автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Исследование и разработка модели процесса эрозии материала электродов, как подсистемы САПР приборов нестационарного дугового разряда

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

? Г з о Д -------------------------

~ «ч » 1 м^ л^г-о

КУЛАЕВА Марина Владимировна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ЭРОЗИИ. МАТЕРИАЛА ЭЛЕКТРОДОВ, КАК ПОДСИСТЕМЫ САПР ПРИБОРОВ НЕСТАЦИОНАРНОГО ДУГОВОГО РАЗРЯДА

Специальность 05.13.12 -" Системы автоматизации проектирования (промышленность)"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владикавказ -1998

Работа выполнена на кафедре электронных приборов Северо-Кавказского государственного технологического университета

Научный руководитель : Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:.

кандидат технических наук,

доцент

ПОПОВЕ. А.

доктор технических наук, профессор АЛКАЦЕВ М.И. кандидат технических наук, доцент

ЕГОРОВ М.П. завод "РАЗРЯД",

Защита диссертации состоится _ _ . _

/3 час, на заседании диссертационного Совета К 063.12.03 в Северо-Кавказском ордена Дружбы народов государственном технологическом университете.

Отзывы просим направлять по адресу : 362021, Россия, Республика Северная Осетия - Алания, г.Влавдикавказ, ул.Николаева, 44, СКГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СК ГТУ.

Автореферат разослан А1 1998т

Ученый секретарь диссертационного Совета К-^^ Б.Д. ХАСЦАЕВ

К 063.12.03

-----------------------ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для повышения надежности и срока службы приборов нестационарного дугового разряда (ПНДР) - искровых разрядников и импульсных источников свста 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 исследований достоверных статистических моделей.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. 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 интсрметалличсских соединений .

2. 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.

4. Использование полученных моделей для выбора оптимальных электродных материалов конкретных серийно выпускаемых приборов.

5. 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 экспериментальных исследований;

- работоспособностью и высокой объективностью прогнозирования эрозионной стойкости металлов по полученным уравнениям регрессии;

- внедрением разработанных электродных материалов в промышленное производство и использованием полученных результатов в учебном процессе.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Для разработки основополагающего элемента САПР ПНДР-базовых моделей эрозионной стойкости электродных материалов весь диапазон реализации нестационарного дугового разряда разбит на характерные области.

2. 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.

3. Разработаны статистически достоверные модели для прогноза пригодности и долговечности электродных материалов ПНДР.

4. Выявлен физический механизм электрической эрозии: разграничено тепловое и механическое разрушение электродов, определены доминирующие слагаемые энергетического баланса на электродах .

5. Разработана структурная схема автоматизированной системы проектирования катодного узла ПНДР.

6. 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулирована цель, определено общее направление исследований. Дано краткое содержание работы и научных положений, выносимых на защиту.

В первой главе анализируется существующие теоретические модели эрозии электродов, рассматриваются имеющиеся экспериментальные данные по эрозии различных материалов.

Отмечается, что усилиями отечественных и зарубежных ученых (В. И. Раховского, Б. Н. Золотых, Г. С. Белкина, Ecker G., Hantzsche Е., Juttner В., Daalder J. Е., Kimblin С. W. и других) достигнут значительный прогресс в понимании физического механизма эрозии и установлена взаимосвязь между электрической эрозией и поведением катодных пятен. Однако проведенные исследования, в основном, относятся к разряду в вакууме или в жидкости. Но даже для этих разновидностей разряда имеет место существование большого количества различных точек зрения на механизм электрической эрозии металлов и, соответственно, отсутствуют надежные математические модели, позволяющие достоверно предсказать эрозионную стойкость конкретных материалов в конкретных электрических режимах и условиях реализации искрового разряда. Эти обстоятельства вызваны чрезвычайной сложностью самого процесса, связанного с высокой скоростью протекания и нестационарностью эрозионных процессов, малым временем жизни и микроскопическими размерами опорных пятен разряда, высокой концентрацией энергии в приэлектродных областях и отсутствием должного количества экспериментального материала. Все предложенные варианты механизма процесса эрозии можно разделить на следующие группы по исходным точкам зрения.

