WO2011136692A1 - Working electrode of an electro-hydraulic installation (variant embodiments) - Google Patents
Working electrode of an electro-hydraulic installation (variant embodiments) Download PDFInfo
- Publication number
- WO2011136692A1 WO2011136692A1 PCT/RU2011/000172 RU2011000172W WO2011136692A1 WO 2011136692 A1 WO2011136692 A1 WO 2011136692A1 RU 2011000172 W RU2011000172 W RU 2011000172W WO 2011136692 A1 WO2011136692 A1 WO 2011136692A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- rod
- shell
- electrode
- working electrode
- electro
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
- B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
- B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
- B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
- B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
- B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
- B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
- B02C2019/183—Crushing by discharge of high electrical energy
Definitions
- the proposal relates to elements of equipment using phenomena that accompany a powerful spark electric discharge in water, that is, an electro-hydraulic (hereinafter - EG) effect, for the implementation of various technological processes, in particular for crushing stone, ores, concrete waste, water disinfection, Lacization of flax.
- - EG electro-hydraulic
- the discharge occurs between the so-called working electrode connected to the positive high-voltage pole of the power source (pulse current generator) and usually grounded and connected to the negative pole of the power source by the structural element of the equipment.
- the power source pulse current generator
- Electrodes are metal rods (in the prior art they are sometimes called current conductors or current conductors), solid or hollow, solid or composite, surrounded along the entire length, except for the ends, by an insulating sheath.
- a power source is attached to one of the ends of the rod, the other end (hereinafter referred to as the working end), from which the discharge comes, is immersed in water.
- the shell portion adjacent to the working end of the electrode is destroyed by the combined action of a shock wave, an electric spark, and ultraviolet radiation accompanying the discharge.
- Water hammer acting on the end part of the shell burnt by sparks, causes cracks. Repeating hydraulic shocks, deepening cracks, open the shell along the rod, thereby increasing the area of the surface of the rod in contact with water. Over time, the surface increases so much that the spark discharge no longer develops and the installation stops.
- the electrode is removed from the installation and repaired by cutting off the damaged insulation, restoring the shape and integrity of the end part of the shell, and shortening the rod, and thereby the electrode.
- Replacement of rapidly shortening electrodes is the main cost item for the operation of EG installations.
- the electrode resource of a given initial length is determined by the loss of length for each repair and the duration of continuous operation from repair to repair.
- the most important indicator of the reliability of working electrodes is the time between failures (from repair to repair). It must be at least 20 thousand pulses in order for the industrial use of EG installations to be cost-effective.
- the time between failures of electrodes known from the prior art is lower than indicated by more than an order of magnitude.
- the ultimate state is the state of an object in which its further operation is unacceptable or inappropriate, or the restoration of its operational state is impossible or inappropriate.
- Failure criterion - a sign or a set of signs of violation of the object s operational state, established in the regulatory and technical and (or) design (project) documentation.
- the working ends of the composite rods of known electrodes are provided with screwed tips having a recess in which the conical end part of the insulator is located.
- a working electrode of an electric discharge installation for the destruction of reinforced concrete waste consisting of a steel rod surrounded along its entire length, with the exception of the ends, by an insulating sheath made of polyethylene.
- the end part of the shell on the side of the working end is made in the form of a conical funnel and, to prevent cracking, is equipped with a bandage covering it in the form of a metal tubular screen.
- the electrode was used in an installation with a voltage of 350 kV [patent SU N ° 1741900 A1].
- Such an electrode is unsuitable for EG installations operating at voltages close to 50 kV.
- the presence of the screen increases the actual contact surface of the rod with water, since the electrical resistance of a narrow layer of water between it and the rod is small.
- the power source manages to discharge through the water before the spark discharge develops.
- the technical complexity of the electrode makes it difficult to recover from wear.
- the insulating sheath made of polyethylene has a low resistance to abrasion and to the action of ultraviolet radiation from a spark discharge.
- an electrode consisting of a metal rod with a smooth surface surrounded by an insulating sheath [RF patent N ° 2099142 C1].
- An electrode of this design works better at voltages of the order of 50 kV, but its durability is low due to insufficient insulation resistance of the end part of the shell, exposed to the destruction of raw materials, shock waves, spark discharges.
- a rod without a tip no matter how tight it is pressed into the shell, under the influence of repeated hydraulic shocks, is shifted in the shell. After he has moved, his connection with the shell is sharply weakened, and he quickly pushed into the shell. The protrusion of the rod beyond the shell decreases, the discharges approach the end part of the shell, accelerating its destruction. When the end of the rod is inside the shell, spark breakdowns become irregular or completely stop. Even a new electrode, not yet shortened by regrindings, in which the rod has moved, becomes unusable and cannot be restored.
- an electrode for electropulse fracture of solid materials containing a composite rod installed in an insulating sheath, in the form of a hollow conductor freely inserted into a metal sleeve, the sheath is made of an elastic, spongy material impregnated with a dielectric fluid [RF patent N ° 60627 U1]. Due to the technical complexity and low mechanical strength, such an electrode is unsuitable for use in rock crushing plants, where the electrode is immersed in a layer of destructible stones.
- the resource of such an electrode according to the data indicated in the description of the patent is about 300 pulses. For industrial EG installations, such a resource is absolutely insufficient.
- the working electrode of the electro-hydraulic crusher consisting of a metal rod surrounded by an insulating sheath, the free ends of which protrude beyond the sheath for a short length [certificate for gas and condensate field of the Russian Federation 18360].
- One end of the rod is used to connect to a high-voltage power source, and the other, immersed during work in water, is a working one.
- the shell material must have high resistance to the action of water, shock wave, ultraviolet radiation and the abrasive action of destructible raw materials.
- a disadvantage of the known electrode is its low reliability.
- the known electrode has a small operating time between failures and a low resource due to the need for frequent and uneconomical regrinding due to degradation of the shell.
- sudden failures caused by the displacement of the rod relative to the shell under the influence of hydraulic shocks are a frequent occurrence.
- the technical problem solved by this proposal is to increase the reliability of the working electrodes of technological EG installations.
- a primer layer is applied to the rod, and the sheath is cast from a polyurethane elastomer having the following properties:
- the rod in the well-known working electrode of an electro-hydraulic installation containing a metal rod surrounded by an insulating sheath, the rod has a variable cross-sectional area along its length and a primer layer is applied to it, and the sheath is made of polyurethane elastomer cast.
- the surface of the rod is made wavy with a wave period equal to the length of the part of the rod protruding from the shell at the working end of the electrode.
- the surface of the rod is made with annular grooves arranged in increments equal to the length of the portion of the rod protruding from the shell at the working end of the electrode.
- the rod in a known working electrode of an electro-hydraulic installation comprising a metal rod surrounded by an insulating sheath, the rod has at least one a helical groove or crest with a lifting angle of not more than 15 °, a primer layer is applied to it, and the shell is molded from polyurethane elastomer.
- the rod has microroughnesses
- a primer layer is applied to the rod
- the shell is molded from polyurethane elastomer.
- the reliability of the electrode is increased by increasing its electric strength and improving the adhesion of the rod to the shell, and the manufacturing process of the electrode is cheaper.
- the long-time operation of the electrode between failures is ensured due to the high resistance of the end part of the insulating shell to the pulse-periodic action of the shock wave.
- the implementation of the rod with a spiral groove or ridge simplifies its manufacture in large quantities and increases the reliability of the electrode, due to the constancy of the cross section of the rod along its entire length.
- Figure 1 shows the proposed electrode in section.
- FIG. 2 shows a larger scale section of the central part of the electrode.
- FIG. Figure 3 shows a section through an electrode with a spiral groove on the surface of a rod.
- FIG. 4 shows a section of an electrode with a spiral ridge on the surface of the rod.
- the proposed electrode consists of a metal rod 7, with a primer layer 2 deposited on it, surrounded by a cast insulating sheath 3 (hereinafter referred to as the sheath) of polyurethane elastomer.
- the rod can be made multilayer or composite, round or other cross-section.
- the purpose of the primer layer 2 is to strengthen the adhesion between the rod 1 and the sheath 3 in order to prevent the longitudinal displacement of the rod and the formation of a gap between the end part of the sheath and the rod due to repeated hydraulic shocks.
