Сербин-Реферат. Электрогидравлические установки
 Скачать 132.79 Kb.
|
|
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления Кафедра: «ЭСПП и СХ» Реферат по дисциплине: «Приёмники и потребители электрической энергии» на тему: «Электрогидравлические установки» Проверил: преп., Дашеев Д.Е. Выполнил: ст-т., гр. Б637-21 Сербин В.А. Улан-Удэ 2019 Содержание Введение…………………………………………………………………… 3 Сущность электрогедравлического эффекта……………………………..5 Принципиальная электрическая схема получения электрогидравлического эффекта…………………………………………6 Принципиальная схема…………………………………………………….8 Принцип работы……………………………………………………………9 Применение…………………………………………………………………9 Вывод………………………………………………………………………..9 Введение Впервые заинтересовавшись искровыми электрическими разрядами в воде в 1933 году, автор в дальнейшем целиком посвятил себя решению проблемы получения с помощью электрического разряда эффективного гидравлического удара. В конце 1930-х годов автором, был в основном сформулирован и кардинальный для всей электрогидравлики принцип получения так называемых сверхдлинных разрядов. В 1948 г. появилась возможность основательно заняться изучением проблемы, а это привело к патентованию первого и основополагающего изобретения в области электрогидравлики — «Способа получения высоких и сверхвысоких давлений», т. е. способа получения электрогидравлического эффекта . Но электрогидравлика не родилась из ничего и имеет своих предшественников. Опыты с искровыми разрядами в жидкости проводились учеными еще в XVIII веке. Так, в 1766 г. американский естествоиспытатель Т. Лейн в своем письме, адресованном Б. Франклину, содержавшем описание устройства и работы изобретенного им электрометра, в качестве доказательства того, что его прибор действительно измеряет количество, а не какие-то особые качества электричества, писал, что нм ставились разнообразные опыты с разрядами, содержащими различные количества электричества, причем разряды эти осуществлялись им не только в воздухе, но и в воде и других жидкостях . Из описания опытов и работы прибора, изобретенного Лейном, можно понять, что в его опытах действительно возникали искровые разряды в воде длиной в несколько миллиметров с достаточно крутым фронтом и высоким поэтому механическим КПД. Опыты Лейна поражают своей простотой и'свежестью мысли. Однако подлинный смысл и огромное значение наблюдаемых в опытах явлений остались совершенно незамеченными и непонятыми ни самим Т Лейном, ни Б. Франклином, ни Д. Пристли, повторившим опыты Лейна в 1769 г., ни многими другими учеными, знавшими об их работах. Не случайно поэтому об опытах Т. Лейна и Д. Пристли впервые вспомнили лишь 200 лет спустя — после опубликования наших первых работ, когда вся электрогидравлика как наука практически уже сформировалась. В литературе по электрогидравлике иногда упоминают и другие работы, заслуживающие самой высокой оценки, но не имеющие прямого отношения к электрогидравлике. Одной из таких работ была статья Г. И. Покровского и В. А. Ямпольского «Электрогидродинамическая аналогия кумуляции» . Однако уже само название «е говорит о полном несходстве с содержанием и смыслом работ автора. В книге Г. И. Покровского, изданной в 1962 г. , подчеркивается наш приоритет на открытие электрогидравлического эффекта. Упоминалось также и изобретение И. В. Федорова «Способ и приспособление для дезинфекции и стерилизации с помощью токов высокой частоты» . Однако в этой работе отсутствуют те основные отличительные признаки, которые лежат в основе осуществления электрогидравлического эффекта — укорочение фронта и длительности электрического импульса. В схеме И. В. Федорова нет формирующего искрового промежутка — обострителя импульса, который позволяет перейти к напряжениям, гораздо большим пробивных для рабочего промежутка, и поэтому устройство, изобретенное И. В. Федоровым, фактически является искровым источником звука и не может быть источником получения электрогидравлического эффекта. Работы предшественников электрогидравлики завершились в 1948 г. опубликованием статьи Ф.'