RU2245753C1

RU2245753C1 - Apparatus for electric-explosion pressing-in of tubes

Info

Publication number: RU2245753C1
Application number: RU2003124039/02A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Суркаев (RU); А.Л. Суркаев
Original assignee: Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-10
Also published as: RU2003124039A

Abstract

FIELD: plastic working of metals, namely by means of energy of electric explosion of metallic connector in condensed media.

SUBSTANCE: apparatus includes dielectric sleeve with transfer medium hydraulically insulated by means of rubber plugs. In cavity of said sleeve are arranged: rigid carcass in the form of two end walls mutually joined by means of metallic studs; and exploded metallic conductor. The last is divided by two parts connected one with other through electrode. Electrode rests upon dielectric sprockets and it is in the form of body of revolution whose shape is described by function defining length and diameters of electrode according to linear dimensions of deformed portion of tube. Relation of maximum diameter of central part of electrode to inner diameter of dielectric sleeve is in range 0.5 - 0.8. Curvilinear surfaces of end walls of exploded conductors are in the form of paraboloid. Boundary ends of exploded conductor are arranged in focal point of paraboloid.

EFFECT: more effective usage of energy of electric explosion of metallic conductor, enhanced quality and reliability of tube pressing-in, improved efficiency of apparatus.

4 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области обработки материалов давлением с использованием энергии электрического взрыва металлического проводника в конденсированных средах и касается, в частности, штамповки, резки, деформирования трубных заготовок, развальцовки концов и запрессовки труб в трубные решетки и другие корпусные детали.The invention relates to the field of pressure treatment of materials using the energy of an electric explosion of a metal conductor in condensed matter and relates, in particular, to stamping, cutting, deformation of pipe blanks, flaring ends and pressing pipes into tube sheets and other housing parts.

На сегодняшний день известно большое количество способов электровзрывной обработки материалов и представлен обширный набор видов и типоразмеров электровзрывных устройств - патронов, применение которых позволяет решать многие технические проблемы и технологические задачи (Малюшевский П.П. Основы разрядно-импульсной технологии. - Киев: Наукова думка, 1983, - 342 с.) В общем случае электровзрывной патрон представляет собой диэлектрическую оболочку, заполненную передающей средой, в которой расположен взрывающийся металлический проводник. Существующие устройства просты, надежны и обладают широким диапазоном применения, тем не менее, представленные конструкции не позволяют достаточно эффективно использовать энергию электрического взрыва проводника и осуществлять однородную деформацию и качественную запрессовку труб в случаях, когда запрессовываемый участок трубы имеет протяженные линейные размеры.To date, a large number of methods for electric explosive processing of materials are known and an extensive set of types and sizes of electric explosive devices - cartridges is presented, the use of which allows solving many technical problems and technological problems (Malyushevsky P.P. Basics of discharge-pulse technology. - Kiev: Naukova Dumka, 1983, 342 pp.) In the general case, an electric explosive cartridge is a dielectric shell filled with a transmission medium in which an exploding metal conductor is located. The existing devices are simple, reliable and have a wide range of applications, however, the designs presented do not allow the energy of the electric explosion of the conductor to be used efficiently and to ensure uniform deformation and high-quality pressing of pipes in cases where the pressed pipe section has extended linear dimensions.

