Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности

Сущность электрогидравлического эффекта

Электрогидравлический эффект (ЭГЭ) — новый промышлен­ный способ преобразования электрической энергии в механиче - ч скую, совершающийся без посредства промежуточных механиче­ских звеньев, с высоким КПД. Сущность этого способа состоит в том, что при осуществлении внутри объема жидкости, находя­щейся в открытом или закрытом сосуде, специально сформиро­ванного импульсного электрического (искрового, кистевого и дру­гих форм) разряда вокруг зоны его образования возникают сверх­высокие гидравлические давления, способные совершать полезную механическую работу и сопровождающиеся комплексом физи­ческих и химических явлений [7, 14].

В основе электрогидравлического эффекта лежит ранее неиз­вестное явление резкого увеличения гидравлического и гидроди­намического эффектов и амплитуды ударного действия при осуществлении импульсного электрического разряда в ионопро­водящей жидкости при условии максимального укорочения длительности импульса, максимально крутом фронте импульса и форме импульса, близкой к апериодической.

Для электрогидравлического эффекта характерен режим выде­ления энергии на активном сопротивлении контура, близком к критическому, т. е. когда 1/С<С/?2/4/., где С — емкость конденса­тора, и I — активное сопротивление и индуктивность контура. Отсюда следует, что основными факторами, определяющими возникновение электрогидравлического эффекта, являются ампли­туда, крутизна фронта, форма и длительность электрического импульса тока. Длительность импульса тока измеряется в микро­секундах, поэтому мгновенная мощность импульса тока может достигать сотен тысяч киловатт. Крутизна фронта. импульса тока определяет скорость расширения канала разряда. При подаче напряжения на разрядные электроды в несколько десятков кило­вольт амплитуда тока в импульсе достигает десятков тысяч ампер. Все это обусловливает резкое и значительное возрастание давле­ния в жидкости, вызывающее в свою очередь мощное механиче­ское действие разряда.

Осуществление электрогидравлического эффекта связано с относительно медленным накоплением энергии в источнике пита­ния и практически мгновенным ее выделением в жидкой среде. Основными действующими факторами электрогидравлического эффекта являются высокие и сверхвысокие импульсные гидрав­лические давления, приводящие к появлению ударных волн со звуковой и сверхзвуковой скоростями; значительные импульсные перемещения объемов жидкости, совершающиеся со скоростями, достигающими сотен метров в секунду; мощные импульсно возникающие кавитационные процессы, способные охватить относительно большие объемы жидкости; инфра - и ультразву­ковые излучения; механические резонансные явления с амплиту­дами, позволяющими осуществлять взаимное отслаивание друг от друга многокомпонентных твердых тел; мощные электро­магнитные поля (десятки тысяч эрстед); интенсивные импульс­ные световые, тепловые, ультрафиолетовые, а также рентге­новские излучения; импульсные гамма - и (при очень больших энергиях импульса) нейтронное излучения; многократная иони­зация соединений и элементов, содержащихся в жидкости.

Все эти факторы позволяют оказывать на жидкость и объекты, помещенные в нее, весьма разнообразные физические и химиче­ские воздействия [19]. Так, ударные перемещения жидкости, возникающие при развитии и схлопывании кавитационных полос­тей, способны разрушать неметаллические материалы и вызывать пластические деформации металлических объектов, помещенных вблизи зоны разряда. Мощные инфра - и ультразвуковые колеба­ния, сопровождающие электрогидравлический эффект, дополни­тельно диспергируют уже измельченные материалы, вызывают резонансное разрушение крупных объектов на отдельные кристал­лические частицы, осуществляют интенсивные химические процес­сы синтеза, полимеризации, обрыва сорбционных и химических связей. Электромагнитные поля разряда также оказывают мощное влияние как на сам разряд, так и на ионные процессы, протекаю­щие в окружающей его жидкости. Под их влиянием могут проис­ходить разнообразные физические и химические изменения в обрабатываемом материале.

Понятие жидкости как среды для возникновения электрогид- равлических ударов должно быть расширено на все эластичные и даже твердые (например, сыпучие) материалы.

Форма разряда, вызывающая возникновение импульсных дав­лений, может быть самой разнообразной: искровой, кистевой, совсем без кистей (так называемый импульсный электрический ветер).

Основой, обеспечивающей многообразные технологические воз­можности электрогидравлического. эффекта, является метод полу­чения так называемых сверхдлинных искровых разрядов в прово­дящих жидкостях [4, 7]. Электрогидравлический эффект может быть получен и в результате предложенного нами метода

«теплового взрыва» [23], при котором искровой разряд между электродами, помещенными в жидкость, заменяется электрическим тепловым взрывом проводящего ток элемента, замыкающего электроды. Использование этого метода позволяет распространить область электрогидравлической обработки на высокотемператур­ные среды, в том числе на плазму и расплавы солей и металлов.

Высокий КПД электрогидравличеекого эффекта, а также уни­кальные возможности электрогидравличеекого воздействия явля­ются основой для широкого применения электрогидравличеекого эффекта во всех областях народного хозяйства.