- a round cross-section rod can be made with a variable cross-sectional area along its length.
- its surface may be stepped or, as shown in FIG. 1, wavy.
- the pitch of the grooves or the wavelength may be equal to the length of the protruding part of the rod protruding from the shell at the working end of the electrode before operation. With an optimal combination of shell and rod resources, this length coincides with the length of the shell removed when the electrode is regrind. If the rod is not round, but, for example, oval or rectangular section, then one or more of its transverse dimensions can be variable.
- the displacement of the rod can also be prevented by applying to the surface of the rod at least one helical groove (groove) 4 or at least one helical (spiral) ridge 5. It is possible to apply a larger number of grooves / ridges that form a multiple start on the surface of the rod thread. If the need for electrodes is great, then rods with a groove or comb are cheaper to manufacture than rods with a variable cross section. In addition, a constant cross section along the length of the rod with a groove / ridge eliminates its local overheating during operation.
- the groove depth / ridge height must be at least 0.07 rod diameter.
- the rod 1 is pointed and protrudes from the shell 3 to a small length.
- microroughnesses 8 For example, from sandblasting or emery cloth.
- the characteristic size of microroughnesses is 1 ... 100 microns.
- the shape of microroughnesses is not standardized.
- Microroughness 8 increase the adhesion of the primer layer 2 with the rod. This prevents peeling of the shell from the rod at the end of the electrode, thereby increasing the time between failures and its life.
- a polyurethane adhesive primer can be used, for example, type ADV-A-23 TU 2252-093- 22736960-04.
- the displacement of the primed rod relative to the shell was never observed regardless of the type of primer.
- the rods that were sandblasted but not primed were knocked out by the shock wave from the cast shell in the first two hours of operation.
- a polyurethane elastomer is used as the material of the insulating sheath 3.
- the shell of this material is highly resistant to the abrasive action of the medium in which the electrode is immersed, to the action of an electric spark and ultraviolet radiation. Good strength characteristics of the shell are maintained over a wide range of temperatures, including negative ones.
- the main factor determining the life of the electrodes is the wear of the end part of the shell, which manifests itself in the form of cracks starting from the end of the working end 6 of the electrode and propagating along the electrode.
- the criterion for the failure of the end part of the shell along the length of the cracks is the state when the length of the cracks reaches 15 mm. Starting from this length, the crack growth rate begins to significantly exceed the rod wear rate. Losses in the length of the electrode during its repair increase, the full resource of the electrode is reduced, operating costs are growing.
- Polyurethane elastomers are usually obtained by mixing, followed by curing of at least two components. It was experimentally established that for the insulating shell, it is important not the chemical composition and ratio of the components, not the temperature regime of curing - they can vary, but the mechanical properties of the obtained elastomer. Limit values mechanical properties were determined experimentally during pilot tests of a ten-electrode EG crusher for stone. The material was considered suitable for the manufacture of shell 3 if, in a mode with a discharge repetition rate of 2 Hz at a discharge energy of 4 kJ, the time between failures caused by degradation of the end part of the shell exceeded 3 hours. This time approximately corresponded to the time of rod wear and was acceptable for industrial applications of EG installations.
- the shell material meets the above criteria of suitability, if its elongation at break, determined according to GOST 270-75, exceeds at least 300%. There were no restrictions on the upper limit, at least up to 550%: the end-face resource monotonously increased with the growth of this indicator.
- the Shore A hardness of the shell material should be within 70 ... 90 conventional units. With a hardness less than 70 and greater than 90 conventional units, cracks in the end part of the shell grow faster than the rod wears out. At lower hardness, in addition to cracks, the abrasive wear of the shell and those of its sections that are located at a distance from the end of the electrode and are exposed to the abrasive action of the destructible material for a long time becomes significant. In addition, electrodes typically subjected to bending by processed raw materials, with a hardness of less than 70 conventional units poorly resist bending.
- the thickness of the sheath of polyurethane elastomer is determined from the conditions for obtaining a sufficiently rigid mechanically electrode. It always automatically turns out to be sufficient to ensure the electric strength of the shell at voltages up to 1 00 kV.
- the proposed electrodes are made by pouring a polyurethane, usually two-component, injection system placed in the form of a primed rod. A small amount of gas bubbles remaining in the shell does not cause a noticeable decrease in its electric strength, and therefore, pouring is performed without evacuation at atmospheric pressure.
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Disintegrating Or Milling (AREA)
Abstract
A working electrode of increased reliability is proposed for technological equipment using the phenomena which accompany a high-power electrical discharge in water in order to break up stone and concrete, to purify water and to cottonize fibrous materials. The electrode consists of a metal rod with a priming layer applied thereto, the rod being surrounded by a cast insulating shell made of polyurethane elastomer which has the following properties: - nominal tensile strength of a minimum of 30 MPa; - relative elongation at break of a minimum of 300%; - a shore A hardness of 70...90 nominal units. Furthermore, the surface of the rod has annular grooves or helical flutes for preventing the electrode from being knocked out of the shell by a shock wave which arises during the discharges. In order to improve the adhesion of the priming layer to the rod, microscopic unevennesses can be applied to the surface of the rod.
Description
РАБОЧИЙ ЭЛЕКТРОД ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ OPERATING ELECTRODE HYDRAULIC INSTALLATION
(ВАРИАНТЫ) Предложение относится к элементам оборудования, использующего явления, сопровождающие мощный искровой электрический разряд в воде, то есть электрогидравлический (далее - ЭГ) эффект, для осуществления различных технологических процессов, в частности для дробления камня, руд, бетонных отходов, обеззараживании воды, котонизации льна. (OPTIONS) The proposal relates to elements of equipment using phenomena that accompany a powerful spark electric discharge in water, that is, an electro-hydraulic (hereinafter - EG) effect, for the implementation of various technological processes, in particular for crushing stone, ores, concrete waste, water disinfection, cotonization of flax.
В указанном оборудовании (ЭГ установках) разряд происходит между так называемым рабочим электродом, присоединённым к положительному высоковольтному полюсу источника питания (генератора импульсных токов) и обычно заземлённым и соединённым с отрицательным полюсом источника питания конструктивным элементом оборудования. In the specified equipment (EG installations), the discharge occurs between the so-called working electrode connected to the positive high-voltage pole of the power source (pulse current generator) and usually grounded and connected to the negative pole of the power source by the structural element of the equipment.
Рабочие электроды (далее - электроды) представляют собой металлические стержни (в уровне техники они иногда называются тоководами или токопроводами), сплошные или полые, цельные или составные, окружённые по всей длине, кроме концов, изолирующей оболочкой. Встречающиеся в уровне техники термины «изолятор», «изоляция», «изолирующая оболочка», «изоляционная оболочка» с функциональной точки зрения обозначают одно и то же, являются синонимами. Но термин «изолятор» в строгом толковании означает самостоятельную деталь, а изолирующая оболочка, о которой пойдёт речь в настоящем описании, является не деталью, а частью электрода, являющегося сборочной единицей, согласно ГОСТ 2.101 -68 или даже узел. В конструктивном же отношении для краткости далее будет использоваться слово «оболочка» без указания на её изоляционные свойства.
К одному из концов стержня присоединяется источник питания, другой конец (далее он будет называться рабочим концом), с которого исходит разряд, погружается в воду. Working electrodes (hereinafter referred to as electrodes) are metal rods (in the prior art they are sometimes called current conductors or current conductors), solid or hollow, solid or composite, surrounded along the entire length, except for the ends, by an insulating sheath. The terms “insulator”, “insulation”, “insulating shell”, “insulating shell”, which are used in the prior art, from the functional point of view mean the same thing, they are synonyms. But the term “insulator” in strict interpretation means an independent part, and the insulating shell, which will be discussed in the present description, is not a part, but a part of the electrode, which is an assembly unit, according to GOST 2.101 -68 or even a unit. In constructive terms, for brevity, the word “shell” will be used below without indicating its insulating properties. A power source is attached to one of the ends of the rod, the other end (hereinafter referred to as the working end), from which the discharge comes, is immersed in water.
