РЕФЕРАТ
Электроимпульсные установки
по дисциплине "Электротехнологические установки"
Выполнил
Руководитель
«»2022 г.
Оглавление
Введение 3
История развития электроимпульсных технологий 4
Классификация 5
Принцип действия 7
Виды электроимпульсных установок 8
Электрические изгороди 9
Обеззараживание природной и сточной воды 12
Установки для измельчения различных материалов 14
Электроимпульсные установки в геофизике 19
Электроимпульсная установка для изготовления буроинъекционных свай 21
Электроимпульсная обработка металла 24
Электрогидравлический эффект (ЭГЭ) 27
Заключение 30
Список использованных источников 31
Введение
Данный реферат посвящен электроимпульсным технологиям, которые в настоящее время находят все большее применение в различных отраслях промышленности, а также затрагивает такие темы, как классификацию и принцип действия электроимпульсных установок, их разновидности.
В некоторых электротехнологических процессах на обрабатываемый объект воздействуют в течение короткого промежутка времени с паузами. Такое использование электрической энергии называется импульсным, а само воздействие - электрическими импульсами. Импульсная технология, характеризуемая высокой скоростью ввода энергии в технологический объект, позволяет получить кратковременно мощность воздействия, существенно превышающую номинальную мощность источника. Электроимпульсные технологические процессы характеризуются прерывистым подводом энергии с определенной длительностью, частотой и скважностью. С помощью современных электротехнических средств создают импульсы тока или напряжения, которые непосредственно в объекте могут преобразовываться в механическую, магнитную, оптическую, химическую и другие виды энергии. Эффективность воздействия зависит не только от амплитудных значений мощности, тока и напряжения, но и их изменения во времени, т. е. формы импульсов и их периодичности. Импульсы формируют с помощью генераторов, преобразующих исходный постоянный или переменный ток в импульсный требуемых параметров или непрерывно подводимую неэлектрическую энергию в прерывистую электрическую.
История развития электроимпульсных технологий
Импульсная техника получила широкое распространение примерно шесть десятилетий назад в связи с развитием радиолокационных систем. В радиолокации используются мощные зондирующие радиоимпульсы, посылаемые узконаправленной антенной в пространство. Радиоволны отражаются от металлических и диэлектрических поверхностей различных предметов и возвращаются к антенне, которая после окончания зондирующего импульса переключается на чувствительный радиоприемник. Если на пути радиолуча нет отражающих предметов, то на входе приемника сигнал очень слабый. При появлении в зоне луча отражающего объекта сигнал резко возрастает и индикаторные устройства (экраны радиолокатора) фиксируют появление объекта (цели) в виде яркой точки на более темном фоне.
Большинство современных радиотехнических систем передачи информации работает в прерывистом импульсном режиме. В системах дальней коротковолновой (КВ) и ультракоротковолновой (УКВ) радиосвязи используется работа на ключе. Наиболее качественная передача звука и телевизионного изображения осуществляется в цифровом виде в режиме импульсно-кодовой модуляции. Широко используются цифровые радиорелейные и спутниковые системы связи.
С появлением мощных импульсных оптических излучателей направленного действия (лазеров) начали интенсивно развиваться оптические системы получения информации. По аналогии с радиолокационными системами (радарами) такие системы назвали лидарами. Современные лидары позволяют определять расстояние от Земли до Луны с точностью нескольких метров, наблюдать искривление земной поверхности во время приливов, определять координаты спутников и летающих объектов, состав атмосферы и наличие в ней загрязняющих примесей и т.д.
Развитие импульсной техники происходило на базе совершенствования импульсных функциональных устройств: импульсных генераторов, усилителей, электронных ключей, логических элементов, формирователей импульсов специальной формы, модуляторов, компараторов и т. п.
Основополагающим принципом в электроимпульсных технологиях является использование всего спектра физических явлений, возникающих при импульсном электрическом разряде в жидкой среде, когда на обрабатываемый материал воздействует мощное электромагнитное и световое излучение, а развитие парогазовой полости и дальнейшее ее схлопывание сопровождается возникновением ударных волн высокого давления, кавитационными явлениями и скоростным гидропотоком, генерирующими колебания высокой интенсивности в широком спектре частот.
Классификация
Методы генерирования силовых импульсов условно разделяют на непосредственные, путем инвертирования, формирования (изменения формы кривой) и суммирования или компенсации.
Системы генерирования импульсов делят на подключаемые параллельно нагрузке (релаксационные, электромашинные и др.), последовательно с ней (генераторы с прерывателями и ключами) и комбинированные.
