一种水下镓铟锡液态金属成丝放电爆炸装置及方法制造方法及图纸

一种水下镓铟锡液态金属成丝放电爆炸装置及方法，包括高压脉冲电容、气隙开关、放电反应容器、金属导管电极、金属下底板电极、橡胶软管、推送器、低压电源和镓铟锡液态金属等。采用推送器施压的方式，通过橡胶软管将液态镓铟锡金属挤压出金属导管电极管口；利用镓铟锡液态金属自身的流动性，当低压电源作用于液态金属表面，能够产生电化学反应并削弱其自身表面强张力，使得镓铟锡液态金属克服Rayleigh

【技术实现步骤摘要】
一种水下镓铟锡液态金属成丝放电爆炸装置及方法


[0001]本专利技术属于高压脉冲放电领域，涉及一种金属丝电爆炸的换丝重频放电装置及方法，具体涉及一种水下镓铟锡液态金属成丝放电爆炸装置及方法。

技术介绍

[0002]金属丝电爆炸是指将一定参数范围内的脉冲电流注入金属丝，在焦耳加热的作用下，先后经历多种相态变化，最终形成等离子体放电通道并释放能量，同时伴随光辐射、声辐射和冲击波形成等一系列物理、化学变化的过程。金属丝电爆炸可在真空、气体或液体中发生。与其他环境相比，液相中金属丝电爆炸更为均匀，沉积能量更高，表现出冲击波峰值压力高、衰减小的特点。
[0003]水下高压金属丝电爆炸技术被广泛应用于石油增产、矿物开采、强声驱散等领域，对于解决复杂环境下的资源开发等问题具有重大意义。但是液相金属丝电爆炸在工程实际中需更换金属丝，增设换丝机构，限制了液相金属丝电爆炸在工程中的应用。
[0004]为了解决金属丝更换困难的问题，目前已有的方案包括：(1)轮盘换丝装置，该装置自动化程度较高，但轮盘轴柱的存在阻挡了冲击波的传递；(2)电极非接触式换丝装置，使用轮轴固定金属丝并通过旋转的方式送至电极之间，完成换丝过程，改善了放电后金属丝粘连在电极上的问题，然而非接触电极使得其不适用于高电导率环境；(3)电机驱动的含气隙放电装置，虽然能够实现不间断送丝，但是电极间隙的存在能够影响能量沉积效率，且电机需要高压隔离。也就是说，虽然目前已有的换丝装置具备了一定的自动化程度，但换丝过程大多依赖复杂的机构控制，换丝过程受高压环境的影响，易受到冲击且适用范围有限。
[0005]本专利技术利用镓铟锡液态金属低熔点、流动性好的特点，使其在低电压的控制下快速拉伸成丝，进而提出一种基于镓铟锡液态金属丝爆炸方法，实现了简单机构的自动换丝。该方法具有换丝装置简单、易操作、放电过程稳定且无粘连等优点。换丝完成后进行高压脉冲放电，将电容储能转化为热能、光能和机械能等能量变化过程，从而实现多种工业用途。
[0006]从目前检索的技术资料中，尚未见利用镓铟锡液态金属成丝放电的装置或方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目在于，解决液相金属丝电爆炸需设置换丝机构，且换丝频繁会对放电过程造成影响的问题，并提出一种水下镓铟锡液态金属成丝放电爆炸的装置及方法，该方法能够使镓铟锡金属形成稳定的丝状结构，在通过大电流时产生爆炸，并在爆炸后再次成丝放电，实现连续多次放电爆炸过程。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种水下镓铟锡液态金属成丝放电爆炸装置，包括高压脉冲放电装置与电极成丝装置。
[0010]所述的高压脉冲放电装置包括四个单元：充电单元、放电单元、控制单元以及测量单元。所述的充电单元由高压直流电源1、限流电阻2以及高压脉冲电容3组成，高压直流电
