UA64102A

UA64102A - Method for forming of high pressure

Info

Publication number: UA64102A
Application number: UA2002129708A
Authority: UA
Inventors: Serhii Viktorovych Petrychenko; Dmytro Yevhenovych Kuprin; Viktor Mykytovych Petrychenko; Valerii Oleksandrovych Diupin
Original assignee: Inst Of Pulse Pcocesses And Te
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-02-16

Abstract

The method for forming the high pressures for treatment of easily deformable objects in liquid includes the creation of corona discharge in the electrolyte in the system of electrodes "point- plane", when the point is formed by one of ends of flat metallic sheet enclosed by dielectric, and the edge is put into the shape corresponding to the required configuration of the front of pressure wave. Discharge is created with the intensity of electric field in the zone of point not less than 1.5 À 106 V/m in the electrolyte until complete saturation. In this case the amplitude of instantaneous electrical power of the discharge pulse makes not less than 11 MVÀA with the duration of leading edge not more than 5 s, the thickness of metallic sheet does not exceed 1.2 mm.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до галузі створення імпульсних тисків шляхом формування плазмового поршня при 2 електричному розряді в рідині і може бути застосований в технологічних процесах та пристроях, які використовують це явище, зокрема, для формування направлених складнопрофільних хвиль високих тисків та гідропотоків при обробці легкодеформівних об'єктів в рідині.The invention relates to the field of creating pulsed pressures by forming a plasma piston with 2 electrical discharges in a liquid and can be applied in technological processes and devices that use this phenomenon, in particular, for the formation of directional complex-profile waves of high pressures and hydraulic flows when processing easily deformable objects in liquid

Аналогом способу, що заявляється, є спосіб отримання високих тисків (К.АА.Наугольньх, Н.А.Рой.An analogue of the claimed method is the method of obtaining high pressures (K.AA. Naugolnykh, N.A. Roy.

Злектрические разрядь! в воде. - М.: Наука, 1971. -С.155), що полягає у створенні хвиль високих тисків зі 70 сферичним фронтом при розряді у водному розчині хлористого натрію з масовою концентрацією 590 між двома електродами типу "вістря-площина", розташованими на такій відстані один від одного, коли наскрізний пробій проміжка відсутній, шляхом подачі на анод імпульсу високої напруги з конденсаторної батареї, зарядженої доElectrical discharge! in the water - M.: Nauka, 1971. -P.155), which consists in the creation of high-pressure waves with a 70 spherical front during a discharge in an aqueous solution of sodium chloride with a mass concentration of 590 between two electrodes of the "point-plane" type, located at such a distance from each other, when there is no through-breakdown of the gap, by applying a high-voltage pulse to the anode from a capacitor battery charged to

ЗОкВ. При розряді навколо вістря виникає велика кількість лідерів, які в сукупності генерують в рідині хвилю тиску зі сфберичним фронтом. Електроакустичний ККД такого розряду досягає всього 7-80. т Ознаками, що співпадають з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є створення хвиль високих тисків при розряді в електроліті між двома електродами типу "вістря-площина", розташованими на такій відстані один від одного, коли наскрізний пробій проміжка відсутній, шляхом подачі з конденсаторної батареї на анод імпульсу високої напруги.ZOkV During discharge, a large number of leaders appear around the tip, which collectively generate a pressure wave with a spheric front in the liquid. The electroacoustic efficiency of this discharge reaches only 7-80. t The features that coincide with the essential features of the claimed invention are the creation of high-pressure waves during discharge in the electrolyte between two electrodes of the "tip-plane" type, located at such a distance from each other, when there is no through-breakdown of the gap, by feeding from the capacitor batteries on the anode of a high voltage pulse.

Основною причиною, що перешкоджає досягненню потрібного технічного результату, є неможливість створення профільованого фронту хвилі тиску, вітриста стохастична структура розряду, що обумовлює його низьку гідродинамічну ефективність та стабільність; висока зарядна напруга ємнісного накопичувача енергії та низька електропровідність електроліту призводять до підвищеної чутливості структури розряду до граничних умов, зокрема до величини міжелектродного проміжку, коли його наскрізний пробій відсутній, а також призводять до технічних складностей в апаратній реалізації способу. 29 Прототипом способу, що заявляється, є спосіб отримання високих та надвисоких тисків (Пат. 202573 РФ, МІЖ « 5821Д26/12; Заяв. 22.05.91.;The main reason preventing the achievement of the desired technical result is the impossibility of creating a profiled pressure wave front, the windy stochastic structure of the discharge, which causes its low hydrodynamic efficiency and stability; the high charging voltage of the capacitive energy storage and the low electrical conductivity of the electrolyte lead to increased sensitivity of the discharge structure to boundary conditions, in particular to the size of the interelectrode gap, when its through breakdown is absent, and also lead to technical difficulties in the hardware implementation of the method. 29 The prototype of the claimed method is a method of obtaining high and ultra-high pressures (Patent No. 202573 of the Russian Federation, International Trade "5821Д26/12; Application. 22.05.91.;