По характеру влияния нагрузки на генератор и его реакции на нагрузку можно выделить независимые и зависимые генераторы импульсов.
Принцип действия
Рисунок 1. Схема генератора импульсов
Различают RC-, RLC-, RCL-, CL-, LC-, СС-генераторы. Все они содержат зарядную и разрядную цепи.
Генератор работает следующим образом (рис.1). При замыкании выключателя SA конденсатор С через резистор RP заряжается от источника питания G, и напряжение на конденсаторе, а следовательно, и на межэлектродном промежутке МЭП повышается. Когда напряжение станет равным пробивному, происходит пробой промежутка и энергия, накопленная в конденсаторе С за время заряда, выделяется в МЭП. Напряжение на конденсаторе падает и разряд прекращается. Начинается процесс деионизации МЭП (восстановление его диэлектрических свойств) и заряд конденсатора. Для нормального протекания процесса необходимо, чтобы время заряда было больше периода деионизации, иначе возможен переход импульсного разряда в дуговой.
Основные параметры генераторов импульсов: параметры импульсов (амплитуда токов разряда, энергия и средняя мощность импульса, количество электричества в нем, периодичность повторения, скважность), напряжение питания, мощность генератора, напряжение в начале разряда.
В RC-генераторах значительная часть энергии затрачивается на нагрев резистора. Поэтому КПД таких генераторов не превышает 25 % и их мощность составляет 5...7 кВт. Чтобы ускорить заряд конденсатора и увеличить напряжение на нем, вместо резисторов применяют индуктивные элементы (в LC-, СС- или RLC-генераторах). В результате КПД становится равным 50 %. С помощью электромашинных генераторов получают большие токи (КПД 70...75 %), однако у них высокий уровень шума. Перспективны генераторы на полупроводниковых и ламповых переключающихся элементах, позволяющие получить импульсы заданной (часто очень сложной) формы с изменяемой частотой. Их широко применяют для электроэрозионной обработки металлов.
Виды электроимпульсных установок
Перспективными направлениями использования электроимпульсных технологий являются:
- очистка от накипи и отложений теплообменных поверхностей котлов, бойлеров и другого энергетического оборудования;
- очистка запорной арматуры, отверстий форсунок, змеевиков холодильников;
- разрушение различного минерального сырья и горных пород;
- дезинтеграция геологических проб, различных руд;
- очистка питьевой и технической воды от физико-химических и бактериологических загрязнений;
- электрические изгороди и электроимпульсная обработка в растениеводстве;
- и другие.
Поговорим о некоторых из них.
Электрические изгороди
Предназначены для организации загонной пастьбы сельскохозяйственных животных, ограждения летних лагерей, устройства прогонов, предотвращения потравы семенных участков трав, силосных и технических культур. В комплект оборудования входят стальная проволока диаметром 1...1,5 мм, закрепленная на изоляторах, установленных на деревянных или металлических стойках; генератор, создающий между проволокой и землей импульсы высокого напряжения; источники питания - батареи сухих элементов или аккумуляторов. Если в местах установки изгороди имеется сеть с частотой тока 50 Гц, то ее применяют в качестве первичного источника питания.
Принцип работы электрической изгороди.
При прикосновении животного к проволоке образуется нагрузочная цепь для генератора электрических импульсов. При этом через тело кратковременно протекает электрический ток - импульс, вызывающий у животных ощущение электрического удара, отпугивающего их от изгороди. Импульсная подача напряжения обусловлена тем, чтобы в промежуток времени между импульсами животное освободилось от соприкосновения с проволокой. Непрерывная подача высокого напряжения постоянного и переменного тока может вызвать гибель животных при их прикосновении к изгороди.
Рисунок 2. Схемы генераторов импульсов для электроизгородей с индуктивным и непосредственным выходом
Генераторы импульсов для электроизгородей выполняют по схемам, принцип работы которых основан на накоплении энергии в конденсаторе с последующим его разрядом на первичную обмотку повышающего трансформатора TV или непосредственно на провод изгороди. В генераторах с трансформаторным выходом (рис. 2(верхняя схема)) накопительный конденсатор С заряжается от выпрямителя переменного тока VD или гальванических элементов GB через токоограничивающий резистор R. При зарядке конденсатора до определенного напряжения срабатывает коммутирующее устройство К1 При этом по первичной обмотке W1 трансформатора TV протекает импульс разрядного тока. На вторичной обмотке W2 наводится импульс высокого напряжения, который подается в провод изгороди.