К первой группе относятся работы, в которых основой механизма эрозии считаются электронно-ионные процессы на поверхности электродов, приводящие к прогреву некоторого объема металла и выбросу его электродинамическими силами.------------------------------------

Ко второй группе относятся работы, в которых основной причиной эрозии признается эффект Джоуля-Ленца в некотором объеме металла вблизи поверхности электродов, причем пренебрегастся роль всех прочих явлений.

К третьей группе следует отнести работы, в которых основной причиной, приводящей к разрушению электродов, считаются "факелы", выбрасываемые из поверхностного слоя электродов.

К четвертой группе относятся работы объясняющие эрозионное разрушение как действие на металл термоупругого напряжения в следствии высокого градиента температуры в зоне катодного пятна.

К пятой группе относятся работы, называющие основным физическим механизмом эрозии взрывную эмиссию, и, связывающие степень разрушения электродов с состоянием поверхности.

Влияние большинства теплофизических параметров материалов на эрозионную стойкость электродов на сегодняшний день является малоизученным. Надежно установленной можно считать только взаимосвязь эрозии с температурой плавления материала и очевидное уменьшение эрозии при активировкс электродов. Очевидна также необходимость классифицировать эрозионные явления в зависимости от условий реализации нестационарного разряда.

Проведенный анализ состояния вопроса позволил сформулировать основные задачи диссертационной работы, приведенные в разделе "Цель работы".

Во второй главе излагается методика проводимых исследований. Эксперименты подразделялись на две группы: отсеивающие, предназначенные для ранжирования факторов и экстремальные, реализующие эффективный алгоритм поиска модели.

Исследования проводились на экспериментальной установке, представляющей собой разборный искровой разрядник со сменными электродами. Исследуемые электроды изготавливались в виде стержней диаметром 2 + 9 мм и перед установкой в разрядную камеру подвергались ультразвуковой очистке и обезгаживанию в вакууме. Рабочая поверхность электродов обрабатывалась до Ра < 0.08 (12-й класс чистоты) путем шлифовки и электролитической полировки. Разрядная камера откачивалась до 0.0001 мм. рт. ст. и затем наполнялась инертны-

ми газами и их смесями или воздухом до давлений от 0.001 до 3 атм. Используемый источник питания был собран по традиционной для ПНДР схеме с емкостным накоплением энергии.

Величина эрозии в основном измерялась наиболее точным весовым методом- на аналитических весах по потере массы электродов после воздействия разряда. Правильность весовых измерений контролировалась микроскопическим методом, согласно которому эрозия определяется по объему остающихся на поверхности электродов эрозионных лунок. Исследования структуры эрозионных разрушений на электродах проводились на металлографическом микроскопе МИМ-8 и малогабаритном растровом электронном микроскопе МРЭМ-200. При эрозии менее 10"8 г/имп, когда чувствительность традиционных ( весового и микроскопического) методов становилась недостаточной, эрозия измерялась с помощью резонансного метода.

Зависимость эрозии от геометрии катода изучалась на электродах из вольфрама, молибдена, никеля и меди при величине разрядного тока 1=200 А. Экспериментальные электроды представляли собой стержни (длина 1к варьировалась от 1 до 15 мм) с диаметром (Зк =4 мм и углом заточки С)=60°. Поскольку при 1к <5 мм привязка дуги становится нестабильной, для обеспечения ее стабильности использовались катоды меньшего диаметра- с ¿к-2 мм.

Разбиение исследуемого диапазона реализации нестационарного дугового разряда на характерные области проводилось с использованием одного из методов кластерного анализа- итеративного метода группировки, включающего следующую последовательность действий. Исходные данные произвольно разбиваются по к кластерам, значение к при этом задается пользователем. Затем вычисляются центры тяжести кластеров. После этого определяются евклидовы расстояния между всеми объектами и центрами тяжести кластеров и объекты приписываются к ближайшему центру тяжести. После всех перемещений вычисляются центры тяжести новых кластеров. Эти центры тяжести более приближены к реальным центрам к- груш. Таким образом процедура к- средних минимизирует дисперсию внутри каждого кластера.

