Сущность и особенности электрогидравлического эффекта

Л. А. Юткин

Ю92 Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986.— 253 с., ил.

В пер,: 1 р, 20 к.

В книге крупного изобретателя, ученого, лауреата Государственной премии УССР, основателя нового направления в науке и технике — электрогидравлики в доступной форме изложены физические основы электрогидравлического эффекта. Рассмотрены схемы н оборудование электрогидравлических установок. Приведены методы управления разрядом и повышения КПД эффекта, принципиально новые конструкции установок и устройств для обработки машиностроительных изделий. Описаны электрогидравлические устройства, используемые для горного, химического, сельскохозяйственного и транспортного машиностроения.

Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся разработкой и эксплуатацией электрогидравлического оборудования,,

ББК 34.57 6П4.4

КБ-20-9-1985

Издательство «Машиностроение», 1986 г.

2704050000-922 038(01)-86

При создании внутри объема жидкости специально сформированного импульсного высоковольтного электрического разряда в зоне последнего развиваются сверхвысокие давления, которые можно широко использовать в практических целях,— так, впервые в 1950 г. Л. А. Юткиным был сформулирован предложенный им новый способ трансформации электрической энергии в механическую, названный автором электрогидравлическим эффектом (ЭГЭ).

Электрогидравлический эффект с первых дней его открытия был и остается постоянным источником рождения множества прогрессивных технологических процессов, которые сейчас уже широко применяются во всем мире. Этим обусловливаются его непреходящее значение и все возрастающий интерес, проявляемый к нему в самых различных отраслях науки, техники и народного хозяйства.

Последние 30 лет жизни Л. А. Юткин активно и плодотворно работал в области электрогидравлики. За этот период им были разработаны теоретические основы явления, определены методы управления процессом, значительно расширяющие возможности и обеспечивающие высокий КПД электрогидравлической обработки материалов, было предложено более 200 способов и устройств практического применения ЭГЭ, получено 140 авторских свидетельств на изобретения, издано 50 публикаций по электрогидравлике. Под его руководством были разработаны принципиальные конструкции промышленных установок различного назначения, проведены поисковые работы, подготовлены к внедрению и частично внедрены устройства и технологические процессы, позволяющие эффективно использовать электрогидравлический эффект во многих областях народного хозяйства.

Президиум Академии наук УССР в июне 1982 г., определяя значение научной деятельности Л. А. Юткина, отметил, что изобретение им способа получения высоких и сверхвысоких давлений (а. с. 105011, СССР) легло в основу нового промышленного способа трансформации электрической энергии в механическую, нового электрогидравлического способа обработки материалов и практического использования ЭГЭ (а. с. 121053,

СССР). Л. А. Юткин являлся ведущим специалистом в разработке теории ЭГЭ. Посмертно Л. А. Юткин был удостоен звания лауреата Государственной премии УССР за 1981 год,

В книге отражены основные результаты научной, изобретательской и инженерной деятельности Л. А. Юткина. Большинство материалов публикуется впервые. Книга подготовлена к изданию основным соавтором и правопреемником Л. И. Гольцовой.

Ограниченный объем книги не позволил достаточно полно изложить все основные разработки автора.

Сегодня, по данным ГКНТ СССР, внедрение различных электрогидравлических машин и технологических процессов приносит нашей стране ежегодно десятки миллионов рублей экономии. Однако широкое практическое освоение электрогидравлики еще только начинается. Опубликование книги, несомненно, будет способствовать ускорению внедрения электрогидравлического эффекта во все отрасли народного хозяйства.

Все отзывы и пожелания просьба направлять по адресу: 191065, Ленинград, ул. Дзержинского, 10, ЛО изд-ва «Машиностроение».

Введение

Впервые заинтересовавшись искровыми электрическими разрядами в воде в 1933 году, автор в дальнейшем целиком посвятил себя решению проблемы получения с помощью электрического разряда эффективного гидравлического удара. В конце 1930-х годов автором, был в основном сформулирован и кардинальный для всей электрогидравлики принцип получения так называемых сверхдлинных разрядов. В 1948 г. появилась возможность основательно заняться изучением проблемы, а это привело к патентованию первого и основополагающего изобретения в области электрогидравлики — «Способа получения высоких и сверхвысоких давлений», т. е. способа получения электрогидравлического эффекта [14].

Но электрогидравлика не родилась из ничего и имеет своих предшественников. Опыты с искровыми разрядами в жидкости проводились учеными еще в XVIII веке. Так, в 1766 г. американский естествоиспытатель Т. Лейн в своем письме, адресованном Б. Франклину, содержавшем описание устройства и работы изобретенного им электрометра, в качестве доказательства того, что его прибор действительно измеряет количество, а не какие-то особые качества электричества, писал, что нм ставились разнообразные опыты с разрядами, содержащими различные количества электричества, причем разряды эти осуществлялись им не только в воздухе, но и в воде и других жидкостях [11].

