К. К. Хренов и д-р техн наук, проф


НазваниеК. К. Хренов и д-р техн наук, проф
страница7/12
Дата публикации26.03.2013
Размер2.13 Mb.
ТипКнига
userdocs.ru > Физика > Книга
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

^ 3.2. Режимы работы ГИТ при электрогидравлической обработке различных материалов

При работе на электрогидравлических установках подбор основных параметров обработки (емкости и напряжения) осуществляется в соответствии с принятыми режимами' обработки [3, 6, 7]: жесткий — С<0,1 мкФ; /7>50 кВ; средний — 0,1 мкФ< С<; <1,ОмкФ; 20кВ1,0 мкФ; /7<20кВ. ^есткий режим характеризуется большими давлениями на фронте ударной волны и большей долей энергии, уходящей вместе с нею. С увеличением жесткости режима будут возрастать давление на фронте ударной волны и доля энергии, приходящейся на жесткое акустическое излучение. Световое излучение разряда характеризуется преобладанием жесткой ультрафиолетовой составляющей спектр-излучения. Электрогидравлический удар при этом оказывается относительно коротким (бризантным), более.пригодным для осуществления таких процессов, как, например, разрушение твердых и хрупких материалов, наклеп металлов, и менее

91
пригодным для работ, связанных с пластической деформацией или активным (в возможно большем рабочем объеме) перемешиванием материалов, что имеет очень большое практическое значение при электрогидравлической обработке органики.

Мягкий режим характеризуется меньшими давлениями при значительном увеличении доли энергии, уходящей с волной запаздывающего потока (расширением кавитационной полости), и уменьшением доли энергии, обусловленной фронтом ударной волны. Характерным является преобладание мягких акустических составляющих звукового излучения. Световое излучение разряда характеризуется увеличением инфракрасных составляющих его спектра. Кавитирующее кольцо при этом очень интенсивно и захватывает большие объемы жидкости, соизмеримые со всем объемом рабочей камеры. Увеличение емкости или снижение напряжения приводит к «смягчению» электрогидравлического удара, который становится при этом длительным, метательным, пригодным, например, для пластического деформирования, перетирания мягких или вязких материалов.

На средних режимах примерно .до 30 % выделившейся энергии уносится ударной волной и акустическим излучением, а остальная часть энергии уходит при расширении и захлопывании полости с волной запаздывающего потока.. На средних режимах рекомендуется осуществлять, например, штамповку различных изделий в зависимости от -качества и свойств штампуемого материала.

Следует, однако, иметь в виду, что режимы обработки зависят не только от емкости и напряжения, но и от индуктивности разрядного контура, определяющей крутизну и длительность переднего фронта импульса тока. С увеличением индуктивности разрядного контура увеличивается длительность фронта и уменьшается его крутизна, что перемещает характеристику режима работы в сторону мягких режимов, а с уменьшением индуктивности укорочение длительности переднего фронта импульса тока и увели-, чение его крутизны делают режим более жестким. Приведенная классификация режимов приемлема только в тех Случаях, когда индуктивность разрядного контура имеет значения около 5—15 мкГн.

Длина искры в каждом отдельном случае электрогидравлической обработки подбирается в соответствии с правилом определения напряжения оптимального режима: С/ор( = (1,2-=-1,3) Отт, где /Утш—среднее напряжение для 50% пробоев из большого числа разрядов [4, 6]. Указанный способ нахождения напряжений оптимального режима при любой заданной размерами устройства и условиями его работы длине искры относится к случаю определения оптимального выделения энергии только по основным параметрам (длине искры и связанному с ней напряжению). Однако условия получения оптимального режима могут значительно изменяться, например, в зависимости от резонансных и

92

других свойств обрабатываемого материала. Во всех случаях для выведения любого электрогидравлического устройства на оптимальный режим работы рекомендуется использовать метод «грязного забоя» (см. п. 2.4).

^ 3.3. Основное силовое оборудование ГИТ

Устройства источников питания электрогидравлических установок комплектуются стандартным оборудованием. Каждое силовое устройство включает в себя трансформатор, выпрямитель или реактор (если он собирается по резонансной схеме), конденсатор или блок их, формирующий разрядник или другое коммутирующее устройство на каждый разрядный контур схемы, соединительные кабели- и различную стандартную измерительную и вспомогательную аппаратуру [6].

Промышленные силовые установки обычно комплектуются на базе стандартных выпрямителей-трансформаторов типов КВТМ, ВТМ с большим диапазоном мощностей и напряжений. При необходимости в конструкцию трансформатора вносятся изменения. Так, был предложен трансформатор для погружаемых электрогидравлических устройств, включающий в себя выполненный в виде цилиндра магнитопровод с намотанными на него обмотками. Наружный диаметр цилиндра определяется радиальными размерами скважин. Цилиндр имеет сквозную полость для размещения проходных коммуникаций, связывающих электрогидравлическое устройство с наземными узлами энерго- и водопитания. Такая конструкция трансформатора позволяет состыковать его с элементами скважинного электрогидравлического устройства: конденсатором для скважинных устройств, разрядником и буровой головкой (если это электрогидравлический бур) непосредственно в самой скважине, что упрощает эксплуатацию и повышает эффективность скважинных электрогидравлических устройств, 1 так как устраняет необходимость передачи высокого напряжения на забой с помощью специальных высоковольтных кабелей.