源1通过限流电阻2给高压脉冲电容3充电，三者串联在同一回路中。所述的放电单元由高压脉冲电容3、气隙开关4、传输电缆线5，放电反应容器6以及高压接地线12串联而成，高压脉冲电容3经过传输电缆线5放电反应容器6与高压接地线12相连构成串联回路，高压脉冲电容3与放电反应容器6之间串入气隙开关4以控制回路的通断。所述的高压脉冲电源3为充电单元与放电单元共有设备，其工作时先通过充电单元充电，再通过放电单元回路释放电能。所述的控制单元主要由两个部分组成，分别是用于控制高压直流电源1的调压器7和触发控制回路8；调压器7分别与高压直流电源1、交流电220V20相连，能够将交流电220V20电压按一定比例缩放后输入直流高压电源1来控制其输出直流电压值，进而控制放电电压，触发控制回路8操纵气隙开关4的通断，为放电过程提供延时，以达单次放电电压峰值。所述的测量单元主要包括高压探头9、电流传感器10与分压器11，可以监测整个放电过程的电容电压、金属丝两端的电压和回路电流波形，具体的：高压探头9接在放电反应容器6的高压侧，并将数据导入示波器13对放电过程中的电压进行检测；电流传感器10固定于低压侧接地线12上，并将数据导入示波器13监测放电回路中的电流；分压器11接在高压脉冲电容3上并与电压表14相连，用于实时监测高压脉冲电容3。如有必要，可在放电反应容器6侧加入高速摄像机18与计算机对放电过程进行图像观测。
[0011]所述的电极成丝装置包括两个单元：低压控制回路与放电电极。所述的低压控制回路主要包括低压电源17，金属夹30、低压限流电阻31、高压继电器隔离开关A15，B21；低压电源17正极经过低压限流电阻31、高压继电器隔离开关A15、金属夹30与放电反应容器6中的金属导管电极22相连；负极经过高压继电器隔离开关B21、金属夹30放电反应容器6中的金属下底板电极23相连。低压电源17的正极接金属导管电极22，负极接金属下底板电极23，其中，金属夹30起到导电与方便连接与分离的作用。所述的放电电极由金属导管电极22、金属下底板电极23、橡胶软管24、限流阀25、推送器26、控制器27、绝缘橡胶28和镓铟锡液态金属29组成，其中，推送器内装有镓铟锡液态金属；所述的金属导管电极22接高压脉冲电容3与低压电源正极17的正极，经过气隙开关4和高压继电器隔离开关A15、B21实现低压控制回路与高压脉冲放电模块的互相隔离；金属下底板电极23接高压脉冲电容3与低压电源正极17的负极，两电极通过传输电缆线5连接高压脉冲电容3；金属导管电极22外侧包裹绝缘橡胶28，并经橡胶软管24连通推送器26，将镓铟锡液态金属29能够推送至金属导管电极22管口，进而成丝，其中绝缘橡胶28可以保证放电过程整体绝缘，不会在管壁发生放电击穿，进而影响装置稳定性；橡胶软管24上附加控制镓铟锡液态金属流速的限流阀25，限流阀25可通过旋转开关控制软管导通截面积，限制橡胶软管中镓铟锡液态金属的流速与流量，同时避免液态金属因自身重力而不断从管口滴落。推送器26受到控制器27的控制，能以适当流速将推送器26中的镓铟锡液态金属29压出。
[0012]所述金属导管电极22与下底板电极23之间通过电压源形成低压电场以及电化学反应。其中电化学反应会使金属导管电极内部镓铟锡液态金属失去电子发生氧化作用而形成氧化层，氧化层保证了镓铟锡液态金属成丝后的稳定性。
[0013]进一步的，所述高压脉冲放电设备还包括零线16以及空气开关19，其中空气开关19控制调压器2以及触发控制回路8供电与否，起到安全防护以及节能作用。零线16为交流电220V20组成部分之一，其为电流提供完成的回路，且与高压接地线12互为独立的线路。
[0014]进一步的，所述的充电单元由高压直流电源1、限流电阻2以及高压脉冲电容3组
成，其结构不唯一，可以由多个高压直流电源1、限流电阻2，高压脉冲电容3串并联组成如马克思发生器，其功能在于为高压脉冲电容3充电。
[0015]进一步的，所述的高压直流电源1输出电压受其输入交流电电压控制，通过控制高压直流电源1输入电压可进一步控制高压脉冲电容3充电与放电电压大小。