Для построения моделей был использован шаговый регрессионный метод, как наиболее эффективный для обработки больших массивов данных на ЭВМ. К тому же он позволяет избежать манипуляций с большим числом предикторов, чем это необходимо, хотя уравнение продолжает улучшаться с каждым шагом. Однако, как и во всех дру-

гих методах, здесь требуется профессиональная экспертная оценка переменных для включения, вытекающая из анализа существующих функциональных и эмпирических подходов и критический анализ

этапов построения моделей путём иссл'едования остатков,-Кроме_____

этого используемый в расчетах программный пакет БТАНЭТЮА требует, чтобы любая переменная удовлетворяла определенному минимуму условий, прежде чем она будет подвергнута проверке в соответствии с критерием отбора. Так, задание толерантности позволяет обеспечить необходимую точность вычислений, а назначение уровня Б для включения и Р для исключения помогает отсеять переменные, не удовлетворяющие уровню значимости заданному пользователем.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований эрозии различных материалов, имеющих различный химический состав и различную кристаллическую структуру при разрядном токе 30 - 100000 А, различном газовом наполнении и геометрии разрядного промежутка.

Анализ результатов отсеивающих экспериментов показал, что кристаллическая структура влияет на эрозию только в двух случаях: при факельном механизме эрозии и заметном интегральном разогреве электродов. В случае факельного разрушения, то есть при уменьшении межэлектродного расстояния до десятых долей миллиметра и уменьшении диаметра электродов, к увеличению эрозионной стойкости приводят все опробованные виды механического упрочнения материала-уменьшение размера зерен поликристаллов и деформация поверхностного слоя после грубой механической обработки. При интегральном разогреве электродов уменьшение размера зерен и деформация приповерхностного слоя, наоборот, уменьшают эрозионную стойкость материала. Одновременно наблюдается зависимость эрозии от кристаллографической ориентации монокристаллов. На исследованных монокристаллах вольфрама и молибдена было получено, что монокристаллы с ориентацией (100) превосходят по эрозионной стойкости монокристаллы с ориентацией (110) и (111), а также поликристаллы вольфрама и молибдена.

Изучение эрозионных следов показало, что при факельной эрозии и интегральном разогреве электродов, на поверхности появляются следы механического растрескивания материала, при этом на монокристаллах трещины образуют правильный геометрический рисунок, зависящий от ориентации монокристалла.

В режимах, когда не происходит "факельного" разрушения и отсутствует интегральный нагрев электродов, кристаллическая структура металла не влияет на его эрозию. При этом на поверхности заметны следы теплового разрушения электродов (жидкие капли и оплавленные кратера).

Сравнение эрозии различиях материалов показало, что невозможно выделить какой-либо один", наиболее устойчивый к эрозии электродный материал.

Графит и тугоплавкие интерметаллические соединения (карбид и нитрид титана) обеспечивают максимальную эрозионную стойкость электродов при "факельном" механизме разрушения электродов. Ме-таллокерамические сплавы с улучшенным теплоотводом типа вольфрам* медь обеспечивают наибольшую эрозионную стойкость, когда на электродах образуется макрованна расплавленного металла. Металлокерамические сплавы, активированные присадкой с малой работой выхода электронов, являются самыми эрозионно стойкими материалами в условиях, когда'не реализуется "факельный" механизм и на электродах не образуется макрованна расплавленного металла. Из чистых металлов наиболее устойчивыми к эрозии оказались вольфрам, молибден, медь, титан, рений, хром.

.С уменьшением длины катода(1к) эрозия существенно снижается несмотря на увеличение температуры, плотности тока и теплового потока. Полученные данные объясняются, с одной стороны, усилением охлаждения катодного пятна по мере снижения и сокращением высокотемпературной зоны в силу контрагирова-ния разряда, с другой стороны, возвращением на катод испарившихся и ионизованных атомов металла под воздействием электрического поля.