Фрюнгеля «К механическому КПД искры в жидкостях» . Не сделав ни одного практического вывода и определив найденный им механический КПД разряда в 1 %, Ф- Фрюнгель затем надолго отошел от изучения подобных разрядов, снова занявшись ими уже только после опубликования работ автора. Причин, по которым многие исследователи прошли мимо огромных практических возможностей нового физического явления, очень много. В основе их общей неудачи, очевидно, лежит отсутствие изобретательского, практического взгляда на изучаемые "явления, а также и отсутствие общественной потребности в использовании сверхвысоких гидравлических давлений. Отдавая дань уважения исследованиям наших предшественников, нельзя не признать, что 'от Лейна и до Фрюнгеля науке было известно только явление электрического разряда в жидкости как таковое, без каких-либо указаний на то, что миллиметровый разряд в жидкости является прообразом нового промышленного способа трансформации электрической энергии в механическую и может быть широко использован в самых различных областях науки и техники. Дальнейшие работы автора позволили расширить и углубить теоретические представления о природе электрогидравлического эффекта, определить ряд методов и приемов, обеспечивающих высокий КПД работающих на этом принципе машин и механизмов, предложить более двухсот способов и устройств применения электрогидравлического эффекта, многие из которых уже внедрены на практике. По опубликованным данным, сотни установок для электрогидравлической обработки металлов самого различного назначения уже работают за рубежом, где наибольшее развитие получила электрогидравлическая штамповка. В СССР наиболее широко используются установки для электрогидравлической очистки литья. Десятки серийно выпускаемых на опытном заводе ПКБ электрогидравлики АН УССР (г. Николаев) и на заводе Амурлитмаш (г. Комсомольск-на-Амуре) электрогидравлических установок для очистки литья ежегодно вступают в строй действующих. Ряд таких установок поставляются на экспорт. Проданы лицензии на изготовление и поставку электрогидравлических установок в Швецию, Испанию, Венгрию, Японию. В различных отраслях промышленности СССР работает также более 140 электрогидравлических прессов, десятки электрогидравлических установок для развальцовки трубок теплообменных аппаратов, электрогидравлические дробилки различных модификаций, электрогидравлические установки для разрушения негабаритов и др. По данным ГКНТ СССР, только за период с 1971 по 1975 гг. фактический экономический эффект от применения электрогидравлического эффекта в народном хозяйстве СССР составил 23 млн. руб. Внедрение различных электрогидравлических технологий и оборудования имеет самые широкие перспективы и в будущем.[1.ст 7] Сущность электрогидравлического эффекта Электрогидравлический эффект (ЭГЭ) — новый промышленный способ преобразования электрической энергии в механическую, совершающийся без посредства промежуточных механических звеньев, с высоким коэффициентом полезного действия. Главная суть этого способа состоит в том, что при осуществлении внутри объема жидкости, находящейся в открытом или закрытом сосуде, специально сформированного импульсного электрического (искрового, кистевого и других форм) разряда вокруг зоны его образования возникают сверхвысокие гидравлические давления, способные совершать полезную механическую работу и сопровождающиеся комплексом физических и химических явлений. В основе электрогидравлического эффекта лежит ранее неизвестное явление резкого увеличения гидравлического и гидродинамического эффектов и амплитуды ударного действия при осуществлении импульсного электрического разряда в ионопроводящей жидкости при условии максимального укорочения длительности импульса, максимально крутом фронте импульса и форме импульса, близкой к апериодической. Для электрогидравлического эффекта характерен режим выделения энергии на активном сопротивлении контура, близком к критическому, т. е. когда 1/С<;/?2 /4^, где С — емкость конденсатора, К и 1^ — активное сопротивление и индуктивность контура. Отсюда следует, что основными факторами, определяющими возникновение электрогидравлического эффекта, являются амплитуда, крутизна фронта, форма и длительность электрического импульса тока. Длительность импульса тока измеряется в микросекундах, поэтому мгновенная мощность импульса тока может достигать сотен тысяч киловатт. Крутизна фронта импульса тока определяет скорость расширения канала разряда. При подаче напряжения на разрядные электроды в несколько десятков киловольт амплитуда тока в импульсе достигает десятков тысяч ампер. Все это обусловливает резкое и значительное возрастание давления в жидкости, вызывающее в свою очередь мощное механическое действие разряда.