Для возникновения искрового разряда при подаче на электрод высоковольтного импульса принципиально важно, чтобы площадь соприкасающегося с водой неизолированного рабочего конца стержня была минимальна. При невыполнении этого условия, накопительный конденсатор источника питания разряжается через воду раньше, чем образуется проводящий канал для искры. Если искра всё же образуется, то всё равно значительная часть энергии источника бесполезно протекает через воду, снижая тем самым энергоэффективность процесса. For the occurrence of a spark discharge when a high-voltage pulse is applied to the electrode, it is crucial that the area of the non-insulated working end of the rod in contact with water is minimal. If this condition is not fulfilled, the storage capacitor of the power source is discharged through the water before the conductive channel for the spark is formed. If a spark nevertheless forms, then still a significant part of the source’s energy flows uselessly through the water, thereby reducing the energy efficiency of the process.
Прилегающий к рабочему концу электрода участок оболочки разрушается совместным воздействием ударной волны, электрической искры и ультрафиолетового излучения, сопровождающих разряд. Гидравлические удары, воздействуя на обожженную искрами торцевую часть оболочки, вызывают появление трещин. Повторяющиеся гидравлические удары, углубляя трещины, распарывают оболочку вдоль стержня, увеличивая тем самым площадь контактирующей с водой поверхности стержня. Со временем поверхность настолько увеличивается, что искровой разряд уже не развивается и работа установки прекращается. The shell portion adjacent to the working end of the electrode is destroyed by the combined action of a shock wave, an electric spark, and ultraviolet radiation accompanying the discharge. Water hammer, acting on the end part of the shell burnt by sparks, causes cracks. Repeating hydraulic shocks, deepening cracks, open the shell along the rod, thereby increasing the area of the surface of the rod in contact with water. Over time, the surface increases so much that the spark discharge no longer develops and the installation stops.
Электрод снимают с установки и ремонтируют, срезая разрушенную изоляцию, восстанавливая форму и целостность торцевой части оболочки, и укорачивая стержень, а тем самым и электрод. Замена быстро укорачивающихся электродов является основной статьёй расходов на эксплуатацию ЭГ установок. Ресурс электрода заданной исходной длины определяется потерей длины на каждый ремонт и продолжительностью непрерывной работы от ремонта до ремонта. Важнейшим показателем надёжности рабочих электродов является наработка между отказами (от ремонта до ремонта). Она должна составлять не менее 20 тысяч импульсов, для того чтобы промышленное использование ЭГ установок было
рентабельным. Наработка между отказами известных из уровня техники электродов ниже указанного более чем на порядок. The electrode is removed from the installation and repaired by cutting off the damaged insulation, restoring the shape and integrity of the end part of the shell, and shortening the rod, and thereby the electrode. Replacement of rapidly shortening electrodes is the main cost item for the operation of EG installations. The electrode resource of a given initial length is determined by the loss of length for each repair and the duration of continuous operation from repair to repair. The most important indicator of the reliability of working electrodes is the time between failures (from repair to repair). It must be at least 20 thousand pulses in order for the industrial use of EG installations to be cost-effective. The time between failures of electrodes known from the prior art is lower than indicated by more than an order of magnitude.
Здесь и ниже содержание терминов, относящихся к надёжности электродов, толкуется в соответствии с ГОСТ 27.002-89: Here and below, the contents of the terms related to the reliability of the electrodes are interpreted in accordance with GOST 27.002-89:
Ресурс - суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации до перехода в предельное состояние. Resource - the total operating time of the object from the beginning of its operation to the transition to the limit state.
Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. The ultimate state is the state of an object in which its further operation is unacceptable or inappropriate, or the restoration of its operational state is impossible or inappropriate.
Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Failure - an event consisting in the violation of the operational state of the object.
Критерий отказа - признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленные в нормативно- технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Failure criterion - a sign or a set of signs of violation of the object’s operational state, established in the regulatory and technical and (or) design (project) documentation.
Наработка ежду отказами - наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа. Operating time between failures - the operating time of an object from the end of the restoration of its working state after a failure to the occurrence of the next failure.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки Reliability - the property of an object to continuously maintain a healthy state for some time or time
Известны технические решения, направленные на повышение ресурса электродов, заключающиеся в применении составных стержней, состоящих из металлической трубки, жёстко закреплённой в изолирующей оболочке, и пропущенной через неё подвижной центральной части, выполненной из проволоки [Л.А. Юткин. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л. ^'Машиностроение", 1986, с. 97] или стального каната [патент РФ N° 2013135 С1]. Торцевая часть трубки устанавливается заподлицо с торцевой частью оболочки. Выпуская
центральную часть за торцевую часть оболочки, стремились отдалить тем самым место развития разряда от оболочки. Known technical solutions aimed at increasing the life of the electrodes, consisting in the use of composite rods consisting of a metal tube, rigidly fixed in an insulating shell, and a movable central part made of wire passed through it [L.A. Yutkin. Electro-hydraulic effect and its application in industry. L. ^ 'Engineering, 1986, p. 97] or steel rope [RF patent N ° 2013135 C1]. The end part of the tube is installed flush with the end part of the sheath. the central part behind the end part of the shell, thereby striving to distance the place of development of the discharge from the shell.
Однако, это решение не увеличивает срок службы электродов. Вследствие недостаточно изученных причин, в таких конструкциях разряды очень часто развиваются от трубки, находящейся в электрическом контакте с центральной частью. Такие разряды быстро разрушают оболочку, непосредственно примыкающую к трубке. However, this solution does not increase the life of the electrodes. Due to insufficiently studied reasons, in such designs discharges very often develop from a tube in electrical contact with the central part. Such discharges quickly destroy the shell directly adjacent to the tube.
Известны также технические решения, направленные на повышение ресурса электродов, заключающиеся в применении специальных металлических наконечников, закрывающих торцевую часть оболочки. Известны, например, сходные по конструкции рабочие электроды для дробления и измельчения различных материалов при напряжениях порядка 300...400 кВ, содержащие металлический стержень, размещенный в изоляторе из полиэтилена высокого давления [патент SU Ν° 1781892 А1 , патент SU N° 1790069 А1]. Рабочие концы составных стержней известных электродов снабжены навинчивающимися наконечниками, имеющими углубление, в котором располагается коническая концевая , часть изолятора. В схожем по конструкции электроде [патент РФ N° 2013135 C1 ] с составным стержнем, наоборот, наконечник, укреплённый на конце гибкого токовода, пропущенного через стальную трубку, жёстко закреплённую в изоляторе, частично погружен в углубление на его торце. Во всех трёх электродах диаметр наконечника превышает диаметр торцевой части изолятора. Тем самым торец оболочки, по замыслу авторов указанных изобретений, защищается от разрушения разрядами и ударной волной. Also known are technical solutions aimed at increasing the life of the electrodes, consisting in the use of special metal tips that cover the end of the shell. Known, for example, are similar working electrodes for crushing and grinding various materials at voltages of the order of 300 ... 400 kV, containing a metal rod placed in an insulator made of high pressure polyethylene [patent SU Ν ° 1781892 A1, patent SU N ° 1790069 A1 ]. The working ends of the composite rods of known electrodes are provided with screwed tips having a recess in which the conical end part of the insulator is located. In an electrode similar in design [RF patent N ° 2013135 C1] with a composite rod, on the contrary, the tip mounted on the end of a flexible current lead passed through a steel tube rigidly fixed in the insulator is partially immersed in the recess at its end. In all three electrodes, the diameter of the tip exceeds the diameter of the end part of the insulator. Thus, the end face of the shell, as conceived by the authors of these inventions, is protected from destruction by discharges and shock wave.
Но при характерных для технологических ЭГ установок напряжениях порядка 50 кВ такие электроды очень неэкономичны, поскольку из-за большой площади соприкасающейся с водой поверхности
наконечника значительная часть энергии высоковольтного импульса расходуется на бесполезный нагрев воды. But at voltages of the order of 50 kV characteristic of technological EG installations, such electrodes are very uneconomical, because of the large surface area in contact with water the tip of a significant part of the energy of the high-voltage pulse is spent on useless heating of water.