В качестве емкостных накопителей.для электрогидравлических ^ устройств применяют импульсные высоковольтные конденсаторы ' с масляными или синтетическими наполнителями типов ИМН, ИМ, ИМК, ИК, ИКТ, ИКВ, ИС. Эти конденсаторы имеют, металлический корпус прямоугольной формы, в котором расположена съемная часть (набор спрессованных секций-пакетов), и металли- ' ^ ческую крышку. На ней расположены выводы конденсатора, 1 изолированные проходными изоляторами. Для уменьшения индуктивности разрядных контуров схемы конденсаторы необходимо монтировать как можно ближе к рабочим искровым промежуткам электрогидравлических устройств. Так, при построении электрической схемы ГИТ погружаемых электрогидравлических установок был разработан конденсатор для скважинных устройств (рис. 3.3), используемый при производстве буровых работ.

93





Герметичный корпус этого конденсатора имеет цилиндрическую форму. Наружный диаметр корпуса определяется реальными размерами скважины. По оси корпуса проходит центральная полость, диаметр которой соответствует размерам коммуникаций, связывающих электрогидравлическое устройство с наземными узлами энерго- и водопитания, размещающимися в этой полости. Изоляция съемной части конденсатора спиральная, из диэлектрика, имеющего ленточную форму (например, конденсаторной бумаги, пропитанной маслом). При заданных внутреннем и наружном диаметрах этой изоляции ширина ленты диэлектрика для обеспечения требуемой емкости конденсатора определяется расчетным путем. Такая конструкция конденсатора позволяет состыковывать его со скважинным электрогидравлическим устройством непосредственно в самой скважине, что существенно уменьшает индуктивность разрядного контура, а следовательно, улучшает технико-экономические показатели работы Рис. 3.3. Схема конденса- электрогидравлического устройства.


тора для скважинных электрогидравлических

устройств:

/ — корпус; ^ 2 — намотка выемной части; 3
—проходной изолятор; 4 — нижняя крышка корпуса; 5 — выводы конденсатора

В качестве коммутирующих устройств в ГИТ электрогидравлических установок используют разрядники различных типов (воздушные атмосферного давления; вакуумные искровые, газонаполненные, игнитронные, тиристорного типа, электронные и др.). Все они должны удовлетворять следующим требованиям: выдерживать рабочее напряжение без перекрытия по изоляции в течение продолжительного времени; иметь хорошую износоустойчивость при коммутации заданной энергии; обладать малыми индуктивностью и сопротивлением по сравнению с электрическими параметрами разрядного контура и малым враменем срабатывания и восстановления своих изолирующих свойств; обеспечивать заданную частоту разрядов; удовлетворять санитарным требованиям (по уровню звука, выбросу образовавшихся в момент разряда газов). Наиболее часто в электрогидравлических установках различного назначения применяют воздушные разрядники атмосферного давления. Они просты по конструкции, надежны в эксплуатации, но имеют значительное время деионизации, что препятствует их использованию при повышенных частотах. Стабильность их работы во многом зависит от условий окружающей среды (влаж-

94

ности, температуры, состояния поверхности электродов разрядника, запыленности атмосферы). При работе воздушных разрядников образуются вредные для здоровья работающих оксиды азота, озон. Поэтому при эксплуатации разрядников следует предусмотреть их продувку и выброс вредных газов вне пределов рабочего помещения. Кроме того, они должны быть оборудованы глушителями шума разрядов с учетом санитарных норм.

Простейший воздушный формирующий промежутек (разрядник) с глушителем приведен на рис. 3.4. Разрядник успешно , используется и в современных установках [6]. В точку разряда •; шаров разрядника необходимо врезать твердосплавные пластинки, а токоподводы разрядников снабдить радиаторными ребрами для лучшего охлаждения. Современные воздушные разрядники рассчитаны на коммутирование напряжений до 100 кВ и токов до ' 1000 кА.

Вакуумные разрядники бесшумны, обладают малым индуктивным сопротивлением, однако ограничены в быстродействии и требуют систематической откачки продуктов эрозии электродов разрядника для восстановления вакуума. Применение импульсных водородных тиратронов типа ТГИ сдерживается их высокой стоимостью. Использование в качестве коммутаторов тиристоров ограничено небольшими значениями обратного напряжения (до 2,5 кВ), а при соединении их в последовательную цепочку необходимо синхронизировать их при срабатывании, что приводит к усложнению схемы.