В генераторах с непосредственным выходом (рис.2 (нижняя схема)) зарядное устройство представляет собой генератор (элементы R, С1, KI, TV) высоковольтных импульсов, который через выпрямитель VD2 заряжает накопительный конденсатор С2. При достижении на нем напряжения, равного порогу срабатывания коммутатора, разрядник F1 подключит провод изгороди к накопительному конденсатору. Разрядник F2 защищает конденсатор С2 от возможных перенапряжений.
енераторы импульсов работают в автоколебательном или ждущем режиме. В автоколебательном режиме высоковольтные импульсы поступают в провод изгороди непрерывно, в ждущем -только при прикосновении животных к проводу.
Амплитудное значение импульсов напряжения на холостом ходу генератора составляет 10... 15 кВ. При прикосновении животных к проволоке напряжение резко снижается до 40... 160В и ток, проходящий через их тело, увеличивается. Частота следования импульсов составляет около 1 Гц, максимальное значение силы тока на нагрузке 500 Ом - 0,15...10 А и длительность импульса -несколько десятков миллисекунд. Количество электричества, содержащегося в импульсе, не должно превышать 2,5...3 мКл.
В сфере растениеводства электроимпульсные технологии применяются для:
- Уменьшения потерь урожая при сушке (электроплазмолиз)
- Обработки поливной воды для увеличения урожайности.
- Обмолота зерновых культур.
- Обработки почвы.
- Получения качественных продуктов питания.
Обеззараживание природной и сточной воды
В Центре Келдыша работы по внедрению ЭИ технологий проводятся по четырем направлениям: одно из них - обеззараживание природной и сточной вод и др. жидкостей, очистка воды от веществ аммиачно-гидразинового ряда, фенолов, нефтепродуктов и др.
Исследовательским центром имени М.В.Келдыша предлагается принципиально новый, экологически чистый электроимпульсный метод (технология) обеззараживания жидкостей (патент РФ № 2058940). Патент отмечен Дипломом и золотой медалью на 46-й всемирной выставке по новшествам, исследованиям и новым технологиям, состоявшейся в Брюсселе, 1997 г.
Электроимпульсная технология (ЭИТ) основана на воздействии на обрабатываемую жидкость ударных волн, генерируемых импульсным электрическим разрядом и вызывающих дезинтеграцию и гибель микроорганизмов. Использование ее при обеззараживании воды состоит в следующем:
- В объеме, занимаемом водой, формируется электрический разряд с помощью погруженных электродов специальной формы, питающихся от импульсного источника электроэнергии;
- Электрический разряд формирует ударную волну, которая распространяется в объеме воды. Кратковременность электрического импульса позволяет реализовать ударную волну, толщина фронта которой меньше размера микроорганизмов, в результате чего в объеме, занимаемом микроорганизмом, при прохождении ударной волны возникает мгновенный градиент давления, который приводит к механическому уничтожению его;
- Энергия в единичном импульсе и частота следования импульсов определяются бактериальным составом воды и для конкретного типа воды находится сначала расчетным путем (по имеющимся методикам и накопленным экспериментальным результатам), а затем уточняется экспериментально;
- обеззараживание может быть проведено как в замкнутом объеме, так и в проточной воде.
Применение ЭИТ для обеззараживания воды позволяет обеспечить:
- безреагентную дезинфекцию воды;
- уничтожение всех видов микроорганизмов, включая вирусы и споры;
- обработку воды независимо от количества взвешенных в ней твердых частиц и примесей;
- эффективную дезинфекцию в объеме радиусом до1 метра.
В настоящее время известны две безреагентные технологии обеззараживания воды, имеющие низкую энергоемкость: ЭИТ и УФ технология. Однако, ЭИТ позволит обеспечить более высокую надежность при больших расходах (из-за существенно меньшего числа воздействующих элементов: 1 пара электродов на 105 м3/сутки против 103 УФ-ламп), возможность обеззараживания непрозрачной (для УФ излучения) воды и меньшие эксплуатационные расходы.
Опыты с применением ЭИТ для обеззараживания воды, проведенные в Центре Келдыша, показали эффективность и техническую возможность использования ЭИТ для обеззараживания воды как альтернативной реагентным методам (хлорированию и др.). Об этом свидетельствуют высокая эффективность обеззараживающего действия, низкая удельная энергоемкость, экологическая чистота, которая обеспечивается безреагентным характером обеззараживания и возможностью при необходимости отделения обрабатываемого объема воды от зоны разряда проницаемой для ударных волн мембраной. В опытах с мембраной удалось достичь положительных результатов при стерилизации молока и подсырной сыворотки. Основываясь на полученных экспериментальных результатах потенциальными областями применения ЭИТ являются следующие:
- дезинфекция сточной воды;
- дезинфекция питьевой воды;
- стерилизация молока и жидких молочных продуктов;
- стерилизация соков.
