Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности

Электрогидравлические насосы

При выполнении операций штамповки и других видов обработ­ки может быть предложен метод обработки непрерывной или пульсирующей струей жидкости высокого и сверхвысокого давле­ний, полученной от электрогидравлического насоса [21]. Измене­ние характера воздействия и регулирование его режима дости­гаются изменениями давления, формы струи, состава жидкости, а также угла падения струи на обрабатываемую поверхность. Истечение струи под высоким и сверхвысоким давлениями полу­чают из узкого отверстия электрогидравлического насоса.

Предложено несколько вариантов электрогидравлических на­сосов, которые могут быть использованы при резке, шлифовании, полировании материалов тонкой струей жидкости, додавливании изделий, штампуемых на гидропрессах, штамповке изделий на гидропрессах с резиновым пуансоном, штамповке утяжеленной струей жидкости, электрогидравлической очистке изделий, подаче топлива в реактивных двигателях, а также в химических аппа­ратах высоких давлений [6, 7, 15, 17, 21, 28, 35, 58].

[ Принцип работы любого электрогидравлического насоса осно­ван на действии электрогидравлического удара в жидкости, при котором образуется кавитационная полость и жидкость с огромной скоростью выбрасывается через сопло под действием сверхвысоких давлений, верхний предел которых ограничен только мощностью силовой электрогидравлической установки и прочностью камеры насоса и ресивера. Электрогидравлические насосы любой конструкции отличаются простотой и компакт­ностью, отсутствием движущихся частей, легкостью управления и регулирования, большим диапазоном действия.

Одноступенчатые электрогидравлические насосы. В односту­пенчатом электрогидравлическом насосе обратный ток жидкости из камеры ресивера в камеру нагнетания устраняется с помощью малоинерционных клапанов [28]. Подводящий канал, соединяю­щий камеру нагнетания с питающим трубопроводом, для устране­ния потерь давления выбрасыванием жидкости из камеры нагне­тания при электрогидравлических ударах может иметь несколько поворотов под прямым углом. Тем самым он полностью заменяет собой клапан (рис. 4.22). Для получения постоянной по скорости и давлению струи жидкости, выходящей под давлением из рабо­тающего электрогидравлического насоса, может быть применен также располагаемый в ресивере и заключенный в резиновый мешок воздушный пузырь — демпфер, устраняющий пульсирую­щие толчки ударного поступления жидкости.

Повысить КПД электрогидравлического насоса можно за счет использования кумулятивного эффекта. Для усиления движения жидкости в направлении к ресиверу стенка камеры нагнетания, лежащая против клапана, выполняется полусферической. Повы­сить эффективность работы можно также, если расположить

Нагнетательную камеру в полости ресивера и ограничить ее нагнетательным клапаном, выполненным в виде двух подпружи­ненных колец, установленных на основаниях камеры с возмож­ностью их перемещения [35]. При этом в ресивер передаются давления как за счет выброса жидкости из нагнетательной камеры, так и за счет перемещения подпружиненных колец нагнетатель­ного клапана.

Для обеспечения необходимой синхронизации закрытия нагне­тательного клапана после электрогидравлического удара внутри камеры насоса хвостовик клапана, отделяющий основную камеру от дополнительного цилиндра, жестко соединен со штоком поршня этого цилиндра с вмонтированными в него электродами. В таком электрогидравлическом насосе с управляемым клапаном (рис. 4.23) при возникновении электрогидравлического удара в основной ка­мере жидкость через открывшийся управляемый клапан начинает поступать в ресивер. Затем в установленное время через схему зажигания срабатывает вспомогательный разрядник и воз­никает электрогидравлический удар в дополнительном цилиндре, заполненном жидкостью, в результате клапан закрывается [58]. Тот же эффект может быть достигнут и при отсутствии в дополни­тельном цилиндре насоса электродов и системы поджига с блоком задержки поджига. Необходимая синхронизация запаздывания закрытия нагнетательного клапана росле электрогидравлического удара внутри основной камеры достигается тем, что основная камера соединяется с камерой дополнительного цилиндра трубкой такой длины, чтобы время прохождения по ней вол:ны сжатия жидкости соответствовало необходимому времени запаздывания закрытия нагнетательного клапана.

Электрогидравлическая форсунка. Принцип, положенный в ос­нову действия электрогидравлических насосов, используется и в

Электрогидравлической форсунке для распыления жидкостей [18]. Электрогидравлическая форсунка (рис. 4.24) представляет собой устройство для подачи, распыления и засасывания новой порции жидкости (например, топливной). Это устройство включает в себя камеру, образуемую полостью, с одной стороны закрытой подвиж­ным поршнем. В корпус камеры вмонтированы электроды, камера снабжена удлиненным соплом для выброса жидкости. Головка поршня имеет сферическую форму с - фокусом в месте выхода жидкости. На входе в камеру, в форсунке, имеется спиральный или изогнутый в виде колен канал, через который в. камеру подается жидкость. Канал предназначен для гашения ударного импульса, идущего в направлении питающего резервуа­ра. Через аналогично выполненный канал жидкость непрерывно вытекает из камеры. При электрогидравлическом ударе происхо­дит основной выброс жидкости через сопло, а часть жидкости поступает в камеры запаздывания, что позволяет получать допол­нительные последовательные выбросы жидкости. Со стороны, противоположной соплу, камера закрыта подвижным поршнем, рабочая поверхность которого покрыта слоем изоляционного мате­риала и является-кумулятивным отражателем, предназначенным для уменьшения потерь и ориентации струи в направлении сопла. Автоматическое перемещение поршня позволяет изменять объем камеры и, следовательно, давление, при котором происходит вы­брос жидкости. Для обеспечения синхронности подачи жидкости с работой других механизмов (например, двигателей) применяют обычные замыкающие устройства типа трамблера или электронные

Блоки запаздывания, синхронно связанные с данным механизмом.

