Способ инициирования электрического разряда в воде и электродная система для его осуществления

 

Изобретение относится к технике осуществления электрического разряда в воде и может быть использовано в электрогидравлических установках. Цель изобретения - повышение эффективности инициирования, упрощение реализации способа, повышение экологической безопасности. Электродную системы из двух противостоящих электродов, один из которых выполнен в виде острия, помещают в воду. На поверхность электрода-острия (ЭО) подают инициирующее вещество - воду с удельным сопротивлением, превышающим удельное электросопротивление воды, в которую помещена электродная система. После образования слоя инициирующего вещества на поверхность ЭО подают напряжение. На границе раздела двух сред с разной электропроводностью силовые линии поля и штока претерпевают излом и фокусируются к противоположному электроду, обеспечивая эффективный пробой. Способ реализуется на электродной системе, содержащей два противостоящих электрода, один из которых выполнен в виде острия и включает токопровод 11, изолятор 2 токопровода, наконечник-изолятор 4, острие 7 с каналом 6 для подачи инициирующего вещества, формирователь 8 слоя инициатора. Канал для подвода инициирующего вещества через трубопровод 10 соединен с емкостью 11 для воды с повышенным электросопротивлением. Вода из емкости 11 через трубопровод 10 поступает в зазор 9 между формирователем и острием, образуя слой на поверхности ЭО. После этого на электроды подают напряжение. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технике осуществления электрического разряда в воде и может быть использовано в электрогидравлических установках, применяемых при обработке металлов давлением. Цель изобретения - повышение эффективности инициирования, упрощение реализации способа и повышение экологической безопасности. Цель обеспечивается тем, что в качестве инициирующего вещества используется вода, удельное электрическое сопротивление которой превышает удельное электрическое сопротивление воды, в которой находятся электроды, при этом воду с повышенным электросопротивлением подают в виде прослойки на поверхность электрода-острия. Для организации такой подачи воды электродная система снабжена формирователем слоя, установленным концентрично рабочему концу электрода-острия с образованием радиального зазора между ними. На фиг. 1 представлена схема, иллюстрирующая механизм инициирования пробоя; на фиг. 2 - конструкция электрода-острия с формирователем; на фиг. 3 - то же, без формирователя; на фиг. 4 - осциллограмма кривой тока без инициатора; на фиг. 5 - осциллограмма кривой тока с инициатором. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Электродную систему, состоящую из противостоящих электродов, один из которых выполнен в виде острия, а другой - в виде плоскости, помещают в воду. На поверхность электрода-острия подают инициирующее вещество - воду с удельным электросопротивлением, превышающим удельное электросопротивление воды, в которую помещена электродная система. После образования слоя инициирующего вещества на поверхности электрода-острия подают напряжение. Механизм образования пробоя заключается в следующем (фиг. 1). На поверхности канала двух сред, имеющих различную электропроводность, в нашем случае слоя воды с повышенным удельным сопротивлением (пониженной электропроводностью), покрывающей острие электрода и водой, заполняющей объем между электродами, силовые линии поля и тока претерпевают излом. Углы α₁,α₂ между линиями поля и нормально к поверхности раздела воды с повышенным удельным электрическим сопротивлением и воды технической, находящейся в баке, определяются согласно условию. tgα₁/tgα₂=λ₁/λ₂=ρ₂/ρ₁, где λ₁ и λ₂- коэффициенты электропроводности слоя воды на поверхности электрода и остального объема воды соответственно; ρ₁=1/λ₁;ρ₂=1/λ₂ - удельные электрические сопротивления слоя воды на поверхности электрода и остального объема воды соответственно. При этом удельное электрическое сопротивление слоя воды, покрывающего электрод, гораздо больше, чем у остальной воды, заполняющей межэлектродный промежуток. Так, в установках, использующих в технологических целях электрический разряд, используется техническая вода, имеющая обычно сопротивление в пределах (1-3) ˙10³ Ом ˙см^-1. В качестве воды с повышенным удельным сопротивлением наиболее дешевым и доступным является конденсат, удельное сопротивление которого обычно не ниже 20 ˙10³ Ом ˙см^-1, тогда отношение tgα₁/tgα₂ будет составлять не менее 10. После обработки изделий в воде вследствие загрязнений ее сопротивление падает (до 500 Ом ˙см^-1 и ниже), при этом отношение tgα₁/tgα₂ и соответственно α₁/α₂ растет. Таким образом, создание на поверхности электрода-острия слоя воды с удельным сопротивлением выше, чем остального объема воды, приводит вследствие излома линий поля и тока к усилению напряженности возле острия. Происходит как бы фокусировка (сжатие) поля вдоль оси электрода. Кроме того, поскольку концентрация ионов, определяющая электропроводность в слое с повышенным сопротивлением, на поверхности электрода ниже, чем в остальном объеме воды, вследствие разности концентраций начинается диффузия ионов в этот слой, которые разгоняясь, бомбардируют поверхность электрода, что приводит к эмиссии электронов с его поверхности и к пробою межэлектродного промежутка. Предлагаемый способ инициирования электрического разряда в воде реализуется на электродной системе, содержащий два противостоящий два противостоящих электрода, один из которых выполнен в виде