Преимущества ЭИТ состоят в следующем:
- высокая экологическая чистота при обеззараживании воды;
- возможность использования при обработке непрозрачных жидкостей, в т.ч. соков, молока и т.п.;
- низкая удельная энергоемкость (в десятки раз ниже по сравнению с тепловыми методами стерилизации);
- сохранение термически нестойких компонентов (витаминов и т.п.) за счет исключения из технологического процесса теплового нагрева.
Установки для измельчения различных материалов
Одним из перспективных направлений применения технологии является процесс измельчения различных материалов. При импульсном электрическом разряде расширение парогазовой полости приводит к возникновению ударных волн, под воздействием которых в частицах происходит возникновение и раскрытие микротрещин. Кроме того, колебания разрядной полости приводят в движение жидкость, в результате чего находящиеся в ней частицы могут истираться. Тонкому и сверхтонкому измельчению частиц способствует также возникновение кавитационных процессов в жидкости. В поле волны сжатия на границе кристалл – жидкость, ввиду различия между сжимаемостью твердого материала и жидкости, могут возникать разрывы с образованием кавитационных полостей. Кавитация может возникать и в объеме жидкости вследствие наличия свободных кавитационных зародышей и при обтекании частиц жидкостью, приведенной в движение пульсациями разрядной полости. При схлопывании кавитационных полостей возникают высокие давления и высокоскоростные микроструи, приводящие к разрушению частиц. Высокая степень измельчения обрабатываемого материала обусловлена еще и тем, что в процессе электрогидроимпульсной обработки на материал воздействует большой спектр физических полей, таких как мощное электромагнитное и световое излучение, рентгеновское излучение, тепловые волны.
Важнейшей особенностью электроимпульсной технологии является высокая селективность разрушения материала, проявляющаяся в лучшем раскрытии зерен полезных минералов и лучшей их сохранности от разрушения.
Рабочим инструментом при электроимпульсном разрушении является искра, не возникает проблемы с загрязнением продукта измельчения аппаратурным железом, материалом мелющих тел, свойственным механическим способом измельчения материалов.
Электроимпульсное измельчение материалов, как правило, проводят в воде. Применение диэлектрических жидкостей часто бывает просто исключено из-за их воздействия на поверхностные свойства измельченных минеральных частиц. А с другой стороны, геометрия электродов такова, что формирование импульсов напряжения с требуемыми параметрами (амплитудой и длительностью фронта) не представляет особых затруднений, даже если используется техническая вода. Для повышения сопротивления нагрузки имеется возможность максимально изолировать электроды, разделить конструкцию на параллельно работающие секции.
Данное технологическое применение электроимпульсного способа разрушения осуществляется по схеме, представленной на рисунке 3.
Рисунок 3. Технологическая схема ЭИ - установки для утилизации железобетонных изделий.
Объектом разрушения служат некондиционные железобетонные изделия - брак производства или выбывающие из эксплуатации панели. Целью разрушения ЖБИ является утилизация арматурного металла и бетона. Особенностью электроимпульсного процесса в данном технологическом применении является то, что один из электродов системы является арматура ЖБИ. В тех случаях, когда арматура не обнажена, процесс электрического пробоя облегчен, так как разряд на арматуру может быть осуществлен только путем пробоя слоя бетона. Реальные процесс разрушения ЖБИ означает постепенное обнажение арматуры и может осуществляться только в режиме электроимпульсного пробоя - с внедрением разряда в бетон при наличии и альтернативной возможности перекрытия по поверхности на обнаженную арматуру. При этом не обязательно, чтобы в каждом акте пробоя электрод касался бетона, пробой может быть и комбинированным с частичным прохождением через водную среду.
Технологическая схема разрушения ЖБИ следующая: панель 2 загружается в ванну с водой 3, рабочий электрод 4 с помощью манипулятора постепенно перемещается по ячейкам изделия, при этом система контроля выдает команду для перемещения в новое положение лишь после полного разрушения ячейки. Освободившиеся после разрушения ЖБИ арматура и бетонный шлам по отдельности удаляются из ванны. Как показали опытные работы по разрушению ЖБИ, состояние арматуры позволяет ее повторное использование, так же как и бетона после дополнительного его доизмельчения.
