Спосіб формування електричних розрядів у рідині

Реферат: Винахід належить до галузі електророзрядної техніки, а саме до способів формування електричних розрядів у рідині. В способі формування електричних розрядів у рідині між розміщеними в рідині протилежними електродами обмежують об'єм рідини, в якому формується канал розряду, від загального об'єму рідини та подають напругу на електроди. Згідно з винаходом, для обмеження об'єму рідини між електродами розміщують пружну електроізоляційну оболонку і закріплюють її на позитивному електроді так, щоб уся бічна поверхня робочої частини позитивного електрода була покрита оболонкою, а пружну електроізоляційну оболонку виконують з матеріалу, акустичний імпеданс якого вибирають зі співвідношення: Zp Z об =(0,5-2), де Zр- акустичний імпеданс рідини; Zoб - акустичний імпеданс матеріалу, з якого виконана пружна електроізоляційна оболонка. Застосування способу формування електричних розрядів у рідині дозволить підвищити стабільність процесу формування електричних розрядів та ефективність способу. Крім того, використання винаходу дозволяє розширити технологічні можливості способу. UA 104646 C2 (12) UA 104646 C2 UA 104646 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до галузі електророзрядної техніки, а саме до способів формування електричних розрядів у рідині для здійснення електророзрядних технологій різного призначення. Аналогом способу, що заявляється, є "Спосіб ініціювання електричного розряду в воді" (Патент України №19178 МПК B21D 26/12 (2006.01) опубл. 25.12.1997, бюл. № 6), при якому між розміщеними в воді протилежними електродами, один з яких виконано у вигляді вістря, виконують обмеження об'єму рідини, в якому формують канал розряду, від загального об'єму рідини шляхом введення до зони розряду активної речовини та подають напруги на електроди. При цьому як активну речовину використовують воду, питомий електричний опір якої перевищує питомий електричний опір води, в якій знаходяться електроди, і подають її у вигляді прошарку на поверхню електрода-вістря з температурою не менше ніж на 5 °C нижче температури води, в яку занурені електроди. Ознаки, що збігаються з ознаками винаходу, що заявляється, є такі, між розміщеними в воді протилежними електродами заздалегідь обмежують об'єм рідини, в якому формується канал розряду, від загального об'єму рідини, з подальшою подачею напруги на електроди. Причиною, що перешкоджає одержанню очікуваного технічного результату, є низька ефективність ініціювання, обумовлена відсутністю можливості створення надійного прошарку ініціатора у електрода-вістря при тривалій експлуатації електрода. Як прототип прийнято спосіб ініціювання електричного розряду у рідині (див. а.с. СРСР № 1319768 МПК B21D 26/12, Н01Т 9/00, експертний висновок додається), при якому між розміщеними в воді протилежними електродами заздалегідь виконують обмеження об'єму рідини, в якому формується канал розряду, від загального об'єму рідини шляхом формування між електродами радіально-щілинного потоку рідини з подальшою подачею напруги на електроди та поданням по центральній подовжній осі потоку струменя рідкого електропровідного ініціатора, як основу ініціатора використовують розчини або розплави полімерів, що мають здатність утворювати нитки при витягуванні. Ознаки, що збігаються з ознаками винаходу, що заявляється, є такі, між розміщеними в воді протилежними електродами заздалегідь обмежують об'єм рідини, в якому формується канал розряду, від загального об'єму рідини, з подальшою подачею напруги на електроди. Причиною, що перешкоджає одержанню очікуваного технічного результату, є низька ефективність ініціювання, обумовлена нестабільністю течії струменя рідкого електропровідного ініціатора у воді, в якій розміщені електроди. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу формування електричних розрядів у рідині шляхом використання оснащення, яке обмежує та відокремлює об'єм рідини, в якому формується канал розряду, від загального об'єму рідини, що дозволить підвищити густину енергії та напруженість електричного поля між електродами, і за рахунок цього підвищити стабільність процесу формування електричних розрядів та ефективність способу. Крім того, використання винаходу дозволяє розширити технологічні можливості способу. Суть винаходу полягає в тому, що в способі формування електричних розрядів у рідині, за яким між розміщеними в рідині протилежними електродами обмежують об'єм рідини, в якому формується канал розряду, від загального об'єму рідини та подають напругу на електроди, згідно з винаходом, для обмеження об'єму рідини, в якому формується канал розряду, між електродами розміщують пружну електроізоляційну оболонку і закріплюють її на позитивному електроді так, щоб уся бічна поверхня робочої частини позитивного електрода була покрита оболонкою, а пружну електроізоляційну оболонку виконують з матеріалу, акустичний імпеданс Zp якого вибирають зі співвідношення: Zоб 50 55  0,5  2, де Zр – акустичний імпеданс рідини; Ζоб акустичний імпеданс матеріалу, з якого виконана пружна електроізоляційна оболонка. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між істотними ознаками винаходу, що заявляється, і очікуваним технічним результатом, необхідно відзначити наступне. Ознаки "для обмеження об'єму рідини, в якому формується канал розряду, між електродами розміщують пружну електроізоляційну оболонку і закріплюють її на позитивному електроді так, щоб уся бічна поверхня робочої частини позитивного електрода була покрита оболонкою" дозволяє підвищити густину енергії та напруженість електричного поля між електродами, і за рахунок цього підвищити стабільність процесу формування електричних розрядів та ефективність способу, а також розширить його технологічні можливості. Обмеження об'єму рідини, в якому формується канал розряду, оболонкою з пружного електроізоляційного матеріалу, яка також забезпечує електричну ізоляцію бічної поверхні робочої частини позитивного електрода, сприяє створенню умов для формування електричного розряду в рідині, при яких велика частина електричного поля концентрується в малому об'ємі 1 UA 104646 C2 5 між електродами. Напруженість електричного поля істотно зростає, завдяки цьому, підвищується ефективність електричного пробою рідини між електродами. Також при використанні способу, що заявляється, створюється можливість здійснення електричного пробою рідини при збільшенні відстані між електродами. Таким чином збільшується ККД розряду в рідині і ефективність його дії на технологічні об'єкти. Ознака "пружну електроізоляційну оболонку виконують з матеріалу, акустичний імпеданс Zp 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55  0,5  2, якого вибирають зі співвідношення: Zоб де Zр - акустичний імпеданс рідини; Ζоб акустичний імпеданс матеріалу, з якого виконана пружна електроізоляційна оболонка" дозволяє використовувати механічний ефект від дії електричного розряду в рідині та передавати ударні хвилі, які генеровані каналом розряду, рідині або твердим тілам за межами оболонки. Якщо відношення акустичного імпедансу рідини до акустичного імпедансу матеріалу пружної електроізоляційної оболонки дорівняє 1, буде спостерігатись максимальний механічний ефект від дії електричного розряду в рідині на технологічний об'єкт. При значенні цього відношення менш ніж 0,5 та більше ніж 2 відбувається ослаблення дії хвилі тиску, що призводить до погіршення механічного ефекту від дії електричного розряду в рідині на технологічний об'єкт. Суть винаходу пояснюється графічними зображеннями, де на фіг. 1 зображено поперечний переріз електродної системи для формування електричних розрядів в рідині, на фіг.2 та 3 осцилограми сили струму і напруги між електродами, на фіг. 5 та 6 - результати механічного впливу на технологічний об'єкт при використанні способу формування електричних розрядів у рідині. Спосіб здійснюють на прикладі електродної системи для формування електричних розрядів у рідині, що розміщена в камері 1, яка заповнена рідиною 2. Два протилежних електроди, позитивний 3 та негативний 4, підключені до джерела живлення (на кресленні не показано). Позитивний електрод 3 розміщений в ізоляторі 5 та має робочу частину 6. На позитивному електроді розміщена пружна електроізоляційна оболонка 7, яка встановлена з проміжком 8 між її торцевою поверхнею та негативним електродом 4. Спосіб здійснюють таким чином. Між протилежними електродами 3 та 4 обмежують об'єм рідини, в якому формується канал розряду, від загального об'єму рідини 2. Для цього між електродами 3 та 4 розміщують пружну електроізоляційну оболонку 7 і закріплюють її на позитивному електроді 3 так, щоб уся бічна поверхня робочої частини 6 позитивного електрода 3 була покрита оболонкою 7. Рідина 2 заповнює внутрішню порожнину оболонки 7 через проміжок 8 між торцевою поверхнею оболонки 7 та негативним електродом 4. На електроди 3 та 4 подають високу напругу, між ними виникає електричне поле з підвищеною густиною та напруженістю. Відбувається електричний пробій рідини між електродами та формування канала разряду. Пружні властивості оболонки забезпечують її розширення в процесі розширення каналу розряду та повернення до початкового стану. Ударні