Наиболее близким из известных технических решений является устройство для электровзрывной запрессовки труб, содержащее диэлектрическую втулку, заполненную рабочей передающей средой и гидроизолированную расположенными на ее торцах резиновыми пробками, а также размещенные в упомянутой диэлектрической втулке взрывающийся металлический проводник и соединенные с ним посредством электрического контакта электроды, каждый из которых выполнен в виде стержня с поперечным сечением, площадь которого превышает площадь поперечного сечения упомянутого проводника, и снабжено размещенным в полости диэлектрической втулки жестким каркасом в виде двух торцевых стенок, соединенных между собой металлическими шпильками и выполненных в форме плосковогнутых линз с центральным сквозным отверстием, обращенных криволинейными поверхностями одна навстречу другой, а также двумя диэлектрическими втулками с упорным фланцем, установленными в центральных сквозных отверстиях торцевых стенок, при этом диэлектрическая втулка выполнена с буртом, длина которого меньше длины стержня электрода, размещенного со стороны упомянутого бурта, а электроды расположены в упомянутых диэлектрических втулках с упорным фланцем, причем каждый электрод выполнен с расположенным на одном его конце конусом, площадь основания которого превышает площадь поперечного сечения стержня (патент РФ №2186648, В 21 D 26/10, 39/06, опубл. БИ №22, 2002 г.).The closest known technical solution is a device for electric blasting of pipes, containing a dielectric sleeve, filled with a working transmission medium and waterproofed with rubber plugs located at its ends, as well as an exploding metal conductor located in the said dielectric sleeve and electrodes connected to it by electrical contact, each of which is made in the form of a rod with a cross section, the area of which exceeds the cross-sectional area of the cored conductor, and is equipped with a rigid frame located in the cavity of the dielectric sleeve in the form of two end walls interconnected by metal studs and made in the form of flat-concave lenses with a central through hole facing one another curved surfaces, as well as two dielectric bushings with a stop flange, installed in the central through holes of the end walls, while the dielectric sleeve is made with a shoulder, the length of which is less than the length of the electrode rod, placed on the side of the said collar, and the electrodes are located in the said dielectric bushings with a stop flange, each electrode made with a cone located at one end thereof, the base area of which exceeds the cross-sectional area of the rod (RF patent No. 2186648, 21 D 26/10, 39/06, publ. BI No. 22, 2002).

Применение данного устройства не обеспечивает в полной мере возможность осуществлять однородное деформирование и качественную запрессовку, если деформируемый участок трубы имеет достаточно протяженные линейные размеры, вследствие того, что протяженность деформируемого, запрессовываемого участка трубы в представленных электровзрывных устройствах зависит и определяется длиной взрывающегося проводника. Энергетически выгодные режимы протекания электрического взрыва, обеспечивающие максимальную скорость ввода энергии, а соответственно, и наибольший КПД, осуществляются при наличии оптимальных соотношений линейных размеров взрывающегося проводника и электрических параметров энергетической установки. (Кривицкий Е.В. Динамика электровзрыва в жидкости. - Киев: Наукова думка, 1986, - 205 с.). Иначе говоря, для определенной энергетической установки, имеющей собственные характеристические параметры, существует соответствующий набор параметров взрывающихся проводников, при использовании которых коэффициент полезного действия максимален. Поэтому простое увеличение длины взрывающегося проводника до величины линейных размеров деформируемого элемента трубы приводит к выходу режимов протекания электрического взрыва за рамки оптимальности и, соответственно, не обеспечивает решение поставленной задачи. Причинами этому являются всевозможные технологические дефекты и неоднородности взрывающегося проводника, увеличенная длина возникающего разрядного промежутка, активное влияние передающей среды на протекание электрического разряда и т.д. Перечисленные выше обстоятельства не позволяют сформировать мощную ударно-акустическую волну сжатия цилиндрического профиля волнового фронта имеющей протяженную длину, что в свою очередь сказывается на количественной величине деформации трубы и качественной стороне ее запрессовки. Использование поэтапного процесса запрессовки является энергетически и технологически не выгодно.The use of this device does not fully provide the ability to carry out uniform deformation and high-quality pressing, if the deformable pipe section has sufficiently long linear dimensions, due to the fact that the length of the deformable, pressed pipe section in the presented electric explosive devices depends on and is determined by the length of the exploding conductor. Energetically favorable regimes of the course of an electric explosion, providing the maximum speed of energy input, and, accordingly, the highest efficiency, are carried out in the presence of optimal ratios of the linear dimensions of the exploding conductor and the electrical parameters of the power plant. (Krivitsky E.V. Dynamics of electric explosion in a liquid. - Kiev: Naukova Dumka, 1986, - 205 p.). In other words, for a specific power plant that has its own characteristic parameters, there is a corresponding set of parameters of exploding conductors, when using which the efficiency is maximum. Therefore, a simple increase in the length of the exploding conductor to the linear dimensions of the deformable element of the pipe leads to the exit of the flow modes of the electric explosion beyond optimality and, accordingly, does not provide a solution to the problem. The reasons for this are all kinds of technological defects and heterogeneities of the exploding conductor, the increased length of the arising discharge gap, the active influence of the transmission medium on the course of the electric discharge, etc. The circumstances listed above do not allow the formation of a powerful shock-acoustic compression wave of a cylindrical profile of the wave front having an extended length, which in turn affects the quantitative value of the pipe deformation and the qualitative side of its pressing. The use of a phased press-in process is energetically and technologically unprofitable.