Принципиально имеется два возможных способа разрушения негабаритов электроимпульсным способом - при пробое в системе наложенных электродов и при пробое в системе с предварительно забуренными шпурами. Здесь имеется в виду, что пробиваемые промежутки достигают длины нескольких дециметров и что обеспечивается ввод необходимого количества энергии в канал разряда. Первый способ проще технологически, однако чрезвычайно низка эффективность использования энергии канала разряда. С энергетической точки зрения случай сквозного пробоя из забуренных шпуров более выгоден, однако технологически осложнен операцией забуривания шпура, и его эффективность необходимо оценивать в сравнении с достаточно хорошо отработанной технологией электрогидравлического разрушения негабаритов.
К побочным явлениям электроимпульсного разрушения следует отнести эффекты, обусловленные воздействием на материал и жидкую рабочую среду высоких температур канала разряда, давления проходящей в твердом теле волны, электрических и магнитных полей. Фазовые превращения в материале, изменение поверхностных свойств и т.д. могут выступать не только как факторы, влияющие на эффективность последующих процессов с материалом (например, при обогащении), но и представлять самостоятельный технологический интерес, например, для ускорения химических реакций, синтеза алмазов и т.д. Именно в этой области возникает соприкосновение и взаимопроникновение исследовательских работ по электроимпульсной, электрогидравлической, электронно-ионной технологиям. Примером этому является электроразрядное разупрочнение материала для интенсификации гидрометаллургического процесса, для повышения селективности разрушения руд.
С конца семидесятых годов в НИИ высоких напряжений проводятся работы по созданию техники и технологии электроимпульсной утилизации некондиционного железобетона.
Сущность способа основана на разрушающем действии импульсных электрических разрядов, инициированных непосредственно в толще бетона, между электродами либо между элементами арматуры, либо между внешним электродом и элементами арматуры.
В канале пробоя выделяется электрическая энергия, запасенная во внешнем накопителе, обычно емкостном, канал пробоя расширяется подобно поршню и создает переменное во времени и пространстве поле механических напряжений. За счет интенсивной дивергенции волн, их взаимодействия со свободными границами и неоднородностями разрушаемого изделия, это поле носит сложный характер с большим удельным содержанием сдвиговых и растягивающих напряжений. В генеральной картине разрушения преобладают радиальные изломы, распространяющиеся от канала пробоя, присутствует растрескивание по Гопкинсону и концентрические трещины.
Для предотвращения пробоя бетона по поверхности используются специальные изоляционные среды (например, техническая вода), координирование разрядных промежутков с параметрами воздействующего импульса напряжения, формой и местом расположения электродов.
Эффективность разрушения бетона электрическими разрядами по поверхности, а также в окружающей его среде существенно ниже по сравнению с вариантом пробоя в толще бетона.
Поэтому одной из основных проблем ЭИТ является разработка технических приемов, оборудования и оснастки для создания условий, обеспечивающих высокую вероятность формирования канала сквозной проводимости в бетоне.
Другой проблемой является выбор параметров энергетического пакета в послепробойной стадии процесса, определяющих электрическую мощность, развиваемую в канале, энергию, выделенную в нем, и в конечном счете, параметры поля механических напряжений и эффективность разрушения.
Необходимо отметить, что технология предоставляет возможности для широкой вариации параметров энерговклада путем выбора режима протекания разрядного тока. Основным требованием при этом является согласование режима энерговыделения с характеристиками разрушаемого изделия, вплоть до использования автоматизированных самонастраивающихся систем.
Электроимпульсные установки в геофизике
Рисунок 4. Блок-схема установки
Подобные установки относятся к геофизике, а более конкретно к устройствам питания геофизических диполей, и предназначены для использования при проведении электроразведочных работ и работ по прогнозированию землетрясений методом зондирования становления поля в ближней (ЗСБЗ) и в дальней (ЗСД) зонах. Установка предназначена для генерирования периодического сигнала в виде последовательности импульсов заданной формы с целью накопления в приемных станциях сигнала в течение относительно длительного периода времени, и позволяет обеспечить при значительно меньших по амплитуде токах питание диполя, чем в одиночном импульсе. Электроимпульсная установка содержит источник энергии с преобразователем переменного тока в постоянный 1, коммутатор 2, и систему управления 3, а также блок накопления энергии 4 и импульсный стабилизатор тока 5, установленные между источником энергии с преобразователем 1 и коммутатором 2. Коммутатор 2 выполнен в виде блока силовых тиристоров (БСТ) на асимметричных запираемых тиристорах. Система управления 3 содержит устройство сравнения заданных параметров тока с фактическими (достигнутого значения тока нагрузки) 6 и блок формирования широтно-модулированных импульсов (блок ШИМ) 7. После коммутатора 2 установлен датчик тока нагрузки 8, связанный обратной связью с системой управления 3. Благодаря такому выполнению установка позволяет осуществить генерирование периодического сигнала в виде последовательности мощных импульсов заданной формы и необходимой полярности с управляемыми параметрами по амплитуде, длительности, частоте и переднему фронту для накопления в приемных станциях сигнала в течение относительно длительного периода времени, и позволяет обеспечить, при значительном меньших по амплитуде токах, питание диполя 9. Установка является мощным источником электрической энергии и предназначена для реализации метода зондирования становления поля в ближней (ЗСБЗ) и в дальней (ЗСД) зонах.
