СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКИХ И СВЕРХВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B21D26/08 F42B3/08 

Изобретение относится к электровзрывной и преобразующей технике в другие виды энергии: механическую, тепловую, химическую и т.д. Более конкретно способ может быть использован для создания многократно повторяющегося кумулятивного эффекта и разнообразных форм кумулятивных струй, а также направленных ударных волн.

Известны способы преобразования электроэнергии в механическую энергию методом взрыва системы металлических проволочек или лент, металлической фольги, расположенных определенным образом в непосредственной близости от обрабатываемой поверхности или вещества. Работа происходит следующим образом: на обрабатываемую поверхность или внутрь вещества наносятся или вводятся металлические проволочки или их системы, металлическая фольга, металлизированная паста, после чего по упомянутым элементам пропускается электрический импульс. Элементы испаряются, создается высокое давление и температура, а также возникает сильная ударная волна (1).

Сильное тепловое воздействие при непосредственном контакте с поверхностью обрабатываемого вещества приводит к ускорению химических реакций, что широко используется для нанесения разнообразных покрытий, при штамповке, вырубке, закалке и уплотнении разных веществ.

Главным недостатком этого способа является следующее: тепловой взрыв упомянутых элементов оказывает кратковременное механическое и тепловое воздействие; кроме того, ограничена скорость повторения взрыва из-за осуществления его только в жидкой среде, т.к. в газообразной среде процесс неэффективен и требует замены взрываемого материала.

Известен способ обработки материалов, заключающийся в воздействии ударной волны, вызываемой взрывчатым веществом (ВВ). Заряд ВВ располагается на некотором расстоянии от обрабатываемой поверхности с образованием между зарядом и поверхностью детали воздушной, водяной либо другой прослойки, являющейся передающей средой, или непосредственно на обрабатываемой поверхности. При обработке сложных фигурных поверхностей форма заряда копирует форму обрабатываемой поверхности. При инициировании взрыва в слое ВВ, нанесенном на обрабатываемую поверхность, фронт детонации перемещается вдоль изделия с постоянной скоростью. Давление на фронте ударной волны достигает 150 тыс. кг/см². В результате движения ударной волны в объеме обрабатываемого изделия во фронте ударной волны распространяется сверхвысокое давление, благодаря чему происходят изменения в веществе изделия (2).

Недостатком данного способа является низкая технологичность из-за необходимости установки заряда, а также использование специально оборудованных взрывозащитных сооружений. Указанный недостаток присущ и наиболее близкому аналогу заявляемого изобретения, включающему подачу в камеру под давлением по крайней мере одной струи рабочей среды и ее последующий подрыв (3).

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса, а техническим результатом - повышение технологичности, легкости и длительности проведения обработки деталей сверхвысоким давлением.

Указанный технический результат достигается тем, что подрыв струи рабочей среды осуществляют путем замыкания струей двух электродов, на которые подают импульс тока, при этом процесс ведут в дисперсной среде.

Наиболее близкий аналог заявляемого устройства описан также в источнике информации (3). Описанное устройство включает по крайней мере одну камеру для подрыва струи рабочей среды. Заявляемое устройство отличается тем, что оно снабжено дополнительными камерами, имеющими клапаны, а на выходе расположена камера, снабженная электродами для подачи и приема струй рабочей среды и для их подрыва.

Заявляемое устройство иллюстрируется на фиг. 1, 2 (виды сверху и сбоку соответственно) и представляет собой камеру 1, в которой расположены электроды, один из которых, обозначенный цифрой 2, является струеиспускающим, а второй электрод 3 - струепринимающим и/или распыляющим остатки рабочей среды. Струя рабочей среды обозначена цифрой. Один конец камеры 1 соединен с обрабатываемой поверхностью 5 детали или передающей прослойкой (не обозначена). Камера заполнена мелкодисперсной средой 6, представляющей собой смесь мелкодисперсных частиц (горючего и окислителя).