В современных электрогидравлических установках находят широкое применение игнитронные разрядники типов ИРТ-1 — ИРТ-6. Они имеют ряд преимуществ при эксплуатации: управляемы дистанционно, малоиндуктивны, отличаются большой коммутационной способностью по току. К недостаткам относятся низкая частота следования импульсов, малый срок службы (около

импульсов), невозможность ремонта при выходе из строя.

10

Отечественной промышленностью выпускаются серийно 6 типов

игнитронов: ИРТ-1 —ИРТ-6. Для широкого их внедрения необходимо увеличить частоту их работы, а также срок их службы.




Рис. 3.4. Разрядник с глушителем:

/ — боковые диски из диэлектрика; 2 — патрубок выхода воздуха; 3 — цилиндрические стенки из диэлектрика; 4 — тугоплавкая вставка; 5 — латунные шары; 6 — латунный токопровод с радиатором; 7 — кабель токо-провода; 8 — патрубок подвода воздуха; 9 — воздушные зазоры между стенками

95
Выбор типа кабеля для соединения элементов электрической схемы ГИТ определяется требованиями, которые предъявляются к кабелю электрогидравлических установок: малая индуктивность, изоляция кабеля, способная выдерживать максимум рабочего напряжения в импульсе без термического и механического разрушения; больший срок службы, чем срок службы основных элементов ГИТ (конденсатор,-разрядник). Таким требованиям вполне удовлетворяют радиочастотные коаксиальные кабели типа РК и кабель типа КПЕЩГ, разработанный специально для электрогидравлических установок. Однако следует заметить, что предельные напряжения радиочастотных кабелей весьма небольшие, поэтому актуальной является задача разработки малоиндуктивных, коаксиальных кабелей на напряжения до 100 кВ для использования их в электрогидравлических установках.

Одной из важнейших составляющих электрической схемы разрядного контура ГИТ электрогидравлических установок является рабочий электрод с его изоляцией и системой токопроводов. Основным препятствием в обеспечении длительной непрерывной работы подавляющего большинства электрогидравлических устройств долгое время являлась недостаточная стойкость переднего конца изоляции рабочих электродов. Причиной ее разрушения является сложное термо-химическое и механическое воздействие на изоляцию той части стримеров, которые развиваются в жидкости по границе раздела изоляция — жидкость. Вызывая вначале только слабое термическое воздействие (обжигающее, оплавляющее или деполимеризующее верхний слой изоляции по пути следования стримера), стримеры при последующих разрядах все чаще и чаще проходят по тем же путям, еще более изменяют свойства верхнего слоя изоляции в этих местах и, наконец, обугливают его. Этим создаются хорошо проводящие пути, по которым разряды из случайных становятся постоянно проходящими, все более и более усиливая обугливание и углубляя его в тело изолятора.

Когда ожог достаточно углубится в торец изоляции, начинают сказываться чисто механические факторы воздействия на изоляцию электрода, которые имеют место при кавитационных ударах, возникающих при захлопывании полостей, и вызывающие внедрение в тело изоляции струй воды и частиц обрабатываемого материала. Гидравлические удары, воздействуя на клиновидную щель ожога, приводят к механическому разрыву — распарыванию — ее изоляции и появлению новых, еще более заглубленных внутрь изоляции ожогов. В конечном итоге это приводит к постепенному «прорезанию» изоляции по всей длине стержня электрода.

Как только изоляция оказывается нарушенной, немедленно нарушается условие получения- сверхддинных разрядов, резко возрастают потери, вследствие чего работа данного электрогидравлического устройства перестает быть экономичной. При этом разряды за счет резкого увеличения потерь, растущих вместе с уве-

96






личением активной поверхности рабочего (положительного) электрода, могут вообще прекратиться.

Эти нежелательные явления могут быть устранены различными средствами защиты переднего конца электрода, в результате чего ресурс электродов, может быть увеличен на 1—2 порядка. Автором были предложены следующие способы защиты: изменение формы переднего конца электрода — выполнение его в виде «тарелочки», «юбочки», шарика из мягкого металла с одновременным выполнением нижней части электрода пружинящей; введение в систему электрода «отвлекающих» стримеры тонких кольцевых вставок, расположенных выше конца электрода и выступающих из изоляции; локализация поля установкой второго электрода в виде острия и т. д.

