Спосіб генерування електричних розрядів у воді

Використання: винахід може бути використано для електрогідроімпульсній обробки матеріалів і виробів. Суть винаходу: від джерела постійної напруги заряджають конденсаторних батарей через міжелектродний проміжок, утворений в рідини між електродом-вістрям і електродом-площиною, контролюють напругу заряду і після досягнення заданої напруги розряджають її через міжелектродний проміжок. В процесі заряду на електроді-вістря підтримують низький потенціал по відношенню до потенціалу на електроді-площині. 2 мул.

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема до способів електрогідроімпульсній обробки матеріалів і виробів.

Найбільш близьким до винаходу є спосіб отримання електричних розрядів в рідині, що полягає в тому, що від джерела постійної напруги заряджають батарею конденсаторів, через міжелектродний проміжок в рідини контролюють напруги заряду і після досягнення заданої напруги розряджають її через міжелектродний водний проміжок, утворений між електродом-вістрям і електродом-площиною. Електродна система зазвичай виконується у вигляді анодного електрода-вістря і катодного електрода-площині, в якості якого може використовуватися саме оброблюваний виріб.

Недоліком способу є низька ефективність, обумовлена ​​значними предпробівнимі втратами через велику затримки пробою рідини.

Відомо, що на відміну від розряду в газах, де пробою починається безпосередньо після прикладання до електродів напруги, пробій в рідини відбувається з деяким запізненням, необхідним для формування каналу. За цей час, зазвичай становить десятки мікросекунд через протікання іонних струмів в рідини, відбуваються втрати енергії, накопиченої в конденсаторі. Ці втрати при великій електропровідності в рідини можуть досягати 50-60, а іноді і 100% енергії, запасеної в конденсаторної батареї, і привести до відсутності пробою взагалі.

Метою винаходу є підвищення ефективності розряду шляхом зменшення предпробівних втрат за рахунок скорочення часу запізнювання пробою.

Для досягнення зазначеної мети за пропонованим способом генерування електричних розрядів в рідині, що полягає в розряді конденсаторної батареї від джерела постійної напруги через міжелектродний проміжок в рідини, утворений електродом-вістрям і електродом-площиною, до досягнення заданої напруги і розряді через міжелектродний проміжок в процесі заряду на електроді-вістря підтримують низький потенціал по відношенню до електрода-площині, а в процесі розряду високий.

При протіканні зарядних струмів, що виникають при заряді накопичувача, через воду відбувається електроліз води, що супроводжується утворенням позитивних іонів водню Н + та негативних іонів кисню О, які скупчуються відповідно у негативного і позитивного електродів. При включенні конденсаторної батареї в процесі заряду на електрод-вістря підтримується низький потенціал по відношенню до електрода-площині, у електрода-вістря скупчуються іони водню Н +, яких при електролізі води утворюється вдвічі більше, ніж іонів кисню О. Тому при такій схемі включення накопичувача на відміну від відомої (прототипу) у електрода-вістря утворюється вдвічі більше бульбашок газу, внаслідок чого процес ініціювання пробою стає ефективніше. В процесі розряду відбувається зміна полярності і на електроді-вістря підтримується високий потенціал по відношенню до електрода-площині. Відомо, що процес розряду відбувається ефективніше, коли електрод-вістря має більш високий потенціал, ніж електрод-площину. Отже, в пропонованому способі в порівнянні з відомим (в прототипі в процесі заряду на електроді-вістря підтримується більш високий потенціал по відношенню до електрода-площині, а в процесі розряду - низький) процес розряду відбувається ефективніше, що призводить до зменшення предпробівних втрат.

Спосіб отримання електричних розрядів у воді може бути реалізований, наприклад, в електричній схемі, наведеній на фіг. 1, що містить джерело 1 напруги, що складається з струмообмежувального елемента 2, трансформатора 3, високовольтного випрямляча 4, розрядник 5, конденсаторних батарей 6, разрядную камеру 7, в якій розміщені електрод-вістря 8 і електрод-площину 9, вода 10.

Спосіб отримання електричних розрядів здійснюють наступним чином. Від джерела 1 постійної напруги через розрядну камеру 7, заповнену водою 10, з розміщеними в ній електродом-вістрям 8 і електродом-площиною 9, заряджають конденсаторних батарей 6. За допомогою розрядника 5 контролюють напруга заряду і після досягнення заданої напруги конденсаторних батарей розряджають по ланцюгу : послідовно з'єднані розрядник 5 електрод-вістря 8, міжелектродний проміжок в рідини, електрод-площину 9. Істотна відмінність способу полягає в тому, що в процесі заряду на електроді-вістря підтримується низ кий потенціал по відношенню до електрода-площині, а в процесі розряду - високий. Це забезпечує підвищення ефективності ініціювання розряду в цілому.

Електрична схема працює наступним чином (фіг. 1). Від джерела 1 через розрядну камеру 7, заповнену водою, і по ланцюгу: "+" джерела постійної напруги, конденсаторна батарея 6, електрод-площину 9, міжелектродний водний проміжок, електрод-вістря 8 "-" джерела постійної напруги відбувається заряд накопичувача 6. при цьому на електроді-вістря 8 підтримується низький потенціал по відношенню до електрода-площині. Заряд накопичувача здійснюється з полярністю, показаної на фіг. 1. Оскільки заряд накопичувача 6 здійснюється через розрядну камеру, заповнену водою, відбувається електроліз води, що супроводжується утворенням катіонів водню Н + та аніонів кисню О, які скупчуються відповідно у негативного і позитивного електродів. Таким чином, у електродів відбувається утворення бульбашок газу, які після пробою розрядника і прикладення напруги конденсаторної батареї до електродної системі, ініціюють пробою міжелектродного водного проміжку.