острия и включает (фиг. 2) токоподвод 1, изолятор 2 токопровода, контргайку 3, наконечник-изолятор 4, контргайку 5, канал для подачи инициирующего вещества, острие 7, формирователь 8 слоя инициатора, имеющий форму трубки, выполненной из металла или изоляционного материала, закрепленной в верхней части острия и концентрически охватывающей его на протяжении почти всей длины, не доходя 5-10 мм до конца острия с тем, чтобы имел место зазор 9 между острием 7 и формирователем 8 слоя инициатора. Зазор 9 посредством каналов и через трубопровод 10 связан с устройством для подачи инициирующего вещества, выполненного в виде емкости 11. Электрод, представленный на фиг. 3, применяется только тогда, когда необходимо расположить его острием вверх, поэтому в нем отсутствует формирователь 8 слоя инициатора. В этом случае осевое отверстие канала подачи инициатора доходит до конца острия и через него инициатор поступает к острию 7. Электродная система работает следующим образом. Конденсат, имеющий примерно в 10 раз большее удельное электрическое сопротивление, чем техническая вода в баке, с помощью устройства подачи инициатора, состоящего из емкости 11 и трубопровода 10, поступает в канал 6 для подачи инициирующего вещества, а из него в зазор 9 между острием 7 и формирователем 8, что позволяет создать на поверхности острия 7 слой с повышенным удельным сопротивлением, инициирующий пробой межэлектродного водного промежутка. В электродной системе, приведенной на фиг. 3, способ инициирования реализуется следующим образом. Конденсат с помощью устройства подачи инициатора, состоящего из емкости 11 и трубопровода 10, поступает в канал 6 для подачи инициирующего вещества, а из него на поверхность острия 7, что позволяет создать у острия 7 слой воды с повышенным удельным сопротивлением, инициирующий пробой межэлектродного водного промежутка. Эксперименты показали, что при использовании конденсата с сопротивлением 10 ˙10³ Ом ˙см^-1 и выше наблюдается полное отсутствие запаздывания пробоя. В пределах (5-10) ˙10³ Ом ˙см^-1 отдельные реализации (70%) протекают без запаздывания, а отдельные (30%) имеют запаздывание в пределах (5-8) ˙10^-6 с. Без инициирования запаздывание составляет (80-90) ˙10^-6 с. При дальнейшем снижении сопротивления конденсата эффект инициирования ослабляется и наблюдается лишь сокращение времени запаздывания. При снижении сопротивления ниже 3 ˙10³Ом x х см^-1 эффект инициирования мало заметен. На практике, очевидно, следует считать, что 5 ˙ 10³ Ом ˙см^-1 является нижней границей удельного сопротивления подаваемой воды (инициатора). Для ЭГ-установки с энергией 5 кДж при частоте следования разрядов 2 Гц с сечением трубопровода 3 мм, диаметре электрода 8 мм, длина острия 25 мм расход конденсата при 100%-ном инициировании составил около 100 кг/ч, т.е. около 14 г на один разряд. Экспериментальные исследования, проведенные с использованием электродной системы, приведенной на фиг. 2 и 3, позволили установить, что без введения дистиллированной воды время запаздывания пробоя τ_запсоставляло τ_зап = 40-100 мс, с введением дистиллированной воды время запаздывания пробоя τ_зап = 0. Это обусловлено концентрацией силовых линий поля у электрода-острия, инициирующих пробой. Осциллограммы кривых тока без подачи воды с повышенным удельным сопротивлением и с введением ее в разрядную камеру (бак с водой) показаны на фиг. 4 и 5. Использование изобретения обеспечивает повышение эффективности инициирования пробоя путем повышения концентрации силовых линий поля у электрода-острия. Повышение эффективности инициирования позволяет сократить время запаздывания за счет уменьшения предпробивных потерь, обусловленных протеканием тока ионной проводимости, что позволит повысить эффективность разряда в целом. Кроме того, использование в качестве инициатора воды в отличие от известных ранее суспензий, эмульсий, взрывающейся проволочки не приводит к загрязнению воды в баке, что в конечном итоге приводит к повышению уровня экологической безопасности при использовании предлагаемого способа инициирования пробоя межэлектродного водного промежутка.

Формула изобретения

СПОСОБ ИНИЦИИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА В ВОДЕ И ЭЛЕКТРОДНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. 1. Способ инициирования электрического разряда в воде между помещенными в нее противостоящими электродами, один из которых выполнен в виде острия, заключающийся во введении инициирующего вещества в зону разряда и в подаче напряжения на электроды, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности инициирования, упрощения реализации способа и повышения экологической безопасности, в качестве инициирующего вещества используется вода, удельное электрическое сопротивление которой превышает удельное электрическое сопротивление воды, в которой находятся электроды, при этом воду с повышенным электросопротивлением подают в виде прослойки на поверхность электрода-острия. 2. Электродная система для инициирования электрического разряда в воде, содержащая два противостоящих изолированных электрода, один из которых выполнен в виде острия с каналом для подачи инициирующего вещества в зону разряда, связанным трубопроводом с устройством для подачи инициирующего вещества, отличающаяся тем, что она снабжена формирователем слоя инициирующего вещества, установленным концентрично рабочему концу электрода-острия с образованием радиального зазора между ними, соединенного с каналом для подвода инициирующего вещества.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5