[1.ст 10] Принципиальная электрическая схема получения электрогидравлического эффекта Начина я с 1933 г , исследовались явления , возникающие в зоне высоковольтного искрового разряда в жидкой среде. В начальной стадии эти исследования подтвердили существующие данные о том, что такой разряд легко возникает только в диэлектрических жидкостях, а в жидкостях с ионной проводимостью происходит лишь в случаях очень малой длины искрового промежутка и всегда сопровождается обильным газо- и парообразованием. Механическое воздействие жидкости на объекты, помещенные вблизи канала разряда, получаемого по традиционной схеме с прямым подключением конденсатора на разрядный промежуток в жидкости, практически ничтожно для жидкостей с ионной проводимостью и сравнительно ощутимо лиш ь в среде жидки х диэлектриков. Оно определяется весьма незначительными давлениями внутри парогазового пузыря, возникающего вокруг зоны разряда. Создающиеся в жидкости Iидравлические импульсы имеют пологий фронт и значительную длительность протекания, при этом обладают небольшой мощностью. В связи с этим необходимо было найти условия, в которых действие гидравлических импульсов могло бы быть резко усилено. Для этого требовалось уменьшит ь толщину парогазовой оболочки и сократить продолжительность разряда, в течение которого она создается. Одновременно необходимо было повысить мощность единичного импульса. Решить эту задачу оказалось возможным путем разработки принципиальной электрической схемы, которая обеспечила подачу тока на рабочий промежуток в виде короткого импульс а при помощи мгновенного «ударного» подключения накопителя энергии. С этой целью автором был введен в электрическую схему формирующий воздушный искровой промежуток, что позволило 'в жидкостях с ионной проводимостью изменить характер искрового разряда, резко усилить его механическое действие.Дополнительный формирующий воздушный промежуток позволяет накапливат ь заданное количество энергии с импульсной подачей ее на основной промежу - ток, значительно сократить длительность импульса и предотвратить возникновение колебательных процессов, создавать крутой фронт импульса, исключая возможность перехода к дуговому разряду; получать при заданном основном межэлектродном промежутке любые из допустимых для используемого источника питания значен ия тока и напряжения; регулированием длины формирующего промежутка изменять форму импульса и характер разряда на основном рабочем промежутке в жидкости. Именно формирующий промежуток явился обострителем импульса гока, позволивш им перейти к напряжениям гораздо большим, чем напряжение пробоя рабочего промежутка в жидкости Таким образом, для создания электрогидравлических ударов была предложена схема (рис. 1.1) , включающая источник питания с конденсатором в качестве накопителя электрической энергии. Напряжение на конденсаторе повышается до значения, при котором происходит самопроизвольный пробой воздушного формирующего промежутка, и вся энергия, запасенная в конденсаторе, мгновенно поступает на рабочий промежуток в жидкости, [де и выделяется в виде короткого электрического импульс а большой мощности Далее процесс при заданных емкости и напряжении повторяется с частотой, зависящей от мощности питающего трансформатора. Автором также были предложена схема с двумя формирующими промежутками. Как оказалось, введение двух формирующих искровых промежутков позволяет получить некоторое повышение крутизны фронта импульса, а главное, делает схему симметричной, более управляемой и безопасной в обращении (рис 1.2). Но, поскольку при этом возрастание крутизны фронта импульс а невелико, а сложность изготовления схемы повышена, на практике ее почти не применяют . В дальнейшем автором были предложены и другие схемы (см Рис 1 2 Электрическая схема для ГЛ' 3> ' °ДНаКО формирующий ПРОвоспроизвсдения ЭГЭ с двумя фор- межуток (в различных его модичирующими промежутками фикациях , например, в виде игнитрона) применяют во всех современных электрогидравлических силовых установках.[1.