Кроме того, указанные решения повышают ресурс электродов очень незначительно. Вода достаточно плотная среда и передаёт ударную волну по всем направлениям. Поэтому изолятор подвергается воздействию ударной волны и с боков, а не только с торца, где он защищен наконечником. In addition, these solutions increase the resource of the electrodes very slightly. Water is a fairly dense medium and transmits a shock wave in all directions. Therefore, the insulator is exposed to the shock wave and from the sides, and not just from the end, where it is protected by a tip.
Известен также рабочий электрод электроразрядной установки для разрушения отходов железобетона, состоящий из стального стержня, окруженного по всей длине, за исключением концов, изолирующей оболочкой из полиэтилена. Торцевая часть оболочки со стороны рабочего конца выполнена в виде конической воронки и для предотвращения образования трещин оснащена охватывающим её бандажом в виде металлического трубчатого экрана. Электрод использовался в установке с напряжением 350 кВ [патент SU N° 1741900 А1]. Такой электрод непригоден для ЭГ установок, работающих при напряжениях, близких к 50 кВ. Наличие экрана увеличивает фактическую поверхность контакта стержня с водой, поскольку электрическое сопротивление узкой прослойки воды между ним и стержнем, невелико. Источник питания успевает разрядиться через воду раньше, чем разовьётся искровой разряд. Техническая сложность электрода затрудняет его восстановление после износа. Also known is a working electrode of an electric discharge installation for the destruction of reinforced concrete waste, consisting of a steel rod surrounded along its entire length, with the exception of the ends, by an insulating sheath made of polyethylene. The end part of the shell on the side of the working end is made in the form of a conical funnel and, to prevent cracking, is equipped with a bandage covering it in the form of a metal tubular screen. The electrode was used in an installation with a voltage of 350 kV [patent SU N ° 1741900 A1]. Such an electrode is unsuitable for EG installations operating at voltages close to 50 kV. The presence of the screen increases the actual contact surface of the rod with water, since the electrical resistance of a narrow layer of water between it and the rod is small. The power source manages to discharge through the water before the spark discharge develops. The technical complexity of the electrode makes it difficult to recover from wear.
Изолирующая оболочка из полиэтилена имеет невысокую стойкость к истиранию и к действию ультрафиолетового излучения искрового разряда. The insulating sheath made of polyethylene has a low resistance to abrasion and to the action of ultraviolet radiation from a spark discharge.
Известен также электрод, состоящий из металлического стержня с гладкой поверхностью, окружённого изолирующей оболочкой [патент РФ N° 2099142 С 1]. Электрод такой конструкции лучше работает при напряжениях порядка 50 кВ, но его долговечность мала из-за
недостаточной стойкости изоляции торцевой части оболочки, подвергающейся воздействию со стороны разрушаемого сырья, ударной волны, искровых разрядов. Кроме того, стержень без наконечника, как бы туго он ни был запрессован в оболочку, под воздействием повторяющихся гидравлических ударов, сдвигается в оболочке. После того, как он сдвинулся, его связь с оболочкой резко ослабевает, и он быстро загоняется внутрь оболочки. Выступание стержня за оболочку уменьшается, разряды приближаются к торцевой части оболочки, ускоряя её разрушение. Когда конец стержня оказывается внутри оболочки, искровые пробои становятся нерегулярными или прекращаются совсем. Даже новый, ещё не укороченный переточками, электрод, в котором сдвинулся стержень, становится непригодным к работе и не подлежит восстановлению. Also known is an electrode consisting of a metal rod with a smooth surface surrounded by an insulating sheath [RF patent N ° 2099142 C1]. An electrode of this design works better at voltages of the order of 50 kV, but its durability is low due to insufficient insulation resistance of the end part of the shell, exposed to the destruction of raw materials, shock waves, spark discharges. In addition, a rod without a tip, no matter how tight it is pressed into the shell, under the influence of repeated hydraulic shocks, is shifted in the shell. After he has moved, his connection with the shell is sharply weakened, and he quickly pushed into the shell. The protrusion of the rod beyond the shell decreases, the discharges approach the end part of the shell, accelerating its destruction. When the end of the rod is inside the shell, spark breakdowns become irregular or completely stop. Even a new electrode, not yet shortened by regrindings, in which the rod has moved, becomes unusable and cannot be restored.
В описанных выше известных электродах в качестве материала для оболочки обычно используется полиэтилен высокого давления [патенты SU JYO 1741900 А1 , 1781892 А1 и 1790069 А1]. Согласно патенту РФ Ν» 60627 U1 стержень либо запрессовывают в нагретый изолятор, либо изолятор прессуют из расплавленных гранул непосредственно на стержне в пресс-форме, из которой откачивают воздух. In the known electrodes described above, high pressure polyethylene is usually used as the material for the sheath [SU JYO Patents 1741900 A1, 1781892 A1 and 1790069 A1]. According to the RF patent Ν ”60627 U1, the rod is either pressed into a heated insulator, or the insulator is pressed from molten granules directly onto the rod in a mold from which air is evacuated.
Ресурс электродов с такой оболочкой, улучшенных согласно патенту Resource of electrodes with such a shell, improved according to the patent
SU No 1741900 А1, не превышает 1250 импульсов [См.: А.Н. Баранов, Н.Т. Зиновьев, Ж.Г. Танбаев // Исследование трекингостойкости изоляции высоковольтных электродов электроимпульсных установок разрушения некондиционного железобетона // В сб.: «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах (тезисы докладов V-й Всесоюзной школы), сентябрь 1991 г., Институт импульсных процессов и технологий АН УССР, г. Николаев]. Для промышленных ЭГ установок, такой ресурс недостаточен. Известно также техническое решение, направленное на повышение ресурса электродов, отличающееся от вышеописанных тем, что радикал ьно
изменяются механические свойства материала оболочки. В электроде для электроимпульсного разрушения твёрдых материалов, содержащем установленный в изоляционной оболочке составной стержень, в виде полого токопровода, свободно вставленного в металлическую втулку, оболочка выполнена из упругого, губчатого материала, пропитанного диэлектрической жидкостью [патент РФ N° 60627 U1]. Из-за технической сложности и низкой механической прочности такой электрод непригоден для использования в установках для дробления горных пород, где электрод погружается в слой разрушаемых камней. Ресурс такого электрода по данным, указанным в описании патента, составляет около 300 импульсов. Для промышленных ЭГ установок такой ресурс абсолютно недостаточен. SU No 1741900 A1, does not exceed 1250 pulses [See: A.N. Baranov, N.T. Zinoviev, J.G. Tanbaev // Study of the tracking resistance of the insulation of high-voltage electrodes of electrical impulse plants for the destruction of substandard reinforced concrete // In: “Physics of pulsed discharges in condensed matter (abstract of the Vth All-Union School), September 1991, Institute of Pulse Processes and Technologies of the Academy of Sciences of the Ukrainian SSR, g . Nikolaev]. For industrial EG installations, such a resource is insufficient. There is also known a technical solution aimed at increasing the life of the electrodes, which differs from the above in that the radical the mechanical properties of the shell material change. In an electrode for electropulse fracture of solid materials containing a composite rod installed in an insulating sheath, in the form of a hollow conductor freely inserted into a metal sleeve, the sheath is made of an elastic, spongy material impregnated with a dielectric fluid [RF patent N ° 60627 U1]. Due to the technical complexity and low mechanical strength, such an electrode is unsuitable for use in rock crushing plants, where the electrode is immersed in a layer of destructible stones. The resource of such an electrode according to the data indicated in the description of the patent is about 300 pulses. For industrial EG installations, such a resource is absolutely insufficient.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является рабочий электрод электрогидравлической дробилки, состоящий из металлического стержня, окружённого изолирующей оболочкой, свободные концы которого выступает за оболочку на небольшую длину [свидетельство на ГТМ РФ 18360]. Один конец стержня служит для присоединения к высоковольтному источнику питания, а другой, погружаемый при работе в воду, является рабочим. В описании полезной модели отмечено, что материал оболочки должен обладать высокой стойкостью к действию воды, ударной волны, ультрафиолетового излучения и абразивному действию разрушаемого сырья. The closest to the proposed technical essence and the achieved result is the working electrode of the electro-hydraulic crusher, consisting of a metal rod surrounded by an insulating sheath, the free ends of which protrude beyond the sheath for a short length [certificate for gas and condensate field of the Russian Federation 18360]. One end of the rod is used to connect to a high-voltage power source, and the other, immersed during work in water, is a working one. In the description of the utility model, it is noted that the shell material must have high resistance to the action of water, shock wave, ultraviolet radiation and the abrasive action of destructible raw materials.