Опубл. 30.12.94, Бюл.Мо24), в якому високі та надвисокі тиски отримують шляхом здійснення коронного розряду в електроліті в системі електродів "вістря- площина", коли розряд здійснюють в електроліті з питомою електропровідністю, що перевищує 8Ом''"м', при напруженості електричного поля більше 10 "В/м, вістря см утворюють одним з країв плоскої металевої фольги, охопленої діелектриком, а згаданому краєві придають (3 форму, відповідну необхідній конфігурації фронту хвилі тиску. -Publ. 30.12.94, Byul.Mo24), in which high and ultrahigh pressures are obtained by carrying out a corona discharge in the electrolyte in the "tip-plane" electrode system, when the discharge is carried out in an electrolyte with a specific electrical conductivity exceeding 8Ω''"m', at electric field strength greater than 10 "V/m, the tip cm is formed by one of the edges of a flat metal foil covered with a dielectric, and the said edge is given (3) a shape corresponding to the necessary configuration of the pressure wave front. -

Ознаками, що співпадають с суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є створення високих тисків в рідині шляхом здійснення коронного розряду в електроліті в системі електродів "вістря-площина", коли вістря « утворюють одним з країв плоского металевого листа, охопленого діелектриком, а краєві придають форму, с відповідну необхідній конфігурації фронту хвилі тиску.Features that coincide with the essential features of the claimed invention are the creation of high pressures in the liquid by performing a corona discharge in the electrolyte in the "tip-plane" electrode system, when the tip "forms one of the edges of a flat metal sheet covered with a dielectric, and the edge is given form corresponding to the required configuration of the pressure wave front.

Основною причиною, що перешкоджає досягненню потрібного технічного результату, є висока амплітуда імпульсу напруги, яка потрібна для створення біля вістря напруженості електричного поля понад 10." В/м і зумовлює технічні складності в апаратній реалізації способу, великі масогабарити обладнання, підвищені вимоги « 40. що ізоляції і засобів безпеки. Значна ерозія і деформація металевої фольги, що використовується для утворення - с вістря знижує ресурс електродної системи. Необхідність створення напруженості електричного поля понад 10 /The main reason that prevents the achievement of the desired technical result is the high amplitude of the voltage pulse, which is required to create an electric field strength of more than 10" V/m near the tip and causes technical difficulties in the hardware implementation of the method, large equipment dimensions, increased requirements "40. that of insulation and safety devices. Significant erosion and deformation of the metal foil used to form the tip reduces the resource of the electrode system. The need to create an electric field strength of more than 10 /

В/м призводить, також, до вимоги витримувати значну відстань між електродами, щоб запобігти наскрізному :з» пробою рідини, це викликає додаткову дисипацію енергії хвиль тиску на шляху до об'єкту обробки.V/m also leads to the requirement to maintain a significant distance between the electrodes to prevent through-through liquid breakdown, this causes additional dissipation of pressure wave energy on the way to the treatment object.

В основу винаходу поставлено задачу підвищення ефективності способу створення високих тисків в рідині заThe basis of the invention is the task of increasing the efficiency of the method of creating high pressures in the liquid

Вахунок зменшення мінімально припустимої величини міжелектродної відстані, масогабаритів необхідного дляScale of reduction of the minimum permissible value of the inter-electrode distance, mass dimensions necessary for

Ф реалізації способу обладнання, вимог до ізоляції та засобів безпеки, підвищення ресурсу електродної системи, шляхом зміни параметрів середовища, напруженості електричного поля та товщини електрода - "вістря" при ве здійсненні коронного розряду в електроліті. - Суть винаходу, що заявляється, полягає в тому, що в способі створення високих тисків для обробки 20 легкодеформівних об'єктів в рідині шляхом здійснення коронного розряду в електроліті в системі електродів о "вістря-площина", коли вістря утворюють одним з країв плоского металевого листа, охопленого діелектриком, а кз краю надають форму, відповідну необхідній конфігурації фронту хвилі тиску, згідно з винаходом, розряд здійснюють при напруженості електричного поля в зоні вістря не менш 1,510 9В/м в електроліті з питомою електропровідністю від 15Ом' "м"! до повного насичення, при цьому амплітуда миттєвої електричної потужності розрядного імпульсу повинна бути не менше 11МВ А з тривалістю переднього фронту не більше 5мкс, товщина з» металевого листа не повинна перевищувати 1,2мм.Ф implementation of the equipment method, requirements for insulation and safety devices, increasing the resource of the electrode system, by changing the parameters of the environment, the intensity of the electric field and the thickness of the electrode - a "tip" during the implementation of a corona discharge in the electrolyte. - The essence of the claimed invention is that in the method of creating high pressures for processing 20 easily deformable objects in a liquid by performing a corona discharge in the electrolyte in a "tip-plane" system of electrodes, when the tip forms one of the edges of a flat metal a sheet covered with a dielectric, and the edges are given a shape corresponding to the necessary configuration of the pressure wave front, according to the invention, the discharge is carried out at an electric field strength in the tip zone of at least 1.510 9V/m in an electrolyte with a specific electrical conductivity of 15Ω' "m"! to full saturation, while the amplitude of the instantaneous electric power of the discharge pulse should be at least 11MV A with a leading edge duration of no more than 5μs, the thickness of the metal sheet should not exceed 1.2mm.

Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками способу, що заявляється, та технічним результатом, необхідно відмітити таке. Здійснення розряду при напруженності електричного поля в зоні вістря не менш 1,5-109В/м в електроліті з питомою електропровідністю від 15Ом712-м"! до повного насичення, дозволяє 60 зменшити робочу напругу ємнісного накопичувача енергії, і як наслідок, забезпечує зниження масогабаритів необхідного для реалізації способу обладнання, зокрема конденсаторів та зарядних пристроїв, вимог до ізоляції і заходів безпеки. Виконання вище зазначених умов дає можливість наблизити зону розряду до технологічної поверхні, що знижує дисипацію енергії хвилі тиску на шляху до легкодеформівного об'єкту обробки та допускає використання спрощених пристроїв регулювання положення електрода - вістря. 65 Вибір електротехнічних параметрів розрядного контуру за умови забезпечення амплітуди миттєвої електричної потужності не менш 11МВ'А з тривалістю переднього фронту не більше 5мк дозволяє отримати необхідну для обробки легксодеформівних об'єктів інтенсивність плазмового поршня.Revealing the cause-and-effect relationship between the essential features of the claimed method and the technical result, it is necessary to note the following. Conducting a discharge at an electric field strength in the tip zone of at least 1.5-109V/m in an electrolyte with a specific electrical conductivity of 15Ω712-m"! to full saturation allows 60 to reduce the operating voltage of the capacitive energy storage, and as a result, ensures a reduction in the mass dimensions of the necessary to implement a method of equipment, in particular capacitors and chargers, insulation requirements and safety measures. Fulfillment of the above conditions makes it possible to bring the discharge zone closer to the technological surface, which reduces the dissipation of pressure wave energy on the way to the easily deformable processing object and allows the use of simplified devices adjustment of the position of the electrode - the tip.65 The choice of electrical parameters of the discharge circuit, provided that the amplitude of the instantaneous electric power is not less than 11MVA with the duration of the leading edge not more than 5 μm, allows you to obtain the intensity of the plasma piston necessary for processing easily deformable objects.

Використання в якості вістря, замість листа фольги, стального листа товщиною, що не перевищує 1,2мм, дозволяє Знизити можливу деформацію електрода та збільшити його ресурс.Using a steel sheet with a thickness not exceeding 1.2 mm as a tip, instead of a sheet of foil, allows you to reduce the possible deformation of the electrode and increase its service life.

Сукупність цих ознак і дозволяє підвищити ефективність способу створення високих тисків в рідині.The combination of these features makes it possible to increase the efficiency of the method of creating high pressures in the liquid.

Суть винаходу пояснюється кресленнями, на яких наведено один з варіантів пристрою для реалізації способу. На фіг.1 зображено загальний вид пристрою в розрізі, на фіг.2 - переріз по А-А. На фігурах позначено: електророзрядна камера 1, заповнена електролітом 2, із заглибленими в неї електродами - вістрям З та 70 плоскістю 4, вістря утворене одним з країв плоского металевого листа 5 товщиною 8, покритого діелектриком 6 і розташованого на відстані г від плоскості. На схемі (фіг.1) також показаний зарядний пристрій 7, ємнісний накопичувач енергії 8 та розрядний комутатор 9.The essence of the invention is explained by the drawings, which show one of the variants of the device for implementing the method. Fig. 1 shows a general view of the device in section, Fig. 2 shows a section along AA. The figures indicate: the electric discharge chamber 1, filled with electrolyte 2, with electrodes embedded in it - tip З and 70 plane 4, the tip is formed by one of the edges of a flat metal sheet 5 with a thickness of 8, covered with a dielectric 6 and located at a distance g from the plane. The diagram (Fig. 1) also shows the charger 7, capacitive energy storage 8 and discharge switch 9.