ст 12]   Электрогидравлические установки условно можно разделить на два типа: 1 – установки с электрическим током; 2 – установки с электрическим разрядом. Простейшими являются установки электролиза воды, к электродам которых приложено постоянное напряжение. В режиме кавитации эти установки дают избыточную энергию, в том числе, в виде дополнительного, сверхрасчетного по току и напряжению, нагрева воды. Принципиальная схема Источник питания представляет собой последовательно соединенный ЛАТР и высоковольтный трансформатор, а также умножитель напряжения в виде соединенных по определенной электрической схеме диодов, конденсаторов общей емкостью 0,264мкФ и сопротивления нагрузки. Источник питания позволяет регулировать напряжение на выходе от 220В до 18кВ. Накопительный элемент выполнен в виде конденсаторной батареи общей емкостью 0,937мкФ. Система электродов представляет собой систему типа игла - игла. Электроды выполнены из нержавеющей стали толщиной 0,8 мм, угол заточки 45 градусов. Геометрические размеры электродов 2х1,2см. Конструктивно в процессе проведение экспериментов было решено установить несколько пар электродов описанной выше конструкции с расстоянием между ними 5мм. по всей площади проведения высоковольтного разряда. Технологическая емкость представлена в виде сосуда цилиндрической формы, геометрические размеры 60х60х120мм, для осуществления высоковольтного разряда в малом объеме жидкости. Соединение накопителя энергии с системой электродов выполняется малоиндуктивным, для чего используются специальные коаксиальные кабели высокого напряжения. Применение коаксиальных кабелей помимо уменьшения индуктивности разрядной цепи ослабляет электромагнитные поля вблизи работающей установки. Принцип работы Напряжение питания 220 В подается на ЛАТР и далее на высоковольтный трансформатор выходная обмотка которого позволяет выдавать напряжение 6кВ, затем напряжение поступает на умножитель где происходит утроение напряжения и затем на накопительный элемент в виде конденсаторной батареи, там происходит зарядка конденсаторов до нужной величины напряжения после этого происходит подача напряжения на систему электродов, расположенных в емкости. В качестве рабочей среды используется техническая вода и трансформаторное масло ИГП -38, t= 20C0, ?=881.4 кг/см3 желтого цвета. Исходя из технических характеристик преобразователя, можно сделать вывод, что диспергирование жидкостей производится на так называемом мягком режиме, когда U<=20кВ, С>=1мкФ. Принцип работы ЭГПВД рассмотрим на примере принципа работы типичной гидравлической установки. На рисунке 2 представлена диаграмма изменения во времени основных электрических параметров. Применение В основном электрогедравлические установки заинтересовали себя в промышленности. Их применяют для очистки металла от ржавчины , а именно очистки бортов судов, тележек поездов и многих других различных металлов. Также ЭГУ применяют для прочистки различных труб от тяжёлых металлических загрязнений. Ещё ЭГУ заинтересовали себя в горном деле. Их используют для взрывных работ. Ещё с помощью ЭГУ выбивают стержни из стальных либо чугунных отливок. Вывод Выполняя свою работу я отталкивался от книги Л.А.Юткина «Электрогедравлический эффект и его применение в промышленности», в которой автор анализировал всех известных учёных в этой области познания, а именно: Г.И.Покровского, В.А.Ямпольского, P.Frungel, T.Lane, J.Priestly и многих других. На основании суждений этих людей Л.А.Юткин и написал свою книгу. В этой книги он изложил всю суть ЭГЭ, начиная от её истоков, как она зарождалась, какие трудности и проблемы возникали во время развития и создания, к чему это влекло, её достоинства и недостатки. Но это всё было ещё в 20 веке. В данное время наука не стоит на месте, и что Юткин не смог реализовать в то время, сейчас с помощью новых умов медленно, но стабильно движется к прогрессу. В ходе выполнения работы я ознакомился с электрогедравлическими установками. Данные установки преобразуют электрическую энергию в механическую с большим коэффициентом полезного действия. Эти установки очень востребованы в промышленности, металлургии, горном деле и т.п. Список использованной литературы Л.А.Юткин «Электрогедравлический эффект и его применение в промышленности» «http://dodiplom.ru/ready/27514: «Электрогидравлический преобразователь взрывного действия» |