Техническим результатом изобретения является создание устройства для электровзрывной запрессовки труб, которое позволит наиболее эффективно использовать энергию электрического взрыва проводника в конденсированной среде для осуществления однородного деформирования и качественной запрессовки участка трубы, имеющего протяженные линейные размеры, при этом повышается надежность, качество запрессовки и КПД.The technical result of the invention is the creation of a device for electric blasting of pipes, which will allow the most efficient use of the energy of an electric explosion of a conductor in a condensed medium for uniform deformation and high-quality pressing of a pipe section having extended linear dimensions, while increasing reliability, quality of pressing and efficiency.

Поставленный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для электровзрывной запрессовки труб, содержащее диэлектрическую втулку, заполненную рабочей передающей средой и гидроизолированную расположенными на ее торцах резиновыми пробками, а также размещенные в упомянутой диэлектрической втулке взрывающийся металлический проводник и соединенные с ним посредством электрического контакта электроды, каждый из которых выполнен в виде стержня с поперечным сечением, площадь которого превышает площадь поперечного сечения упомянутого проводника, и снабжено размещенным в полости диэлектрической втулки жестким каркасом в виде двух торцевых стенок, соединенных между собой металлическими шпильками и выполненных в форме плосковогнутых линз с центральным сквозным отверстием, обращенных криволинейными поверхностями одна навстречу другой, а также двумя диэлектрическими втулками с упорным фланцем, установленными в центральных сквозных отверстиях торцевых стенок, при этом диэлектрическая втулка выполнена с буртом, длина которого меньше длины стержня электрода, размещенного со стороны упомянутого бурта, а электроды расположены в упомянутых диэлектрических втулках с упорным фланцем, причем каждый электрод выполнен с расположенным на одном его конце конусом, площадь основания которого превышает площадь поперечного сечения, взрывающийся металлический проводник разделен на две равные части, соединяемые друг с другом посредством электрода, опирающегося на диэлектрические звездочки и представляющего собой фигуру, выполненную из металла в виде тела вращения гладкой, непрерывной, симметричной функции

где a, b, c, d - коэффициенты, определяющие геометрические размеры, так а - определяет вид и степень изгибов кривой, b - длину средней части между точками перегиба, с - максимальные диаметры середины и концов электрода, d - расположение кривой относительно оси ординат, т.е. определяет длину и диаметры электрода в соответствии с линейными размерами деформируемого участка трубы, при этом отношение максимального диаметра центральной части электрода к внутреннему диаметру диэлектрической втулки составляет ε≈0.5-0.8, а криволинейные поверхности торцевых стенок выполнены в виде параболоида, причем крайние концы взрывающихся проводников располагаются в фокусе параболоида.The technical result is achieved by the fact that the proposed device for electric blasting of pipes, containing a dielectric sleeve filled with a working transmission medium and waterproofed with rubber plugs located at its ends, as well as an exploding metal conductor located in the said dielectric sleeve and electrodes connected to it by electrical contact, each of which is made in the form of a rod with a cross section, the area of which exceeds the area of the transverse cross-section of the said conductor, and is equipped with a rigid frame placed in the cavity of the dielectric sleeve in the form of two end walls interconnected by metal studs and made in the form of flat-concave lenses with a central through hole facing one another curved surfaces, as well as two dielectric bushings with a stop flange installed in the central through holes of the end walls, while the dielectric sleeve is made with a shoulder, the length of which is less than the length of the rod an electrode placed on the side of said collar, and the electrodes are located in said dielectric bushings with a stop flange, each electrode having a cone located at one end thereof, the base area of which exceeds the cross-sectional area, the exploding metal conductor is divided into two equal parts connected by each other with another, by means of an electrode supported by dielectric sprockets and representing a figure made of metal in the form of a smooth, continuous, symmetrical body of revolution ary function

where a, b, c, d are the coefficients that determine the geometric dimensions, so a - determines the type and degree of bending of the curve, b - the length of the middle part between the inflection points, c - the maximum diameters of the middle and ends of the electrode, d - the location of the curve relative to the ordinate , i.e. determines the length and diameters of the electrode in accordance with the linear dimensions of the deformable section of the pipe, while the ratio of the maximum diameter of the central part of the electrode to the inner diameter of the dielectric sleeve is ε≈0.5-0.8, and the curved surfaces of the end walls are made in the form of a paraboloid, and the extreme ends of the exploding conductors are located in focus of the paraboloid.