Опытами установлено, что подача топлива и распыление его применительно к двигателям внутреннего сгорания наиболее ра­циональны при / = 1,0ч-1,5 см, С^1,0 мкФ и <7 = 20-^30 кВ.

Многоступенчатые электрогидравлические насосы. Электро - гидравлический насос может представлять собой цилиндрическую гидравлическую камеру, разделенную на отсеки (или без них), сообщающуюся одним концом с трубопроводом, по которому подается жидкость, а другим — с ресивером. При этом рабочие искровые промежутки располагаются на определенном расстоянии друг от друга в общей камере (рис. 4.25,а) или в каждом из отсеков (параболической формы) камеры, между которыми устанавливаются обратные клапаны (рис. 4.25,6) или перегородки

С мелкими отверстиями (рис. 4.25, в). Для осуществления заданного чередования разрядов на рабочих искровых промежут­ках применяют тумблерное или поджигаю-( щее устройство. Придание последователь­но расположенным отсекам формы вхо­дящих одна в другую парабол (в сече­нии) и установка обратных клапанов или перегородок с мелкими отверстиями между отсеками способствуют сообщению направления ударной волне и перемеще­нию последовательно сжимаемой в отсеках жидкости в сторону ресивера. Многосту-. пенчатый электрогидравлический насос является по сути оригинальным гидрав­лическим «линейным ускорителем» жид­кости, а будучи выполненным в виде замкнутого кольца, явится своеобразным гидравлическим «циклотроном» [15].

Многоступенчатый электрогидравличе­ский насос можно применять и для обра­ботки материалов методом экструзии [17]. В этом случае последовательное нарас­тание деформирующих усилий создается в результате действия многоступенчатого электрогидравлического насоса, скомпо­нованного с прессом в единый агрегат (рис. 4.26). В камеру насоса подается жидкость под некоторым первоначальным давлением, недостаточным для начала постоянного течения материала (напри­мер, металла), но вполне достаточным для поддержания этого течения после перехода через предел текучести. Деформирую­щие усилия создаются при помощи электрогидравлических ударов, воспроизводимых на разрядниках последовательным чередованием искровых разрядов. В результате жидкость под высоким давлением непрерывно поступает в рабочую камеру пресса, где расположен запас обрабатываемого материала и фильера, через которую осуществляется выдавливание материала до заданного профиля. При этом стенки насоса и ресивера рабочей камеры должны иметь значительную прочность, обусловленную сверхвысокими давлениями. Экструзионное выдавливание мате­риала может осуществляться только за счет постоянного действия электрогидравлического насоса.

Представляет интерес и метод обработки струей, полученной от электрогидравлического насоса, в том числе и порционной струей утяжеленной жидкости [85]. При обработке материалов струей жидкости высокого и сверхвысокого давлений, получаемой

От электрогидравлического насоса, повышение эффективности обработки может быть достигнуто увеличением плотности жид­кости (до 5 г/см3 и более) при введении в нее утяжеляющих примесей, как растворимых в жидкости, так и не растворимых, и разбивкой струи на порции.

Однако утяжеляющие примеси вызывают загустение жидкости до пластичного, глиноподобного состояния и могут сделать прак­тически невозможной работу насосов даже сравнительно низкого давления. Но введение дозированных количеств сжатого воздуха в канал, недалеко от выхода наружу утяжеленной жидкости, вызовет разделение струи на определенные порции. Расширение дозированного объема сжатого воздуха сообщит каждой порции заданную скорость. В итоге на выходе такого устройства возникнет порционная струя, состоящая из единичных тяжелых масс, дви-' гающихся с очень большими скоростями.

Такая порционная струя может быть направлена на закреплен­ный на матрице металлический лист, что обеспечит штампование этого листа или выдавливание как вогнутых, так и выпуклых изделий. Изменяя наклон струи относительно плоскости обраба­тываемой поверхности, можно регулировать величину воздействия на нее и осуществлять очистку, полирование или шлифование изделий. Введение в состав жидкости каких-либо абразивных добавок сообщит ей абразивные свойства.

Подобной порционной струей может быть осуществлено разру­шение (например, горных пород), а также резание металлов. Утяжеленная порционная струя достаточно большого давления оказывается способной резать, например, движущийся прокат [21, 30, 39]. Электрогидравлическое резание различных материа­лов [30] может осуществляться и посредством перемещения электродов разрядника, между которыми в жидкой среде проис­ходят разряды в Непосредственной близости от поверхности разре­заемого материала. При этом электроды укрепляют на изоляцион­ной колодке, через которую проходит канал для подачи жидкости, а поверхность колодки между электродами снабжается отража­ющим или фокусирующим устройством для получения направлен­ного действия электрогидравлических ударов. Воздействием электрогидравлического удара снизу на непрерывно движущийся

Над разрядом лист проката можно осуществить резку движуще­гося проката на мерные листы [39].

Устройство для разрезания непрерывно движущегося проката выполняется в виде ванны с водой — для холодного или с рас - ^ плавом соли — для горячего металла (рис. 4.27). В средней части ванны располагается массивный упор-нож, а в нижней ее части против упора-ножа размещается разрядная камера с электро­дами. Расположение упоров-ножей и разрядных камер может быть верхним, нижним или боковым в зависимости от технологической схемы. Для получения мерной длины отрезка проката разрядный импульс дается через фотоэлемент, установленный на заданном расстоянии от места разреза.