Исследование разрушения бетона электрическим взрывом проводников с целью его утилизации

Параметры разрядного контура устройств электрогидравлической штамповки обычно выбираются так, чтобы получить необходимое качество штампуемых деталей при максимальной производительности процесса. Использование взрывающегося проводника позволяет снизить напряжение накопителя до U = 4÷5 кВ. При этом обеспечивается значение энергии в разряде от 0,5 до 50 кДж.

Сварка. Одним из способов по

вышения качества соединений является импульсная сварка труб с трубными решетками. Она основана на возникновении металлических связей в результате совместных влияний пластических деформаций и нагрева. Механизм электровзрывной сварки отличается от механизма электровзрывной запрессовки тем, что в отверстия трубной решетки вводится конусная разделка, а патрону сообщается большая энергия. Труба, дефорируясь с высокой скоростью, скользит по поверхности конусной разделки, образует сварное соединение на ее части. При косом соударении трубы и решетки образуются волны, способствующие зацеплению металлов. Полученные электровзрывной сваркой соединения имеют высокую герметичность (до 400·105 Па и более), а также прочность на уровне материала трубы.

Прессование металлокерамических деталей. Способ прессования металлических и неметаллических порошков электрическим взрывом проводника позволяет изготавливать металлокерамические детали типа втулок и колец без использования прессового оборудования в бесстержневой и беспуансонной пресс-форме, в которой функцию внутреннего пуансона (сердечника) выполняет промежуточная среда. Такой способ обеспечивает получение малопоритых и высокопрочных изделий, так как процесс можно вести при высокой температуре и с применением связующих металлов, например кобальта, который действует как смазка и обеспечивает текучесть частиц порошка для заполнения пустот и трещин.

Давление, необходимое для прессования порошков, создается в промежуточной среде в результате электрического взрыва проводника, расположенного по оси ее объема. Давление от взрыва проводника передается через промежуточную среду на порошок, расположенный между средой и матрицей. Промежуточную среду выполняют из полиэтилена, воска, вакуумной резины, капрона, каолина и т.п. Механические свойства изделий, спрессованных в условиях импульсного нагружения, значительно повышаются.

Электрогидравлическим установкам, основанным на использовании импульсного высоковольтного разряда в жидкости, присущи некоторые характерные особенности. Это нестабильность и плохая воспроизводимость процесса, низкая эффективность преобразования энергии и существенное влияние на нее параметров жидкости, размеров электродов, их взаимного расположения и др., что обусловлено непроизводительным расходом энергии, запасенной в емкости накопителя, на создание условий для возникновения электрического пробоя рабочего промежутка.

Инициирование разряда взрывающимся проводником позволяет локализовать место пробоя вплоть до обеспечения в ряде случаев заданной геометрии разрядного канала, существенно снизить рабочие напряжения.Кроме того, известно, что введение в разрядный канал элементов I группы периодической таблицы (например, меди) путем ЭВП способствует повышению эффективного показателя адиабаты γэ, который определяет КПД процесса преобразования энергии, запасенной в накопителях, в работу по расширению канала [5].

Преимуществами способа ЭВП являются возможности осуществления электрогидравлических ударов вблизи проводящих объектов и в растворах сильных электролитов, а также в расплавах некоторых металлов и солей. По сравнению со свободным разрядом в жидкости ЭВП обеспечивает более высокую эффективность и стабильность процесса.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Методика проведения экспериментов

Принципиальная схема электрической установки для проведения исследований ЭВП в твердом теле приведена на рисунке 19.

Рисунок 19 - Принципиальная электрическая схема экспериментальной установки:

Д – высоковольтный выпрямитель; L – зарядная индуктивность; ДН1, ДН2 – омические делители напряжения; Т – тройник; ТШ – токовый шунт; Р1 – поджигающий разрядник; Р2 – выходной разрядник, ЭО – электронный осциллограф.

Основными элементами установки являются: генератор импульсных токов (ГИТ), блок осциллографической регистрации разрядного тока и напряжения на взрывающемся проводнике (ВП), разрядная камера и объект исследования.

ГИТ собран на базе шести конденсаторов КМКИ 60-2 емкостью С = 0,16 мкФ. Регулирование выходного напряжения ГИТ осуществлялось зарядным напряжением и изменением расстояния между шарами разрядников. Запуск ГИТ осуществлялся с помощью генератора запускающих импульсов.

Основные технические характеристики ГИТ:

Максимальное выходное напряжение – 70 кВ;

Емкость – 0,96 мкФ;

Индуктивность разрядной цепи – 3,8 мкГ;

Амплитуда запускающего сигнала – 15 кВ.

Регистрация импульсных токов и падения напряжения на ВП осуществлялась с помощью устройств, преобразующих исследуемые сигналы до величины, приемлемой для последующей записи сигнала на электронно-лучевом осциллографе. В качестве преобразовательных устройств использовались омические делители напряжения ДН1, ДН2 по схеме Балыгина и токовый шунт (ТШ), сигналы от которых с помощью коаксиальных кабелей РК-75 передавались к осциллографу типа С8-17. Градуировка ДН и ТШ проводилась согласно ГОСТ 17512-82 «Электрооборудование и электроустановки на напряжение 3 кВ и выше».

При проведении исследований были использованы образцы бетона размером 100×100×100 мм, в которые при их изготовлении помещали медные проволочки диаметром 0,1; 0,25 и 0,4 мм, а также нихромовые и манганиновые проволочки диаметром 0,4 мм. Образцы бетона приготовлялись из бетона марки М200 Томского завода ЖБК.

ЭВП осуществлялся при следующих параметрах: напряжение ГИТ U = 61 кВ, емкость C = 0,96 мкФ, индуктивность разрядной цепи L = 3,8 мкГ, запасаемая энергия W = 1800 Дж.

При взрыве проводника в бетонном образце последний разрушался. Для оценки эффективности разрушения проводился ситовый анализ продуктов разрушения бетона на ситах с модулем √2, по результатам которого находились гранулометрические характеристики.

Ситовой анализ измельченных материалов основан на механическом разделении частиц по крупности. Материал загружается на сито с ячейками известного размера и путем встряхивания, постукивания, вибрации или другими способами разделяется на две части – остаток и проход. Просеивая материал через набор различных сит, можно разделить пробу на несколько фракций. Размеры частиц этих фракций ограничены размерами отверстий используемых в анализе сит.

Под размером сита обычно понимают длину стороны квадратной ячейки. Отношение размера ячеек сита к размеру (ширине) отверстия последующего более мелкого сита является постоянной величиной и называется модулем набора сит.

Достоинствами ситового анализа является простота и одновременное получение нескольких фракций. Погрешность измерения составляет 1–2 %. Недостаток – длительное время просеивания.

 Скачать реферат