Способ инициирования и формирования электрического разряда

 

Использование: для коммутации сильноточных электрических цепей и в плазменной технологии. Сущность: электроды погружают в рабочую жидкость, заполняющую разрядную камеру, свободный объем которой заполняют газом под давлением. В зоне инициирования разряда формируют затопленную струю жидкости, направленную перпендикулярно оси электродов, которая обеспечивает создание в зоне инициирования разряда пузырьков газа. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке высоковольтных коммутаторов сильноточных электрических цепей, а также устройств плазменной технологии и мощных импульсных источников света с протяженным телом свечения. Целью изобретения является снижение пробивного напряжения и времени развития электрического разряда. На фиг. 1 представлена одна из возможных конструкций, в которой реализуется предлагаемый способ инициирования и формирования электрического разряда в жидкости; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1. В камере 1 размещены соосно и вертикально цилиндрические электроды верхний 2 и нижний 3 (фиг.1). Межэлектродный промежуток представляет собой кольцевое сопло, находящееся ниже уровня жидкости, которой заполняется камера 1. Необходимый межэлектродный зазор h обеспечивают посредством перемещения верхнего электpода 2. В нижнем неподвижном электроде 3 имеется полость 4, заполненная той же жидкостью, которой заполняется камера 1. В полости 4 известным способом создают повышенное давление, в результате чего начинается истечение жидкости через межэлектродный промежуток в камеру 1. Для горизонтальной затопленной струи жидкости можно записать уравнение Бернулли + = const, из которого выделим безразмерный параметр число кавитации σ где Р давление над поверхностью жидкости в камере, Р_кр. давление, при котором возникает кавитация, в данном случае его можно принять равным давлению насыщенных паров жидкости Р_нп. ρ- плотность жидкости, V скорость течения струи жидкости. Согласно экспериментальным данным значение σ≅0,2 можно считать соответствующим кавитационному режиму. Подачу струи жидкости осуществляют вдоль оси нижнего электрода 3 с последующим перпендикулярным поворотом перед выходом из сопла, образованного электродами 2 и 3. Это вызывает завихрение потока жидкости за кромками электродов 2 и 3 и усиливает кавитационные явления в турбулентной зоне вязкого перемешивания. Когда длина l струи достигает необходимой величины, ключом 5 замыкают конденсаторную батарею 6 на электроды 2 и 3. Наличие микропузырьков кавитационного происхождения в пограничной зоне струи, их поляризация в электрическом поле, и разрядные процессы в пузырьках активизируют зажигание разряда, поддерживая его распространение в область низкой напряженности электрического поля. Пробой развивается не по кратчайшему расстоянию между электродами, а в граничной области по огибающей струи, которая становится зоной инициирования разряда. Напряженность электрического поля Е по длине разряда устанавливают больше порогового значения Е_пор. Е Е , где U амплитуда импульса электрического напряжения; L длина разряда, L Kl при К 2,0-2,5 коэффициенте, учитывающим форму струи. Используя данный способ формирования электрического разряда удается снизить не менее чем в 2 раза пороговое напряжение и на порядок время развития пробоя по сравнению с прототипом при формировании электрического разряда в технической воде. Кроме того, нужно отметить, что в прототипе длина разряда L примерно равна межэлектродному зазору h, а при реализации предложенного способа в описанной конструкции может достигаться 15. Разряд в прототипе принимает на дуговой стадии горения форму цилиндра. В описанном устройстве разряд представляет собой тонкую плазменную оболочку, занимающую сектор до 50% площади диска струи.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИНИЦИИРОВАНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА между электродами, погруженными в рабочую жидкость, заполняющую разрядную камеру, включающий инициирование разряда путем внедрения пузырьков газа в зону инициирования разряда и последующую подачу импульсов напряжения на электроды, отличающийся тем, что, с целью снижения пробивного напряжения и времени развития электрического разряда, перед внедрением пузырьков газа в зону инициирования разряда свободный от рабочей жидкости объем разрядной камеры заполняют газом, внедрение пузырьков газа осуществляют путем создания в зоне инициирования разряда затопленной струи рабочей жидкости, направленной перпендикулярно общей оси электродов, причем давление газа над поверхностью рабочей жидкости, скорость течения струи жидкости и амплутуду импульса напряжения устанавливают в соотношениях где P давление газа над поверхностью рабочей жидкости, Па; v скорость течения струи рабочей жидкости, м/с; ρ плотность рабочей жидкости, кг/м³ P_нп давление насыщенных паров рабочей жидкости, Па; U амплитуда импульса напряжения, В; l длина струи, м;
E_пор пороговая пробивная напряженность электрического поля в рабочей жидкости, В/м;
K 2 2,5 коэффициент, учитывающий форму струи. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу струи рабочей жидкости осуществляют вдоль оси одного из электродов с последующим перпендикулярным поворотом перед зоной инициирования разряда. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что струю рабочей жидкости формируют в межэлектродном промежутке, выполненном в виде сопла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2