Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрогидроимпульсный эффект для динамических испытаний вагонов. Монография
.pdf
101
емый трансформатор (T1) с выходным напряжением 2,2 кВ питается от сети
переменного напряжения 220 В.
Умножитель напряжения предназначен для повышения напряжения до
7 кВ, с последующим его выпрямлением (рис. 5.1 — обозначен пунктиром).
220 в
~
6-7 кВ
+
-
VD1
VD2
С1
С2
Т1
FU1S1
R1
1
2
Рис. 5.1. Схема блока питания:
диоды (VD1,VD2) — содержат по четыре последовательно
включённых диода МД 218;
конденсаторы (С1,С2) — ФГТ-И — 0,025-10.
Основная схема умножителя напряжения содержит два выпрямительных
диода (VD1, VD2) и два конденсатора (С1, С2). В первом полупериоде переменного тока напряжение на вторичной обмотке трансформатора (Т1) приложено так, что ток протекает по направлению синих стрелок от зажима 1 к зажиму 2. Путь тока проходит через диод (VD1) и конденсатор (С1) и затем к зажиму 2. В течение того времени, когда ток протекает в указанном направлении,
заряжается конденсатор (С1).
В течение следующего полупериода ток протекает в направлении указан-
ном красными стрелками, то есть от зажима 2 к зажиму 1 и заряжает конденсатор (С2). Далее ток протекает через диод (VD2) к зажиму 1. В результате происходит заряд конденсаторов (C1 и С2). Постоянное выходное напряжение
«снимается» с двух конденсаторов.
Ограничительное сопротивление (R1) — ПЭВ-50, номиналом 1 кОм
предназначено для ограничения импульса обратного тока, накопленного в батарее конденсаторов (C3-C9) (рис. 5.2) и частично проходящего через диоды
(VD1-VD2) умножителя напряжения.
102
2. Разрядно-импульсный блок.
Разрядно-импульсный блок (рис. 5.2) предназначен для накопления электрической энергии с последующей импульсной подачей её на искровой промежуток в жидкости. Блок состоит из батареи конденсаторов (C3-C9), управляющего разрядника — тригатрона (P1) и разрядной камеры (Р2).
6 000-
7000 в
С3 С4 С5 С9
Р1
Р2
...
...
Рис. 5.2. Схема разрядно–импульсного блока:
Конденсаторы (C3-C6) — ИММ 40-3,5
Для создания модели были выбраны конденсаторы ИММ 40-3,5, предназначенные для работы в импульсных режимах, табл. 5.1. Индуктивность батареи конденсаторов составила 0,005 мкГн. Индуктивность разрядной камеры,
проводов и разрядника была измерена прибором Е7-22 при частоте 1кГц и составила 85,39 мкГн.
Общая индуктивность разрядного контура составила:
566
прркрбк
1054,810005,010390,85LL
−−−
=+=+++= LLL
Гн. (5.7)
Таблица 5.1
Номинальные параметры конденсатора
Тип конденсатора
С
ном
мкФ
U
ном
кВ
L
мкГн
W
Дж/кг
ИММ 40-3,5
3,5
40
0,035
18,8
103
2.1. Управляющий разрядник.
В экспериментальной установке использовался тригатрон (рис. 5.3).
1 2
S
п
S
o
Рис. 5.3. Тригатрон:
1 — стержень, 2 — диэлектрическая трубка,
Sп — поджигающий промежуток, So — основной промежуток
Разрядник замыкается тогда, когда к стержневому электроду приложен
высоковольтный импульс напряжения, вызывающий пробой поджигающего
промежутка и инициирующий пробой основного промежутка.
2.2. Блок управления тригатроном.
Блок управления (рис. 5.4) предназначен для создания поджигающего
импульса для тригатрона (Р1). Блок управления получает питание от трансформатора (Т1) и состоит из выпрямителя (диода VD3), ограничительного сопротивления (R2), конденсатора (С10), замыкающей кнопки (К1) и разрядника —
тригатрона (Р1).
Схема блока управления:
220 в
~
Р1
Т1
FU1S1
R2VD3
С10
K1
+
-
~
600 в
Рис. 5.4. Схема блока управления:
диод (VD3) — МД 218, конденсатор (С10) — К-75-91
104
Диод (VD3) предназначен для выпрямления тока поступающего на конденсатор (С10), в котором накапливается энергия поджигающего импульса.
