Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности

Электропневматика

Третий по значению метод, который расширяет возможности практического использования электрогидравлического эффекта,— электропневматический метод обработки материалов [5, 20]. Механическое воздействие сверхвысоких давлений на материал происходит здесь не в жидкой, а в газообразной среде осуществле­нием в ней разрядов или тепловых взрывов ВТЭ. Газообразная среда почти в миллион раз более сжимаема, чем жидкость, поэтому и соответствующий механический эффект будет выражен в ней слабее. Однако специальными приемами можно значительно усилить эффект и с успехом применять этот метод на практике.

' Так, осуществляя разряд в узком или капиллярном канале, можно получить в нем значительные давления и интенсивный выброс плазмы, аналогичный выбросу низкотемпературной плазмы из реактивных двигателей. Этот вариант эффективно используется в современной горной технике для бурения горных пород.

Различные комбинации электропневматического метода с ме­тодом теплового взрыва позволяют получить еще более эффектив­ное разрушение, поскольку тяжелые пары металлов, включенные в струю плазмы, двигающуюся с огромными скоростями, способны оказать мощное воздействие на материал. Особый интерес пред­ставляет применение комбинированных вариантов использования электрогидравлического эффекта для двигателей с металлическим топливом. Один из вариантов использования способа предполагает преимущественно тепловое действие высокотемпературной плазмы и направление механического действия только на удаление продук­тов, разрушенных тепловым взрывом.

Электропневматическое воздействие на обрабатываемые не­проводящие объекты, окружающие разряд в газовой среде, может осуществляться как искровым, так и кистевым разрядом. Однако воздействие на обрабатываемые проводящие объекты (например, металлические порошки) может быть осуществлено только методом теплового взрыва путем размещения в газовой среде тонких (например, металлических) проводников или капил­ляров, заполненных проводящей жидкостью или пастой, с после­дующим электрическим тепловым взрывом их [6] .

В непосредственной связи с описанным выше электропнев - матическим методом рассмотрим представляющий значительный интерес процесс так называемого «преимущественного пробоя». Оказалось, что при коротком времени воздействия электрогид­равлического эффекта возможен преимущественный (перед

Жидкостью) пробой твердых непроводящих материалов, по­груженных в жидкость. Явление это было установлено опытным путем еще в 1950 г. Представляется правомерным следующее объяснение этого явления.

Известно, что встречающиеся в природе твердые диэлектрики не являются строго однородными, но представляют собой слож­ный конгломерат кристаллических и аморфных образований, в состав которого входят микроскопические полости, заполненные смесями газов и различными растворами солей. В них также содержатся чисто проводящие (например, рудные) микроскопи­ческие включения. Различные газы и жидкие растворы как химико­механические включения входят даже в состав кристаллов и мо­лекул. Известно также, что если на пути разряда разместить цепЪ газовых пузырьков или вакуолей, заполненных растворами солей, а среду, окружающую их, электрически сделать более прочной (т. е. смоделировать то, что мы, по сути дела, имеем в естественном твердом теле), то разряд пойдет только по этим вакуолям, пузырькам и другим включениям.

Именно это и наблюдается на практике. Опыт показывает, что любое твердое тело — диэлектрик (например, керамика и т. п.),— имеющее массу пор, заполненных как газами, так и жидкостями, будучи погружено в воду, легче всего пробивается разрядом не «по верху», т. е. даже не скользящим разрядом, а именно и только «через твердое тело», т. е. сквозь него. Не требуется сверхкоротких импульсов, чтобы убедиться в том, что даже такой плотный материал, как фильера из белого термокорунда, спрессованная и спеченная в форме, также пробивается таким образом — через материал. Именно в опыте над этим материалом мы и обнаружили так называемое явление вхождения разряда в материал.

Материалы с рудными включениями, естественно, еще более ярко демонстрируют это «вхождение», что и отмечено еще в ранних работах [4, 5].

На рис. 2.14 схематично приведен процесс «преимущественного пробоя» твердого диэлектрика. Из схемы видно, что на участках от электродов до места входа канала в материал процесс раз­рушения будет только электрогидравлическим, а на участке от входа до выхода канала из материала — электропневматическим.

Рис. 2.14. Схема процесса «преимущественного про­боя» твердого диэлектри­ка в жидкости:

1 — электроды; 2— часть ка­нала разряда, проходящего по поверхности диэлектрика;

3 — часть канала разряда, развивающегося внутри ди­электрика; 4 — твердый ди­электрик

Стремясь практически использовать все возможности электро - пневматического метода и с учетом того, что для образования канала «преимущественного пробоя» в твердом диэлектрике необходим импульс очень малой длительности, а получить его с энергией, достаточной для эффективного разрушения, крайне трудно, мы предложили воспользоваться для «прожигания» начального канала в диэлектрике током высокой частоты доста­точно большого напряжения, каждая полуволна которого и есть тот самый сверхкороткий импульс, который нам нужен, а уж затем с помощью обычных средств электроники и автоматики наложить на получившийся канал (в момент его образования) любой мощный импульс тока достаточно низкого, а потому и безопас­ного, напряжения с любой наперед заданной энергией этого импульса, который и вызовет необходимое нам эффективное электропневматическое разрушение материала (метод комбини­рованного воздействия) [3].