Анализ состояния вопроса и эксперименты позволили сделать вывод, что создание единой, справедливой для" всех случаев, модели электрической эрозии невозможно. Для разработки базовых моделей эрозионной стойкости электродных материалов весь диапазон реализации нестационарного дугового разряда должен быть разбит на характерные области.

В четвертой главе путем математической обработки полученных в третьей главе данных основного эксперимента производилось разбиение исследуемого диапазона реализации нестационарного дугового разряда на характерные области. Для каждой области строилась модель и анализировался механизм электрической эрозии.

Результаты обработки данных с использованием кластерного анализа показали, что весь исследуемый диапазон импульсных токов от 30 до 100000 А делится, как это показано в табл.1 на четыре характерные области, каждой из которых соответствует своя зависимость-эрозии от физических свойств материала электродов, своя абсолютная величина эрозии, свой характер эрозионных следов, свой набор наиболее эрозионно стойких материалов и свой физический механизм электрической эрозии. Границы между областями определяются в первую очередь величиной разрядного тока. Межэлектродное расстояние (1) и геометрия разрядного промежутка влияют на границы постольку, поскольку способствуют переходу к "факельному" механизму эрозии. Влияние частоты следования импульсов тока на взаимное расположение областей выражено значительно слабее. Род газа и давление газовой среды также практически не влияют на границы между областями и корреляцию эрозии с физическими свойствами неактивированных материалов.

Для каждой из полученных областей шаговым регрессионным методом строилась модель, определяющая взаимосвязь эрозии с теп-лофизическими параметрами (табл. 1) . При этом получено достаточно хорошее качественное и количественное совпадение экспериментальных и расчетных данных (рис.1 - 4). Процедура предусматривала оценку статистической значимости коэффициентов корреляции, характеризующих степень влияния на эрозию металла таких его физических параметров как: температура плавления (Тп), температура кипения (Тк), удельная теплоемкость (с), теплота плавления (С2П), и теплота сублимации (С)с), удельное электросопротивление (р), теплопроводность ф), температурные коэффициенты сопротивления ф) и линейного расширения (ф, коэффициент поверхностного натяжения жидких элементов (к), работа выхода электронов (ф),потенциал ионизации атомов металла (V]), твердость (Н) и модуль упругости (Е), поверхностная энергия (\УП), энергия кристаллической решетки напряжение горения (11г). Механизм разрушения электродов анализировался, исходя из полученных эмпирических зависимостей для каждой из четырех областей.

Как видно, во всех четырех областях эрозия зависит от температуры фазовых переходов. Первая область, по-видимому, соответствует режиму катодных пятен 1-го типа и переходному режиму между пятнами 1-го и 2-го типа. Об этом свидетельствуют электрические режимы, на которые она распространяется, малая (Ю'^ч-Ю-8 кг/Кл) удель-

♦

Таблица 1

Область Полярность эрозии Зависимость эрозии от физических свойств материала Величина эрозии, кг/Кл Характер эрозионных следов

I шк >ша тк = т;и ■ Я"09 • ехр(11.2 - Ц + 0.27 ■ <р) 10-10+Ю-« Переходный режим между катодными пятнами 1-го и 2-го типа

II Шк »ша т, = 6.8 • 104 ■ Тя"и • с"0' • А41'8 10-5+10-7 Одиночные и групповые катодные пятна 2-го типа

III тк » та щ=\П ■ 107 r,•'б•7^,6•Я-<,i 10-М0"6 Катодные пятна 2-го типа. "Зародыши" макрованны расплавленного металла

IV шк> та тк = Я4" • А"0-1 • ехр(6.29 - 3.3 ■ КГ4 • Г„) 10-6+10-5 Макрованна расплавленного металла

Тп- температура плавления, К;

Х- теплопроводность, Вт/(мК);

У]- потенциал ионизации атомов металла, В;

<р- работа выхода, эВ;

Тк - температура кипения, К;

с- удельная теплоемкость, ДжДкг-К);

к- коэффициент поверхностного натяжения жидких металлов, Н/м; Н-твердость, Н/м2.