Электроимпульсная установка
для изготовления буроинъекционных свай
Обеспечение надежной эксплуатации подземной части зданий и сооружений, возводимых в сложных инженерно-геологических условиях, является весьма актуальной задачей современного геотехнического строительства. В таких нестандартных условиях строительства наиболее приемлемыми заглубленными конструкциями являются буровые сваи, устраиваемые существующими в настоящее время геотехническими технологиями. Разработанная автором технология устройства буроинъекционных свай широко внедрена в практику возведения подземных сооружений и искусственных оснований для объектов промышленного и гражданского назначения.
Рассматриваемое техническое решение, являясь уни-кальным для заглубленных сооружений, обеспечивает задачу создания условий безопасной и надежной эксплу-атации буроинъекционных свай ЭРТ при использовании электроимпульсной установки.
Основным достижением разработанного устройства является повышение надежности работы устройства и электробезопасности во время работ по устройству буроинъекционных свай в свайных полях, ограждений котлованов, грунтовых анкеров, а также при цементации оснований. При его работе производится уменьшение рабочего напряжения накопителя для включения в действие излучателя разрядно-импульсной установки.
Возможностью для достижения такого результата является наличие в устройстве разрядной электроимпульсной установки. В ее составе имеется высокоэнергетический емкостный накопитель с коммутатором. Он подключен к разряднику. Дополнительный инициирующий электрод дислоцирован в разряднике и подсоединен через другой коммутатор к маломощному высоковольтному источнику. Оба аппарата соединены последовательно через блок синхронизации. Устройство выполнено с возможностью одновременного срабатывания коммутаторов. Емкостный накопитель электроимпульсной установки изготовлен в низковольтном исполнении и присоединен с помощью низковольтного кабеля к излучателю.
Рисунок 5. Электроимпульсная установка для изготовления набивной сваи: 1 — буровая скважина; 2 — мелкозернистый бетон; 3 — излучатель; 4, 8 — зарядно-выпрямительное устройство; 5, 9 — емкостный накопитель энергии; 6, 10 — коммутаторы; 7, 12 — кабели; 11 — блок синхронизации; 13 — электрод; 14 — об¬ласть формирования электрического разряда; 15 — готовая свая.
Алгоритм функционирования электроимпульсной установки представляет собой технологическую последовательность, показанную на рис. 5.
Предварительно изготовленную буровую скважину 1 заполняют мелкозернистым бетоном 2 и смонтированным армокаркасом. Погружают излучатель 3 с питающим низковольтным кабелем 7. Он подсоединен к емкостному накопителю энергии 5 разрядно-импульсной установки (РИУ).
Накопитель электрической энергии 5 заряжается до низкого напряжения порядка до 1000 В энергоемкостью около 20-50 кДж. В то же время производится зарядка маломощного высоковольтного источника 9 до напряжения 5-15 кВ от зарядно-выпрямительного устройства 8.
Далее осуществляется подача серии синхронных импульсов накопителей 5 и 9 через кабели 7 и 12, коммутаторы 6 и 10 на разрядник 3 и дополнительный инициирующий электрод 13. Синхронность срабатывания коммутаторов 6 и 10 обеспечивается за счет блока синхронизации 11. Производится серия низковольтных разрядов основного емкостного накопителя энергии 5 посредством пробоя инициирующего разряда емкостного накопителя 9 через электрод 13 в области формирования электрического разряда 14 разрядника 3. При этом только одновременная подача серии импульсов от накопителей 5 и 9 в разрядник 3 приводит к пробою разрядного промежутка. Это способствует появлению электрогидравлических ударов, которые оказывают воздействие на мелкозернистый бетон 2 и грунта стенок буровой скважины 1, увеличивая ее диаметр, уплотняя твердеющий материал 2 и образуя часть сваи 15.
Электроимпульсная обработка металла
Электрическими способами обработки называются такие виды обработки, при осуществлении которых съем металла или изменение структуры и качества поверхностного слоя детали являются следствием термического, химического или комбинированного действия электрического тока, подводимого непосредственно (гальваническая связь) к детали и инструменту. При этом преобразование электрической энергии в другие виды энергии происходит в зоне обработки, образованной взаимодействующими поверхностями инструмента и обрабатываемой детали.
