CC BY
54
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ
А.И. Маринин
ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА НА ПРОЧНОСТЬ СТЕРЖНЕЙ-ТОКОВОДОВ
Национальный университет пищевых технологий, ул. Владимирская, 68, г. Киев, 01033, Украина, [email protected]
Проектирование надежности установок связано с прогнозированием показателей прочности технических систем и выявлением качественных и количественных закономерностей в зависимости от характера изменения нагрузки или каких-либо условий.
В настоящей работе рассматривается влияние режима выделения энергии при электроразряде в жидкости на изменение механических напряжений и определения запаса прочности в стержне -тоководе электродной системы электрогидравлической установки (ЭГУ).
Стержень-токовод представляет собой цилиндр [1]. Характер его напряжения определяется динамикой канала электроразряда и следующей за ним парогазовой полости.
Рассмотрим деформирование стержня-токовода давлением плазмы Ра(0 цилиндрического канала радиуса гк(^. Если принять Ра(0 распределенным равномерно по всему объему канала [2-4], то напряжение а(0 в продольно нагружаемом стержне-тоководе оценится по формуле
/ч Ра (t) пг2 (t) 0 ()= к^>, (1)
где 5о - площадь поперечного сечения стержня.
Режим выделения энергии при электроразряде характеризуется величиной ее доли, выделившейся в первый полупериод тока электроразряда £. При этом связь между варьируемыми параметрами ЭГУ и £ определена в монографии [3]:
£3 = пА12П
2 2 ^ ^ ^ ' где А=0,25 В -с/м - искровая постоянная; 1П - длина межэлектродного промежутка; и0 - напряжения
на обкладках конденсаторных батарей емкости С; Ь - индуктивность разрядного контура; £=0,44 при
колебательном режиме выделения энергии.
Режим выделения энергии электровзрыва сказывается на параметрах напряженно-деформированного состояния стержней-тоководов, а значит, и на их ресурсе, и прочности. Из уравнения (2) можно определить 1П - длину разрядного промежутка.
С учетом закона Гука из формулы (1) определим предельно допустимый диаметр стержня-токовода Опр, уменьшение которого приводит к появлению деформаций, превышающих предел пропорциональности впр:
д г ЯадЩ (3)
' V Е ■ Е„ , ()
где Е - модуль Юнга материала стержня.
В настоящей работе по сравнению [2-4] получено уравнение для определения запаса прочности, что превышает предел пропорциональности.
В первом приближении считаем, что радиус канала гк равен острию с радиусом округления г1 (с учётом нарастания стримера) [5].
Тогда из формулы (1) следует
°(0= Ра «■ ^ = Ра (4)
© Маринин А.И., Электронная обработка материалов, 2009, № 5, С. 6-8.
. 4F • K D
где d =-; A =
4 F • K
Здесь К - коэффициент запаса прочности; ^ - равнодействующая сила; аТ - предел текучести
й,
металла; 0.1 - предел усталости; и, - диаметр стержня-токовода, г, = —.
Отношения диаметров
Тогда из (4) имеем
d[_
D о
(5)
T
о
>(г ) = Ра (г )—1. (6)
от
Допускаемое напряжение [о] = опр /К , где опр - предельное напряжение.
В случае пластических материалов [о] = —— .
Кт
В первом приближении можно считать, что
о(t) = P (t)^ (7)
Kt
Это значит, что для одних режимов ограничивающим условием прочности является предел усталости, а для других - предел текучести. Запас прочности по текучести [5]
KT =1—°Т , \ , (8)
(( + °cp )
f 0 max ( 0 min ) f 0 max + ( 0 min )
где о =----; о =---- .
а 2 cp 2
Развитие искрового разряда во времени происходит путем последовательного «прорастания» стримеров в межэлектродном промежутке. Растущий стример, как правило, состоит не из одного, а из многих каналов с многочисленными ответвлениями от них. В процессе роста стримеров возникает основная масса тех газообразных продуктов, из которых в дальнейшем образуется парогазовая «рубашка» канала искрового разряда.
Этапы ступенчатого развития прорастания стримера имеют основные процессы для момента IV-VI этапов.
Амплитуда напряжений и среднее напряжение определяются по этапам развития растущего стримера [6] по формуле (1).
Для IV этапа - 0mm, для VI - Omax. Запас прочности по усталости:
^ = f v 0-1--, (9)
+ Фа • оС
где Фа < 1 - коэффициент уменьшения допускаемого напряжения, s - предел усталости, s > 1 - при D1 > 10 (табличные данные).
Из сравнения полученных запасов прочности можно определить, что именно опаснее - наступление поломки стержня-токовода или возникновение в нем пластических деформаций в случае появления деформаций, превышающих предел прочности Snp.
Если KT < Kycm - возникновение пластических деформаций, в противном случае - наступление поломки стержня-токовода. Иными словами, режим выделения энергии электровзрыва сказывается
пот
п - о-1
на параметрах напряженно-деформированного состояния стрежней-тоководов, а значит, и на их ресурсе прочности.
Таким образом, основным механизмом износа наконечника следует считать термическую эрозию, при которой в результате действия канала разряда некоторый объем материала электрода плавится, а давление плазмы удаляет расплав с поверхности электрода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гулый Г.А., Малюшевский А.П. Электрический разряд в силовых импульсных системах. К.: Наук. думка, 1977. 175 с.
2. Окунь И.З. Исследование электрических характеристик импульсного разряда в жидкости // Журн. техн. физики, 1969. 39. № 5. С. 850-867.
3. Кривицкий Е.В., Шамко В.В. Переходные процессы при высоковольтном разряде в воде. К.: Наук. думка, 1980. 207 с.
4. Наугольных К.А., Рой Н.А. Электрические разряды в воде. М.: Наука, 1971. 155 с.
5. Кинасошвили Р.С. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1975. 384 с.
6. Юткин Л.Я. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд. 1986. 253 с.
Поступила 20.06.09
Summary
Dissipation of energy regimes with the electric discharges have been considered. Dissipation of energy effects the deformed-stressed condition of the conducting road, and thus, determines its strength and resources.