Ограничительное сопротивление (R2) необходимо для защиты диода (VD3). С
помощью замыкания кнопки (К1) происходит разряд конденсатора (С10) на
поджигающий промежуток разрядника — тригатрона (Р1).
3. Разрядная камера.
За основу разрядной камеры (рис. 5.5) был взят блок компрессии двигателя внутреннего сгорания.
Рис. 5.5. Разрядная камера
105
Разрядная камера состоит из гильзы цилиндра (1), выполненной из чугуна
(рис. 5.6) и являющейся корпусом привода и содержащей в себе пластмассовую
оболочку (2), которая углублена в неё на 60 мм. По всей длине между гильзой
цилиндра (1) и оболочкой (2) проложена резиновая прокладка (3). В гильзе цилиндра (1) расположен поршень (6) (рис.5.7), который упирается в оболочку (2),
имеющую меньший диаметр. Поршень (6) сочленён с толкателем (5) и несет на
себе два компрессионных резиновых кольца (7). Два электрода типа свеча (15)
(рис. 5.8) ввинчиваются в сквозные отверстия (4), расположенные по бокам
гильзы цилиндра (1). Сверху и снизу гильзу цилиндра (1) закрывают две текстолитовые крышки (8) (рис. 5.9), стянутые через отверстия (10) восемью
стальными шпильками, диаметром 8мм. В верхней текстолитовой крышке (8)
имеется отверстие для толкателя (9). В нижней текстолитовой крышке (8) расположено отверстие для подачи/удаления воды (11), которое закрывается специальной заглушкой. Между поршнем (6) и верхней текстолитовой крышкой (8)
на толкатель (5) одета пружина обратного хода поршня. Для лучшего скольжения
поршня (6), гильза цилиндра (1) изнутри смазана графитовой смазкой.
Основные детали и узлы разрядной камеры.
4
Рис. 5.6. Гильза цилиндра:
1 — корпус гильзы; 2 — резиновая прокладка;
3 — разрядная камера, пластмасса; 4 — отверстия для ввода электродов
1
2
3
106
5
6
7
13
14
15
16
Рис. 5.7. Поршень:
5 — толкатель стальной;
6 — алюминиевый поршень;
7 — компрессионные резиновые кольца
Рис. 5.8. Электрод:
13 — высоковольтный ввод;
14 — керамический изолятор;
15 — корпус электрода;
16 — высоковольтный вывод
(разрядный электрод )
8
9
10
11
12
8
Рис. 5.9. Верхняя и нижняя крышки.
8 — текстолитовая крышка; 9 — проходное отверстие для толкателя поршня;
10 — отверстия для шпилек; 11 — отверстие для подачи / удаления воды;
12 — канавка для установки гильзы цилиндра
107
220 в
~
~
2200 в
6000-
7000 в
+
-
VD1
VD2
С1
С2
R1 Р1
Р2
Т1
FU1S1
R2VD3
С10
K1
+
-
~
600 в
С3 С4 С5 С9
...
...
Рис. 5.10. Электрическая схема экспериментальной установки
4. Измерительный блок.
По результатам анализа литературных данных [8, 46, 83] было выяснено,
что проблема измерения импульсных давлений на малых расстояниях от источника возмущений является до конца нерешенной (датчик давления находится в
разрядной камере). К тому же определение давления вблизи преград (поршень)
осложняется как эффектами отражения, кавитации и дифракции, так и влиянием упругопластических характеристик конструктивных элементов камеры на
поле давлений вблизи нее. Акустическое сопротивление воды делает это взаимное влияние весьма существенным. В связи с этим измерение давления производилось вне разрядной камеры, для этого торец толкателя поршня разрядной
камеры заканчивался измерительным устройством, которое состояло из камеры
круглого сечения. К внутренней торцевой стенке камеры плотно прилегал пьезодатчик типа ПЭ-ЦТС-19, после которого был установлен мини-поршень, который не имел свободного хода и упирал пьезодатчик в торцевую стенку камеры, тем самым, предотвращая разрушение датчика. Другой стороной минипоршень упирался в торец толкателя поршня разрядной камеры. Выводы пьезодатчика были подсоединены ко входу универсального осциллографа типа С1-
70. Выходным сигналом являлось электрическое напряжение. Измерение разрядного тока производилось с помощью датчика тока — воздушного трансформатора, включенного в разрядный контур [13, 22].
