Анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров
Виконано оцінку параметрів електромагнітного поля і полів тиску за умов високовольтного розряду у воді. На основі аналізу публікацій виконано аналіз впливу магнітних, електричних і силових полів на електричні та фізико-механічні характеристики полімерів. Показано актуальність досліджень впливу факто...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Назва видання: | Геотехническая механика |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54266 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров / В.М. Бычков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 104. — С. 213-217. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-54266 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-542662014-01-31T03:14:38Z Анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров Бычков, В.М. Виконано оцінку параметрів електромагнітного поля і полів тиску за умов високовольтного розряду у воді. На основі аналізу публікацій виконано аналіз впливу магнітних, електричних і силових полів на електричні та фізико-механічні характеристики полімерів. Показано актуальність досліджень впливу факторів високовольтного розряду на властивості полімерів, які використовуються як високовольтна ізоляція. The assessment of parameters of electromagnetic field and pressure fields under conditions of a high-voltage discharge in water is fulfilled. Proceeding from the analysis of publications, the effect of magnetic, electric and force fields on electrical and physical characteristics of polymers is analyzed. The relevance is displayed of the research of the high-voltage discharge effect produced on the properties of polymers used as high-voltage insulation. 2012 Article Анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров / В.М. Бычков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 104. — С. 213-217. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54266 537.52:621.315.61 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Виконано оцінку параметрів електромагнітного поля і полів тиску за умов високовольтного розряду у воді. На основі аналізу публікацій виконано аналіз впливу магнітних, електричних і силових полів на електричні та фізико-механічні характеристики полімерів. Показано актуальність досліджень впливу факторів високовольтного розряду на властивості полімерів, які використовуються як високовольтна ізоляція. |
| format |
Article |
| author |
Бычков, В.М. |
| spellingShingle |
Бычков, В.М. Анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров Геотехническая механика |
| author_facet |
Бычков, В.М. |
| author_sort |
Бычков, В.М. |
| title |
Анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров |
| title_short |
Анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров |
| title_full |
Анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров |
| title_fullStr |
Анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров |
| title_full_unstemmed |
Анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров |
| title_sort |
анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54266 |
| citation_txt |
Анализ современного состояния исследований влияния факторов высоковольтного разряда в воде на свойства полимеров / В.М. Бычков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 104. — С. 213-217. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT byčkovvm analizsovremennogosostoâniâissledovanijvliâniâfaktorovvysokovolʹtnogorazrâdavvodenasvojstvapolimerov |
| first_indexed |
2025-07-05T05:37:54Z |
| last_indexed |
2025-07-05T05:37:54Z |
| _version_ |
1836784156670951424 |
| fulltext |
213
УДК 537.52:621.315.61
Инженер В.М. Бычков
(ИИПТ НАН Украины)
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО РАЗРЯДА В ВОДЕ НА
СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ
Виконано оцінку параметрів електромагнітного поля і полів тиску за умов високовольт-
ного розряду у воді. На основі аналізу публікацій виконано аналіз впливу магнітних, елек-
тричних і силових полів на електричні та фізико-механічні характеристики полімерів. Пока-
зано актуальність досліджень впливу факторів високовольтного розряду на властивості
полімерів, які використовуються як високовольтна ізоляція.
ANALYSIS OF THE CURRENT STATE OF RESEARCH OF HIGH-
VOLTAGE DISCHARGE EFFECT IN WATER ON THE PROPERTIES OF
POLYMERS
The assessment of parameters of electromagnetic field and pressure fields under conditions of a
high-voltage discharge in water is fulfilled. Proceeding from the analysis of publications, the effect
of magnetic, electric and force fields on electrical and physical characteristics of polymers is
analyzed. The relevance is displayed of the research of the high-voltage discharge effect produced
on the properties of polymers used as high-voltage insulation.
