На главную - zhurkov.com

Работа


Лого НИИ высоких напряжений, Томск     После окончания университета я поступил в аспирантуру ТПУ при НИИ высоких напряжений (в 2010 г. преобразован в Институт физики высоких технологий НИ ТПУ), где по сей день и работаю. Соответственно, тема моей кандидатской диссертации стала логичным продолжением магистерской диссертации - "Электроразрядная обработка и резание диэлектрических материалов".
     Электроразрядный способ резания основан на открытии, которое было сделано в ТПИ в 60х годах прошлого века, тогда было показано, что электрическая прочность жидких диэлектриков при экспозиции напряжения менее микросекунды превышает прочность твердых диэлектриков [1].
По дороге к НИИ ВН ТПУ, Томск     Суть электроразрядного способа обработки твердых диэлектрических и полупроводящих материалов заключается в том, что при расположении электродов на одной поверхности материала в среде диэлектрических жидкостей и даже воды при длительности воздействия импульса напряжения до пробоя не более единиц микросекунд происходит внедрение канала разряда в твердое тело и его пробой, при пробое происходит микроэлектровзрыв в твердом теле с образованием откольной воронки. Принцип электроимпульсного разрушенияРазрушение твердого тела осуществляется за счет суммарного действия напряжений, создаваемых вокруг канала электрического пробоя вследствие высокого давления, развиваемого в нем, и напряжений, возникающих в среде при распространении ударных и акустических волн. Инструментом, разрушающим твердое тело, является расширяющаяся плазма канала пробоя. Электродная система при этом практически не изнашивается. Таким образом, вместо специальных абразивных материалов для рабочего инструмента можно использовать обычную сталь.
Электроимпульсный резак     Кроме этого к достоинствам способа можно отнести и то, что нагружение твердого тела происходит изнутри, т.е. с преобладанием напряжений разрыва и сдвига, а не сжатия, как в традиционных способах разрушения, а прочность материалов на разрыв и сдвиг существенно (в 10-30 раз) ниже прочности на сжатие; разрушение импульсное, что устраняет значительный расход энергии на пластическую деформацию и позволяет концентрировать большие мощности при невысоких исходных количествах энергии; отсутствуют промежуточные трансформации энергии, связанные со значительными ее потерями; возможно регулирование степени измельчения, устраняющее затраты энергии на излишнее обнажение поверхностей. К недостаткам способа можно отнести то, что для работы с высоким напряжением необходим специально подготовленный персонал, и должны соблюдаться требования по электромагнитной совместимости (например, если работы ведутся в городской черте).
Стенд для резания, г. Томск     Исследования электроразрядного (электроимпульсного) разрушения проводились, в общем-то, уже давно, многие работы в советское время были закрытыми, но промышленная установка, в частности, для резания этим способом так и не была создана. В ранее проведенных исследованиях электроразрядного резания в воде использовались многоэлектродные системы [2,3], которые из-за их низкого сопротивления требуют применения генераторов с импедансом порядка или меньше единиц Ом, при этом происходят большие потери в предпробивной стадии и деформация импульса, и, как следствие всего, необходимы большие напряжения и энергии генератора (они обуславливают его массогабариты). Я и зав. лаб. 11 Муратов В.М.Кроме того, поскольку резание проводилось без перемещения резака, возникали другие трудности, как-то: ограниченная длина и глубина получаемой щели и зависание системы электродов на ее стенках.
Директор НИИ ВН В.Лопатин, вице-президент РАН Г.Месяц, ректор ТПУ Ю.Похолков     С целью создания технологической установки по электроразрядному резанию в НИИ ВН было предложено использовать двухэлектродную перемещающуюся систему, в 2001 году создан стенд, проведены первые эксперименты по резанию, и выработаны критерии оптимизации процесса электроразрядного резания [4-7], на разработку получены патенты [5,8-10] . При этом энергия, запасаемая генератором импульсов, достаточная для осуществления резания, снизилась в несколько раз (40-70 Дж в импульсе), генератор по схеме Маркса, используемый для резания, имел размеры порядка ø300х800.
Измерения     В настоящее время стало возможным создание еще более компактных высоковольтных генераторов на требуемые параметры импульса по схемам с магнитным сжатием энергии, достоинством которых является отсутствие искрового коммутатора. Это открывает новые перспективы для способа, поскольку можно достичь частот импульсов более 15 имп/с, а значит, увеличить скорость обработки.
ЭИ резание песчаника, электродная система
     Первые результаты проведенных в 2001 г. экспериментов по резанию различных горных пород и бетона в воде (частично финансированные немецким государственным фондом Deutsche Bundesstiftung Umwelt) показали следующие преимущества электроразрядного способа перед традиционными механическими способами резания:



- низкие удельные энергозатраты;

Сравнительные характеристики различных способов резания (для песчаника)

  Способ резания W, кВтч/м² V, м²/ч Ширина щели, мм
  Электроразрядный0,751,115-20
  Механические тросовая пила4,63,08-11
маятниковая пила5,22,46-10
цепная пила2,610 < 42
дисковая пила4,41,03-5
            Здесь: W - удельные энергозатраты на единицу вновь образованной поверхности,
                       V - производительность при частоте импульсов 25 имп/с.


- слабая зависимость энергозатрат от крепости обрабатываемого материала;

Удельные энергозатраты и производительность для различных материалов

Материал Wо, кВтч/м³ W, кВтч/м² V, м²/ч Ширина щели, мм
Песчаник440,751,115-20
Гранит962,60,915-20
Габбро782,10,915-20
Бетон М300851,70,915-20
            Здесь: Wо - удельные объемные энергозатраты.

- экологически безопасный и практически безотходный процесс разрушения;

- малый износ и очень низкая стоимость режущего инструмента;

- любая заданная траектория резания.

Резание песчаника
Достигнутая глубина резания электроразрядным способом составляет 200-300 мм (хотя в принципе без каких-либо затруднений она может быть увеличена до метра и более), длина резания - до нескольких метров. Ширина реза от 15 мм. Поверхность после обработки неровная, т.е. требует дальнейшей обработки, в случае, если надо получить гладкую поверхность. Однако она "ослаблена" разрядами, поэтому после электроразрядной обработки ее обрабатывать традиционными механическими способами значительно легче.

Стенд для электроимпульсного резания, TU DresdenВ 2004-2005 гг. в Германии по гранту Deutsche Bundesstiftung Umwelt и при содействии государственного фонда Herbert-Quandt-Stiftung нами совместно с немецкими коллегами в высоковольтном зале Института высоковольной техники Дрезденского технического университета смонтирован и запущен электроразрядный стенд с целью апробации электроразрядного способа (Elektro Impuls Verfahren) применительно к резанию саксонского песчаника и других очень крепких горных пород.
Дрезден, тротуарДеньги на исследования выделил фонд окружающей среды - дело в том, что в Германии особое внимание обращают на экологичность технологии: в данном случае способа (при электроразрядном способе отходов и пыли практически нет) и использующихся строительных материалов, в частности, плитки для мощения дорог. Асфальт является неэкологичным материалом, поэтому в немецких городах очень много дорог, в т.ч. и для машин, вымощено природным камнем. Кроме того саксонский песчаник в Германии издавна используется для строительства зданий, из него сделаны все барочные шедевры Дрездена.

Фото ТУ ДрезденСам электроразрядный способ в силу вышеописанных преимуществ весьма перспективен для получения различного вида дорожных плит и обработки крупных массивов горных пород, поэтому кроме проведения натурных экспериментов на немецком камне, стенд был создан и для демонстрации способа различным немецким камнеобрабатывающим компаниям с целью привлечения инвестиций на создание первого технологичного электроразрядного резака.

К сожалению, в России пока не нашлось инвесторов, готовых финансировать НиОКР по созданию электроразрядного резака, хотя разработка демонстрировалась на различных выставках и салонах, и была удостоена различных дипломов и медалей, одна из них - золотая на IV Международном салоне инноваций и инвестиций в 2004 г. в Москве.

Бронзовая медаль Диплом на выставке Золотая медаль Конкурс Сибирские Афины











Если Вам необходима какая-либо дополнительная информация по данной тематике или по различным применениям электроразрядного способа (бурение/Electric Pulse Boring/Plasma Channel Drilling, снятие поверхности, очистка трубопроводной арматуры, разрушение негабаритов и т.п.), то Вы можете обратиться к нам в Институт физики высоких технологий Национального исследовательского Томского политехнического университета, лаборатория 11, адрес: 634028, г. Томск, пр. Ленина, 2а, ауд. 122 (высоковольтный зал), телефон: +7 (3822) 60-61-71. Видео Вести-Томск: Электроимпульсное бурение, апрель 2011, скачать

В 2011 году лаборатория принимала участие в Петербургской технической ярмарке с разработкой "Высоковольтная импульсная буровая установка" и получила за нее диплом I степени и золотую медаль. В связи с этим ГТРК "Томск" делала репортаж про инновационную разработку - снимали много и долго (больше часа), а все в итоге уместилось в 2 минуты. В кадрах, что вышли в новостной программе, можно увидеть в т.ч. и меня:)) Diamonds, Drills & Drug Detectors (RT's Technology Update) Электроимпульсное бурение, август 2013Видеосюжета на сайте телекомпании почему-то нет, но запись пока можно скачать здесь.