мышленный вариант; б — лабораторный вариант — загуб-ление тонкой части стержня в изоляцию; Ь — выступающая из изоляции часть стержня; д. — диаметр тонкой части стержня

электрода);

/ — центральный стержень электрода; 2 — подсоединение положительного полюса тока; 3 — цанговый зажим; 4 — латунная трубка — направляющая центрального стержня;


На рис. 3.5 изображен конструктивный вариант электрода со стой- Рис. 3.5. Схемы конструкции КОЙ изоляцией [3, 6] . Электрод рабочего электрода: а — про-

выполнен из тонкой проволоки, этим, во-первых, создается дополнительная жидкостная изоляция между электродом и его твердой изоляцией на переднем конце электрода, что препятствует развитию стримеров на границе раздела изоляция — жидкость; во-вторых, тонкий стержень электрода, далеко выступая

ИЗ ИЗОЛЯЦИИ, Как бы «ОТВОДИТ» ОТ 5-изоляция, 6-направляющая

' ^ латунная трубка; 7—выступающий

Нее стримеры, КОТОрЫе ОбЫЧНО тем тонкий конец электрода;
ИНТеНСИВНее растут ИЗ КОНЦа ЭЛеК- няемый жидкостью зазор между
•' стержнем и изоляцией

трода, чем тоньше этот конец, и,

в-третьих, активная поверхность далеко выступающего из изоляции конца тонкого электрода ввиду малого диаметра его не превышает активной поверхности обычно применявшегося толстого электрода, чуть выступавшего из изоляции.

Материал тела электрода может быть любым (сталь, медь, алюминий), но чем меньше толщина переднего конца электрода, а следовательно, интенсивнее охлаждение окружающей его жидкостью, тем меньше эрозия такого электрода. Еще больше можно уменьшить эрозию лужением конца электрода мягкими металлами (оловом, свинцом, алюминием).

97


7 Зак. 1
Практически оказалось, что при напряжении до 100 кВ в зависимости от размера рабочей емкости диаметр проволоки рабочего электрода может быть принят следующим: до 0,1 мкФ — 0,2—1,0 мм; до 1,0 мкФ — 2,0—4,0 мм; до 5,0 мкФ — 3,0—6,0 мм. Направляющая электрод металлическая трубка в зависимости от размера рабочей емкости не должна доходить до конца изоляции на 20—60 мм, а проволочный электрод также в зависимости от размера рабочей емкости должен выступать из изоляции на 20—80 мм.

Для уменьшения электрических потерь в электрогидравлических установках, в которых подача рабочей жидкости совершается через незаземленный полый электрод, необходимо внутреннюю поверхность электрода изолировать слоем диэлектрика. Рабочая жидкость благодаря изоляционному слою не контактирует непосредственно с токопроводящим трубчатым стержнем электрода, и электрические потери в этом случае сводятся к минимуму.

Форма электрода также может .играть определенную роль при различных видах электрогидравлической обработки. Так, в электрогидравлическом устройстве для очистки труб выполнение второго электрода в виде упругих петель каплевидной формы с вогнутыми, связанными между собой вершинами, вытянутыми вдоль линии перемещения устройства, обеспечивает идеальную очистку труб, водозаборных фильтров, артезианских скважин и т. п.

Важным условием обеспечения стабильной работы электрогидравлического устройства в оптимальном режиме является и сохранение постоянной величины рабочего искрового промежутка. Для этого при электрогидравлической обработке объектов (одновременно являющихся вторым электродом) с неровной поверхностью или группы изделий разной высоты (например, при электрогидравлической очистке изделий, снятии напряжений) предложено устройство, позволяющее автоматически регулировать величину искрового промежутка между электродом и обрабатываемым изделием (см. рис. 4.2).

^ 3.4. Перспективы совершенствования оборудования электрогидравлических силовых установок

Решение вопросов совершенствования силовых установок (ГИТ) электрогидравлических устройств любой мощности зависит от разработки и внедрения комплектующего оборудования ГИТ, выполненного на основе использования реверсивного разряда и импульсных диэлектриков.

^ Импульсные конденсаторы. Импульсные конденсаторы подобно обычным состоят из двух групп пластин, электрически .соединенных между собой. Рабочей — изолирующей — средой между ними могут быть разнообразные ионопроводящие жидкие, твердые или газообразные вещества и даже плазма.






Рис. 3.6. Принципиальная схема импульсного конденсатора с водяной изоляцией: / — ванна (одна из обкладок);.2 — проходной изолятор против скользящих разрядов; 3 — пластина конденсатора; 4—вторая пластина, соединенная с ванной; 5 — токоподводы


Рассмотрим простейший тип импульсного конденсатора с водяной изоляцией [36], состоящий из резервуара с водой и погруженных в него металлических пластин (рис. 3.6). Корпус резервуара может быть выполнен металлическим и использован в качестве одного из электродов или заземлен. Материал металлических пластин, помещаемых в воду, как и металл корпуса, должен быть выполнен из материала, устойчивого против действия воды.

Поскольку обе группы пластин такого конденсатора практически равнозначны в происходящих в нем процессах, то говорить о каком-то различии их работы на разных полярностях включения будет невозможно. Однако размеры пластин импульсного конденсатора имеют существенное значение для эффективности его работы. При униполярном импульсе, поданном на такой конденсатор, одна из пластин, оказавшаяся положительной, имея большую активную, т. е. соприкасающуюся с водой, поверхность, вызовет появление настолько больших электрических потерь, что создание подобного конденсатора может потерять всякий смысл. При большой активной поверхности положительного электрода (пластины) время, в течение которого потери будут минимальны, может оказаться недостаточным для того, чтобы конденсатор успел зарядиться и разрядиться, не потеряв при этом весь свой заряд.

