Электрохимико-механические установки,электрогидравлические установки (ЭГУ)
Электрогидравлический эффект — это возникновение высокого давления при высоковольтном электрическом разряде между электродами, погруженными в непроводящую жидкость. При этом импульсиал ударная волна создает давление до 300 МН/м 2 (3 . 10 3 атм). По существу электрический разряд в жидкости — это новый способ преобразования электрической энергии в механическую без промежуточных звеньев и с высоким КПД. Принцип действия. При высоковольтном разряде в жидкости энергия, запасенная в накопителе очень быстро преобразуется в тепловую, световую и механическую. Практически несжимаемая жидкость приводит к возникновению электрогидравлического удара, что еще больше усиливает действие электрического взрыва. Выделяются 3 стадии.
Начальный диаметр канала при высоковольтном пробое воды составляет десятые доли мм. Если разряд возбуждается через проволочку, то она определяет начальный диаметр канала разряда и его форму геометрически правильную, а не искривленную. С увеличением диаметра взрывающейся проволочки максимум мощности электрического разряда растет до некоторого оптимального значения, а затем снижается. Выбор размера проволочек обусловлен соблюдением оптимальных параметров разряда как по электрическим, так и по гидродинамическим показателям. Оптимальный диаметр проволочки из меди при разряде в воде определяется по эмпирической формуле:
Носителями энергии при искровом высоковольтном разряде в жидкости являются ударная волна и парогазовая сфера. Режимы работы электрогидравлической установки подбирают так, чтобы большая часть запасенной в конденсаторах-накопителях энергии выделялась в разрядном промежутке за первый полупериод изменения тока. ЭГУ (рис. 1.4-6) работает следующим образом.
Конденсатор-накопитель (С) заряжается от сети через трансформатор (Т) и выпрямитель (Д). Значения импульсов тока ограничиваются зарядным сопротивлением (R). При пробое формирующего промежутка (ФП) конденсатор разряжается на рабочий искровой промежуток (РП) технологического устройства. Энергетические возможности электрического разряда в непроводящей жидкости (воде) ограничиваются напряжением заряда и емкостью конденсаторных батарей установок. ЭГУ могут выполнять следующие технологические операции: разрушение, дробление, формообразование. Очистка литья от формовочной земли производится в воде и полностью исключает пылеобразование. При этой операции очищаемые отливки помещают в бак. Электроды устанавливают относительно изделия, подают серию импульсов, которые и обеспечивают очистку от формовочной земли. Применение многоэлектродных трехфазных установок позволяет производить обработку сразу нескольких отливок, устанавливаемых относительно электродов в произвольном положении. Формообразование — это процесс получения фасонных изделий из тонколистового материала с использованием направленных ударных волн высокой интенсивности, возникающих в жидкости при импульсном электрическом разряде. Основные факторы формообразования: сверхвысокие ударные гидравлические давления, мощные кавитационные процессы, ультразвуковое излучение. Для получения различных по форме изделий создаются различные формы волн—с острым фронтом, сферические и др. Это достигается различным расположением электродов и различными формами проволочек, закорачивающих межэлектродный промежуток. Варианты ЭГУ для штамповки показаны на рис. 1.4-7.
а ) Вариант с размещением рабочих электродов с одной стороны заготовки в открытой камере. Деформация заготовки происходит под действием ударной волны, образующейся при расширении газовой сферы, и сопутствующего гидропотока. Листовую заготовку (4) укладывают на матрицу (5) и прижимают к ней с помощью прижимных устройств. Над заготовкой в открытой камере (2) находится жидкая передающая среда (1). На определенном расстоянии от заготовки размещены положительный и отрицательный электроды (3), которые подключены к генератору импульсов тока ЭГУ. При высоковольтном разряде между электродами возникает токопрово-дящий канал, мгновенное расширение которого приводит к возникновению в жидкости ударной волны. б) Вариант с размещением рабочих электродов с одной стороны заготовки в закрытой камера и повышенной эффективностью использования энергии разряда. в) Вариант с размещением рабочих электродов внутри заготовки в закрытой камере и высокой эффективностью использования энергии разряда. Различную форму удкрной волны можно получить изменением расстояния между электродами. Если расстояние между электродами достаточно мало, то фронт волны — сферический, несколько сантиметров—цилиндрический. Плоский фронт можно получить, применив тонкую проволочную сетку, которая мгновенно испаряется при прохождении импульса тока. Форму ударной волны можно привести в соответствие с формой рабочей полости матрицы. Для этого проволоку, закорачивающую концы электродов, изгибают таким образом, чтобы разряд был направлен по возникшему плазменному каналу. Кроме рассмотренных установок с непосредственным воздействием рабочей среды на заготовку, есть устройства, в которых деформация заготовки производится с помощью промежуточного звена (рис. 1.4-8).
Принцип действия состоит в следующем. Корпус (1) ЭГУ заполнен жидкостью (2), в которой при разряде между электродами (3) возникает давление. Под действием давления поршень с пуансоном движется вниз и придает заготовке, находящейся в матрице, необходимую форму. Тонкое измелъчение. При этом технологическом приеме материал доводится до дисперсного состояния или разрушается волной, которая возникает при электрогидравлическом ударе в жидкости. Разрушающая способность волны зависит от параметров разрядного контура, а энергия импульса—от напряжения и емкости конденсатора. Дня дробления различных минеральных сред применяются простые и надежные электрогидравлические вибраторы (ЭГ-вибраторы), представляющие собой систему «цилиндр—поршень» (рис. 1.4-9). Принцип действия состоит в следующем. Корпус ЭГ-вибратора (1) заполнен жидкостью (водой), в которой находится обрабатываемый материал. На электроды (3) от источника питания подается высоковольтный импульс, вызывающий искровой разряд между ними. При этом в жидкости возникает импульс давления, под действием которого поршень перемещается вдоль своей оси. Вследствие этого в полости цилиндра возникает разряжение, что приводит под действием атмосферного давления к возврату поршия в исходное положение. Таким образом обеспечивается возвратно-поступательное движение поршня, а следовательно, и механический импульс, передаваемый на обрабатываемый материал. Частота перемещения поршня задается частотой электрических разрядов в том случае, если общее время движения поршня вверх-вниз меньше периода следования разрядов.