СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ В ВОДЕ Советский патент 1995 года по МПК H01T9/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам электрогидроимпульсной обработки материалов и изделий.

Наиболее близким к изобретению является способ получения электрических разрядов в жидкости, заключающийся в том, что от источника постоянного напряжения заряжают батарею конденсаторов, через межэлектродный промежуток в жидкости контролируют напряжения заряда и по достижении заданного напряжения разряжают ее через межэлектродный водный промежуток, образованный между электродом-острием и электродом-плоскостью. Электродная система обычно выполняется в виде анодного электрода-острия и катодного электрода-плоскости, в качестве которого может использоваться само обрабатываемое изделие.

Недостатком способа является низкая эффективность, обусловленная значительными предпробивными потерями из-за большой задержки пробоя жидкости.

Известно, что в отличие от разряда в газах, где пробой начинается непосредственно после приложения к электродам напряжения, пробой в жидкости происходит с некоторым запаздыванием, необходимым для формирования канала. За это время, обычно составляющее десятки микросекунд из-за протекания ионных токов в жидкости, происходят потери энергии, накопленной в конденсаторе. Эти потери при большой электропроводности в жидкости могут достигать 50-60, а иногда и 100% энергии, запасенной в конденсаторной батарее, и привести к отсутствию пробоя вообще.

Целью изобретения является повышение эффективности разряда путем уменьшения предпробивных потерь за счет сокращения времени запаздывания пробоя.

Для достижения указанной цели по предлагаемому способу генерирования электрических разрядов в жидкости, заключающемуся в разряде конденсаторной батареи от источника постоянного напряжения через межэлектродный промежуток в жидкости, образованный электродом-острием и электродом-плоскостью, до достижения заданного напряжения и разряде через межэлектродный промежуток в процессе заряда на электроде-острие поддерживают низкий потенциал по отношению к электроду-плоскости, а в процессе разряда высокий.

При протекании зарядных токов, возникающих при заряде накопителя, через воду происходит электролиз воды, сопровождающийся образованием положительных ионов водорода Н+ и отрицательных ионов кислорода О-, которые скапливаются соответственно у отрицательного и положительного электродов. При включении конденсаторной батареи в процессе заряда на электрод-острие поддерживается низкий потенциал по отношению к электроду-плоскости, у электрода-острия скапливаются ионы водорода Н+, которых при электролизе воды образуется вдвое больше, чем ионов кислорода О-. Поэтому при такой схеме включения накопителя в отличие от известной (прототипа) у электрода-острия образуется вдвое больше пузырьков газа, вследствие чего процесс инициирования пробоя становится эффективнее. В процессе разряда происходит изменение полярности и на электроде-острие поддерживается высокий потенциал по отношению к электроду-плоскости. Известно, что процесс разряда происходит эффективнее, когда электрод-острие имеет более высокий потенциал, чем электрод-плоскость. Следовательно, в предлагаемом способе по сравнению с известным (в прототипе в процессе заряда на электроде-острие поддерживается более высокий потенциал по отношению к электроду-плоскости, а в процессе разряда - низкий) процесс разряда происходит эффективнее, что приводит к уменьшению предпробивных потерь.

Способ получения электрических разрядов в воде может быть реализован, например, в электрической схеме, приведенной на фиг. 1, содержащей источник 1 напряжения, состоящий из токоограничивающего элемента 2, трансформатора 3, высоковольтного выпрямителя 4, разрядник 5, конденсаторную батарею 6, разрядную камеру 7, в которой размещены электрод-острие 8 и электрод-плоскость 9, вода 10.

Способ получения электрических разрядов осуществляют следующим образом. От источника 1 постоянного напряжения через разрядную камеру 7, заполненную водой 10, с размещенными в ней электродом-острием 8 и электродом-плоскостью 9, заряжают конденсаторную батарею 6. С помощью разрядника 5 контролируют напряжение заряда и по достижении заданного напряжения конденсаторную батарею разряжают по цепи: последовательно соединенные разрядник 5 электрод-острие 8, межэлектродный промежуток в жидкости, электрод-плоскость 9. Существенное отличие способа состоит в том, что в процессе заряда на электроде-острие поддерживается низкий потенциал по отношению к электроду-плоскости, а в процессе разряда - высокий. Это обеспечивает повышение эффективности инициирования разряда в целом.

