СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКИХ И СВЕРХВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ Российский патент 1994 года по МПК B21D26/12 

Изобретение относится к созданию импульсных давлений в жидкости посредством электрических разрядов и может быть использовано в технологических процессах и устройствах, использующих это явление, в частности для получения направленных волн высоких и сверхвысоких давлений и потоков жидкости.

Известен способ получения высоких и сверхвысоких давлений, в котором необходимую форму фронта волн давления в жидкости и их фокусировку получают путем испарения токопроводящего элемента в виде проволоки или ленты, изогнутых по заданному контуру или в форме спирали, и замыкающих электроды (авт.св. N 129945).

Недостатком известного способа является замена от разряда к разряду токопроводящего элемента заданной геометрии, что создает существенные технологические трудности, приводит к расходу металла. Кроме того, требуется для каждой формы токопроводящего элемента подбор оптимальных параметров энергоисточника. Это снижает эффективность известного способа.

Наиболее близким к изобретению является способ получения высоких и сверхвысоких давлений, заключающийся в создании волн давлений со сферическим фронтом при разряде в электролите с проводимостью, соответствующей морской воде (порядка 1 см/м), между двумя электродами типа острие-плоскость, расположенных на таком расстоянии друг от друга, когда сквозной пробой промежутка отсутствует. При разряде вокруг острия возникает большое число лидеров, которые в совокупности генерируют в жидкости волну давления со сферическим фронтом. Такой разряд называется коронным и его электроакустический КПД достигает всего 7 ... 8% [1].

Недостатками известного способа являются низкая эффективность и стабильность разряда благодаря стохастической природе поведения короны в электролите и отсутствие возможности получения фронтов волн давления сложной формы.

Задачей изобретения является повышение эффективности и стабильности разряда, а также создание направленных волн давления и потоков жидкости.

Это достигается тем, что в известном способе получения высоких и сверхвысоких давлений при обработке объектов в жидкости посредством коронного разряда в электролите в системе электродов острие-плоскость разряд осуществляется в электролите с удельной электропроводностью более 8 см/м при напряженности электрического поля на острие более 10⁷ В/м, острие образуют одним из краев плоской металлической фольги, схваченной диэлектриком, а упомянутому краю придают форму, соответствующую необходимой конфигурации фронта волны давления. Краю фольги в электроде-острие придают форму окружности, а обрабатываемый объект помещают в центр этой окружности, где расположена зона взаимодействия концентрически сходящихся волн давления и потоков жидкости. Используют электролит с меньшей, чем требуется для осуществления разряда, начальной электропропроводностью, которую перед разрядом доводят до заданной величины нагревом в диапазоне температур от 20 до 50^оС.

На фиг. 1 и 2 приведены две схемы осуществления способа, где 1 - камера обработки, стенки которой являются одним из электродов, 2 - второй электрод-острие, которое образует край металлической фольги 3, охваченной диэлектриком 4, электрод погружен в электролит 5. Объект обработки обозначен 6, а внешняя электрическая цепь 7.

Предложенный способ получения высоких и сверхвысоких давлений заключается в следующем. В камере 1, заполненной электролитом 5, на острие электрода 2, образованного краем фольги 3, окруженной диэлектриком, зажигается коронный разряд при подаче импульса высокого напряжения от внешней электрической цепи 7. При этом для осуществления способа необходимо выполнение двух условий: первое - электролит 5 выбирается с высокой начальной электропроводностью порядка или выше 8 см/м, второе условие - на электроде 2 острие, образованное краем металлической фольги 3, создает напряженность электрического поля, превышающую 10⁷ В/м. При этом торцу электрода придана форма необходимой конфигурации фронта волны давления.

Указанные выше два условия позволяют получить равномерно расположенное вдоль острия потенциального электрода плазменное образование, которое на начальных стадиях расширения формирует волну давления, а на последующих - направленные потоки жидкости.

Использование предлагаемого способа позволяет многократно повторять разряды и формировать в жидкости волны давления с требуемой конфигурацией их фронта либо фокусировать волны давления и потоки жидкости и получать область сверхвысокого давления. Техническая реализация этого случая показана на фиг. 2, где металлическая кромка потенциального электрода выполнена в виде окружности.