Разделение взрывающегося металлического проводника на две равные части позволяет создать два источника электрогидродинамического возмущения, т.е. сформировать две ударно-акустических волны сжатия с волновым фронтом эллипсоидального вида, радиальные компоненты которых оказывают воздействие на участок трубы непосредственно в области месторасположения источников электрогидродинамического возмущения, а аксиальные компоненты - в области их взаимодействия. Равенство частей взрывающегося проводника и условие последовательного их соединения между собой обеспечивает идентичность протекающих в них процессов электрического взрыва, а следовательно, синхронность формирования и эквивалентность ударно-акустических волны сжатия.The separation of the exploding metal conductor into two equal parts allows you to create two sources of electrohydrodynamic disturbance, i.e. to form two shock-acoustic compression waves with an ellipsoidal wavefront, the radial components of which affect the pipe section directly in the region of the location of the sources of electrohydrodynamic disturbance, and the axial components in the region of their interaction. The equality of the parts of the exploding conductor and the condition of their serial connection with each other ensures the identity of the processes of electric explosion occurring in them, and therefore, the synchronization of formation and equivalence of shock-acoustic compression waves.

Выполнение среднего электрода из металла в виде тела вращения гладкой, непрерывной, симметричной функции

где a, b, c, d - коэффициенты, определяющие геометрические размеры, так а - определяет вид и степень изгибов кривой, b - длину средней части между точками перегиба, с - максимальные диаметры середины и концов электрода, d - расположение кривой относительно оси ординат, т.е. определяет длину и диаметры электрода в соответствии с линейными размерами деформируемого участка трубы, подобной функции "Локон Аньези", позволяет сформировать гладкую поверхность объемного тела, плавная линия образующей которого обеспечивает минимальные энергетические потери при отражении аксиальных компонент волны, а также перераспределение направления распространения волнового фронта аксиальных компонент в область средней части деформируемой трубы. Представляемые форма и размеры тела вращения, определяемые отношением максимального диаметра центральной его части к внутреннему диаметру втулки как ε≈0.5-0.8, уменьшает объем передающей среды в области его расположения. Это влечет за собой увеличение плотности энергии ударно-акустической волны в данной области и, следовательно, способствует увеличение степени деформации элемента трубы.The execution of the middle electrode of metal in the form of a body of revolution of a smooth, continuous, symmetrical function

where a, b, c, d are the coefficients that determine the geometric dimensions, so a - determines the type and degree of bending of the curve, b - the length of the middle part between the inflection points, c - the maximum diameters of the middle and ends of the electrode, d - the location of the curve relative to the ordinate , i.e. determines the length and diameters of the electrode in accordance with the linear dimensions of the deformed section of the pipe, similar to the “Loces Agnesi” function, allows you to form a smooth surface of the volumetric body, the smooth line of the generatrix of which provides minimal energy loss in the reflection of the axial components of the wave, as well as redistribution of the direction of propagation of the axial wave front component in the region of the middle part of the deformable pipe. The presented shape and dimensions of the body of revolution, determined by the ratio of the maximum diameter of its central part to the inner diameter of the sleeve as ε≈0.5-0.8, reduces the volume of the transmission medium in the region of its location. This entails an increase in the energy density of the shock-acoustic wave in this area and, therefore, contributes to an increase in the degree of deformation of the pipe element.

Наличие диэлектрических звездочек, установленных на концах, позволяет расположить тело вращения соосно с деформируемой трубой, что обеспечивает однородность деформации трубы относительно азимутальной координаты.The presence of dielectric sprockets mounted on the ends, allows you to arrange the body of rotation coaxially with the deformable pipe, which ensures uniformity of the pipe deformation relative to the azimuthal coordinate.

