更新时间:2023-05-28 17:10
电水锤技术是近年来发展起来的一门新技术 ,现重点介绍其加工原理及在工业中的应用情况。又称液电效应。它可用于破碎、成型、锻压、切削、钻孔、海中勘探、医疗器械等方面。
冲击放电在封闭液体容器中引起的压力急剧变化。1905年,斯韦贝里用液中放电产生的冲击波破碎金属并获得胶体,从而开始了对电水锤的研究。30年代,苏联工程师尤特金在白海海湾观察到,一个强大雷闪放电打在海湾,掀起一股巨大水柱,并由此提出了在实验室实现人造水中雷电的构想。1944年,道克劳夫斯基和斯坦纽科维奇提出用电容器对液体放电,可作为强大的定向冲击波源。1955年,尤特金设计出一个带辅助间隙的冲击波发生器,从而实现了人造水中雷电的构想。他命名这一效应为电水锤(也有人称为液电效应),完成了从物理现象的研究到工业应用的过渡。尤特金的装置是在冲击波发生器的液中间隙之前,装设了一个辅助间隙,从而避免了缓慢升温产生蒸汽垫(它阻止机械效应向液中传播),确保了电水锤的稳定形成。
在工业应用中,一般取电压为 30~100千伏或更高,电容从几分之一微法到1微法以上,所用液体工质有两类:一类是绝缘油或化学纯水;另一类是离子性导电液,如一般的自来水或其他含电解质的溶液。电水锤的波前液体压力的最大值为 式中W 为单位火花长度上的冲击电流的总能量;ρ为液体密度;Z 为冲击电流波的波头长度;T 为冲击电流波的等值总长度;β 为一复杂的积分函数,对液体一般可取值为0.7。根据实验结果和理论推算,瞬时冲击压力可高达6000~15000个大气压,有人认为最大压力可达10000~100000个大气压。这样大的压力在工业上有着广阔的应用领域。
①破碎:用于将50~100毫米粒径的花岗石破碎成4毫米粒径的颗粒,每吨耗电6~7千瓦时,其最小破碎粒径可达千分之一毫米。电水锤也可用于破碎各种导体材料、弹性材料、冶金渣等(见图)。②成型和锻压:在容积为1500立方厘米的储水罐中放电时,产生的平均压力大于2000大气压。活塞面积为100平方厘米时,作用压力达19600牛。③钻孔:放电频率每分钟50~60次、火花长25毫米时,3~4分钟可将100毫米厚的金刚砂轮凿穿;用于在100毫米粒径的宝石上打孔,每孔只需2分钟。④切削:可切割石英棒、陶管、瓷管、石板等。使用冲击频率为100赫,电压30千伏,电容0.01~0.02微法时,消耗功率仅100瓦。⑤锯:用一系列“锯片”(间隙)串联可形成很长的“锯条”,可锯任何非导体材料或石材。⑥海中探矿:中国曾用船载大容量冲击发生器在海中勘探石油,效果很好。此外,电水锤还可用于制品内腔表面硬化,爆破,乳化,喷雾,以及用作水下回声探测。随着电水锤装置的不断改进,它的应用还会越来越广泛。