電水錘

電水錘

電水錘技術是近年來發展起來的一門新技術 ,現重點介紹其加工原理及在工業中的套用情況。

正文

衝擊放電在封閉液體容器中引起的壓力急劇變化。又稱液電效應。它可用於破碎、成型、鍛壓、切削、鑽孔、海中勘探、醫療器械等方面。1905年,斯韋貝里用液中放電產生的衝擊波破碎金屬並獲得膠體,從而開始了對電水錘的研究。30年代,蘇聯工程師尤特金在白海海灣觀察到,一個強大雷閃放電打在海灣,掀起一股巨大水柱,並由此提出了在實驗室實現人造水中雷電的構想。1944年,道克勞夫斯基斯坦紐科維奇提出用電容器對液體放電,可作為強大的定向衝擊波源。1955年,蘇聯工程師尤特金設計出一個帶輔助間隙的衝擊波發生器,從而實現了人造水中雷電的構想。他命名這一效應為電水錘(也有人稱為液電效應),完成了從物理現象的研究到工業套用的過渡。尤特金的裝置是在衝擊波發生器的液中間隙之前,裝設了一個輔助間隙,從而避免了緩慢升溫產生蒸汽墊(它阻止機械效應向液中傳播),確保了電水錘的穩定形成。確保了電水錘的穩定形成,實現了人造水中雷電並命名為電水錘。工業套用中,一般取電壓為30~100千伏或更高,電容從幾分之一微法到1微法以上。採用的液體工質可以是絕緣油或化學純水,也可以是離子性導電液。
在工業套用中,一般取電壓為 30~100千伏或更高,電容從幾分之一微法到1微法以上,所用液體工質有兩類:一類是絕緣油或化學純水;另一類是離子性導電液,如一般的自來水或其他含電解質的溶液。電水錘的波前液體壓力的最大值為

電水錘

式中W 為單位火花長度上的衝擊電流的總能量;ρ為液體密度;Z 為衝擊電流波的波頭長度;T 為衝擊電流波的等值總長度;β 為一複雜的積分函式,對液體一般可取值為0.7。根據實驗結果和理論推算,瞬時衝擊壓力可高達6000~15000個大氣壓,有人認為最大壓力可達10000~100000個大氣壓。這樣大的壓力在工業上有著廣闊的套用領域。
電水錘的主要套用有以下 6方面。①破碎:用於將50~100毫米粒徑的花崗石破碎成4毫米粒徑的顆粒,每噸耗電6~7千瓦時,其最小破碎粒徑可達千分之一毫米。電水錘也可用於破碎各種導體材料、彈性材料、冶金渣等(見圖)。電水錘②成型和鍛壓:在容積為1500立方厘米的儲水罐中放電時,產生的平均壓力大於2000大氣壓。活塞面積為100平方厘米時,作用壓力達19600牛。③鑽孔:放電頻率每分鐘50~60次、火花長25毫米時,3~4分鐘可將100毫米厚的金剛砂輪鑿穿;用於在100毫米粒徑的寶石上打孔,每孔只需2分鐘。④切削:可切割石英棒、陶管、瓷管、石板等。使用衝擊頻率為100赫,電壓30千伏,電容0.01~0.02微法時,消耗功率僅100瓦。⑤鋸:用一系列“鋸片”(間隙)串聯可形成很長的“鋸條”,可鋸任何非導體材料或石材。⑥海中探礦:中國曾用船載大容量衝擊發生器在海中勘探石油,效果很好。此外,電水錘還可用於製品內腔表面硬化,爆破,乳化,噴霧,以及用作水下回聲探測。隨著電水錘裝置的不斷改進,它的套用還會越來越廣泛。

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