Электрические изоляционные материалы, применяемые в установках, осу-
ществляющие электрический разряд в воде для выполнения разного рода тех-
нологических процессов, находятся под действием многих факторов. Высоко-
вольтный разряд в воде сопровождается различными явлениями, оказывающи-
ми воздействие на полимерную электрическую изоляцию [1-4]. Высокие им-
пульсные гидравлические давления приводят к появлению ударных волн в
жидкости [5, 6]. Наблюдаются значительные импульсные перемещения объе-
мов жидкости, совершающиеся со скоростями, достигающими сотен метров в
секунду [6]. Волны разрежения от перемещающихся поверхностей способны
вызывать мощные импульсные кавитационные процессы, охватывающие отно-
сительно большие объемы жидкости. Расширение канала разряда генерирует
инфразвуковые и ультразвуковые излучения [5]. Взаимодействие волн в жидко-
сти с каналом разряда и стенками разрядных камер способно вызывать механи-
ческие резонансные явления [6] с амплитудами, позволяющими осуществлять
взаимное отслаивание друг от друга многокомпонентных твердых тел. Высоко-
вольтный разряд сопровождается мощными электромагнитными полями, теп-
ловыми, ультрафиолетовыми, а также рентгеновскими излучениями, много-
кратной ионизацией жидкости в канале разряда [7, 8]. Отмеченные явления ока-
зывают на жидкость и объекты, помещенные в нее, разнообразные физические
и химические воздействия.
Указанные факторы могут приводить к существенному изменению свойств
полимеров, используемых в качестве высоковольтной электрической изоляции
электродов импульсных электрогидравлических установок.
Изменение электрических свойств и разрушение изоляторов приводит к вы-
ходу из строя электрогидравлического оборудования, снижению его надежно-
сти и длительности эксплуатации без ремонтно-профилактических работ. Осо-
214
бую важность эта проблема приобретает для мощных электрических разрядов с
запасаемой энергией, составляющей десятки килоджоулей. Эти обстоятельства
показывают актуальность исследований влияния комплекса факторов, сопро-
вождающих электрический разряд в воде, на электрические и механические
свойства полимеров, используемых в качестве высоковольтной электрической
изоляции электродов.
Цель данной работы – выполнить анализ современного состояния исследо-
ваний изменения электрических и физико-механических характеристик поли-
меров, используемых в качестве высоковольтной изоляции, под действием фак-
торов, возникающих при электрическом разряде в воде.
Оценка параметров физических полей. Величину индукции магнитного пол,
возникающего при электрическом разряде в воде, вычислили в непосредствен-
ной близости от канала разряда (10 мм). Напряженность магнитного поля пря-
мого проводника с током вычислили по формуле (1):
a
I
H
2
, (1)
где I - сила тока, протекающего в канале разряда, а; a - расстояние от канала
разряда, м. Максимальная величина силы тока, характерная для мощных элек-
трических разрядов, равна 150 кА [8].
Индукцию магнитного поля вычислили по формуле (2):
,0 HB (2)
где B - индукция магнитного поля, Тл; H - напряженность магнитного поля,
А/м; 7
0 104 гн/м – магнитная постоянная; - магнитная проницаемость.
Подставив приведенные выше значения силы тока и расстояния, получим вели-
чину индукции магнитного поля, равную 3 Тл.
Выполнили оценку уровня напряженности электростатического поля, воз-
никающего в процессе электрического разряда в воде между металлическим
электродом и внешней поверхностью его изоляции. Толщина изоляции элек-
трода при максимальном напряжении разряда 50 кВ составляет от 20 до 30 мм.
Тогда максимальную напряженность электрического поля определили по фор-
муле (3):
,/UE (3)
где ΔU - разность потенциалов на поверхностях изолятора; δ - толщина изоля-
ции. Следовательно, максимальная напряженность электрического поля в изо-
ляторе составляет от 1,7 кВ/мм до 2,5 кВ/мм.
Изоляторы электродов испытывают действие импульсного давления с ам-
плитудой до 1000 МПа в условиях неравномерного трехосного нагружения
[3, 6, 7, 8].
Влияние электромагнитных полей на изменение электрических и физико-
215
механических характеристик полимеров. В работе [9] исследовано влияние
магнитного поля на полимеры. В первой серии экспериментов проводилось
растяжение образцов (до разрушения) без магнитного поля и в полях 0,3; 0,5;
0,8 Тл. Здесь было отмечено существенное уменьшение модуля упругости (Юн-
га) в магнитном поле. Об этом свидетельствуют данные в табл.1.
Таблица 1 - Поведение модуля Юнга упругости и разрывного удлинения полиэтилена в
магнитном поле
Условия испыта-
ний
Модуль Юнга,
МПа
Максимальное
напряжение,
МПа
Разрывное
удлинение,
%
Без поля 860 41,5 435
0,3 Тл 300 41,0 500
0,5 Тл 260 40,5 435
0,8 Тл 310 38,5 525
Таким образом, модуль упругости при растяжении в магнитных полях мо-
жет уменьшаться в 2—2,5 раза, в интервале изменения индукции магнитного
поля - от 0,3 до 0,8 Тл. Для полиэтилентерефталата также наблюдаются подоб-
ные результаты воздействия магнитного поля, приводящие к значительному
уменьшению разрывного удлинения. Полимер хрупко разрушается в окрестно-
сти предела упругости (табл. 2).