Недостатком известного электрода является низкая надёжность. Известный электрод имеет малую наработку между отказами и невысокий ресурс из-за необходимости частых и неэкономных переточек, обусловленных деградацией оболочки. Кроме того, для электродов известной конструкции частым явлением являются внезапные отказы, вызванные смещением стержня относительно оболочки под воздействием гидравлических ударов.
Техническая задача, решаемая настоящим предложением, состоит в повышении надёжности рабочих электродов технологических ЭГ установок. A disadvantage of the known electrode is its low reliability. The known electrode has a small operating time between failures and a low resource due to the need for frequent and uneconomical regrinding due to degradation of the shell. In addition, for electrodes of known design, sudden failures caused by the displacement of the rod relative to the shell under the influence of hydraulic shocks are a frequent occurrence. The technical problem solved by this proposal is to increase the reliability of the working electrodes of technological EG installations.
Она решается тем, что в известном рабочем электроде электрогидравлической установки, содержащем металлический стержень, окружённый изолирующей оболочкой, на стержень нанесён грунтовочный слой, а оболочка выполнена литой из полиуретанового эластомера. It is solved by the fact that in the well-known working electrode of an electro-hydraulic installation containing a metal rod surrounded by an insulating sheath, a primer layer is applied to the rod, and the sheath is molded from polyurethane elastomer.
Кроме того, в известном рабочем электроде электрогидравлической установки, содержащем металлический стержень, окружённый изолирующей оболочкой, на стержень нанесён грунтовочный слой, а оболочка выполнена литой из полиуретанового эластомера, обладающего следующими свойствами: In addition, in the known working electrode of an electro-hydraulic installation containing a metal rod surrounded by an insulating sheath, a primer layer is applied to the rod, and the sheath is cast from a polyurethane elastomer having the following properties:
- условная прочность при растяжении не менее 30 МПа; - conditional tensile strength not less than 30 MPa;
- относительное удлинение при разрыве не менее 300%; - elongation at break of at least 300%;
- твердость по Шору А 70...90 условных единиц. - shore hardness A 70 ... 90 conventional units.
Кроме того, в известном рабочем электроде электрогидравлической установки, содержащем металлический стержень, окружённый изолирующей оболочкой, стержень имеет переменную площадь сечения по своей длине и на него нанесён грунтовочный слой, а оболочка выполнена литой из полиуретанового эластомера. In addition, in the well-known working electrode of an electro-hydraulic installation containing a metal rod surrounded by an insulating sheath, the rod has a variable cross-sectional area along its length and a primer layer is applied to it, and the sheath is made of polyurethane elastomer cast.
Кроме того, поверхность стержня выполнена волнистой с периодом волны равным длине выступающей из оболочки части стержня на рабочем конце электрода. In addition, the surface of the rod is made wavy with a wave period equal to the length of the part of the rod protruding from the shell at the working end of the electrode.
Кроме того, поверхность стержня выполнена с кольцевыми канавками, расположенными с шагом, равным длине выступающей из оболочки части стержня на рабочем конце электрода. In addition, the surface of the rod is made with annular grooves arranged in increments equal to the length of the portion of the rod protruding from the shell at the working end of the electrode.
Кроме того, в известном рабочем электроде электрогидравлической установки, содержащем металлический стержень, окружённый изолирующей оболочкой, стержень имеет, по меньшей мере, одну
винтовую канавку или гребень с углом подъёма не более 15°, на него нанесён грунтовочный слой, а оболочка выполнена литой из полиуретанового эластомера. In addition, in a known working electrode of an electro-hydraulic installation comprising a metal rod surrounded by an insulating sheath, the rod has at least one a helical groove or crest with a lifting angle of not more than 15 °, a primer layer is applied to it, and the shell is molded from polyurethane elastomer.
Кроме того, в известном рабочем электроде электрогидравлической установки, содержащем металлический стержень, окружённый изолирующей оболочкой, стержень имеет микронеровности, на стержень нанесён грунтовочный слой, а оболочка выполнена литой из полиуретанового эластомера. Наличие грунтовочного слоя на поверхности стержня, многократно увеличивает наработку электрода между отказами и повышает безотказность электрода за счёт хорошего сцепления стержня с изолирующей оболочкой, исключающего отслаивание изоляции от стержня и смещение стержня в оболочке под действием ударной волны. In addition, in the well-known working electrode of an electro-hydraulic installation containing a metal rod surrounded by an insulating sheath, the rod has microroughnesses, a primer layer is applied to the rod, and the shell is molded from polyurethane elastomer. The presence of a primer layer on the surface of the rod, many times increases the electrode life between failures and increases the reliability of the electrode due to the good adhesion of the rod to the insulating shell, eliminating the peeling of insulation from the rod and displacement of the rod in the shell under the action of a shock wave.
Благодаря выполнению оболочки литой, повышается безотказность электрода за счёт увеличения её электрической прочности и улучшения сцепления стержня с оболочкой, удешевляется процесс изготовления электрода. Thanks to the cast shell, the reliability of the electrode is increased by increasing its electric strength and improving the adhesion of the rod to the shell, and the manufacturing process of the electrode is cheaper.
Благодаря использованию литого полиуретанового эластомера в качестве материала для изолирующей оболочки, охватывающей стержень через промежуточный грунтовочный слой, многократно увеличивается наработка электрода между отказами и его ресурс. Due to the use of cast polyurethane elastomer as a material for an insulating sheath covering the rod through an intermediate primer layer, the electrode life between failures and its life are many times increased.
Благодаря указанным механическим свойствам эластомера обеспечивается длительная наработка электрода между отказами за счёт высокой стойкости торцевой части изолирующей оболочки к импульсно- периодическому действию ударной волны. Due to the indicated mechanical properties of the elastomer, the long-time operation of the electrode between failures is ensured due to the high resistance of the end part of the insulating shell to the pulse-periodic action of the shock wave.
Благодаря использованию в качестве материала для изолирующей оболочки литого полиуретанового эластомера с установленным нижним пределом твёрдости в 70 условных единиц по Шору А многократно увеличивается наработка электрода между отказами и его ресурс.
Благодаря использованию в качестве материала для изолирующей оболочки литого полиуретанового эластомера с установленным верхним пределом твёрдости в 90 условных единиц по Шору А обеспечивается высокий ресурс электрода за счёт повышения долговременной стойкости оболочки к импульсно-периодическому действию ударной волны. Due to the use of cast polyurethane elastomer as the material for the insulating shell with a fixed hardness limit of 70 conventional units according to Shore A, the electrode life between failures and its life are many times increased. Due to the use of cast polyurethane elastomer as the material for the insulating shell with a set upper hardness limit of 90 conventional units according to Shore A, a high electrode life is ensured by increasing the long-term resistance of the shell to the pulse-periodic action of the shock wave.
Наличие грунтовочного слоя и микронеровностей на поверхности стержня, а также выполнению стержня с переменным поперечным размером или со спиральной канавкой/гребнем по длине повышает безотказность электрода за счёт хорошего укрепления стержня в изолирующей оболочке, исключающего отслаивание изоляции от стержня и смещение стержня в литой оболочке из полиуретанового эластомера под действием ударной волны. The presence of a primer layer and microroughnesses on the surface of the rod, as well as the implementation of the rod with a variable transverse size or with a spiral groove / crest in length, increases the reliability of the electrode due to the good strengthening of the rod in the insulating shell, which prevents peeling of the insulation from the rod and the displacement of the rod in the cast polyurethane shell shock elastomer.
Выполнение стержня электрода с волнистой поверхностью или кольцевыми проточками, период которых равен длине выступающей из оболочки части стержня на рабочем конце электрода, упрощает ремонт электрода. The implementation of the electrode rod with a wavy surface or annular grooves, the period of which is equal to the length of the protruding portion of the rod protruding from the shell at the working end of the electrode, simplifies electrode repair.