Электрическая схема работает следующим образом (фиг. 1). От источника 1 через разрядную камеру 7, заполненную водой, и по цепи: "+" источника постоянного напряжения, конденсаторная батарея 6, электрод-плоскость 9, межэлектродный водный промежуток, электрод-острие 8 "-" источника постоянного напряжения происходит заряд накопителя 6. При этом на электроде-острие 8 поддерживается низкий потенциал по отношению к электроду-плоскости. Заряд накопителя осуществляется с полярностью, показанной на фиг. 1. Поскольку заряд накопителя 6 осуществляется через разрядную камеру, заполненную водой, происходит электролиз воды, сопровождающийся образованием катионов водорода Н+ и анионов кислорода О-, которые скапливаются соответственно у отрицательного и положительного электродов. Таким образом, у электродов происходит образование пузырьков газа, которые после пробоя разрядника и приложения напряжения конденсаторной батареи к электродной системе, инициируют пробой межэлектродного водного промежутка.

После пробоя разрядника 5 его сопротивление становится близким к О, при этом заряженная конденсаторная батарея своим выводом "+" оказывается подключенной к электроду-острию и в разрядной камере происходит реверс напряжения на электродах. Ток разряда конденсаторной батареи протекает от электрода-острия к электроду-плоскости. Поскольку он на несколько порядков (десятки кА) отличается от зарядных токов (≈ 1-2 А), то в процессе разряда последний можно не учитывать. В процессе разряда электрод-острие 8 приобретает высокий потенциал по отношению к электроду-плоскости 9. Наличие пузырьков газа на электродах и в межэлектродном промежутке, инициирующих пробой, позволяет сократить время запаздывания пробоя, что обеспечивает уменьшение предпробивных потерь.

Были проведены экспериментальные исследования и получены кривые напряжения для схем заряда накопителя, приведенных в прототипе, и предлагаемой. Исследования проводились при напряжении на конденсаторной батарее, равном 45-50 кВ, емкости 4-8 мкФ, величине межэлектродного промежутка l = 45-70 мм.

На фиг. 2 приведены осциллограммы кривых напряжения (а - для схем заряда конденсаторной батареи, приведенной в прототипе, б - для предлагаемой схемы заряда накопителя через разрядную камеру). Отрезки АВ и АВ'' соответствуют интервалу времени между моментом приложения напряжения к межэлектродному промежутку и его пробоем, т.е. времени запаздывания пробоя соответственно для схем заряда конденсаторной батареи, приведенной в прототипе и предлагаемой.

Эксперименты показали, если в процессе заряда на электроде-острие поддерживается низкий потенциал, а в процессе разряда высокий (это обеспечивается включением батареи между выводом "+" источника постоянного напряжения и электродом-плоскостью), время запаздывания пробоя по сравнению с прототипом сокращается в 4 раза, а разрядный ток возрастает в 1,7 раза. Это можно объяснить тем, что инициирование, в основном определяется количеством газа на электроде-острие (в первом случае это водород, которого при электролизе больше). Кроме того, использование способа получения электрических разрядов с инициированием пробоя межэлектродного водного промежутка снижает требования к качеству воды, что подтвердили результаты экспериментальных исследований, положительный эффект может быть достигнут при значениях удельного электрического сопротивления воды в баке ρ = 650 Ом ˙ м.

Использование предлагаемого способа получения электрических разрядов позволяет сократить время запаздывания разряда за счет эффективного инициирования межэлектродного промежутка пузырьками газа, что обеспечивает повышение эффективности разряда и его КПД благодаря уменьшению предпробивных потерь. Способ генеpирования электрических разрядов может применяться в технологиях, использующих электрический разряд в жидкости, например, очистки литья, виброимпульсной интенсификации процессов кристаллизации и ряде других, что существенно повышает эффективность этих технологий.

Использование: изобретение может быть использовано для электрогидроимпульсной обработки материалов и изделий. Сущность изобретения: от источника постоянного напряжения заряжают конденсаторную батарею через межэлектродный промежуток, образованный в жидкости между электродом-острием и электродом-плоскостью, контролируют напряжение заряда и по достижении заданного напряжения разряжают ее через межэлектродный промежуток. В процессе заряда на электроде-острие поддерживают низкий потенциал по отношению к потенциалу на электроде-плоскости. 2 ил.

СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ В ВОДЕ, заключающийся в зарядке конденсаторной батареи от источника постоянного напряжения через межэлектродный промежуток в жидкости, образованной электродом-острием и электродом-плоскостью, до достижения заданного напряжения и разряде через межэлектродный промежуток, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разряда, в процессе заряда на электроде-острие поддерживают низкий потенциал по отношению к электроду плоскости, а в процессе разряда - высокий.