хвилі, які генеровані каналом розряду, проходять через оболонку та передають рідині або твердим тілам за межами оболонки енергію, що виділилася у каналі розряду. Відбувається механічна дія на технологічний об'єкт. Приклад. Способом, що заявляється, було здійснено формування електричних розрядів в рідині на електрогідравлічному пресі Τ 1226 Б. Процес формування електричного розряду у воді контролювали за допомогою осцилограм сили струму і напруги між електродами. На фіг.2 та 3 приведені осцилограми сили струму і напруги між електродами у випадку, коли відстань між електродами дорівнює 100 мм, напруга заряду конденсаторної батареї 30 кВ, а її ємність - 50 мкФ. Величини сили струму і напруги показані на осцилограмах в зменшеному масштабі. На фіг.2 приведені осцилограми сили струму (крива 1) та напруги (крива 2) при формування каналу розряду між розміщеними у воді протилежними електродами в результаті подачі напруги на електроди. З осцилограм видно, що формування каналу розряду не відбувається, спостерігається стікання заряду після подання напруги на електроди. На фіг.3 приведені осцилограми сили струму (крива 1) та напруги (крива 2) при способі формування електричного розряду у воді з використанням пружної електроізоляційної оболонки. Для формування розряду між розміщеними у воді протилежними електродами обмежили об'єм рідини за допомогою пружної електроізоляційної оболонки, яка виконана з вакуумної гуми 2 UA 104646 C2 5 10 15 20 (вакуумний шланг внутрішнім діаметром 16 мм і зовнішнім 50 мм), співвідношення акустичного імпедансу рідини до акустичного імпедансу матеріалу, з якого виконана пружна електроізоляційна оболонка, дорівнює 0,95. В цьому випадку, за тих саме умов, спостерігається стабільність процесу формування електричних розрядів. Результати механічного впливу на технологічний об'єкт при використанні способу формування електричних розрядів, що заявляється, приведені на фіг.4 та 5. Для цього на відстані 200 мм від каналу розряду встановили затиснені по контуру пластини із Сталі 3 завтовшки 2,8 мм і 2,2 мм. Діаметр частини, що деформується, дорівнює 60 мм. Використали два способи формування електричного розряду в рідині. Один спосіб - з використанням пружної електроізоляційної оболонки, а другий - вибухом мікропровідника. Відстань між електродами в обох способах формування розряду дорівнювала 100 мм, місткість конденсаторної батареї 18 мкФ, а напруга її заряду 30 кВ. Механічний вплив електричного розряду в воді фіксували за максимальним прогином пластини із Сталі 3. Величини максимального прогину пластини приведені у таблиці. З таблиці видно, що прогин пластини в способі з використанням пружної електроізоляційної оболонки для формування електричного розряду у воді в середньому більше на 52 %, чим в способі з використанням вибуху мікропровідника. Завдяки своїм властивостям пружна електроізоляційна оболонка витримала близько 200 розрядів без зміни пружних властивостей і видимих ушкоджень. На фіг.4 та 5 наведені фотографії пластин після випробувань де на фіг.4 - вид з увігнутого боку, а на фіг.5 вид з опуклого боку, цифри - це номери зразків пластин. Таблиця Товщина пластини, мм Способи формування розряду Оболонка № зразка 2,8 2,2 25 1 5 Мікропровідник Відмінність Максимальний Максимальний прогин № зразка прогин пластини, прогинів, % пластини, мм мм 9 2 6,5 38 3 9 44 13 4 7,5 73 Таким чином, застосування способу формування електричних розрядів у рідині дозволить підвищити стабільність процесу формування електричних розрядів та ефективність способу. Крім того, використання винаходу дозволяє розширити технологічні можливості способу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 1. Спосіб формування електричних розрядів у рідині, в якому між розміщеними в рідині протилежними електродами обмежують об'єм рідини, в якому формують канал розряду, від загального об'єму рідини та подають напругу на електроди, який відрізняється тим, що для обмеження об'єму рідини, в якому формують канал розряду, між електродами розміщують пружну електроізоляційну оболонку і закріплюють її на позитивному електроді так, щоб уся бічна поверхня робочої частини позитивного електрода була покрита оболонкою. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пружну електроізоляційну оболонку виконують з матеріалу, акустичний імпеданс якого вибирають зі співвідношення: Zp Z об = (0,5-2), де Zp - акустичний імпеданс рідини; Zoб - акустичний імпеданс матеріалу, з якого виконана пружна електроізоляційна оболонка. 3 UA 104646 C2 4 UA 104646 C2 5 UA 104646 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6