Отсюда становится очевидной необходимость резкого уменьшения активной поверхности пластин конденсатора, несущих положительный заряд. Это достигается введением такой изоляции положительных пластин, которая, не уменьшая их электрической емкости, резко уменьшает их активную (соприкасающуюся с водой) поверхность. В качестве изоляции можно использовать какую-либо микропористую изоляцию из геля или просто экран.

Если же поверхность пластины электрически полностью изолировать от воды, то это «выключит» и весь тот «механизм» ионной изоляции, о котором говорилось выше. Подобная изоляция начнет столь же просто пробиваться разрядами, как это случается в обычных конденсаторах. Однако при импульсном питании конденсатора каждый обычный пробой его будет придавать этому конденсатору особые свойства. Так, пробив изоляцию только один раз, подобный пробой вызовет немедленное «включение» ионного «механизма», свойственного импульсным диэлектрикам. Отсюда

7* 99




> 1 2 3 Ч 5 б 7

III*/

Рис. 3.7. Принципиальная схема электрического поля между электродами импульсного конденсатора с изоляцией отрицательной пластины гелем при

работе на обратной полярности: I [-;'{••:;':;1^4йЯр§ь^:| @ / — стержень отрицательного электрода; 2 — изоляция электрода; 3 — пористое покрытие отрицательного электрода из геля; 4 — отрицательная пластина конденсатора; 5 — канал стримерного пробоя в толще геля; 6 — линии напряженности электрического поля в жидкости; 7 — движение ионов ОН^ (большие кружки) и ионов Н+ (малые кружки); 8—положительная пластина конденсатора

следует, что такие поры надлежит заготовить заранее, сделав их при этом и в необходимом количестве и соответствующего размера. Поры должны быть достаточно малого диаметра с тем, чтобы препятствовать свободному движению ионов, и в то же время достаточными, чтобы не мешать электрическому контакту пластины с жидкостью. Рассчитать количество и размеры таких пор чрезвычайно сложно. Однако эта задача оказывается решенной, если изоляция частично или полностью будет выполнена из геля.

В самом деле, если таких пор в обычной изоляции не делать совсем, то они появятся сами — их пробьет разряд и пробьет ровно столько, сколько сможет пробить, а это и есть тот самый оптимальный вариант, который необходим для данного случая. Если же изоляцию выполнить из геля, то каждый разряд, пробивая гель, будет «открывать» в нем поры в количестве, соответствующем заданной напряженности электрического поля, а «закрываться» они будут сами, поскольку гель обладает ярко выраженной способностью к «самовосстановлению» после механических повреждений. После того как пик напряжения спадет и энергия движения ионов уменьшится, ионы начнут задерживаться и тормозиться в порах, закрывая их. В дальнейшем поры в геле будут открываться только тогда, когда напряженность поля достигнет максимума и окажется способной сдвинуть с места ионы, закупорившие поры.

В конденсаторах каждая пластина обычно размещается между двумя другими, таким образом, необходима полная, покрывающая всю поверхность пластины пористая изоляция каждой из них. В этой связи рассмотрим вопрос о конструктивном размещении пористой изоляции пластин. Следует ли выполнять ее плотно прилегающей к пластине или этого можно избежать, ограничившись только свободным, без плотного прилегания изоляции, экранизированием пластин друг от друга? Исследования позволяют сделать вывод, что покрытия с плотно облегающей изоляцией могут быть заменены экранами с преимущественным размещением их вблизи защищаемой ими положительной пластины/

Таким образом, импульсный конденсатор должен выполняться либо с изоляцией, уже имеющей заданное микропористое строение, либо с изоляцией из геля, либо с комбинированной изоляцией, содержащей в себе гель, размещаемый, как в поддержке, в крупных порах основной изоляции. Однако при этом стримеры, проходя сквозь поры изоляции и развиваясь от положительной пластины, будут расти к пластине противоположного знака так же хорошо, как если бы у нас были созданы все условия для возникновения сверхдлинного разряда. Отсюда очевидно, что решение задачи путем создания изоляции вокруг положительного электрода-пластины может дать некоторый эффект только в том случае, если изоляция поставлена довольно далеко от пластины. Следовательно, работа импульсного конденсатора должна осу-

100

ществляться на такой полярности пластин, при которой офимер, выходящий или входящий в защищаемую пластину, не мог бы расти к другой пластине и подобно стримеру, входящему в отрицательный электрод при реверсивном разряде, «пятился» бы от нее в противоположном направлении. Это условие может быть выполнено только при работе на обратной полярности и только в тех случаях, когда электрическая изоляция описанной выше структуры (в том числе и гелевая, пористая с гелем, или экран) закрывает не положительную, а отрицательную пластину, оставляя совершенно свободным от изоляции положительный электрод.