Торцевые стенки предназначены для отражения аксиальной компоненты волны давления. Применение торцевых стенок с параболическими поверхностями и размещение в их фокусах крайних концов взрывающихся проводников позволяет трансформировать при отражении от стенок расходящиеся аксиальные компоненты волн в плоские ударно-акустические волны, которые будут распространяться навстречу друг другу. При осуществлении электрического взрыва радиальные компоненты генерируемых волн деформируют участок трубы в области расположения проводников, аксиальные бегущие и отраженные от стенок - в области их взаимодействия. Кроме того, отраженные от стенок аксиальные компоненты волны распространяются по рабочей среде, находящейся в возмущенном состоянии вследствие радиальной и бегущих аксиальной компонент. Взаимодействие отраженных аксиальных компонент происходит с запозданием по отношению к взаимодействию бегущих компонент, при этом общее время воздействия на элемент трубы увеличивается, тем самым повышается качество запрессовки. Зоны деформирования радиальными и взаимодействующими аксиальными компонентами ударно-акустической волны сжатия перекрывают друг друга, производя запрессовку участка трубы, имеющего протяженные линейные размеры.End walls are designed to reflect the axial components of the pressure wave. The use of end walls with parabolic surfaces and the placement of the extreme ends of exploding conductors in their foci allows transforming diverging axial wave components into plane shock-acoustic waves, which will propagate towards each other, when reflected from the walls. When carrying out an electric explosion, the radial components of the generated waves deform the pipe section in the region of the conductors, axial traveling and reflected from the walls in the region of their interaction. In addition, the axial components of the wave reflected from the walls propagate through the working medium in a perturbed state due to the radial and traveling axial components. The interaction of the reflected axial components occurs with a delay in relation to the interaction of the traveling components, while the total exposure time to the pipe element increases, thereby increasing the quality of the press-fit. The deformation zones by the radial and interacting axial components of the shock-acoustic compression wave overlap each other, pressing a pipe section having extended linear dimensions.

Приведенный заявителем анализ техники, включающий поиск по патентным и научным источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволило установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the technique cited by the applicant, including a search by patent and scientific sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, and a definition from the list of identified prototype analogues as the closest analogue in the totality of features, it was possible to identify the totality of those essential in relation to the applicant the result of the distinguishing features in the claimed subject matter set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Для проверки соответствия заявляемого изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.To verify the conformity of the claimed invention to the requirements of the inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art, as the prior art defined by the applicant, the effect of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention is not revealed tion to achieve a technical result.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step" under applicable law.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция устройства для электровзрывной запрессовки труб, на фиг.2 показана часть устройства с элементами, поясняющими их назначение и принцип действия, на фиг.3 рассмотрен механизм процесса деформирования участка трубы увеличенных линейных размеров, на фиг.4 представлен график функции тела вращения

определяющей конкретные геометрические размеры электрода. Устройство (фиг.1) содержит диэлектрическую втулку 1, заполненную рабочей передающей средой 2. Для гидроизоляции на ее торцах установлены резиновые пробки 3. В полости диэлектрической втулки 1 расположен взрывающийся проводник 4, разделенный на две одинаковые части, которые соединены между собой посредством электрода 5. Электрод 5 представляет собой фигуру, выполненную из металла в виде тела вращения гладкой, непрерывной, симметричной функции

подобной функции "Локон Аньези", где a, b, c, d - коэффициенты, определяющие геометрические размеры электрода 5, так а - определяет вид и степень изгибов кривой, b - длину средней части между точками перегиба, с - максимальные диаметры середины и концов электрода, d - расположение кривой относительно оси ординат, т.е. определяет длину и диаметры электрода в соответствии с линейными размерами деформируемого участка трубы. Отношение максимального диаметра центральной части электрода 5 к внутреннему диаметру диэлектрической втулки 1 составляет ε≈0.5-0.8. Данное отношение можно считать наиболее приемлемым. Уменьшение нижнего предела отношения диаметров приводит в конечном итоге к уменьшению плотности энергии волны в данной области более чем в n=2, что соответственно уменьшает величину деформации участка трубы в данной зоне. Увеличение верхнего предела данного отношения влечет за собой уменьшение степени воздействия на деформируемый участок трубы взаимодействующих аксиальных компонент ударно-акустических волн, что также отрицательно сказывается на величине деформации.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the design of a device for electric blasting of pipes, figure 2 shows a part of the device with elements explaining their purpose and principle of operation, figure 3 describes the mechanism of the process of deformation of a pipe section of increased linear dimensions, figure 4 presents a graph of the function of the body of rotation