Спосіб здійснення електричного розряду в електроліті реалізують таким чином. Електророзрядну камеру 1 заповнюють електролітом 2 з питомою електропровідністю від 15Ом-"м- до повного насичення, вістря З 75 утворюють одним із країв плоского металевого листа 5 товщиною 5, охопленого діелектриком 6, а краю надають форму, відповідну необхідній конфігурації фронту хвилі тиску і розташовують на відстані г від електроду плоскості 4. Далі, від зарядного пристрою 7 заряджають ємнісний накопичувач енергії 8 до напруги Ш о, необхідної для створення в зоні вістря при даних г та 8 напруженості електричного поля не менш за 1,510 В/м і через розрядний комутатор 9 подають імпульс напруги на вістря. При цьому, ємність накопичувача енергії С, індуктивність розрядного контуру І та площина неізольованої поверхні металевого листа 5 повинні забезпечити амплітуду миттєвої електричної потужності розрядного імпульсу не менш 11МВ А з тривалістю переднього фронту не більше 5мкс.The method of electric discharge in the electrolyte is implemented as follows. The electric discharge chamber 1 is filled with an electrolyte 2 with a specific electrical conductivity from 15 Ω-"m- to full saturation, the point C 75 is formed by one of the edges of a flat metal sheet 5 with a thickness of 5, covered by a dielectric 6, and the edges are given a shape corresponding to the required configuration of the pressure wave front and placed at a distance g from the electrode of the plane 4. Next, the capacitive energy storage device 8 is charged from the charging device 7 to the voltage Sh o necessary to create an electric field strength of at least 1.510 V/m in the tip zone with the data g and 8 and through the discharge switch 9 At the same time, the capacity of the energy storage C, the inductance of the discharge circuit I and the plane of the non-insulated surface of the metal sheet 5 must ensure the amplitude of the instantaneous electric power of the discharge pulse at least 11MVA with a duration of the leading edge of no more than 5μs.

Далі наведено конкретні електротехнічні параметри розрядного контуру, що дозволяють реалізувати показаний на фіг.1 варіант способу. Так, вибір зарядної напруги ОО величиною в 4кВ, при 5 -1їмм та г-50мм 7 дозволить створити безпосередньо у поверхні вістря напруженість електричного поля Е 0-1,74105В/м, а « застосування в якості накопичувана енергії конденсаторної батарей ємністю С-ЗООмкФ, зібраної на базі конденсаторів К4А1И-7 та конфігурації струмопідвідних дротів, що створюють індуктивність розрядного контуруBelow are the specific electrical parameters of the discharge circuit, which allow to implement the variant of the method shown in Fig. 1. Thus, the choice of the charging voltage ОО in the amount of 4kV, at 5-1mm and g-50mm 7 will allow creating an electric field intensity E 0-1.74105V/m directly at the surface of the tip, and the use of capacitor batteries with a capacity of C-ZOOmF as stored energy , assembled on the basis of K4A1Y-7 capacitors and the configuration of current-carrying wires that create the inductance of the discharge circuit

І-3,5мкГн, забезпечить мінімально необхідну амплітуду миттєвої електричної потужності розрядного імпульсу Га /11МВ-А з тривалістю переднього фронту 5мкс.I-3.5μH, will provide the minimum necessary amplitude of the instantaneous electric power of the discharge pulse Ha /11MVA-A with the duration of the leading edge of 5μs.

На фіг.3 представлено осцилограму коронного розряду за таких умов. На фіг.4 показаний елемент - електрода-вістря утвореного краєм плоскої металевої фольги товщиною 0,1мм, після дії декількох розрядних «-- імпульсів, за інших однакових умов з наведеним вище прикладом. Помітно значне руйнування електрода, викликане електричною ерозію, що підтверджує цілеспрямованість використання при утворенні вістря більш вFigure 3 shows an oscillogram of a corona discharge under such conditions. Fig. 4 shows an element - an electrode-tip formed by the edge of a flat metal foil with a thickness of 0.1 mm, after the action of several discharge "-- pulses, under other conditions identical to the above example. Significant destruction of the electrode caused by electric erosion is noticeable, which confirms the purposefulness of use in the formation of a tip more in

З5 товстого металевого листа. Ге)C5 thick metal sheet. Gee)

Claims

The formula of the invention "A method of creating high pressures for processing easily deformable objects in a liquid by carrying out -o s corona discharge in the electrolyte in the "tip-plane" system of electrodes, when the tips form one of the edges of a flat metal sheet covered with a dielectric, and the edges give shape , corresponding to the necessary configuration :z" of the pressure wave front, which is distinguished by the fact that the discharge is carried out at an electric field strength in the tip zone of at least 1.50110 b V/m in an electrolyte with a specific electrical conductivity from 15 Ω-Ω7 to full saturation, while the amplitude of the instantaneous electrical power of the discharge pulse must be at least Ge») 11 MVOA with the duration of the leading edge no more than 5 μs, the thickness of the metal sheet must not exceed 1.2 mm.

sh" - at 50 Ko)

R

60 b5