6.3 Електрогідравлічні установки

Принцип дії електрогідравлічних установок полягає в перетворенні електричної енергії у механічну при використані високовольтного імпульсного розряду в рідкому середовищі.

Принципова схема електрогідравлічної установки наведена на рис. 73, до складу якої входить зарядний пристрій, накопичувальний пристрій та технологічний блок. Зарядний пристрій складається з підвищувального трансформатора VT, вентиля VD та струмообмежувального резистора R.

Рис. 73. Принципова схема електрогідравлічної установки

Накопичувальний пристрій – батарея імпульсних конденсаторів С високої напруги та регульований або нерегульований повітряний розрядник F. Технологічний блок виконано у вигляді міцного корпусу, який заповнений рідиною (водою) і в якому розміщені два електроди з міжелектродним проміжком П. Об'єкт обробки розташовується біля каналу розряду П.

Рис. 74. Зміна електричних параметрів в часі

Процес, який відбувається в електрогідравлічній установці, пояснюється графіками зміни основних електричних параметрів установки в часі (рис. 74). Після зарядження конденсатора до напруг порядку 10³÷10⁵ В у момент t₁ відбувається пробиття повітряного проміжку, і висока напруга прикладається до робочого проміжку, обумовлюючи початок пробою проміжку рідини. Після завершення пробою робочого проміжку в момент t₂ відбувається нарощування струму за рахунок утворення струмоведучого плазмового каналу розряду з температурою до 40000 К. Розігрівання плазми призводить до підвищення тиску та розширення каналу газопарової порожнини, тиск всередині якої досягає 1000-1500 МПа, все це викликає в навколишній рідині ударну хвилю. Потужність імпульсу тиску на фронті ударної хвилі на декілька порядків перевищує потужність джерела живлення, миттєва потужність досягає величини до 200 МВт, а енергія імпульсу – до 10⁶ Дж.

При великих втратах енергії за час пробою або нестабільності пробою робочого проміжку електроди робочого проміжку перед кожним пробоєм з’єднуються тонким дротом, який вибухає під дією струму розряду та забезпечує стабільність роботи установки.

а)

б)

в)

Рис. 75. Різновиди схем електрогідравлічних установок

При недостатній напрузі накопичувача енергії для пробою робочого проміжку, а також при недоцільності використання вибухових дротів (наприклад, в установках з великою частотою проходження розрядів) можуть бути використані джерела високої напруги, наведені на рис. 75. В схемах передбачається застосування спеціального генератора імпульсних напруг ГІН (а), імпульсного трансформатора ІТ (б) або індуктивного накопичувача з регульованим тиристорним комутатором ТК від джерела живлення ДЖ постійного струму (в).

а)

б)

Рис. 76. Багатоконтурні схеми

з індивідуальними (а) та загальним (б) розрядником

Для деяких технологічних процесів, наприклад, обробки деталей з великою поверхнею, вимагається одночасний або послідовний вплив в різних частинах деталей, для чого використовуються багатоконтурні схеми з індивідуальним або загальним розрядником (рис. 76), при цьому можуть регулюватися як робочі проміжки, так і заряди конденсаторів окремих контурів.

К.к.д. зарядного кола з активним опором не перевищує 50 %, а з індуктивним та ємнісним – 65 %.

Електрогідравлічні установки в більшості випадків використовуються для механічної дії на оброблюваний матеріал, для цього вони виконуються у вигляді пресових машин, установок для очищення литва від формувальної землі, у вигляді вібраторів для подрібнення мінеральних речовин, електроімпульсних насосів для перекачування рідини. Електрогідравлічні установки використовуються також для руйнування та подрібнення гірських порід, очищення фільтрів артезіанських свердловин, миття вовни та ін. Електрогідравлічному ефекту притаманна бактерицидна дія, тому його застосовують при обробці води, молока, стічних вод та інших рідин.

Найпотужнішими є електрогідравлічні преси, установки для очищення литва, їх потужність складає декілька сот кВּА, накопичена енергія – до 160 кДж, найбільша робоча напруга – до 50 кВ, маса установок досягає декілька десятків тонн. За надійністю живлення електрогідравлічні установки відносяться до споживачів другої категорії.

Контрольні питання до підрозділу 6.3

1. Який принцип дії і принципова схема електрогідравлічної установки ?

2. Як змінюються параметри електричного розряду і їх граничні значення в електрогідравлічних установках ?

3. Які джерела живлення і багатоконтурні схеми електрогідравлічних установок ?

4. Яка галузь застосування електрогідравлічних установок ?