20

3 2

9051 ,705

305 205

0.095

Ж

Ж1

2

1

и

Рис. 1. Сравнение экспериментальных и расчетных значений эрозии чистых металлов для 1-й области*

20

10

0.8

0.4 0.3

Ш

ил

2 е

иО

ч

о «

к

и

сс ш

а 2

я ч о

5 « в о К к Как х м о ь к к

н

>4

ю

О

а Ш

« « к к

к к

2

ч <

X £

£ 51 к 5 Я" «

>К

К 5

Я К

Вы

ш X

X ы X

X «

О

' Рис. 2. Сравнение экспериментальных и расчетных значений эрозии чистых металлов для И- й области*

* -О-экспериментальные значения

.......□....... расчетные значения

0.905?

0.105 0.085 0.065

3 И

—i

rrr „¿г-j?

н г

s «

< 5

a« 33

в g

О га

за « л

ш к ч «=t ■ Й а

SS о S

5 s

§ «

s

н о «5

л м с;

t? ш ш

< Ч 8

w ы S §

« К

аз я ¡2 2

ч-<

33 <

н S н

S s

к

SJ

в «'S 5 К Я

S- си

W w

" я < д

«

5

S

ЕГ

W Я S ВО

и

Рис.3. Сравнение экспериментальных и расчетных значений эрозии чистых металлов для III- й области*

100 80

к х

43

3 «

К

П

О р.

СО

30 20

9 .7

I

3

ЕЁЗ

т

2Е

и в w- к

s я ё

о ЕЯ 5

33 Н

^ s о, g к ц g

« о

Рис. 4. Сравнение экспериментальных и расчетных значений эрозии чистых металлов для IV- й области*

* -о- экспериментальные значения

.......О....... расчетные значения

1ая эрозия электродов, а также то, что по наблюдениям Раховс-сого, время перехода от катодных пятен 1-го типа к катодным штнам 2-го типа обрагас^ пропорционально температуре плавлс-1ия и теплопроводности металла.

Во второй области, помимо тепла Джоуля-Ленца доминирует по-¡срхностный источник энергии, то сеть поступление энергии на элскт-юды осуществляется путем бомбардировки их поверхности положительными ионами и нейтральными атомами - об этом говорит наличие ? уравнении эрозии такого параметра, как удельная теплоемкость.

Модель эрозии в третьей области обнаруживает влияние, ко-)ффициента поверхностного натяжения жидких металлов. Влия-ше на эрозию этого параметра служит дополнительным аргументом в пользу гипотезы о выбросе металла преимущественно в кидкой фазе. Здесь доминирует тепло Джоуля- Ленца, расходуемое в основном на нагрев, плавление и испарение металла. На-' элюдаемые среди продуктов эрозии капли расплавленного металла образуются непосредственно на поверхности электродов, а не <онденсируются из парофазы.

В четвертой области поверхность электрода, по-видимому, под-зсргастся наиболее жесткому тепловому удару. Как и в третьей об-пасти, наряду с эрозией в жидкой фазе под действием объемного гепла, здесь имеет место механическое разрушение электродов (среди продуктов эрозии наблюдаются частицы с неоплавленными краями).

Таким образом, получено, что на границе между областями одно-зременно с зависимостью эрозии от физических свойств материала, гакже скачкообразно изменяются абсолютная величина эрозии, характер эрозионных следов и набор эрозионно стойких материалов. Кроме этого, выделенные области отличаются друг от друга фазовым составом продуктов эрозии, источником поступающей на электроды теп-повой энергии, а также характером эрозионного разрушения.

На основе полученной модели 1-й области, в диапазон которой укладывается большинство серийно выпускаемых искровых разрядников, возможен прогноз эрозионной стойкости электродных материалов, активированных различными присадками (в том числе используемыми в серийном производстве). Установленно, что в ряде приборов применяются неоптимальные электродные материалы. Разработанные, исходя из прогноза, активаторы внедрены в производство электродов для искровых разрядников Р-27, Р-45 и спектрального источника света ДДС-30.