108
5.3. Экспериментальное исследование
силовых характеристик
В первой серии экспериментов на модельной установке с параметрами
U0 = 6,32·103 В, L = 8,54·10-5 Гн, C = 25·10-6Ф, l = 1см определялась зависимость
разрядного тока и давления на фронте ударной волны от времени.
На рис. 5.11 представлены экспериментальная и расчетная зависимости
разрядного тока от времени.
На рис. 5.12 представлены экспериментальная и расчетная зависимости
давления от времени.
-3,00E+03
-2,00E+03
-1,00E+03
0,00E+00
1,00E+03
2,00E+03
3,00E+03
4,00E+03
0,00E+0
0
2,00E-
05
4,00E-
05
6,00E-
05
8,00E-
05
1,00E-
04
1,20E-
04
1,40E-
04
1,60E-
04
1,80E-
04
2,00E-
04
t, с
i, A
Расчетная
зависимость
Экспериментальная
зависимость
Рис. 5.11. Экспериментальная и расчетная зависимости разрядного тока от времени
0,00E+00
2,00E+07
4,00E+07
6,00E+07
8,00E+07
1,00E+08
1,20E+08
1,40E+08
1,60E+08
1,80E+08
0,00E+00 5,00E-06 1,00E-05 1,50E- 05 2,00E- 05 2,50E- 05 3,00E- 05 3,50E- 05 4,00E- 05 4,50E-05 5,00E-05
t, c
P, Па
Расчетная
зависимость
Усредненная
эксприментальная
Рис. 5.12. Экспериментальная и расчетная зависимости давления от времени
109
Сравнение кривых показывает удовлетворительное совпадение расчетных
и экспериментальных кривых, максимальное расхождение по току наблюдается
при t= 7∙10-5с и не превышает 8,5 %. Расхождение, возможно, обусловлено
предположением об однородном распределении температуры по сечению канала, на самом деле имеется существенное различие между температурами внутренних и внешних слоев канала. Из [15] известно, что температура внутренних
слоев канала в среднем 1,5 раза превосходит температуру наружной поверхности. Экспериментальная зависимость давления отстает относительно расчетной
в среднем на Δt = 1,5 × 10-5 c, так как датчик имеет инерционность и ударная
волна проходит некоторое расстояние, прежде чем передает импульс на него.
Максимальное расхождение расчетных и экспериментальных данных наблюдается при максимуме давления, но оно не превышает 12 %.
Для верификации разработанной методики расчета характеристик удар-
ной волны была проведена еще одна серия экспериментов на лабораторной
установке со следующими параметрами: U0 = 37·103 В, L = 1·10-3 Гн, C = 50·10-6Ф,
l = 1см. Параметры данной установки удовлетворяют условиям подобия. Временные зависимости тока, давления, приведены на рис. 5.12. Как можно заметить,
максимальное расхождение во всем временном диапазоне не превышает 10,5 %.
-8,00E+03
-6,00E+03
-4,00E+03
-2,00E+03
2,00E+03
4,00E+03
6,00E+03
8,00E+03
1,00E+04
0,00E+00 1,00E-04 2,00E-04 3,00E-04 4,00E-04 5,00E-04 6,00E-04 7,00E-04 8,00E-04
t,c
i,A
расчетная
зависимость
усредненная
опытная
Рис. 5.13. Экспериментальная и расчетная
зависимости разрядного тока от времени
110
0,00E+00
5,00E+07
1,00E+08
1,50E+08
2,00E+08
2,50E+08
3,00E+08
3,50E+08
0,00E+00 1,00E-04 2,00E-04 3,00E-04 4,00E-04 5,00E-04 6,00E-04 7,00E-04 8,00E-04
t, c
P, Па
Расчетная
зависимость
Экспериментальная
зависимость
Рис. 5.14. Экспериментальная
и расчетная зависимости давления от времени
В третьей серии эксперимента проводилось определение точности вы-
ходной силы. Для этого для диапазона напряжений (6–7) кВ определялись по
пять значений выходного сигнала пьезодатчика Аm (табл. 5.2)
Таблица 5.2
Зависимость выходного сигнала пьезодатчика
от зарядного напряжения
U0, кВ
l, см
Am, В
6 1 80 6 1
83 6 1
85 6 1
82 6 1
80 5 1
76 5 1
72 5 1
74 5 1
72 5 1
71 4 1
53
4 1 55
4 1 57
4 1 53 4 1
56
Как видно, расхождение по механической силе не превышает 8 %.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]