Отметим, однако, что относительно небольшая изоляция положительного электрода будет тем не менее полезной, поскольку, изменяя ее форму, можно изменять конфигурацию силового поля таким образом, чтобы при этом максимально увеличились «непробиваемые» и другие положительные свойства конденсатора. Указанные особенности становятся особенно важными при переводе импульсного конденсатора на режим обратной полярности — режим реверсивного разряда. В этом случае стримеры пробоев, даже выходя из пор, будут только «стелиться» по поверхности пористой изоляции пластины, даже не пытаясь направиться ко второму электроду,— конденсатор станет «непробиваемым». Вблизи поверхности пористой изоляции пластины при этом возникает плотный объемный заряд, состоящий в основном из положительных ионов, являющихся непреодолимой преградой для растущих стримеров и надежно преграждающий им путь ко второму электроду.

Конфигурация электрического поля между электродами импульсного конденсатора с изоляцией отрицательной пл-астины пористым материалом (гелем() при работе на обратной полярности показана на рис. 3.7.

101








Рис. 3.8. Принципиальная схема импульсного конденсатора с пористой гелевой изоляцией отрицательных и экранной изоляцией положительных пластин: / — ванна — одна из обкладок конденсатора; 2 — пористая, гелевая изоляция отрицательных пластин; 3 — соединенные с ванной положительные пластины; 4,— диэлектрические экраны положительных пластин; 5—проходные изоляторы (против скользящих разрядов); 6 — токопроводы

На рис. 3.8 приведена принципиальная схема импульсного конденсатора, в котором отрицательная пластина имеет пористую изоляцию, заполненную гелем, а положительная — изоляцию в виде экранов. Такой конденсатор может быть выполнен и цилиндрическим с проходным отверстием по оси, что особенно важно, например, для электрогидравлического бурения. Питание импульсных конденсаторов рационально осуществлять от специальных силовых установок, выполняемых по одной из приводимых ниже принципиальных электрических схем.

На рис. 3.9 приведена принципиальная схема питания импульсного конденсатора от разряда импульсного трансформатора. Импульс, создаваемый в первичной цепи источника питания, хотя несколько и «расплывается» после его трансформации, но тем не менее оказывается вполне приемлемым для эффективной работы импульсного конденсатора.

Принципиальная электрическая схема с питанием «от разряда конденсатора» приведена на рис. 3.10. Питание импульсного конденсатора осуществляется импульсом, создаваемым разрядом конденсатора в первичной цепи питания. Применение указанных схем питания позволяет использовать в них обычные, не импульсные, конденсаторы, которые на практике в качестве рабочих конденсаторов электрогидравлических установок длительное время работать бы не смогли. Однако, формируя относительно короткий импульс, не опасный для их конструкции, но тем не менее достаточный дяя продуктивной работы импульсного конденсатора,




Рис. 3.9. Принципиальная схема питания импульсного конденсатора от импульсного трансформатора:

^ Тр — трансформатор; V — выпрямитель; С — конденсатор; ФП1 — управляющий формирующий промежуток с синхронизатором; ТрИ— импульсный трансформатор; ФП2 — управляемый формирующий промежуток; Ср — рабочий импульсный конденсатор; ФПЗ—формирующий промежуток; РП — рабочий искровой промежуток в жидкости






Рис. 3.10. Принципиальная схема питания импульсного конденсатора

от разряда конденсатора; Тр — трансформатор; К—выпрямитель; С—питающий конденсатор; ФП1 — управляющий формирующий промежуток с синхронизатором; Ср — рабочий импульсный конденсатор; ФП2 ~ формирующий промежуток; РП — рабочий искровой промежуток в жидкости

такие обычные конденсаторы оказываются вполне пригодными для длительной и надежной работы в новых схемах питания электрогидравлических установок, основанных на использовании реверсивного разряда и импульсных диэлектриков.

Использование импульсных конденсаторов позволяет осуществить своеобразную трансформацию крутизны фронта длительного первичного импульса, преобразовав его в короткий, крутой фронт вторичного — рабочего — импульса. В этой связи приведем описание одного из ранних опытов. Если на очень тонком оголенном проводнике положительного электрода закрепить большую и тонкую металлическую пластинку таким образом, чтобы плоскость ее совпадала с направлением проводника, а конец проводника выступал за край пластины не менее чем на 5—8 см, то оказывается, что такое подключение не только не вызывает потерь, сказывающихся прежде всего на длине искры, но даже уменьшает их. В опыте искра между концом проводника (положительным электродом) и проводником отрицательного электрода оказывается даже несколько большей, чем раньше (до подключения пластины). Этот пример наглядно показывает проявление действия импульсного конденсатора, образованного пластиной и вторым проводником. За счет более крутого фронта импульса разряд стал длиннее, так как стримеры его при более мощном импульсе росли, и скорее и на большее расстояние. На рис. 3.11 приведена принципиальная схема этого опыта.