Таблица 2 - Поведение модуля Юнга и разрывного удлинения полиэтилентерефталата в
магнитном поле
Условия испыта-
ний
Модуль Юнга,
МПа
Максимальное
напряжение,
МПа
Разрывное
удлинение,
%
Без поля 1115 67,0 355
0,3 Тл 460 68,5 20
0,5 Тл 445 67,5 20
0,8 Тл 380 65,0 20
Помимо растяжения, также был исследован процесс релаксации рассматри-
ваемых полимерных материалов в магнитном поле. В результате экспериментов
[9] выявлено, что с увеличением напряженности магнитного поля скорость ре-
лаксации в полиэтилентерефталате заметно снижается, а остаточное напряже-
ние в образце увеличивается. В поле с напряженностью 0,8 Тл практически от-
сутствует резкое падение напряжения в образце на начальных временах релак-
сации.
Установлено, что для полипропилена в магнитных полях также снижается
скорость релаксации и возрастает величина остаточного напряжения. Но для
полипропилена релаксационные кривые, полученные в разных по величине
магнитных полях, практически совпадают.
Эксперименты по измерению электронного парамагнитного резонанса
(ЭПР) [9] показали, что при растяжении в полимерах появляются магнитные
моменты, связанные с радикалами, возникающими при обрыве молекулярных
цепочек. Таким образом, определено сильное влияние магнитного поля на ме-
ханические свойства немагнитных материалов [9].
216
Описанные эксперименты важны с прикладной и технической точек зрения.
В частности, для мощных электрических разрядов в воде, где индукция магнит-
ного поля достигает значения 3 Тл, находятся элементы изоляции электродов,
которые испытывают импульсные и циклические нагрузки.
В работе [10] рассматривается модификация поверхности пленок из поли-
этилена, полипропилена путем воздействия на них импульсной плазмы атмо-
сферного давления. Уровень активации поверхности полимеров превышает в
некоторых случаях до двух раз результаты, достигаемые с применением корон-
ного разряда атмосферного давления или плазменных технологий низкого дав-
ления. Наиболее важной особенностью процесса плазмохимической модифика-
ции полимерных материалов, определяющей особый интерес к этому методу,
является то, что изменениям подвергается только обрабатываемая поверхность
материала и очень тонкий приповерхностный слой, толщина которого, по раз-
ным оценкам, составляет от 100 Ǻ до нескольких микрометров. Полимер в
остальном объеме практически не изменяется, сохраняя физико-механические,
химические и электрофизические свойства модифицируемого материала.
Механическое деформирование полимеров в электрическом поле исследо-
вано в работе [11]. Отмечено существенное уменьшение порога пробоя изоля-
ции в этих условиях.
Анализ литературы показал, что выполнены исследования влияния отдель-
ных факторов электрического разряда в воде на свойства полимеров, использу-
емых в качестве высоковольтной изоляции электродов. Учитывая актуальность
данной проблемы в научном и практическом отношении, целесообразно прове-
дение исследований в данном направлении. Можно сделать следующие выводы.
1. В процессе электрического разряда в воде индукция магнитного поля,
действующего на изоляторы электродов, может достигать значения 3 Тл,
напряженность электрического поля – 2,5 кВ/мм и давление ударных волн –
1000 МПа, что может приводить к существенному отличию параметров элек-
трической изоляции от их значений, определенных в нормальных условиях.
2. Электромагнитное поле и ударные волны, возникающие в результате
электрического разряда в воде, могут приводить к существенному изменению
физико-механических свойств полимеров, используемых в качестве высоко-
вольтной изоляции электродов, поэтому при выборе параметров электрической
изоляции электродов необходимо учитывать изменения физико-механических
характеристик полимеров.
Статья подготовлена по материалам доклада IX Международной научной
конференции ―Импульсные процессы в механике сплошных сред‖ (15-19 авгу-
ста 2011, г.Николаев).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности / Л.А. Юткин. – Л.:
Машиностроение, 1986. – 253 с.