Электрическая обработка включает в себя электроэрозионные, электрохимические, комбинированные электроэрозионно-химические и электромеханические способы обработки.
При электроэрозионных способах обработки съем металла и изменение свойств поверхности детали являются результатом термического действия электрического тока.
В настоящее время известны и применяются следующие основные способы электроэрозионной обработки: электроискровой, электроимпульсный и электроконтактный. Практически к этой же группе следует отнести и анодно-механический способ, так как электрохимический съем металла (анодное растворение) применяется лишь на доводочных режимах и притом не во всех случаях использования этого метода. Электроискровой и электроимпульсный способы позволяют произвести как съем металла, так и упрочнение; анодно-механический и электроконтактный - только съем металла.
Отдельные элементы разновидностей и частные применения электроэрозионной обработки металлов были известны давно. Например, резка металлов с наложением электрического тока (так называемая, электрофрикционная резка, близкая по схеме и параметрам к электроконтактной обработке) применялась около 70 лет тому назад; поверхностное упрочнение угольным электродом с помощью электрического тока по методу Д.Н. Дульчевского предложено в 1928 г. и др.
Однако быстрое развитие способов электроэрозионной обработки металлов и превращение их в самостоятельную отрасль электротехнологии началось вскоре после изобретения в 1943 г. Б.Р. и Н.И. Лазаренко электроискрового способа и В.Н. Гусевым - анодно-механического способа.
В электроискровом способе, основанном на применении зависимых (конденсаторных) релаксационных генераторов импульсов, практически исчерпаны возможности дальнейшего повышения производительности, снижения износа инструмента и энергоемкости. Оказались необходимыми принципиально новые технические решения и отказ от конденсаторных схем. Первые шаги в этом направлении были сделаны в 1950 г. в Конструкторском Бюро Министерства Станкостроительной и Инструментальной Промышленности (КБ МСиИП) в области создания новых источников питания импульсным током (независимых генераторов импульсов) для прошивочно-копировальных работ и Одесским политехническим институтом в области разработки источников импульсного тока для обработки вращающимся инструментом на мягких режимах (для изготовления надфилей).
Новый способ обработки, основанный на применении независимых генераторов импульсов напряжения и тока, получил название электроимпульсного.
Электроимпульсный способ обработки при осуществлении прошивочно-копировальных работ позволил по сравнению с электроискровым способом повысить скорость съема металла на жестких режимах в 5-10 раз при наличии возможности ее дальнейшего увеличения, снизить износ инструмента в 5-20 раз и энергоемкость в 2-3 раза. Улучшение технологических характеристик нового способа обработки обусловлено применением специальных независимых генераторов импульсов.
Производительность на жестких режимах электроимпульсного прошивочно-копировального станка КБ МСиИП с ламповым генератором импульсов превышает 5000 мм3/ мин при получении чистоты поверхности вне класса. Указанная производительность может быть повышена на соответствующей площади до нескольких десятков кубических сантиметров в минуту при увеличении импульсной мощности. Энергоемкость на жестких режимах составляет 8-12 квт-ч/кг диспергированного металла, относительный износ инструмента достигает 0,2 - 20%. Чистота поверхности, получаемая на указанном станке на мягких режимах, соответствует 4-му классу (Нср = 25-30 мк) при производительности: по стали 6-8 мм3/мин, по твердому сплаву, примерно, в 2-3 раза меньше. Дальнейшее снижение режима обработки для получения большей чистоты поверхности приводит к еще большему падению производительности и увеличивает энергоемкость. Приведенные технологические характеристики мягких режимов в настоящее время значительно улучшены путем применения новых моделей машинных генераторов импульсов, разработанных Харьковским политехническим институтом имени Ленина, ЭНИМС и КБ МСиИП, но все же проблему резкого повышения производительности процесса обработки на мягких режимах нельзя считать еще решенной, хотя принципиальные пути решения этой задачи намечены.
Область преимущественного применения электроимпульсного способа та же, что и электроискрового, но, учитывая более высокие технико-экономические показатели, возможно более широкое его применение.
К числу операций, которые целесообразно в настоящее время выполнять на универсальных прошивочно-копировальных станках (электроискровых и электроимпульсных) относятся: изготовление (прошивание) отверстий, выборка внутренних полостей и получение наружных поверхностей деталей. Чем сложнее конфигурация детали и чем труднее осуществляется механическая обработка, тем выгодней применение этих операций на электроэрозионных прошивочно-копировальных станках.