determining the specific geometric dimensions of the electrode. The device (figure 1) contains a dielectric sleeve 1 filled with a working transmission medium 2. For waterproofing, rubber plugs are installed at its ends 3. An exploding conductor 4 is located in the cavity of the dielectric sleeve 1, divided into two identical parts, which are interconnected by an electrode 5 The electrode 5 is a figure made of metal in the form of a body of revolution of a smooth, continuous, symmetrical function

a similar function, “Annezi Locon”, where a, b, c, d are the coefficients that determine the geometric dimensions of the electrode 5, so a - determines the type and degree of bending of the curve, b - the length of the middle part between the inflection points, c - the maximum diameters of the middle and ends electrode, d is the location of the curve relative to the ordinate axis, i.e. determines the length and diameter of the electrode in accordance with the linear dimensions of the deformable section of the pipe. The ratio of the maximum diameter of the Central part of the electrode 5 to the inner diameter of the dielectric sleeve 1 is ε≈0.5-0.8. This ratio can be considered the most acceptable. Reducing the lower limit of the ratio of diameters ultimately leads to a decrease in the wave energy density in this region by more than n = 2, which accordingly reduces the magnitude of the deformation of the pipe section in this zone. An increase in the upper limit of this ratio entails a decrease in the degree of impact on the deformable pipe section of the interacting axial components of the shock-acoustic waves, which also negatively affects the magnitude of the deformation.

Крайние концы взрывающегося проводника 4 соединяются с электродами 6, каждый из которых выполнен в виде стержня с поперечным сечением, превышающим площадь поперечного сечения взрывающегося проводника 4. Электроды 6 выполнены с конусом, расположенным на одном его конце, площадь основания которого превышает площадь поперечного сечения электрода. Электрод 6 в виде тела вращения опирается на диэлектрические звездочки 7. Кроме того, в полости диэлектрической втулки расположен жесткий каркас в виде двух торцевых стенок 8, соединенных между собой металлическими шпильками 9. Торцевые стенки 8 выполнены в форме плосковогнутых линз, обращенных криволинейными поверхностями одна навстречу другой, и имеют центральные сквозные отверстия. Криволинейные поверхности торцевых стенок 8 имеют форму параболоида, причем крайние концы взрывающегося проводника 4 располагаются в фокусе параболоида. В центральных сквозных отверстиях торцевых стенок 8 установлены диэлектрические втулки 10, которые выполнены с упорным фланцем. Электроды 6 размещены в диэлектрических втулках 10, при этом диэлектрическая втулка 1 выполнена с буртом, длина которого меньше длины стержня электрода 6, размещенного со стороны упомянутого бурта.The extreme ends of the exploding conductor 4 are connected to the electrodes 6, each of which is made in the form of a rod with a cross section exceeding the cross-sectional area of the exploding conductor 4. The electrodes 6 are made with a cone located at one end thereof, the base area of which exceeds the cross-sectional area of the electrode. The electrode 6 in the form of a body of revolution is supported by dielectric sprockets 7. In addition, a rigid frame is located in the cavity of the dielectric sleeve in the form of two end walls 8 interconnected by metal studs 9. The end walls 8 are made in the form of plane-concave lenses facing one-side curved surfaces another, and have central through holes. The curved surfaces of the end walls 8 have the shape of a paraboloid, and the extreme ends of the exploding conductor 4 are located in the focus of the paraboloid. In the central through holes of the end walls 8, dielectric bushings 10 are installed, which are made with a stop flange. The electrodes 6 are placed in the dielectric bushings 10, while the dielectric sleeve 1 is made with a shoulder, the length of which is less than the length of the rod of the electrode 6, placed on the side of the said shoulder.