Після пробою розрядника 5 його опір стає близьким до О, при цьому заряджена конденсаторна батарея своїм висновком "+" виявляється підключеної до електрода-вістря і в розрядної камері відбувається реверс напруги на електродах. Струм розряду конденсаторної батареї протікає від електрода-вістря до електрода-площині. Оскільки він на кілька порядків (десятки кА) відрізняється від зарядних струмів (1-2 А), то в процесі розряду останній можна не враховувати. В процесі розряду електрод-вістря 8 набуває високий потенціал по відношенню до електрода-площині 9. Наявність бульбашок газу на електродах і в міжелектродному проміжку, що ініціюють пробою, дозволяє скоротити час запізнювання пробою, що забезпечує зменшення предпробівних втрат.

Були проведені експериментальні дослідження та отримані криві напруги для схем заряду накопичувача, наведених в прототипі, і пропонованої. Дослідження проводилися при напрузі на конденсаторної батареї, що дорівнює 45-50 кВ, ємності 4-8 мкФ, величиною міжелектродного проміжку l = 45-70 мм.

На фіг. 2 приведені осцилограми кривих напруги (а - для схем заряду конденсаторної батареї, наведеної в прототипі, б - для пропонованої схеми заряду накопичувача через розрядну камеру). Відрізки АВ і АВ '' відповідають інтервалу часу між моментом прикладення напруги до міжелектродному проміжку і його пробоєм, тобто часу запізнювання пробою відповідно для схем заряду конденсаторної батареї, наведеної в прототипі і пропонованої.

Експерименти показали, якщо в процесі заряду на електроді-вістря підтримується низький потенціал, а в процесі розряду високий (це забезпечується включенням батареї між висновком "+" джерела постійної напруги і електродом-площиною), час запізнювання пробою в порівнянні з прототипом скорочується в 4 рази , а розрядний струм зростає в 1,7 рази. Це можна пояснити тим, що ініціювання, в основному визначається кількістю газу на електроді-вістря (у першому випадку це водень, якого при електролізі більше). Крім того, використання способу отримання електричних розрядів з ініціюванням пробою міжелектродного водного проміжку знижує вимоги до якості води, що підтвердили результати експериментальних досліджень, позитивний ефект може бути досягнутий при значеннях питомої електричного опору води в баку = 650 Ом м.

Використання запропонованого способу отримання електричних розрядів дозволяє скоротити час запізнювання розряду за рахунок ефективного ініціювання міжелектродного проміжку бульбашками газу, що забезпечує підвищення ефективності розряду і його ККД завдяки зменшенню предпробівних втрат. Спосіб генеpірованія електричних розрядів може застосовуватися в технологіях, що використовують електричний розряд в рідині, наприклад, очищення лиття, віброімпульсной інтенсифікації процесів кристалізації і ряді інших, що істотно підвищує ефективність цих технологій.

СПОСІБ ГЕНЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ РОЗРЯДІВ У ВОДІ, що полягає в зарядці конденсаторної батареї від джерела постійної напруги через міжелектродний проміжок в рідини, утвореної електродом-вістрям і електродом-площиною, до досягнення заданої напруги і розряді через міжелектродний проміжок, який відрізняється тим, що, з метою підвищення ефективності розряду, в процесі заряду на електроді-вістря підтримують низький потенціал по відношенню до електрода площині, а в процесі розряду - високий.

Винахід відноситься до електрофізичної техніці, що використовує електрогідравлічний ефект, що виникає при електричному розряді в рідині, і може бути застосовано для вібраційного впливу на об'єкти з високою температурою, як, наприклад, в пристроях для віброімпульсной обробки рідкого металу, розпечених злитків і прокату, розплавів речовин і т.п

Винахід відноситься до техніки комутації високовольтних розрядних ланцюгів генераторів імпульсних струмів, які застосовуються, зокрема, для живлення електричних розрядів в рідині в різного роду електрогідравлічних багатоелектродних установках

Винахід відноситься до пристроїв захисту від пошкоджень об'єктів різного призначення при інтенсивній дії атмосферної електрики, зокрема до засобів захисту від блискавок промислових будівель і споруд, а також електроенергетичного обладнання, що знаходиться на відкритому повітрі

Винахід відноситься до області електрики і може бути використано в пристроях для відновлення і підвищення дебіту водоносних пластів і свердловинних фільтрів, виготовлення набивних паль, а також бескернового спорудження свердловин, очищення гідравлічних комунікацій

Винахід відноситься до високовольтного перемикача, зокрема для мікрохвильового перемикача, згідно родового поняття пункту 1

Винахід відноситься до гірського і будівельної справи, а також екології і може бути використано для електрогідравлічної обробки різних матеріалів, зокрема дроблення і подрібнення гірських порід, знезараження побутових і промислових стоків

Винахід відноситься до гірничої та нафтовидобувної промисловості і може бути використано в свердловинних електрогідравлічних апаратах, призначених для підвищення дебіту нафтових і газових свердловин і ведення сейсморозвідки

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано для очищення різних поверхонь, отримання дрібнодисперсних сумішей, а також при обробці металів тиском під дією імпульсних навантажень, що виникають при електричних розрядах в рідині