РАЗДЕЛ 2
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕМНОЙ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ НАГРУЗКИ С МАЛЫМ КОЛИЧЕСТВОМ ИСКРОВЫХ КОНТАКТОВ КАК ЭЛЕМЕНТА РАЗРЯДНОЙ ЦЕПИ
2.1. Методика и оборудование для экспериментального исследования электрических параметров систем объемного электроискрового диспергирования слоя гранул
Экспериментальные данные были получены на стенде, схема которого представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Схема стенда для проведения экспериментов:
1 - управляемый выпрямитель;
2 - блок управления генератором разрядных импульсов;
3 - запоминающий осциллограф;
4 - измерительный трансформатор тока;
5 - делитель напряжения
6 - разрядная камера.
Стенд для проведения экспериментов состоит из генератора разрядных импульсов, основными составляющими которого являются управляемый выпрямитель (поз. 1 на рис. 2.1) и формирователь разрядных импульсов (ФРИ), а также блока управления ФРИ (поз. 2), разрядной камеры (поз. 6) с металлическими гранулами и запоминающего осциллографа С8-17 (поз. 3). Последний снабжён стандартным делителем напряжения 1:10 (поз. 5) и высокочастотным измерительным трансформатором тока (поз. 4).
Управляемый выпрямитель (поз. 1), который, питался от однофазной сети 220 В и обеспечивал на опорной батарее конденсаторов Cоп регулируемое стабилизированное постоянное напряжение. Рабочий накопитель C (выполненный на базе конденсаторов типа К75-17) заряжался от опорной батареи Cоп через высокочастотный дроссель зарядного контура L1 по сигналу блока управления ФРИ, который включал зарядный ключ VS1 (силовой быстродействующий тиристор типа ТБ3-200). После окончания процесса зарядки C тиристор VS1 закрывался естественным образом.
Затем по сигналу блока управления включался разрядный тиристор VS2 (ТБ-353 630). При этом напряжение рабочего накопителя C через высокочастотный дроссель разрядного контура L прикладывалось к электродам разрядной камеры. По окончании разрядного импульса тиристор VS2 закрывался естественным образом.
Для повышения стабильности параметров разрядных импульсов электроды разрядной камеры шунтировались безиндуктивным сопротивлением Rш=6 Ом (резисторами типа ТВО). Это обеспечивало нулевые начальные условия зарядки рабочего накопителя С при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах. Все соединения в разрядном контуре выполнялись многожильным высокочастотным кабелем с диаметром одной жилы 0,4 мм. Для исключения влияния частоты следования разрядных импульсов на сопротивление слоя токопроводящих гранул [84], частота выбиралась минимально возможной для данного блока управления: f=5 Гц.
Y-вход первого канала осциллографа был подключен через делитель напряжения непосредственно к электродам разрядной камеры. На Y-вход второго канала через трансформатор тока подавались сигналы, отображающие разрядный ток через слой гранул. Синхронизация осуществлялась от первого канала.
Поскольку электрические параметры слоя токопроводящих гранул в общем случае непостоянны от импульса к импульсу [83-86, 90], что в свою очередь определяет разброс разрядного тока и напряжения, в данной серии опытов анализировались их усредненные значения. Для этого по данным не менее 20 импульсов определялись границы изменения напряжения и тока, затем находились средние значения их амплитуд. После чего, в ручном режиме запоминались пары импульсов, амплитуды напряжения и тока которых были максимально близки к средним значениям. Эти среднестатистические пары импульсов использовались в дальнейшем для проведения анализов.
Чтобы исключить влияние переходных режимов, измерение параметров электрических импульсов в каждом случае производилось после 10 минут с момента начала устойчивых искровых разрядов.
Опыты проводились с гранулами двух модельных металлов - алюминия марки АЕ и никеля марки Н0. Алюминий из-за своей высокой химической активности по отношению к кислороду в атмосфере и воде покрывается оксидной плёнкой. Напряжение пробоя такой плёнки в зависимости от её толщины, плотности и состояния может составить от долей вольта до единиц вольт. Никель в отличие от алюминия не обладает химической активностью, достаточной для образования прочных поверхностных оксидных плёнок в результате контакта с водой или воздухом. Данный фактор определяет различия в характере процесса объемной электроискровой обработки гранул алюминия и никеля в воде.
В обоих случаях форма гранул была близка к сферической. Диаметр эквивалентного шара D (рис. 2.1) составлял 4 мм. Электроды в разрядной камере размерами 80?22?4 мм были выполнены из никеля марки Н0.
В качестве технологической жидкости в разрядной камере использовалась дистиллированная вода с удельным электрическим сопротивлением до обработки ?F=250 Ом?м. В процессе обработки его величина уменьшалась до значения 90 Ом?м. Это могло происходить из-за повышения в воде концентрации ионов водорода, металла, гидроксильной группы, а также дисперсных частиц металла. Для измерения сопротивления воды в процессе обработки она сливалась из разрядной камеры через нижний штуцер в измерительную ячейку сразу после прекращения разрядов.
Для исключения влияния гидродинамических факторов на электрическое сопротивление слоя гранул проток воды отсутствовал.
В ходе опытов с алюминиевыми гранулами ёмкость рабочего накопителя составляла C=50 мкФ, индуктивность разрядного контура - L=1,8 мкГн, расчётное сопротивление потерь в контуре - Rпот=5 мОм. Длина межэлектродного промежутка была l=58 мм, ширина b=22 мм, высота слоя гранул h=50 мм (см. рис. 2.1).
В ходе опытов с гранулами никеля ёмкость рабочего накопителя составляла C=50 мкФ, индуктивность разрядного контура - L=8 мкГн, расчётное сопротивление потерь в контуре - Rпот=10 мОм. Длина межэлектродного промежутка была l=36 мм, ширина - b=22 мм, высота слоя гранул - h=12 мм. Более детально методика описана в [96].
2.2. Исследование изменения электрического сопротивления слоя токопроводящих гранул в течение искроразрядного импуль