ГТРК Томск: Ученые ТПУ разработали принципиально новый метод бурения твердых породВ 2013 году телеканал Russia Today снял неплохой ролик про электроимпульсное бурение, а следом и Томская государственная телерадиокомпания сделала репортаж во время приезда иностранных партнеров. Посмотреть можно здесь (смотреть с 6-й минуты, на английском языке) и здесь соответственно.




Список использованных источников

1. Воробьев А.А., Воробьев Г.А., Чепиков А.Т. Закономерности пробоя твердого диэлектрика на границе раздела с жидким диэлектриком при действии импульса напряжения. Свидетельство на открытие №А-122 от 29.04.1998 с приоритетом от 14.12.1961.
2. Семкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.И. Основы электроимпульсного разрушения материалов. - СПб.: Наука, 1995. - 276 с.
3. Goldfarb V., Bundy R., Dunton A., Shneerson G., Krivosheev S., Adamian Yu. Removal of surface layer of concrete by pulse-periodical discharge // Digest of Technical Papers 11th IEEE International Pulsed Power Conference - USA, Baltimore, 1998. - V.2. - Р. 1078-1085.
4. Jgun D., Jurkov M., Lopatin V., Muratov V., Vajov V., Gubsch I., Kunze G., Neubert M. Application of pulsed discharges for materials cutting // Digest of Papers European Pulsed Power Symposium 2002. - French German Research Institute of Saint Louis, France. - P. 22/1-22/4.
5. Важов В.Ф., Журков М.Ю., Муратов В.М. Электроимпульсный способ разрушения горных пород. Патент RU2232271 МПК7 Е21С37/18 / Заявл. 25.02.2003; Опубл. 10.07.2004, Бюл. №19.
6. Важов В.Ф., Журков М.Ю., Муратов В.М. Эффективность резания горных пород электроразрядным способом перемещающейся электродной системой // Известия Томского политехнического университета. - Том 307. - №6, 2004. - С. 72-75.
7. Vazhov V., Zhurkov M., Lopatin V. and Muratov V. Electric-discharge cutting of rocks // Journal of Mining Science. - Springer New York, 2008. - №2. - V.44. - P. 176-182.
8. Адам А.М., Важов В.Ф., Журков М.Ю., Муратов В.М. Устройство для разрушения поверхностного слоя изделий из искусственных материалов и природного камня. Патент RU81258 МПК E21C37/18 / Заявл. 29.10.2008; Опубл. 10.03.2009, Бюл. № 7.
9. Адам А.М., Муратов В.М., Журков М.Ю. Устройство для резания горных пород. Патент RU2393349 МПК E21C37/18, E21B7/15 / Заявл. 1.04.2009; Опубл. 27.06.2010, Бюл. № 18.
10. Адам А.М., Муратов В.М., Журков М.Ю. Устройство для подрезания блоков горных пород электрическими разрядами. Патент RU2427711 МПК E21C37/18 / Заявл. 1.04.2010; Опубл. 27.08.2011, Бюл. № 24.

Ссылки на информацию по электроразрядному способу

http://www.kolasc.net.ru/spark/index.html - Сайт А.Ф. Усова по электроимпульсному способу разрушения.

http://www.springerlink.com/content/e54p71v4q3pl3236/ - Vazhov V., Zhurkov M., Lopatin V. and Muratov V. Electric-discharge cutting of rocks // Journal of Mining Science. - Springer New York, 2008. - V.44. - №2. - P.176-182

http://www.springerlink.com/content/t180p1337236n735/ - Vazhov V., Gafarov R., Datskevich S., Zhurkov M. and Muratov V. Electric-pulse breakdown and the breakage of granite // Technical Physics. - Springer New York, 2010. - V.55. - №6, - P.833-838.





Новости
О себе
Работа
Фотографии
Контакты
Избранное
Гостевая
Weather
iHerb 10$ OFF
Богородица, Путина прогони
Самые дешёвые авиабилеты, бонусы, скидки!
Счетчик
Яндекс.Метрика