Устройство работает следующим образом: при подаче высокого напряжения на электроды 6 по двум половинам взрывающегося проводника 4 за короткое время протекает ток большой плотности, приводящий к их взрыву. Вследствие того, что половины взрывающегося проводника 4 соединены между собой последовательно, протекание процессов взрыва каждого из них является идентичными. Сформированные при этом две ударно-акустические волны также будут идентичными. Волновой фронт волны представляет собой, в первом приближении, расширяющийся эллипсоид. Радиальные компоненты волны давления от каждой половины взрывающегося проводника 4 воздействуют на участки трубы, находящиеся в зоне их расположения. Длина деформированного участка трубы в этом случае сравнима с длиной каждой половины взрывающегося проводника 4. Ближние друг к другу аксиальные составляющие волн давления при взаимодействии в области середины электрода 5 деформируют данный участок трубы. Линиями АА показаны (фиг.2) волновые фронта бегущих аксиальных компонент, перемещающихся навстречу. Расходящиеся волновые фронты крайних аксиальных компонент, линия ВВ, при отражении от торцевых стенок 8 преобразуются в плоские волновые фронты. Это достигается за счет того, что криволинейные поверхности торцевых стенок 8 выполнены в виде параболоида, концы взрывающегося проводника 4 находятся в фокусе параболоида. Преобразование расходящегося волнового фронта аксиальных компонент при отражении в плоский фронт способствует распространению волны в соответствующую область без дополнительных энергетических потерь, возникающих вследствие отражений от элементов конструкции. Отраженные аксиальные составляющие волн также взаимодействуют в области середины электрода 5, при этом отраженные аксиальные компоненты распространяются в передающей среде 2, которая находится в возмущенном состоянии, создаваемой радиальной компонентой. Взаимодействие отраженных аксиальных компонент происходит по времени позже, чем взаимодействие бегущих аксиальных компонент, что приводит к увеличению времени воздействия, тем самым обеспечивается качественная запрессовка трубы. При взаимодействии ударно-акустических волн результирующая амплитуда превышает амплитуду бегущих волн более чем в два раза вследствие нелинейности уравнений гидродинамики (Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Гидродинамика. - Москва: Наука, 1986, - 736 с.) Бегущие и отраженные аксиальные компоненты взаимодействуют между собой, производя деформацию участка трубы в области расположения среднего электрода 5. Зоны деформирования (фиг.3) участков трубы, создаваемые радиальными компонентами и взаимодействующими аксиальными компонентами ударно-акустических волн перекрываются, образовывая деформированный участок трубы с увеличенными линейными размерами. Таким образом, создание условий суммарного воздействия взаимодействующих бегущих и отраженных аксиальных и радиальных компонент ударно-акустических волн позволяют наиболее эффективно использовать энергию электрического взрыва цилиндрического проводника в конденсированной среде для осуществления однородного деформирования и качественной запрессовки участка трубы, имеющего протяженные линейные размеры, при этом повысить надежность и качество запрессовки, а также увеличить КПД энергетической установки.The device operates as follows: when a high voltage is applied to the electrodes 6, a high-density current flows in two halves of the exploding conductor 4 in a short time, leading to their explosion. Due to the fact that the halves of the exploding conductor 4 are interconnected in series, the course of the explosion processes of each of them is identical. The resulting two acoustic shock waves will also be identical. The wavefront of the wave is, in a first approximation, an expanding ellipsoid. The radial components of the pressure wave from each half of the exploding conductor 4 affect the pipe sections located in the zone of their location. The length of the deformed pipe section in this case is comparable with the length of each half of the exploding conductor 4. The axial components of the pressure waves that are close to each other during interaction in the region of the middle of the electrode 5 deform this pipe section. Lines AA shows (Fig. 2) wave fronts of traveling axial components moving towards one another. Diverging wave fronts of the extreme axial components, the BB line, when reflected from the end walls 8, are converted into plane wave fronts. This is achieved due to the fact that the curved surfaces of the end walls 8 are made in the form of a paraboloid, the ends of the exploding conductor 4 are in the focus of the paraboloid. The conversion of the diverging wavefront of the axial components upon reflection into a planar front facilitates the propagation of the wave into the corresponding region without additional energy losses resulting from reflections from structural elements. The reflected axial components of the waves also interact in the region of the middle of the electrode 5, while the reflected axial components propagate in the transmission medium 2, which is in a perturbed state created by the radial component. The interaction of the reflected axial components occurs in time later than the interaction of the traveling axial components, which leads to an increase in the exposure time, thereby ensuring high-quality press fitting. In the interaction of shock-acoustic waves, the resulting amplitude exceeds the amplitude of the traveling waves by more than two times due to the nonlinearity of the equations of hydrodynamics (Landau L.D., Lifshits E.M. Theoretical Physics. Hydrodynamics. - Moscow: Nauka, 1986, 736 p.) Running and reflected axial components interact with each other, producing a deformation of the pipe section in the region of the middle electrode 5. Deformation zones (Fig. 3) of the pipe sections created by radial components and interacting axial components Sonic acoustic waves overlap, forming a deformed section of the pipe with increased linear dimensions. Thus, the creation of conditions for the total impact of interacting traveling and reflected axial and radial components of shock-acoustic waves allows the most efficient use of the energy of an electric explosion of a cylindrical conductor in a condensed medium for uniform deformation and high-quality pressing of a pipe section having extended linear dimensions, while increasing reliability and the quality of the press fitting, as well as increase the efficiency of the power plant.