Выполнение стержня со спиральной канавкой или гребнем упрощает его изготовление в больших количествах и повышает надёжность работы электрода, благодаря постоянству поперечного сечения стержня по всей его длине. The implementation of the rod with a spiral groove or ridge simplifies its manufacture in large quantities and increases the reliability of the electrode, due to the constancy of the cross section of the rod along its entire length.
Существо предложения иллюстрируется чертежами. The essence of the proposal is illustrated by drawings.
На фиг.1 изображён предложенный электрод в разрезе. Figure 1 shows the proposed electrode in section.
На фиг. 2 изображён в более крупном масштабе разрез центральной части электрода. In FIG. 2 shows a larger scale section of the central part of the electrode.
На фиг. 3 изображён разрез электрода со спиральной канавкой на поверхности стержня. In FIG. Figure 3 shows a section through an electrode with a spiral groove on the surface of a rod.
На фиг. 4 изображён разрез электрода со спиральным гребнем на поверхности стержня.
Предложенный электрод состоит из металлического стержня 7, с нанесённым на него грунтовочным слоем 2, окружённым литой изолирующей оболочкой 3 (далее - оболочкой) из полиуретанового эластомера. Стержень может быть выполнен многослойным или составным, круглого или иного поперечного сечения. Назначение грунтовочного слоя 2 - усилить сцепление между стержнем 1 и оболо кой 3, чтобы предотвратить продольное смещение стержня и образование щели между торцевой частью оболочки и стержнем про воздействием повторяющихся гидравлических ударов. In FIG. 4 shows a section of an electrode with a spiral ridge on the surface of the rod. The proposed electrode consists of a metal rod 7, with a primer layer 2 deposited on it, surrounded by a cast insulating sheath 3 (hereinafter referred to as the sheath) of polyurethane elastomer. The rod can be made multilayer or composite, round or other cross-section. The purpose of the primer layer 2 is to strengthen the adhesion between the rod 1 and the sheath 3 in order to prevent the longitudinal displacement of the rod and the formation of a gap between the end part of the sheath and the rod due to repeated hydraulic shocks.
При больших токовых нагрузках, когда стержень 1 заметно нагревается, сцепление между загрунтованным стержнем и оболочкой становится ненадёжным. Для повышения надёжности, вдоль своей длины стержень круглого сечения может быть выполнен с переменной площадью поперечного сечения. Например, его поверхность может быть ступенчатой или, как это показано на фиг. 1 , волнистой. При небольшой потребности в электродах проще использовать ступенчатую поверхность, которая создаётся неглубокими кольцевыми канавками (проточками). Шаг проточек или длина волны могут быть равными длине выступающей из оболочки части стержня на рабочем конце электрода до начала эксплуатации. При оптимальном сочетании ресурсов оболочки и стержня эта длина совпадает с длиной оболочки, удаляемой при переточке электрода. Если стержень не круглого, а, например, овального или прямоугольного сечения, то переменным может быть один или несколько его поперечных размеров. At high current loads, when the rod 1 is noticeably heated, the adhesion between the primed rod and the sheath becomes unreliable. To increase reliability, a round cross-section rod can be made with a variable cross-sectional area along its length. For example, its surface may be stepped or, as shown in FIG. 1, wavy. With a small need for electrodes, it is easier to use a stepped surface, which is created by shallow annular grooves (grooves). The pitch of the grooves or the wavelength may be equal to the length of the protruding part of the rod protruding from the shell at the working end of the electrode before operation. With an optimal combination of shell and rod resources, this length coincides with the length of the shell removed when the electrode is regrind. If the rod is not round, but, for example, oval or rectangular section, then one or more of its transverse dimensions can be variable.
Смещение стержня также может быть предотвращено нанесением на поверхность стержня, по меньшей мере, одной винтовой канавки (бороздки) 4 или, по меньшей мере, одного винтового (спирального) гребня 5. Возможно нанесение и большего числа канавок/гребней, образующих на поверхности стержня многозаходную резьбу.
Если потребность в электродах велика, то стержни с канавкой или гребнем оказываются дешевле в производстве, чем стержни с переменным поперечным сечением. Кроме того, постоянное поперечное сечение по длине стержня с пазом/гребнем исключает его локальные перегревы при работе. Глубина паза/высота гребня должны быть не менее 0,07 диаметра стержня. The displacement of the rod can also be prevented by applying to the surface of the rod at least one helical groove (groove) 4 or at least one helical (spiral) ridge 5. It is possible to apply a larger number of grooves / ridges that form a multiple start on the surface of the rod thread. If the need for electrodes is great, then rods with a groove or comb are cheaper to manufacture than rods with a variable cross section. In addition, a constant cross section along the length of the rod with a groove / ridge eliminates its local overheating during operation. The groove depth / ridge height must be at least 0.07 rod diameter.
Для того чтобы даже при потере сцепления между стержнем 1 и грунтовкой 2, стержень не выскальзывал (не вывинчивался) из оболочки 3 под действием ударных волн, угол β подъёма канавки/гребня, измеряемый углом между винтовой линией канавки/гребня и плоскостью, перпендикулярной оси стержня (фиг. 1 и 2) должен быть не более 15°. Это ограничение на угол β проверено экспериментально для эластомеров и грунтовок различного состава, медных и стальных стержней. При углах β, больших 15°, возможно постепенное вывинчивание стержня под воздействием повторяющихся ударов, особенно когда стержень подогрет протекающим током. При β = 0 винтовые канавки превращаются в кольцевые. In order that even when the adhesion between the rod 1 and the primer 2 is lost, the rod does not slip (does not screw out) from the shell 3 under the action of shock waves, the angle β of the groove / ridge rise, measured by the angle between the helical line of the groove / ridge and the plane perpendicular to the axis of the rod (Fig. 1 and 2) should be no more than 15 °. This restriction on the angle β is tested experimentally for elastomers and primers of various compositions, copper and steel rods. At angles β greater than 15 °, a gradual unscrewing of the rod is possible under the influence of repeated shocks, especially when the rod is heated by the flowing current. At β = 0, the helical grooves turn into annular.
Со стороны рабочего конца б стержень 1 заострён и выступает из оболочки 3 на небольшую длину. С другого конца на стержне может быть резьба 7 для присоединения провода от источника питания. From the side of the working end b, the rod 1 is pointed and protrudes from the shell 3 to a small length. At the other end, there may be a thread 7 on the rod for connecting the wire from the power source.
Для улучшения сцепления стержня 1 с грунтовочным слоем 2 его поверхность может быть покрыта микронеровностями 8, например, от пескоструйной обработки или наждачной шкурки. Характерный размер микронеровностей 1 ... 100 мкм. Форма микронеровностей не нормируется. Микронеровности 8 увеличивают сцепление грунтовочного слоя 2 со стержнем. Это предотвращает отслаивание оболочки от стержня на торцевой части электрода, увеличивая тем самым наработку электрода между отказами и его ресурс.
В качестве грунтовочного слоя 2 может быть использован полиуретановый клей-грунтовка, например типа АДВ-А-23 ТУ 2252-093- 22736960-04. В ходе длительных испытаний электродов с грунтовками указанного и других типов смещение загрунтованного стержня относительно оболочки не отмечалось ни разу независимо от типа грунтовки. Тогда как стержни, прошедшие пескоструйную обработку, но не загрунтованные, выбивались ударной волной из литой оболочки в первые же два часа работы. В качестве материала изоляционной оболочки 3 используется полиуретановый эластомер. Оболочка из этого материала обладает высокой стойкостью к абразивному действию среды, в которую погружён электрод, воздействию электрической искры и ультрафиолетового излучения. Хорошие прочностные характеристики оболочки сохраняются в широком диапазоне температур, в том числе и отрицательных. To improve the adhesion of the rod 1 with the primer layer 2, its surface can be coated with microroughnesses 8, for example, from sandblasting or emery cloth. The characteristic size of microroughnesses is 1 ... 100 microns. The shape of microroughnesses is not standardized. Microroughness 8 increase the adhesion of the primer layer 2 with the rod. This prevents peeling of the shell from the rod at the end of the electrode, thereby increasing the time between failures and its life. As the primer layer 2, a polyurethane adhesive primer can be used, for example, type ADV-A-23 TU 2252-093- 22736960-04. During lengthy tests of electrodes with primers of the indicated and other types, the displacement of the primed rod relative to the shell was never observed regardless of the type of primer. Whereas the rods that were sandblasted but not primed were knocked out by the shock wave from the cast shell in the first two hours of operation. As the material of the insulating sheath 3, a polyurethane elastomer is used. The shell of this material is highly resistant to the abrasive action of the medium in which the electrode is immersed, to the action of an electric spark and ultraviolet radiation. Good strength characteristics of the shell are maintained over a wide range of temperatures, including negative ones.