С внедрением электроимпульсного способа обработки, обладающего значительно более высокой производительностью при меньшем износе инструмента, эффективность изготовления и ремонта штампов резко повышается. Изготовление фигуры ковочного штампа электроимпульсным способом осуществляется в 1,5-3 раза скорее, чем на копировально-фрезерных станках при, примерно, одинаковой чистоте поверхности. Окончательную обработку фигуры штампа целесообразней производить слесарно-механическим способом. Для этого необходимо снять припуск 0,2-0,3 мм без существенного изменения полученной электроэрозионным способом фигуры.
Электрогидравлический эффект (ЭГЭ)
Электрогидравлический эффект – преобразование электрической энергии в механическую при помощи высоковольтного разряда в жидкой среде.
Электрогидравлический эффект - это возникновение высокого давления в результате высоковольтного электрического разряда между погруженными в непроводящую жидкость электродами.
Простейшая схема получения ЭГЭ включает в себя: зарядную цепь (повышающий трансформатор Т и выпрямитель V); накопитель энергии - конденсатор С; разрядную цепь, состоящую из формирующего промежутка F (обычно воздушный искровой разрядник) и основного А в рабочей жидкости (как правило, воде). Данная схема представляет собой генератор электрических импульсов (рис. 6).
Рисунок 6. Принципиальная схема получения
электрогидравлического эффекта: 1 и 2 - электроды.
Зарядная цепь заряжает конденсатор в течение времени заряда до напряжения, при котором пробивается формирующий промежуток. В этот момент времени накопительный конденсатор подключается к основному промежутку в жидкости и начинается электрический пробой последнего. После пробоя жидкости между электродами возникает токопроводящий канал, на который и разряжается накопительный конденсатор в течение времени разряда. Ток разряда, достигающий десятков и сотен килоампер, разогревает плазму в канале до температуры порядка 10000 К. Благодаря малой сжимаемости жидкости разогрев плазмы приводит к повышению давления в канале разряда до значений порядка 1000 МПа. Это давление передается во все стороны, создавая ударную волну в жидкости.
Кроме ударной волны, действующими факторами при ЭГЭ могут быть скоростные потоки жидкости, акустическое излучение, термический удар, разрядный ток через среду, электромагнитное излучение.
Рисунок 7. Расположение зон высокого давления вокруг канала искрового разряда при электрогидравлическом эффекте
В начальный период: А - находящаяся между электродами, во время разряда представляет собой поток плазмы; Б - зона разрушения, где почти все материалы разделяются на дисперсные частицы; В - зона наклепа, в пределах которой многие материалы разрушаются, а металлы наклёпываются; Г - зона упругого воздействия, где происходит выброс частиц, возникают мощные выталкивающие силы, а жидкость проявляет свойства очень упругого тела; Д - зона сжатия, в которой давление быстро убывает с увеличением расстояния от канала разряда и резко перемещаются большие объемы жидкости.
В процессе разряда напряжение на конденсаторе падает и, наконец, становится недостаточным для поддержания разряда. Разряд прекращается, промежуток деионизируется. Далее этот цикл повторяется в той же последовательности с частотой, определяемой параметрами цепи.
Значения параметров схем для получения ЭГЭ: напряжение заряда конденсатора-30...70 кВ, емкость конденсатора-3... 1500 мкФ, межэлектродное расстояние в основном промежутке - 1...10 см, длительность электрического разряда-10...40 мкс, сила тока в импульсе-15...50 кА, мгновенная мощность импульса - до 200 МВт, энергия единичного импульса-1...300 кДж, частота следования импульсов-0,125...2 Гц.
Заключение
Как можно убедиться из всего вышесказанного, применение электроимпульсных установок очень обширно. Можно с уверенностью сказать, что это довольно перспективная сфера, в которой можно развивать технологию и получать все новые способы применения электроимпульсных установок.
Список использованных источников
Электроимпульсная технология [электронный ресурс] URL: https://vuzdoc.org/39429/tehnika/elektroimpulsnaya_tehnologiya
Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов - электротехнологические установки [электронный ресурс] URL: https://leg.co.ua/arhiv/raznoe-arhiv/elektrooborudovanie-i-avtomatizaciya-selskohozyaystvennyh-agregatov-8.html
«Жилищное строительство» Научно-технический и производственный журнал, Н.С. Соколов [электронный ресурс]. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_32574009_82722299.pdf
Электроимпульсный метод [электронный ресурс]. URL: https://365-tv.ru/index.php/stati/promyshlennoe-oborudovanie/664-elektroimpulsnyj-metod
Импульсные устройства [электронный ресурс] URL: https://studme.org/265462/tehnika/impulsnye_ustroystva
|
Скачать 280.22 Kb.