[0016]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下镓铟锡液态金属成丝放电爆炸装置，其特征在于，包括高压脉冲放电装置与电极成丝装置；所述的高压脉冲放电装置包括充电单元、放电单元、控制单元以及测量单元；所述的充电单元包括高压直流电源(1)、限流电阻(2)及高压脉冲电容(3)，高压直流电源(1)通过限流电阻(2)给高压脉冲电容(3)充电，三者串联在同一回路中；所述的放电单元由高压脉冲电容(3)、气隙开关(4)、传输电缆线(5)、放电反应容器(6)及高压接地线(12)串联而成，高压脉冲电容(3)经过传输电缆线(5)放电反应容器(6)与高压接地线(12)相连构成串联回路，高压脉冲电容(3)与放电反应容器(6)之间串入气隙开关(4)以控制回路的通断；所述的控制单元主要由两个部分组成，分别是用于控制高压直流电源(1)的调压器(7)和触发控制回路(8)；调压器(7)分别与高压直流电源(1)、交流电220V(20)相连，控制放电电压，触发控制回路(8)操纵气隙开关(4)的通断，为放电过程提供延时，以达单次放电电压峰值；所述的测量单元主要包括高压探头(9)、电流传感器(10)与分压器(11)，可以监测整个放电过程的电容电压、金属丝两端的电压和回路电流波形；所述的电极成丝装置包括低压控制回路与放电电极；所述的低压控制包括低压电源(17)，金属夹(30)、低压限流电阻(31)、高压继电器隔离开关(A15，B21)；所述低压电源(17)正极经过低压限流电阻(31)、高压继电器隔离开关(A15)、金属夹(30)与放电反应容器(6)中的金属导管电极(22)相连，正极接金属导管电极(22)；负极经过高压继电器隔离开关(B21)、金属夹(30)放电反应容器(6)中的金属下底板电极(23)相连，负极接金属下底板电极(23)；所述的放电电极包括金属导管电极(22)、金属下底板电极(23)、橡胶软管(24、限流阀(25)、推送器(26)、控制器(27)、绝缘橡胶(28)和镓铟锡液态金属(29)，其中，推送器内装有镓铟锡液态金属；所述的金属导管电极(22)接高压脉冲电容(3)与低压电源正极(17)的正极，经过气隙开关(4)和高压继电器隔离开关(A15、B21)实现低压控制回路与高压脉冲放电模块的互相隔离；金属下底板电极(23)接高压脉冲电容(3)与低压电源正极(17)的负极，两电极通过传输电缆线(5)连接高压脉冲电容(3)；金属导管电极(22)外侧包裹绝缘橡胶(28)，并经橡胶软管(24)连通推送器(26)，将镓铟锡液态金属(29)能够推送至金属导管电极(22)管口成丝；橡胶软管(24)上附加用于控制镓铟锡液态金属流速的限流阀(25)；推送器(26)受到控制器(27)的控制，能以适当流速将推送器(26)中的镓铟锡液态金属(29)压出；所述金属导管电极(22)与下底板电极(23)之间通过电压源形成低压电场以及电化学反应；其中电化学反应会使金属导管电极内部镓铟锡液态金属失去电子发生氧化作用而形成氧化层，氧化层保证镓铟锡液态金属成丝后的稳定性。2.根据权利要求1所述的一种水下镓铟锡液态金属成丝放电爆炸装置，其特征在于，所述的高压脉冲放电装置中，还可在放电反应容器(6)侧加入高速摄像机(18)与计算机对放电过程进行图像观测。3.根据权利要求1所述的一种水下镓铟锡液态金属成丝放电爆炸装置，其特征在于，所述的测量单元中：所述高压探头(9)接在放电反应容器(6)的高压侧，将数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志强，丁梦喆，李国锋，王进君，张东东，刘征，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：