Применение импульсных конденсаторов позволяет резко повысить общий электрический КПД установки, а следовательно, и экономику всех процессов электрогидравлической обработки.

Применение импульсных конденсаторов может быть перспективно и для передачи энергии по линиям обычных токопередач методом стоячей волны, что позволит резко сократить расходы на строительство и эксплуатацию этих линий. В будущем области

Рис. 3.11. Принципиальная схема опыта с подключением пластины в роли импульсного конденсатора: / — положительный электрод в жидкости; 2 — подсоединенная пластина; 3 — «искровой» конец электрода; 4-—пластина отрицательного электрода



102

103








применения и конструктивное выполнение импульсных конденсаторов будут, по-видимому, чрезвычайно многообразными.

^ Импульсные кабели. Подобно обычным импульсные кабели также выполняют из двух основных токоведущих элементов: центральной жилы и коаксиально окружающей ее металлической оболочки, разделенных пространством, заполненным теперь уже не обычным, а импульсным диэлектриком. В этом случае деталь с отрицательной полярностью для уменьшения потерь и достижения эффекта непробиваемости рационально изолировать либо несущим гель пористым диэлектриком, либо только гелем, а также экранами.

Для электрогидравлической установки бурения шпуров был предложен кабель [22] с водяной изоляцией (рис. 3.12), в котором для лучшего смывания его средой и удаления газов применяют снабженные отверстиями, центрирующие центральную токонесущую жилу кольцевые прокладки. Вода, заполняющая полость бура через отверстия в этих прокладках, может свободно проникать в полость кабеля, обеспечивая этим изоляцию его токонесущей центральной жилы.




ч>


0


^ Импульсные выпрямители. Основанием для создания импульсных выпрямителей послужили установленные закономерности пробоя при реверсивном разряде. Так, если на прямой полярности' при напряжении 100 кВ емкости 1,0 мкФ в технической воде пробивается рабочий искровой промежуток длиной около 1 м, то при переходе на обратную полярность (реверсивный разряд) повторяющийся устойчивый пробой наступает только после сближения электродов до 8—10 см. Таким образом, на прямой полярности пробой возникает при напряженности поля около 1 кВ/см, на обратной полярности — при 10 — 12,5 кВ/см-. Это обстоятельство позволяет создать ряд приборов и устройств, которые при работе на прямой полярности будут способны свободно и практически без потерь пропускать, например, через восьмисантиметровый искровой промежуток, импульсы тока при напряжении 5 — 10 кВ, а при изменении полярности — не пропускать импульсы тока до 100 кВ.

Рис. 3.12. Принципиальная схема импульсного кабеля с водяной изоляцией:

а — простейший вариант; б — вариант с экранами;

/ — коаксиальная внешняя проводящая оболочка — положительный полюс тока; 2 — вода или гель — импульсный диэлектрик; ^ 3 — пористая изоляция отрицательного электрода из обычного диэлектрика или геля; 4 — центральная жила — отрицательный полюс тока; 5 —экраны из диэлектрика; б — изоляция из воды или геля

Рис. 3.13. Принципиальная схема выпрямителя с водяной изоляцией:

/ — внешняя проводящая оболочка — корпус устройства; 2 — жидкость (вода или гель) импульсный диэлектрик; ^ 3 — изоляция электрода; 4 — токопровод; 5 — выравниватель поля — утолщение электрода; 6 — острие; 7— пластина электрода; 8 — изоляция пластины; 9 — изоляция выравнивателя поля

6 5

Устройство, выполненное таким образом, оказывается способным работать в вентильном режиме, и с тем более высоким КПД, чем выше частота питающего его тока. На рис. 3.13 приведена принципиальная схема подобного выпрямителя с водяной изоляцией. Очевидно, что изложенные способы получения импульсных диэлектриков могут быть применены при создании промышленных образцов подобных устройств. Такие устройства могут найти широкое применение в технике сильных высокочастотных токов высокого напряжения (например, при эксплуатации соответствующих линий токопередач).

^ Выключатели импульсных токов большой мощности. Значительный интерес представляет возможность создания выключателей импульсных токов большой мощности. Хотя эти выключатели предназначены в первую очередь для импульсных токов, но они также могут быть использованы и в линиях современных токопередач постоянного тока высокого напряжения, так как «бросок мощности», возникающий при разрыве подобной линии, есть не что иное, как тот самый импульс, который эти выключатели способны и разорвать, и погасить. Основными задачами всех типов существующих выключателей являются гашение и разрыв сверхмощной дуги броска тока, возникающего вслед за разрывом линии.