2. Гулый Г.А. Научные основы разрядно -импульсных технологий / Г.А. Гулый. - Киев: Наукова думка,
1990. - 311 с.
3. Кривицкий Е.В. Динамика электровзрыва в жидкости / Е.В. Кривицкий. - Киев: Наукова думка, 1986. - 208 с.
4. Наугольных К.А.Электрические разряды в воде/ К.А.Наугольных, Н.А. Рой. - М.: Наука, 1977.- 155 с.
217
5. Барбашова Г.А. Определение гидродинамической нагрузки на стенку нефтяной скважины, формиру емой
электрическим разрядом / Г.А. Барбашова, В.М. Косенков // ПМТФ. - 2001. - Т.42, № 6. - С. 93.
6. Косенков В.М. Резонансные колебания цилиндрической стенки разрядной камеры в результате электри-
ческого разряда в воде/ В.М. Косенков // ПМТФ. - 2011. - № 4. - С.43-51.
7. Косенков В.М. Развитие пробоя в воде/ В.М. Косенков, Н.И. Кускова // ЖТФ. - 1987. - Т.57, Вып.10. -
С. 17-20.
8. Косенков В.М. Влияние длины канала высоковольтного разряда в воде на эффективность пластического
деформирования цилиндрической оболочки / В.М. Косенков // ЖТФ. - 2011. - Т. 81, № 10. - С.133-139.
9. Александров П. А. Механические свойства материалов в магнитном поле. Сер. ―Термоядерный с интез‖ /
П. А. Александров // Вопросы атомной науки и техники. – 2006. - Вып. 1. - С. 24-30.
10. Головятинский С. А. Модификация поверхности полимеров импульсной плазмой атмосферного давле-
ния. Серія фізична ―Ядра, частинки, поля‖/ С. А. Головятинский // Вісник Харківського університету. – 2005,
Вип. 2/24. – С. 80-86.
11. Слуцкер А. И. Влияние механического нагружения на кинетику электрического разрушения полимеров
/ А. И. Слуцкер // Журнал технической физики. – 2008.-Т. 78, Вып. 11. – С. 60-63.
УДК 622.411.332.023.623:622.83
Канд. техн. наук В.В. Круковская
(ИГТМ НАН Украины)
ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕПЕНИ СВЯЗАННОСТИ ПРОЦЕССОВ
ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА
И ФИЛЬТРАЦИИ МЕТАНА
Виконано чисельне моделювання зв'язаних процесів зміни напружено -деформованого стану гірських порід
та фільтрації метану у порушеному вуглепородному масиві навколо вибою гірничої виробки. Результати р о-
зрахунку порівняно з результатами розв’язання окремих задач зміни у часі геомеханічних і фільтраційних па-
раметрів. Проаналізовано вплив кожного з процесів на загальний результат та визначено ступінь зв’язку
розглянутих процесів.
DEGREE OF RELATIONSHIP OF PROCESSES CHANGES THE ROCK
MASS STRESS STATE AND METHANE FILTRATION INVESTIGATION
Numerical modeling of coupled processes of rock stress-strain state change and methane filtration in disrupted
coal-rock massif around mine face working is completed. The calculation results are compared with the results of
solving separate problems of changes of geomechanical and filtration characteristic in time. The influence of each of
this processes on the general result is analyzed and the degree of relationship above processes is defined.
В качестве одного из основных методов теоретического исследования слож-
ных прикладных проблем в настоящее время все чаще используется так назы-
ваемый вычислительный эксперимент. Суть этого метода состоит в том, что на
основе математической модели в результате непосредственного численного
решения соответствующих уравнений количественно определяется поведение
изучаемого объекта в тех или иных условиях [1]. Сравнение результатов расче-
тов с имеющимися экспериментальными данными позволяет оценить эффек-
тивность математической модели, определить необходимые константы и пара-
метры и добиться ее адекватности рассматриваемому явлению. На основе про-
шедшей такую проверку модели можно прогнозировать поведение исследуемо-
го объекта в условиях, недостижимых в натурном эксперименте.
Зачастую изучаемое явление состоит из нескольких процессов, происходя-
щих в массиве горных пород при подземной добыче угля (изменение НДС
твердого тела, диффузия и фильтрация жидкости и газа, десорбция газа, тепло-
физические и химические процессы) и оказывающих влияние один на другой.
Степень этого влияния может быть различной. Например, при расчете парамет-
ров напряженного состояния можно пренебречь изменением температуры по-
|