Из описания опытов и работы прибора, изобретенного Лейном, можно понять, что в его опытах действительно возникали искровые разряды в воде длиной в несколько миллиметров с достаточно крутым фронтом и высоким поэтому механическим КПД. Опыты Лейна поражают своей простотой и'свежестью мысли. Однако подлинный смысл и огромное значение наблюдаемых в опытах явлений остались совершенно незамеченными и непонятыми ни самим Т, Лейном, ни Б.'Франклином, ни Д. Пристли, повторившим опыты Лейна в 1769 г. [12], ни многими другими учеными, знавшими об их работах. Не случайно поэтому об опытах Т. Лейна и Д. Пристли впервые вспомнили лишь 200 лет спустя — после опубликования наших первых работ, когда вся электрогидравлика как наука практически уже сформировалась.

В литературе по электрогидравлике иногда упоминают и другие работы, заслуживающие самой высокой оценки, но не имеющие прямого отношения к электрогидравлике. Одной из таких работ была статья Г. И. Покровского и В. А. Ямпольского «Электрогидродинамическая аналогия кумуляции» [2]. Однако уже само название «е говорит о полном несходстве с содержанием и смыслом работ автора. В книге Г. И. Покровского, изданной в 1962 г. [1], подчеркивается наш приоритет на открытие электрогидравлического эффекта. Упоминалось также и изобретение И. В. Федорова «Способ и приспособление для дезинфекции и стерилизации с помощью токов высокой частоты» [13]. Однако в этой работе отсутствуют те основные отличительные признаки, которые лежат в основе осуществления электрогидравлического эффекта — укорочение фронта и длительности электрического импульса. В схеме И. В. Федорова нет формирующего искрового промежутка — обострителя импульса, который позволяет перейти к напряжениям, гораздо большим пробивных для рабочего промежутка, и поэтому устройство, изобретенное И. В. Федоровым, фактически является искровым источником звука и не может быть источником получения электрогидравлического эффекта.

Работы предшественников электрогидравлики завершились в 1948 г. опубликованием статьи Ф.'Фрюнгеля «К механическому КПД искры в жидкостях» [10]. Не сделав ни одного практического вывода и определив найденный им механический КПД разряда ^в 1 %, Ф- Фрюнгель затем надолго отошел от изучения подобных разрядов, снова занявшись ими уже только после опубликования работ автора.

Причин, по которым многие исследователи прошли мимо огромных практических возможностей нового физического явления, очень много. В основе их общей неудачи, очевидно, лежит отсутствие изобретательского, практического взгляда на изучаемые "явления, а также и отсутствие общественной потребности в использовании сверхвысоких гидравлических давлений.

Отдавая дань уважения исследованиям наших предшественников, нельзя не признать, что 'от Лейна и до Фрюнгеля науке было известно только явление электрического разряда в жидкости как таковое, без каких-либо указаний на то, что миллиметровый разряд в жидкости является прообразом нового промышленного способа трансформации электрической энергии в механическую и может быть широко использован в самых различных областях науки и техники.

Дальнейшие работы автора позволили расширить и углубить теоретические представления о природе электрогидравлического эффекта, определить ряд методов и приемов, обеспечивающих высокий КПД работающих на этом принципе машин и механизмов, предложить более двухсот способов и устройств применения электрогидравлического эффекта, многие из которых уже внедрены на практике.

По опубликованным данным, сотни установок для электрогидравлической обработки металлов самого различного назначения уже работают за рубежом, где наибольшее развитие получила электрогидравлическая штамповка. В СССР наиболее широко используются установки для электрогидравлической очистки литья. Десятки серийно выпускаемых на опытном заводе ПКБ электрогидравлики АН УССР (г. Николаев) и на заводе Амурлитмаш (г. Комсомольск-на-Амуре) электрогидравлических установок для очистки литья ежегодно вступают в строй действующих. Ряд таких установок поставляются на экспорт. Проданы лицензии на изготовление и поставку электрогидравлических установок в Швецию, Испанию, Венгрию, Японию. В различных отраслях промышленности СССР работает также более 140 электрогидравлических прессов, десятки электрогидравлических установок для развальцовки трубок теплообменных аппаратов, электрогидравлические дробилки различных модификаций, электрогидравлические установки для разрушения негабаритов и др.

По данным ГКНТ СССР, только за период с 1971 по 1975 гг. фактический экономический эффект от применения электрогидравлического эффекта в народном хозяйстве СССР составил 23 млн. руб. Внедрение различных электрогидравлических технологий и оборудования имеет самые широкие перспективы и в будущем.

Глава 1

Сущность и особенности электрогидравлического эффекта