При приложении к электродам 2, 3 электрического импульса тока мощностью 15-25 кДж происходит тепловой взрыв струи рабочей среды, например жидкости, состоящей из 35% перекиси водорода и 5% спирта. В результате образуется цилиндрическая ударная волна, в которой происходит разложение перекиси водорода и окисление спирта. Энергия химической реакции выделяется во фронте или за фронтом ударной волны в зависимости от компонентов и состава рабочей среды. По мере расширения газопламенного цилиндра в среде мелкодисперсных частиц происходит сжатие и воспламенение, переходящее в волну детонации. По мере распространения волны детонации в среде мелкодисперсных частиц, например угольной пыли с размером частиц 10^-4 с добавлением воздуха, в камере формируется направленная ударная волна, которая переходит в детонацию при столкновении с обрабатываемой поверхностью детали или передающей прослойкой, в результате чего возникшие высокие и сверхвысокие давление и температура позволяют производить разнообразные операции: взрывное формование, сварку, резание, взрывное упрочнение и уплотнение, а также образование фазовых превращений и ударно-волнового нагрева, синтез под действием ударной волны. Устройство снабжено дополнительными камерами 7, 8, одна из которых имеет электроды 2, 3. Камера 8 снабжена механизмом 10 подачи мелкодисперсной среды 6.

Дополнительные камеры соединены с основной камерой 1 последовательно или параллельно и имеют обратные клапаны 9. При подаче мелкодисперсной среды происходит ее прокачка сквозь камеры в определенный промежуток времени, находящийся в зависимости от начала подрыва струи рабочей среды в основной камере и от технологических потребностей, при этом подрыв рабочей среды во вспомогательных камерах осуществляется с запаздыванием или опережением. При подрыве струи рабочей среды во вспомогательных камерах в мелкодисперсной среде распространяется волна детонации, давление в следующей камере удваивается, а состав дисперсной среды разогревается и перемешивается, что облегчает образование детонации.

Весьма существенно, чтобы на выходе устройства была расположена камера, снабженная электродами для подачи и приема струй рабочей среды.

Источники информации.

1. Юткин. Электрогидравлический эффект. Глава "Тепловой взрыв". - Лениздат.

2. Степанов В.Г., Шавров И.А. Импульсная металлообработка в судовом машиностроении. Л.: Судостроение, 1968, с. 116-123, 134.

3. Глушко В. П. Путь в ракетной технике. М.: Машиностроение, 1977, с. 32-40, 48-50.

Способ может быть использован для создания многократно повторяющегося кумулятивного эффекта и разнообразных форм кумулятивных струй и направленных ударных волн при обработке поверхностей. В камеру подают давлением струю рабочей среды и подрывают ее путем замыкания струей двух электродов, на электроды подают импульс тока. Процесс ведут в мелкодисперсной среде. Среда состоит из смеси мелкодисперсных частиц горючего и окислителя. Устройство представляет собой камеру 1, в которой расположены электроды 2,3 (струеиспускающий и струепринимающий соответственно). Один конец камеры 1 соединен с обрабатываемой поверхностью 5 детали. Камера заполнена мелкодисперсной средой 6. Устройство снабжено дополнительными камерами 7,8. Одна из них имеет электроды 2,3. Камера 8 снабжена механизмом 10 подачи мелкодисперсной среды 6. Дополнительные камеры соединены с основной камерой последовательно или параллельно и имеют обратные клапаны 9. Получаемые сверхвысокое давление и температура позволяют производить разнообразные операции: взрывное формование, сварку, резание, взрывное упрочнение и уплотнение. Обеспечивает получение фазовых превращений и ударно-волнового нагрева. 2 с. п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения высоких и сверхвысоких давлений, включающий подачу в камеру под давлением по крайней мере одной струи рабочей среды и ее последующий подрыв, отличающийся тем, что подрыв осуществляют путем замыкания струей двух электродов, на которые подают импульс тока, при этом процесс ведут в дисперсной среде. 2. Устройство для получения высоких и сверхвысоких давлений, включающее камеру для подрыва струи рабочей среды, отличающееся тем, что оно снабжено соединенными с основной камерой дополнительными смежными камерами, между которыми установлены клапаны, при этом в одной из них размещены электроды для подачи и приема рабочей среды и для их подрыва.