Пример.Example.

Эксперименты проводились с помощью генератора импульсных токов подобного марки ГИТ 10-20/400-У4. Производилось деформирование стальной бесшовной трубы диаметром D=30 мм и толщиной стенки h₁=1 мм. Длина половинок взрывающегося проводника изменялась I=40-50 мм, диаметр d=0.7-1.0 мм. Средний электрод представляет собой фигуру из металла в виде тела вращения гладкой, непрерывной, симметричной функции

подобной функции "Локон Аньези". На (фиг.4) представлен график предложенной функции, выполненный программой "Mathcad 2001", (функция

является симметричной), где а=0.3, b=18, c=4, d=6 - коэффициенты, определяющие конкретные геометрические размеры тела. Длина тела вращения L_{тл. вр.}=60 мм. В качестве рабочей передающей среды бралась вода. Начальное напряжение на ГИТ варьировалось в пределах U₀=4,5-6 кВ. Длина участка деформации трубы порядка L≈160 мм. В результате проведенных экспериментов получены опытные образцы, которые свидетельствуют о возможности деформации и запрессовки участков трубы протяженных линейных размеров, повышенного качества и повышенной надежности запрессовки.The experiments were carried out using a pulse current generator of the similar brand GIT 10-20 / 400-U4. The steel seamless pipe was deformed with a diameter of D = 30 mm and a wall thickness of h ₁ = 1 mm. The lengths of the exploding conductor halves varied I = 40–50 mm, diameter d = 0.7–1.0 mm. The middle electrode is a metal figure in the form of a body of revolution of a smooth, continuous, symmetrical function

similar function "Locon Annezi". On (figure 4) presents a graph of the proposed function, performed by the program "Mathcad 2001", (function

is symmetric), where a = 0.3, b = 18, c = 4, d = 6 are the coefficients that determine the specific geometric dimensions of the body. The length of the body of rotation L _{t. vr.} = 60 mm. Water was taken as the working transmission medium. The initial voltage on the GIT varied in the range of U ₀ = 4.5-6 kV. The length of the pipe deformation section is about L≈160 mm. As a result of the experiments, prototypes were obtained that indicate the possibility of deformation and pressing of pipe sections of extended linear dimensions, improved quality and increased reliability of pressing.

Claims

A device for electric blasting of pipes, containing a dielectric sleeve filled with a working transmission medium and waterproofed with rubber plugs located at its ends, as well as an exploding metal conductor located in the said dielectric sleeve and electrodes connected to it by electric contact, each of which is made in the form of a rod with a cross-section, the area of which exceeds the cross-sectional area of said conductor, and is equipped with a die ctric bushings with a rigid frame in the form of two end walls, interconnected by metal studs and made in the form of flat-concave lenses with a central through hole, facing curved surfaces one to the other, as well as two dielectric bushings with a stop flange installed in the central through holes of the end walls, wherein the dielectric sleeve is made with a shoulder, the length of which is less than the length of the rod of the electrode placed on the side of the said shoulder, and the electrodes are are laid in said dielectric bushings with a stop flange, each electrode having a cone located at one end thereof, the base area of which exceeds the cross-sectional area of the rod, characterized in that the exploding metal conductor is divided into two equal parts connected to each other by an electrode, based on dielectric sprockets and representing a figure made of metal in the form of a body of revolution of a smooth, continuous, symmetrical function

where a, b, c, d are the coefficients that determine the geometric dimensions:

a - determines the type and degree of bending of the curve;

b is the length of the middle part between the inflection points;

c - maximum diameters of the middle and ends of the electrode;

d is the location of the curve relative to the ordinate axis;

which determines the length and diameters of the electrode in accordance with the linear dimensions of the deformable section of the pipe, while the ratio ε of the maximum diameter of the central part of the electrode to the inner diameter of the dielectric sleeve is ≈ 0.5-0.8, and the curved surfaces of the end walls are made in the form of a paraboloid, and the extreme ends of the exploding conductors are located in the focus of the paraboloid.