Разработана структурная схема автоматизированной системы проектирования катодного узла ПНДР (рис.5).

В приложении приведены документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы.

Заключение

1. Методами кластерного анализа область реализации нестационарного дугового разряда в диапазоне разрядных токов от 30 до 100000 А разбита на четыре характерные области. В качестве критерия при классификации использованы амплитуда разрядного тока и длительность импульса.

2. Каждой из областей соответствует своя зависимость эрозии от физических свойств материала электродов, свой набор наиболее эрозионно стойких материалов, свой физический механизм эрозии. Получено, что на границе между областями одновременно с зависимостью эрозии от физических свойств материала, также практически скачкообразно изменяются: абсолютная величина эрозии, характер эрозионных следов и набор наиболее эрозионно стойких материалов.

3. На основе результатов эксперимента для каждой из полученных областей построена математическая модель, определяющая зависимости эрозии от физических свойств электродного материала.

4. Разработана структурная схема автоматизированной системы проектирования катодного узла ПНДР.

5. На основе анализа полученных моделей, в ряде случаев выявлена нецелесообразность имеющегося конструктивного решения катодного узла ряда серийно выпускаемых ПНДР, в частности, искровых разрядников, работающих в 1-ой области исследуемого диапазона. Получен достоверный прогноз относительно использования ряда новых, малоизученных электродных материалов.

6. На серийно выпускаемых искровых разрядниках внедрены в промышленное производство рекомендации по увеличению долговечности, стабилизации параметров и снижению себестоимости ПНДР. Фактический экономический эффект от внедрения составил на июнь 1992 года 7 млн. рублей, а на март 1995 года 800 тыс. рублей на 1000 серийных приборов при норме изготовления 3000 изделий/день.

Рис.5. Схема САПР катодного узла ПНДР

Основные материалы диссертации опубликованы в работах

1. Аксельрод А. 3., Кулаева М. В., Попов Е.А. Влияние материала эмиссионного покрытия на катодные процессы в дуговом разряде: в сб. Физико-химические процессы в электрических разрядах.-Грозный.- 1990.- с. 9-10.

2. Аксельрод А.З., Кулаева М.В., Попов Е.А. Физический механизм процесса эрозии электродов в сильноточном импульсном разряде: в сб. Физико-химические процессы в электрических разрядах.-Грозный,- 1990.- с. 6-8.

3. Модернизация катодного узла лампы ДДС-30: Отчет о НИР СК ГМИ, per. № 01890073337 / Отв. исполнитель Кулаева М.В.Владикавказ.- 1991.-31с.

4. Кулаева М.В., Надедова И. В. Влияние активирующих компонентов карбонатных суспензий на эффективность электродов искровых разрядников. // Тезисы докладов научно- технической конференции СК ГМИ.- Владикавказ.- 1993.- с. 101.

5. Кулаева М. В. Катодные процессы в дуговых источниках излучения низкого давления. // Тезисы докладов научно- технической конференции" Электронные приборы и системы в промышленности".-Владикавказ.-1994.- с. 70-72.

6. Кулаева М. В. Проблемы совершенствования электродного узла приборов дугового нестационарного разряда.// Тезисы'докладов научно- технической конференции СК ГМИ.- Владикавказ.-1995,- с.31-32.

7. Кулаева М. В. К вопросу оптимизации параметров приборов нестационарного разряда.// Тезисы докладов научно- технической конференции СК ГМИ.- Владикавказ.-1995. - с,30-31

8. Кулаева М. В. О влиянии физических свойств металлических электродов на эрозионную стойкость в нестационарном дуговом разряде.// В сб. "Логическое управление организационными структурами".- Владикавказ.- 1996.

9. Аксельрод А.З., Кулаева М.В., Попов Е.А. К вопросу разработки системы автоматизированного проектирования приборов дугового нестационарного разряда// Труды СК ГТУ, вып. 5.- Владикавказ,- 1998.

10. Кулаева М.В., Попов Е.А. Эрозионные процесры на электродах в дуговом нестационарном разряде// Труды СК ГТУ, вып.З.Владикавказ.- 1998.