Введение к работе
Актуальность работы. Для повышения надежности и срока службы приборов нестационарного дугового разряда (ПНДР) - искровых разрядников и импульсных источников света первостепенное значение имеет уменьшение эрозии электродов.
Физический механизм эрозии на сегодняшний день является одной из неразрешенных задач физики сильноточного газового разряда.
Результаты проведенных на протяжении почти столетия исследований в сочетании с разработанными в последние годы электродными материалами позволили установить ряд важных закономерностей процесса эрозии и существенно увеличить эрозионную стойкость электродов ПНДР. Однако имеющиеся теоретические и экспериментальные данные в своем подавляющем большинстве не позволяют сформировать единую точку зрения на механизм эрозии. Поэтому, что касается электродных материалов, то их выбор для конкретных проектируемых приборов по-прежнему осуществляется эмпирически. При этом, для сильноточных высоковольтных испытаний затраты чрезвычайно велики, так как физическая долговечность приборов высока, а используемые в ПНДР электроды имеют большую себестоимость.
Тем самым диктуется необходимость исследования электрической эрозии в широком диапазоне условий реализации нестационарного дугового разряда и выбора методов и стратегии построения достоверной математической модели процесса с целью создания ключевой составляющей САПР ПНДР- системы инженерного проектирования катодного узла.
Цель работы заключалась в исследовании и анализе влияния электрического режима и условий реализации дугового нестационарного разряда на эрозионную стойкость различных электродных материалов, разделении изучаемого диапазона на области, характеризуемые своим физическим механизмом эрозии электродов, определении взаимосвязи эрозии электродного материала с его теплофизическими параметрами в конкретных условиях реализации дугового нестационарного разряда и построении на основе проведенных исследовании достоверных статистических моделей.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Исследование влияния электрического режима и условий реализации нестационарного разряда на эрозионную стойкость различных электродных материалов - чистых металлов, металлокерамических сплавов (в том числе активированных различными присадками), истинных сплавов и тугоплавких интерметаллических соединений .
-
Разделение всего диапазона реализации дугового нестационарного разряда на области, характеризуемые своим физическим механизмом эрозии электродов.
3. Построение, на основе полученных данных для каждой из
выявленных областей, достоверной математической зависимости
эрозии от физических свойств материала электродов.
-
Использование полученных моделей для выбора оптимальных электродных материалов конкретных серийно выпускаемых приборов.
-
Разработка структурной схемы автоматизированной системы проектирования катодного узла ПНДР.
Методы исследования. При выполнении работы применен комплекс статистических методов обработки результатов экспериментов, включающих кластерный, регрессионный и дисперсионный анализ.
Экспериментальные исследования выполнены на опытных и промышленных установках в лабораторных и заводских условиях.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
- соответствием результатов теоретических и эксперименталь
ных исследований;
- работоспособностью и высокой объективностью прогнозиро
вания эрозионной стойкости металлов по полученным уравнениям
регрессии;
- внедрением разработанных электродных материалов в промыш
ленное производство и использованием полученных результатов в учеб
ном процессе.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Для разработки основополагающего элемента САПР ПНДР-базовых моделей эрозионной стойкости электродных материалов весь диапазон реализации нестационарного дугового разряда разбит на характерные области.
-
Установлено, что одновременно с изменением характера взаимосвязи между эрозией и физическими свойствами материала, на границе между областями практически скачкообразно меняются абсолют-
ная величина эрозии, характер эрозионных следов, набор наиболее эрозионно стойких материалов, а в случае "факельного" механизма возможно и полярности эрозии.
-
Разработаны статистически достоверные модели для прогноза пригодности и долговечности электродных материалов ПНДР.
-
Выявлен физический механизм электрической эрозии: разграничено тепловое и механическое разрушение электродов, определены доминирующие слагаемые энергетического баланса на электродах .
-
Разработана структурная схема автоматизированной системы проектирования катодного узла ПНДР.
-
Предложены и разработаны состав и технология изготовления более эрозионно стойких электродов для конкретной разновидности ПНДР.
Практическая значимость работы:
установлены границы применения основных типов электродных материалов;
определены конкретные ПНДР, в которых используются неоптимальные материалы электродов;
разработан способ увеличения долговечности спектральных источников света ;
разработаны синтерированные электроды, обеспечивающие увеличение долговечности, снижение себестоимости и более высокую технологичность изготовления искровых разрядников.
Реализация результатов работы. Модели для прогноза эрозионной стойкости электродных материалов ПНДР использованы при модернизации серийно выпускаемых приборов этого класса. Разработанный, исходя из прогноза, состав активатора внедрен в производство спектральных источников света ДДС-30, выпускаемых Владикавказским заводом "Разряд". На "Разряде" также внедрена технология изготовления синтерированных электродов с поверхностным нанесением активатора для искровых разрядников Р-27 и Р-45.
Экономический эффект от внедрения на июнь 1992 года составил 7 млн. рублей, а на март 1995 года- 72 млн. рублей.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СКГТУ (Владикавказ, 1989-1997 гг.) и региональной НТК "Физико-химические процессы в электрических разрядах"(Грозный, 1990 г.).
Публикации. Результаты выполнения теоретических и экспериментальных исследований представлены в 10 печатных работах.
Объем и структура диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложения и содержит 151 страниц машинописного текста, 25 таблиц по тексту, 37 рисунков, список литературы из 169 наименований на 12 страницах, приложения на 32 страницах.