Главным фактором, определяющим ресурс электродов, является износ торцевой части оболочки, который проявляется в виде трещин, начинающихся от торца рабочего конца 6 электрода и распространяющихся вдоль электрода. Критерием отказа торцевой части оболочки по длине трещин является состояние, когда длина трещин достигает 15 мм. Начиная с этой длины, скорость роста трещин начинает существенно превышать скорость износа стержня. Потери длины электрода при его ремонте возрастают, полный ресурс электрода сокращается, эксплуатационные расходы растут. The main factor determining the life of the electrodes is the wear of the end part of the shell, which manifests itself in the form of cracks starting from the end of the working end 6 of the electrode and propagating along the electrode. The criterion for the failure of the end part of the shell along the length of the cracks is the state when the length of the cracks reaches 15 mm. Starting from this length, the crack growth rate begins to significantly exceed the rod wear rate. Losses in the length of the electrode during its repair increase, the full resource of the electrode is reduced, operating costs are growing.
Полиуретановые эластомеры обычно получаются смешением с последующим отверждением, по меньшей мере, двух компонентов. Опытным путём установлено, что для изолирующей оболочки важным является не химический состав и соотношение компонентов, не температурный режим отверждения - они могут варьировать, а механические свойства получаемого эластомера. Предельные значения
механических свойств определялись экспериментально в ходе опытно- промышленных испытаний десятиэлектродной ЭГ дробилки для камня. Материал считался годным для изготовления оболочки 3, если в режиме с частотой повторения разрядов 2 Гц при энергии разряда 4 кДж наработка между отказами, вызванными деградацией торцевой части оболочки, превышала 3 часа. Это время примерно соответствовало времени износа стержня и было приемлемым для промышленного применения ЭГ установок. Polyurethane elastomers are usually obtained by mixing, followed by curing of at least two components. It was experimentally established that for the insulating shell, it is important not the chemical composition and ratio of the components, not the temperature regime of curing - they can vary, but the mechanical properties of the obtained elastomer. Limit values mechanical properties were determined experimentally during pilot tests of a ten-electrode EG crusher for stone. The material was considered suitable for the manufacture of shell 3 if, in a mode with a discharge repetition rate of 2 Hz at a discharge energy of 4 kJ, the time between failures caused by degradation of the end part of the shell exceeded 3 hours. This time approximately corresponded to the time of rod wear and was acceptable for industrial applications of EG installations.
Экспериментальным путём установлено, что материал изолирующей оболочки отвечает этому критерию, если его условная прочность при растяжении, определяемая согласно ГОСТ 270-75 превышает, по меньшей мере, 30 МПа. Ограничение по верхнему пределу установлено не было, по крайней мере, до 50 МПа: ресурс торцевой части плавно, но незначительно увеличивался с ростом этого показателя. It has been established experimentally that the material of the insulating shell meets this criterion if its conditional tensile strength, determined according to GOST 270-75, exceeds at least 30 MPa. A limit on the upper limit was not established, at least up to 50 MPa: the resource of the end part gradually but slightly increased with the growth of this indicator.
Экспериментальным путём также установлено, что материал оболочки отвечает вышеуказанному критерию пригодности, если его относительное удлинение при разрыве, определяемое согласно ГОСТ 270- 75 превышает, по меньшей мере, 300%. Ограничения по верхнему пределу выявлено не было, по крайней мере, до 550%: ресурс торцевой части монотонно увеличивался с ростом этого показателя. It was also established experimentally that the shell material meets the above criteria of suitability, if its elongation at break, determined according to GOST 270-75, exceeds at least 300%. There were no restrictions on the upper limit, at least up to 550%: the end-face resource monotonously increased with the growth of this indicator.
Экспериментальным путём также установлено, что твёрдость по Шору А материала оболочки, определённая согласно ГОСТ 263-75, должна находиться в пределах 70...90 условных единиц. При твёрдости, меньшей, чем 70 и большей, чем 90 условных единиц, трещины в торцевой части оболочки растут быстрее, чем изнашивается стержень. При меньшей твёрдости помимо трещин, становится значимым абразивный износ оболочки, тех её участков, которые находятся в удалении от конца электрода и подвергаются воздействию абразивного действия разрушаемого материала длительное время. Кроме того, электроды, обычно подвергаемые изгибающему воздействию со стороны
обрабатываемого сырья, при твёрдости менее 70 условных единиц плохо сопротивляются изгибу. При большей твёрдости трещины появляются позднее, но, возникнув, растут быстрее, из оболочки выкрашиваются отдельные куски. Скорость роста трещин в чрезмерно твёрдой изоляции растёт с увеличением частоты следования разрядных импульсов, что свидетельствует об усталостном характере износа. Оболочка также подвергается абразивному износу, но если полиуретановый эластомер обладает хорошей стойкостью к образованию трещин, то сравнительно небольшим оказывается и абразивный износ. It was also established experimentally that the Shore A hardness of the shell material, determined according to GOST 263-75, should be within 70 ... 90 conventional units. With a hardness less than 70 and greater than 90 conventional units, cracks in the end part of the shell grow faster than the rod wears out. At lower hardness, in addition to cracks, the abrasive wear of the shell and those of its sections that are located at a distance from the end of the electrode and are exposed to the abrasive action of the destructible material for a long time becomes significant. In addition, electrodes typically subjected to bending by processed raw materials, with a hardness of less than 70 conventional units poorly resist bending. With greater hardness, cracks appear later, but, having arisen, grow faster, separate pieces are chipped from the shell. The crack growth rate in excessively hard insulation increases with an increase in the discharge pulse repetition rate, which indicates the fatigue nature of wear. The shell also undergoes abrasive wear, but if the polyurethane elastomer has good resistance to cracking, then abrasive wear is also relatively small.
Толщина оболочки из полиуретанового эластомера определяется из условия получения достаточно жёсткого в механическом отношении электрода. Она всегда автоматически оказывается достаточной для обеспечения электрической прочности оболочки при напряжениях до 1 00 кВ. The thickness of the sheath of polyurethane elastomer is determined from the conditions for obtaining a sufficiently rigid mechanically electrode. It always automatically turns out to be sufficient to ensure the electric strength of the shell at voltages up to 1 00 kV.
Предложенные электроды изготавливаются путём заливки полиуретановой, обычно двухкомпонентной, литьевой системой помещённого в форму загрунтованного стержня. Небольшое количество газовых пузырьков, остающихся в оболочке, не вызывает заметного снижения её электрической прочности и потому заливка производится без вакуумирования при атмосферном давлении.
The proposed electrodes are made by pouring a polyurethane, usually two-component, injection system placed in the form of a primed rod. A small amount of gas bubbles remaining in the shell does not cause a noticeable decrease in its electric strength, and therefore, pouring is performed without evacuation at atmospheric pressure.
Claims
1. Рабочий электрод электрогидравлической установки, содержащий металлический стержень, окружённый изолирующей оболочкой, отличающийся тем, что на стержень нанесён грунтовочный слой, а оболочка выполнена литой из полиуретанового эластомера 1. The working electrode of an electro-hydraulic installation, comprising a metal rod surrounded by an insulating sheath, characterized in that a primer is applied to the rod and the sheath is cast from polyurethane elastomer
2. Рабочий электрод электрогидравлической установки, содержащий металлический стержень, окружённый изолирующей оболочкой, отличающийся тем, что на стержень нанесён грунтовочный слой, а оболочка выполнена литой из полиуретанового эластомера, обладающего следующими свойствами: 2. The working electrode of the electro-hydraulic installation, containing a metal rod surrounded by an insulating sheath, characterized in that a primer is applied to the rod and the sheath is cast from a polyurethane elastomer having the following properties:
- условная прочность при растяжении не менее 30 МПа; - conditional tensile strength not less than 30 MPa;
- относительное удлинение при разрыве не менее 300%; - elongation at break of at least 300%;
- твердость по Шору А 70...90 условных единиц. - shore hardness A 70 ... 90 conventional units.