За счет сравнительно низкой плотности тока при коронном разряде электрод имеет достаточно высокий ресурс, что также способствует повышению эффективности и стабильности характеристик разряда.

Высокая электропроводность электролита может быть достигнута не только увеличением концентрации соли или кислоты в растворе, но и за счет нагрева электролита с меньшей начальной проводимостью до указанной величины σ . Значение проводимости определяется из известного соотношения
σ= σ₀(1+α(T₁-T₀)) , где σ₀ - начальная проводимость электролита при температуре Т₀; α - температурный коэффициент сопротивления; Т₁ - температура нагрева.

На фиг. 1 торец положительного электрода выполнен в виде плавной линии произвольной формы. Электропроводность электролита равна 8 см/м. Напряженность электрического поля у острия можно оценить по зарядному напряжению на емкостном накопителе U₀ и толщине фольги h. Так, выбрав U₀=30 кВ и h=0,1 мм, получили E_o= 3˙10⁸ В/м, что больше 10⁷ В/м. При выборе E₀<10⁷ В/м плазма не будет зажигаться в воде, а при σ < 8 см/м она не будет покрывать всю поверхность электрода, а зажигаться в отдельных точках. Для выбранных параметров плазменное образование покрывает всю поверхность острия и излучает направленную волну давления, фронт которой соответствует форме линии острия.

Осуществление способа по схеме фиг. 2 рассмотрим на примере. Для отверстия в электроде диаметром 50 мм, при тех же параметрах σ = 8 см/м, Е₀=3˙ 10⁸ В/м. Плазменное образование охватывает всю поверхность окружности, а при фокусировке генерируемых им волн давления в центре окружности образуется область сверхвысокого давления, благодаря которому образуется кавитационная область. Увеличить амплитуду волн давления можно за счет увеличения Е, σ и емкости конденсаторной батареи.

Аналогичные результаты можно получить при разряде в электролите с начальной электропроводностью σ =3,28 см/м, который необходимо нагреть до температуры 95^оС.

Таким образом, предложенное техническое решение повышает эффективность и стабильность разряда, позволяет получать фронт волн давления необходимой конфигурации, фокусировать волны и потоки жидкости.

Использование: обработка объектов в жидкости. Сущность изобретения: осуществляют коронный разряд в электролите в системе электродов острие-плоскость. Удельная электропроводность электролита превышает 8 См/м. Острие образуют одним из краев плоской металлической фольги, охваченной диэлектриком. Краю придают форму, соответствующую необходимой конфигурации фронта волны давления. Напряженность электрического поля на острие превышает 10⁷В/м . При выполнении края фольги в форме окружности обрабатываемый объект помещают в ее центр, где расположена зона взаимодействия концентрически сходящихся волн давления и потоков жидкости. При использовании электролита с меньшей начальной электропроводностью ее доводят до требуемого значения путем нагрева. Нагрев осуществляют до температуры от 20 - 95°С. 2 з.п. ф-лы,, 2 ил.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКИХ И СВЕРХВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ при обработке объектов в жидкости посредством коронного разряда в электролите в системе электродов острие - плоскость, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и стабильности разряда, а также создания направленных волн давлений и потоков жидкости, разряд осуществляют в электролите с удельной электропроводностью, превышающей 8 См/м, при напряженности электрического поля на острие более 10⁷ В/м, острие образуют одним из краев плоской металлической фольги, охваченной диэлектриком, а упомянутому краю придают форму, соответствующую необходимой конфигурации фронта волны давления. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что краю фольги в электроде - острие придают форму окружности, а обрабатываемый объект помещают в центр этой окружности, где расположена зона взаимодействия концентрически сходящихся волн давления и потоков жидкости. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют электролит с меньшей, чем требуемая для осуществления разряда, начальной электропроводностью, которую перед разрядом доводят до заданной величины нагревом в диапазоне температур 20 - 95^oС.