<I> &nbsp;&ndash;&nbsp;</I>Киев.: Наукова думка, 1990. &ndash; 208 с.<P> 3. Кривицкий&nbsp;Е.В. Динамика электровзрыва в жидкости.<I> &nbsp;&ndash;&nbsp;</I>Киев: Наукова думка, 1986. &ndash; 206 с.<P> 4. Малюшевский&nbsp;П.П. Основы разрядно-импульсной технологии.&nbsp;&ndash;&nbsp;Киев: Наукова думка, 1983. &ndash; 272 с.<P> 5. Ушаков В.Я. Импульсный электрический пробой жидкостей.&nbsp;&ndash;&nbsp;Томск: Изд. ТПИ, 1975.&nbsp;&ndash;&nbsp;256 с.<P> 6. Курец В.И., Филатов Г.П., Юшков А.Ю. Влияние методов инициирования импульсного разряда на вероятность пробоя жидких проводящих сред // Электронная обработка материалов, 2004. - №1. с.54-57.<P> 7. Бурдовицин В.А., Климов А.С., Окс Е.М. О возможности электронно-лучевой обработки диэлектриков плазменным источником электронов в форвакуумной области давлений // Письма в ЖТФ. 2009 &ndash; Т. 35, Вып. 11. &ndash; С. 61&ndash;66.<P> 8.<SPAN LANG="en-US">&nbsp;</SPAN>Бурдовицин В.А., Жирков И.С., Окс Е.М. и др. Источник электронов с плазменным катодом для генерации сфокусированного пучка в форвакуумном диапазоне давлений // ПТЭ. 2005 &ndash; № 6. &ndash; С. 66&ndash;68.

Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью

Молодой учёный