3. Рабочий электрод электрогидравлической установки, содержащий металлический стержень, окружённый изолирующей оболочкой, отличающийся тем, что стержень имеет переменную площадь сечения по своей длине и на него нанесён грунтовочный слой, а оболочка выполнена литой из полиуретанового эластомера. 3. The working electrode of the electro-hydraulic installation, containing a metal rod surrounded by an insulating sheath, characterized in that the rod has a variable cross-sectional area along its length and a primer layer is applied to it, and the shell is molded from polyurethane elastomer.
4. Рабочий электрод по п. 3, отличающийся тем, что поверхность стержня выполнена волнистой с периодом волны равным длине выступающей из оболочки части стержня на рабочем конце электрода. 4. The working electrode according to claim 3, characterized in that the surface of the rod is made wavy with a wave period equal to the length of the part of the rod protruding from the shell at the working end of the electrode.
5. Рабочий электрод по п. 3, отличающийся тем, что поверхность стержня выполнена с кольцевыми канавками, расположенными с шагом, равным длине выступающей из оболочки части стержня на рабочем конце электрода. 5. The working electrode according to claim 3, characterized in that the surface of the rod is made with annular grooves arranged in increments equal to the length of the portion of the rod protruding from the shell at the working end of the electrode.
6. Рабочий электрод электрогидравлической установки, содержащий металлический стержень, окружённый изолирующей оболочкой, отличающийся тем, что стержень имеет по своей длине, по меньшей мере, одну винтовую канавку или гребень с углом подъёма не более 15°, на него нанесён грунтовочный слой, а оболочка выполнена литой из полиуретанового эластомера. 6. A working electrode of an electro-hydraulic installation, comprising a metal rod surrounded by an insulating sheath, characterized in that the rod has at least a length along its length at least one helical groove or crest with a lifting angle of not more than 15 °, a primer layer is applied to it, and the shell is molded from polyurethane elastomer.
7. Рабочий электрод электрогидравлической установки, содержащий металлический стержень, окружённый изолирующей оболочкой, отличающийся тем, что стержень имеет микронеровности, на стержень нанесён грунтовочный слой, а оболочка выполнена литой из полиуретанового эластомера. 7. The working electrode of the electro-hydraulic installation, containing a metal rod surrounded by an insulating shell, characterized in that the rod has microroughnesses, a primer layer is applied to the rod, and the shell is molded from polyurethane elastomer.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010116592/13A RU2433865C1 (en) | 2010-04-27 | 2010-04-27 | Working electrode of electrohydraulic plant (versions) |
RU2010116592 | 2010-04-27 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2011136692A1 true WO2011136692A1 (en) | 2011-11-03 |
Family
ID=44861756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2011/000172 WO2011136692A1 (en) | 2010-04-27 | 2011-03-18 | Working electrode of an electro-hydraulic installation (variant embodiments) |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2433865C1 (en) |
WO (1) | WO2011136692A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2733413C1 (en) * | 2020-01-14 | 2020-10-01 | Сергей Николаевич Ким | Stable working electrode for electrohydraulic and electric pulse devices |
CN112682899A (en) * | 2021-01-04 | 2021-04-20 | 东莞市唯帝信息技术有限公司 | Air purifier based on high-pressure ionized air |
RU2786290C1 (en) * | 2022-05-11 | 2022-12-19 | Сергей Николаевич Ким | Electro-hydraulic mixer-disperser |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1113750A (en) * | 1965-12-03 | 1968-05-15 | Gen Electric | Improvements in electrohydraulic systems |
RU841440C (en) * | 1980-01-08 | 1992-12-07 | Центральная Научно-Исследовательская Лаборатория Электрогидравлического Эффекта Министерства Сельского Хозяйства Ссср | Electric-hydraulic igniter for rock failure |
RU2013135C1 (en) * | 1991-03-05 | 1994-05-30 | Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете | High voltage electrode for electric pulse material destruction |
RU18360U1 (en) * | 2001-03-05 | 2001-06-20 | Григорьев Юрий Васильевич | ELECTROHYDRAULIC CRUSHER WORKING ELECTRODE |
-
2010
- 2010-04-27 RU RU2010116592/13A patent/RU2433865C1/en not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-03-18 WO PCT/RU2011/000172 patent/WO2011136692A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1113750A (en) * | 1965-12-03 | 1968-05-15 | Gen Electric | Improvements in electrohydraulic systems |
RU841440C (en) * | 1980-01-08 | 1992-12-07 | Центральная Научно-Исследовательская Лаборатория Электрогидравлического Эффекта Министерства Сельского Хозяйства Ссср | Electric-hydraulic igniter for rock failure |
RU2013135C1 (en) * | 1991-03-05 | 1994-05-30 | Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете | High voltage electrode for electric pulse material destruction |
RU18360U1 (en) * | 2001-03-05 | 2001-06-20 | Григорьев Юрий Васильевич | ELECTROHYDRAULIC CRUSHER WORKING ELECTRODE |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2733413C1 (en) * | 2020-01-14 | 2020-10-01 | Сергей Николаевич Ким | Stable working electrode for electrohydraulic and electric pulse devices |
CN112682899A (en) * | 2021-01-04 | 2021-04-20 | 东莞市唯帝信息技术有限公司 | Air purifier based on high-pressure ionized air |
RU2786290C1 (en) * | 2022-05-11 | 2022-12-19 | Сергей Николаевич Ким | Electro-hydraulic mixer-disperser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2433865C1 (en) | 2011-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101343188B1 (en) | Lightning arrester and a power transmission line provided with such an arrester | |
RU2370841C1 (en) | Discharger for protection against overvoltage with frame structure | |
RU2433865C1 (en) | Working electrode of electrohydraulic plant (versions) | |
EP2337173A2 (en) | HF ignition device | |
EP2971246B1 (en) | Encapsulated impressed current anode for vessel internal cathodic protection | |
US10876387B2 (en) | Multi-firing swivel head probe for electro-hydraulic fracturing in down hole fracking applications | |
RU111359U1 (en) | DISCHARGE, HIGH VOLTAGE INSULATOR WITH DISCHARGE AND HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINE USING THIS INSULATOR | |
RU172283U1 (en) | HYDROPHOBIC COATED ELECTRICAL CONSTRUCTION | |
JP2003092205A (en) | Arrester | |
CN101661820B (en) | Pressure relief device of solid polymeric housed metal oxide arrester | |
US20160206401A1 (en) | Endodontic instrument with rough surfaces and method for producing such an instrument | |
JPH06508178A (en) | Method for electrically protecting metal objects, grounding electrodes and compositions for grounding electrodes for carrying out the method | |
JP5051724B2 (en) | Structure dismantling method | |
RU109925U1 (en) | DISCHARGE, HIGH VOLTAGE INSULATOR WITH DISCHARGE AND HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINE USING THIS INSULATOR | |
CN100403598C (en) | Electrode bar for grounding | |
RU2622392C1 (en) | Tubular electric heater | |
US8518163B2 (en) | Electrostatic filtering device using optimized emissive sites | |
CN107989392A (en) | A kind of damaged damage reinforcement means of power transmission and transformation reinforced concrete pipe | |
RU2654076C1 (en) | Electrically insulating construction with hydrophobic coating | |
KR101893135B1 (en) | Module type Rockmass fracturing and Crack expansion Device with High voltage discharge and Water pressure | |
RU2196190C1 (en) | Buried earthing anodic electrode | |
RU2357009C1 (en) | Anode for protection of oil and gas producing wells from corrosion | |
RU125581U1 (en) | ANODE GROUNDER | |
RU167500U1 (en) | Tubular heater | |
US3354344A (en) | Fluid-working spark discharge electrode assembly |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11775352 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11775352 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |