Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности

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 электрогидравли - ческое 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, 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, ИКГ, ИКВ, ИС. Эти конденсаторы имеют, метал­лический корпус прямоугольной формы, в котором расположена съемная часть (набор спрессованных секций-пакетов), и металли­ческую крышку. На ней расположены выводы конденсатора, 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.

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 электро - гидравлическое 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 элек - трогидравлическим устройством непосред­ственно в самой скважине, что сущест­венно уменьшает индуктивность разряд­ного контура, а следовательно, улучшает технико-экономические показатели работы электрогидравлического устройства.

А —

подпись: а —

Рис. 3.3. Схема конденса­тора для скважинных электрогидравлических устройств:

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

подпись: рис. 3.3. схема конденса-тора для скважинных электрогидравлических устройств:
1 — корпус; 2 — намотка вы-емной части; 3 — проходной изолятор; 4 — нижняя крыш-ка корпуса; 5 — выводы кон-денсатора
Основное силовое оборудование ГИТВ 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 временем 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-

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 105 импульсов), невозможность ремонта при выходе из строя.

Основное силовое оборудование ГИТОтечественной 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:

1 — 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

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 КПВА^Г, 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 - сверхдлинных разрядов, резко воз­растают потери, вследствие чего работа данного электрогидрав - лического устройства перестает быть экономичной. При этом раз­ряды за счет резкого увеличения потерь, растущих вместе с уве-

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).

подпись: 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).

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.

На рис. 3.5 изображен конструк­тивный вариант электрода со стой­кой изоляцией [3, 6]. Электрод

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 нее стримеры, которые обычно тем интенсивнее растут из конца элек-

Основное силовое оборудование ГИТ

Рис. 3.5. Схемы конструкции рабочего электрода: о — про­

Мышленный вариант; б — лабо­раторный вариант (о — загуб­лена тонкой части стержня в изоляцию; Ь — выступающая из изоляции часть стержня; й — диаметр тонкой части стержня электрода);

1 — центральный стержень электро­да; 2 — подсоединение положитель­ного полюса тока; 3 — цанговый зажим; 4 — латунная трубка — на­правляющая центрального стержня; 5 — изоляция; 6 — направляющая латунная трубка; 7 — выступающий тонкий конец электрода; 8 — запол­няемый жидкостью зазор между стержнем и изоляцией

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 элект - рогидравлическом 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 электро - гидравлического 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).

Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности

Электрогидравлические устройства для комплексной обработки сельскохозяйственных продуктов

Многоцелевое электрогидравлическое устройство для исполь­зования в сельском хозяйстве (чистки шерсти и других волок­нистых материалов, мойки фруктов и овощей, отделения кожицы и семян плодов от мякоти и других аналогичных работ) приведено …

Электрогидравлические устройства для дробления органических материалов и приготовления растительных и животных кормов

Такое растительное сырье, как ботва многих сельскохозяй­ственных растений, водоросли, древесная зелень, содержит много биологически активных веществ, витаминов, фитонцидов, микро­элементов, регулирующих жизненно важные процессы организма, содержит такие энергетические вещества как белки, …

Электрогидравлические устройства для дражирования семян

Высокая дисперсность, вязкость и клеящая способность, а так­же хорошие удобрительные свойства и физиологическая актив­ность электрогидравлически обработанного торфа позволили с ус­пехом применить его в качестве основного компонента дражиро­вочной массы. При этом …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.