Оказалось, что способ получения реверсивных разрядов может быть^ успешно использован и при создании выключателей для линий токопередач. Для этого дуговой разряд между быстро раздвигающимися контактами разрывающего устройства-рубильника нужно заменить реверсивным кистевым разрядом между специальными электродами, помещенными в воде или другой жидкости. При этом разряд сопровождается небольшими потерями тока вследствие электролиза жидкости, звуковым эффектом и гарантией того, что этот кистевой разряд никогда не замкнет электродов и не превратится в разрушительный искровой, а тем более дуговой разряд, так как развивается он не как обычный — от одного электрода к другому, а только как реверсивный (разряд, идущий в обратную сторону от противоположного электрода).



104

105






©

На рис. 3.14 приведена принципиальная схема выключателя сверхмощных токов и напряжений с 'использованием реверсивного разряда. Работа устройства осуществляется следующим образом. Для разрыва одной из линий постоянного тока в цепь этой линии включается управляемый рубильник /. При этом необходимо иметь в виду, что всякая линия постоянного тока обязательно образует в месте своего разрыва, где бы он ни находился, два полюса: положительный и отрицательный. Условимся, что в данном случае положительный полюс тока оказывается там, где он показан на рисунке.

Рубильник/ срабатывает, например, от взрыва порохового запала (2

Рис. 3.14. Принципиальная ВЗрЫВНОЙ ПрИВОД рубильника), И МбЖДу

схема выключателя сверх- его расходящимися контактами должна мощных токов и напряжений обязательно возникнуть дуга. Однако параллельно рубильнику в сеть включена батарея статических конденсаторов заданной емкости СР1 СР2, в которую прежде всего и направится бросок тока, быстро заряжая ее. Емкость этой батареи недостаточна, чтобы принять на себя весь ток линии за время, пока раздвигаются контакты основного рубильника. Подобная батарея, к сожалению, оказалась бы слишком громоздкой и технически неосуществимой. Тем не менее та батарея, которая предполагается к установке в схеме данного выключателя, обычна по своим габаритным размерам, поскольку ее задачами являются только смягчение пика броска мощности и перевод основного тока броска в иное русло — русло реверсивного разряда. Батарея вместе с шаровыми разрядниками ФП1 и ФП2 и РП образует разрядный, контур хорошо известной нам электрогидравлической схемы, настроенной на реверсивный разряд. Поэтому, как только батарея зарядилась, приняв основной пик броска мощности и не допустив дугу разгореться особенно интенсивно, шаровые разрядники пробиваются и на рабочем промежутке возникает реверсивный разряд. При этом конденсаторы немедленно разряжаются и оказываются в состоянии снова отбирать ток от дуги, которая все более и более гаснет. Контакты рубильника / продолжают быстро раздвигаться, условия существования дуги ухудшаются. Если она еще существует, то конденсаторный блок и реверсивные разряды продолжают отбирать энергию броска мощности до тех пор, пока будет необходимо. Средствами обратной связи просигнализируют о затухании дуги в систему, в схеме отключатся рубильники и линия будет полностью отключена.

106

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconМагистральные трубопроводы
Южниигипрогаза (И. И. Панков и Н. Н. Желудков), Государственного газового надзора СССР р. Г. Торопова), вниигаза Мингазпрома (кандидаты...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconТиражування та розповсюдження без офіційного дозволу Держпожбезпеки заборонено
Укрндіпб) мвс україни (канд техн наук Откідач М. Я.,  Нехаєв В. В. – керівник розробки,        Сокол В. Г. – відповідальний виконавець...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconЕ. М. Перепонова ), ниипг гугк (канд техн наук
Работаны цнииомтп госстроя СССР (кандидаты техн наук В. С. Сытник, С. Е. Чакулаев) с участием нииосп им. Н. М. Герсеванова Госстроя...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconАвтомобильные дороги
Минавтодора рсфср (д-р техн наук А. П. Васильев; кандидаты техн наук В. Д. Белов, Е. М. Окороков), Гипроавтотранса Минавтотранса...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconАлюминиевые конструкции
Разработаны цнииск им. Кучеренко (д-р техн наук В. И. Трофимов, канд техн наук Б. Г. Бажанов) при участии цниипроектстальконструкции...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconУчебное пособие рекомендовано умо по образованию в области социальной...
Д-р соц наук, проф. А. В. Миронов; д-р полит, наук, проф. М. В. Савва; д-р полит, наук, проф. С. В. Передерий
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconБезопасность технологических процессов и производств
«Промышленная безопасность и охрана окружающей среды» Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина (зав...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconД. А. Леонтьев психология смысла
Рао б. С. Братусь д-р психол наук, проф., чл кор. Рао в. А. Иванников д-р психол наук, проф., чл кор. Ран в. Ф. Петренко д-р психол...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconИстория экономики учебник
О. Д. Кузнецова; канд экон наук, доц. Л. И. Пермякова; канд экон наук, доц. Е. Г. Лисовская; д-р экон наук, проф. И. Н. Шапкин; канд...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconПод общей редакцией
Кононов К. А., канд юрид наук — гл. 7 (в со­авт.); Кряжкова О. Н., канд юрид наук, доцент — гл. 7 (в со­авт.), 18, 27; Марокко II....
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница