Воістину неосяжна область, де вже використовується і може бути використаний електрогідравлічний ефект Юткіна. Таким способом очищають метал від окалини та іржі, штампують і зміцнюють деталі, отримують і ущільнюють металевії порошки. ЕГЕ можна використовувати для буріння і подрібнення гірських порід, збагачення руд, очищення стічних вод. За методами Юткіна дроблять не тільки гігантські валуни на полях, а й каміння в сечоводах, нирках і жовчному міхурі. Йому належить проект електрогідравлічною очищення вод Чорного моря від сірководню. Воістину потік ідей.

Електрогідравлічний ефект (ЕГЕ)

Електрогідравлічний ефект (ЕГЕ) - новий промисловий спосіб перетворення електричної енергії в механічну, що відбувається без посередництва проміжних механічних ланок, з високим ККД. Сутність цього способу полягає в тому, що при здійсненні всередині об'єму рідини, що знаходиться у відкритому чи закритому посуді, спеціально сформованого імпульсного електричного розряду, навколо зони його утворення виникає надвисокий гідравлічний тиск, здатний здійснювати корисну механічну роботу, що супроводжуються комплексом фізичних і хімічних явищ.

В основі електрогідравлічного ефекту лежить раніше невідоме явище різкого збільшення гідравлічного і гідродинамічного ефектів і амплітуди ударної дії при здійсненні імпульсного електричного розряду в іонопровідній рідини за умови максимального скорочення тривалості імпульсу, максимально крутому фронті імпульсу і формі імпульсу, близького до аперіодичної.

Автор вперше спостерігав електрогідравлічний ефект у відкритій посудині, заповненій рідиною (водою). Вже в ході перших експериментальних досліджень було встановлено, що при пробої рідини ... навколо каналу розряду виникає зона високого тиску, діаметр якої пропорційний потужності імпульсу. Високий гідравлічний тиск в міру віддалення від розряду швидко падає, приблизно пропорційно квадрату відстані від нього.

Рідина, отримавши прискорення від розширюючогося з великою швидкістю каналу розряду, переміщається від нього на всі боки, утворюючи на тому місці, де був розряд, значну за обсягом порожнину, названу кавитаційною, і викликаючи перший (основний) гідравлічний удар.

Електрогідравлічні установки барабанного типу періодичної дії служать для очищення дрібного литва чорних і кольорових металів. При обертанні барабана з насипаними в нього виробами, такими, що підлягають очистці, кожен з них періодично потрапляє під дію електрогідравлічних ударів від розрядів, що виникають з одного або групи електродів, на масу виробів, розташованих під ними.

Установки типу «швабра» призначені для електрогідравлічної очистки поверхонь великих по масі (більш 100-200 т) або розмірами виливок і виконуються у вигляді чаші з одним або групою електродів всередині неї, в яку при роботі безперервно подається вода, що заповнює порожнину чаші. Виникаючі в чаші електрогідравлічні удари при переміщенні пристрою по литтю, відшаровують забруднення і очищають площині громіздких виливок.

Пристрій для розрізання безперервно рухаючогося прокату виконується у вигляді ванни з водою - для холодного або з розплавом солі - для гарячого металу. У середній частині ванни розташовується масивний упор-ніж, а в нижній її частині проти упору-ножа розміщується розрядна камера з електродами. Для отримання мірної довжини відрізка прокату розрядний імпульс дається через фотоелемент, встановлений на заданій відстані від місця розрізу.

Установка, яка використовує потужню дію електрогідравлічних ударів на поршень, розміщена в циліндрі з рідиною, що являє собою електрогідравлічний молот або кувальний пристрій. Під дією власної ваги циліндр з поршнем, що лежить на оброблюваному виробі, вільно переміщаються в напрямних станини молота при електрогідравлічних ударах.

Найбільш ефективною областю застосування електрогідравлічного дроблення є дроблення кімберлітів - алмазоносних руд, що містять незначну частку відсотка дорогоцінних алмазів щодо загальної маси. Алмаз - матеріал, легко витримує величезне всебічне стиснення, але досить нестійкий, крихкий до механічних ударів. Тому алмаз, не руйнуючись, легко протистоїть величезним тискам, що виникають при електрогідравлічних ударах, навіть перебуваючи всередині зони руйнування, але може зруйнуватися від удару обо інші алмази, або про шматки твердої породи в ті моменти, коли він стикається з ними поблизу поверхні зони каналу розряду (в області надвисоких тисків). Однак так як алмазів в породі дуже мало і порода не дуже тверда, то ймовірність такого зіткнення мізерно мала.

Як показує досвід, навіть при спеціальному завантаженні в електрогідравлічну дробарку декількох кристалів алмазу разом з шматками найбільш твердих включень, що містяться в кімберлітах, було отримано найтонше роздрібнення всієї породи без будь-яких пошкоджень самих алмазів.

В даний час на ряді підприємств успішно експлуатуються електрогідравлічні дробарки для дроблення алмазів, скла, кварцу. Так, тільки одна така дробарка, що працює на Кабардино-Балкарському заводі алмазного інструменту, дає щорічну економію близько 1 млн.

Теоретично обгрунтовано та підтверджено експериментами, що електрогідравлічний ефект як метод механічного, фізичного і хімічного впливу на матеріали може ефективно застосовуватися для багатьох цілей в хімічній промисловості: полімеризації - ускладнення молекулярної структури речовин, отримання блок-полімерів, щеплених полімерів і т.п.; деполимеризації - спрощення молекулярної структури речовин; синтезу хімічних сполук - отримання вже відомих або нових з'єднань; підвищення активності каталізаторів; прискорення хімічних реакцій; освіти багатовалентних іонів, що виникають під впливом надпотужних полів, тисків, температур та інших факторів, що супроводжують процес електрогідравлічною обробки; випадання опадів - прискорення кристалізації або уповільнення її; прискорення розчинення речовин; обриву сорбційних та інших слабких хімічних зв'язків з переходом в розчин, пов'язаних з оброблюваних матеріалом хімічних елементів або сполук.

Електрогідравлічною обробкою можна отримувати стійкі емульсії самих різних речовин, наприклад бензин - вода, китовий жир - вода і т.п., Можна також гемогенізіровати звичайне молоко. Деякі емульсії, отримані цим шляхом, не розшаровуються роками.

Електрогідравлічний спосіб отримання емульсій надзвичайно перспективний для отримання стерильних емульсій. В одному з дослідів отримана електрогідравлічним емульгуванням емульсія з соняшникової олії і води в кількості до 20 см3 вводилася в кров піддослідним кроликам. З 14 піддослідних тварин жоден з них не загинув, хоча вихідні продукти були далеко нестерильні (водопровідна вода, розливна олія). Звідси можна зробити висновок не тільки про високу дисперсність отриманої емульсії (її частки безперешкодно пройшли через капіляри), але і про знезаражуючу дію електрогідравлічного емульгування.

За допомогою електрогідравлічної обробки можна успішно відокремити гуму від корду в зношених резінокордових виробах. Для цього непридатні гумокордні вироби (автопокришки, гумове взуття) подрібнюють на рубальних машинах, а потім піддають електрогідравлічною обробці на жорстких режимах в дробарках піщаного типу.

Утворена після електрогідравлічної обробки суміш розкуйовджених ниток корду і частинок гуми сушать і подають на чесальні машини, де корд і гума повністю відокремлюються одна від одної. Позбавлена корду, ретельно промита електрогідравлічною обробкою гума може знову йти у виробництво. Розкуйовджений і розчесаний корд, виділений зі старих гумових виробів, являє собою обрізки волокон довжиною в 1-2 см, які завдяки високим якостям початкового матеріалу можуть бути вдруге використані в текстильній промисловості. Інтенсифікувати процес електрогідравлічного відділення гуми від корду можна, використовуючи в якості робочого середовища бензин або водну емульсію бензину.

Електрогідравлічні удари здатні викликати у воді поява активних вільних радикалів, атомарних кисню і водню, утворення сполук азоту і навіть найпростіших амінокислот. Повітря та інші гази, розчинені у воді, сприяють здійсненню цих процесів.

У дослідах, поставлених на початку 50-х років, було виявлено, що мікробна флора води, в першу чергу бактеріальна, під дією електрогідравлічних ударів інтенсивно гине. Виходячи з того, що електрогідравлічний ефект є потужним джерелом ультразвуку (звуковий тиск при роботі електрогідравлічною установки в діапазоні 10-40 кГц на відстані 1 м від джерела становить 2-10 б/Па), можна вважати, що ультразвук служить однією з основних причин, що викликають інтенсивну загибель мікроорганізмів.

У природних умовах переважна більшість складних солей грунту можна вважати нерозчинними в воді, яка, до речі, по суті, не так розчиняє, скільки розкладає або руйнує їх, здійснюючи цей процес надзвичайно повільно, протягом десятків років. Спочатку вода забирає у солі деяку частину, переводячи її в більш прості сполуки. Потім решта все ще складною (не менше, ніж раніше) солі під подальшою дією води знову «спрощується». Так триває до тих пір, поки вихідні грунтові солі не перетворяться в кінцеві, найпростіші, з можливих в конкретних умовах мінеральні сполуки (Si02, АlОз, Fe203 і т.д.). А ось при електрогідравлічній обробці грунту всі розглянуті процеси різко (до сотих часток секунди) - прискорюються та до того ж їх можна зробити керованими, тобто вибірково впливати на їх перебіг.

Досліди показали, що якщо електрогідравлічно обробляти, «дробити» звичайну поливну воду, взяту з будь-якого водоймища, то в ній швидко збільшується кількість розчинених сполук азоту. До того ж крізь неї можна під невеликим тиском продувати повітря, що складається на 78% з азоту, газоподібний азот і навіть вихлопні гази, які, пройшовши таким чином утилізацію, стануть менше забруднювати атмосферу. А результат - разючий: звичайна поливна вода стає багатим азотом добривом!

Можна стверджувати, що прямо в полі з грунту, зрошувальної води і навіть повітря електрогідравлічний ефект здатний добувати для рослин поживні речовини, тобто удобрювати без добрив. І про запаси сировини не варто турбуватися - вони практично невичерпні.

Електрогідравлічний плуг може працювати на сильно перезволожених полях в періоди весняного або осіннього бездоріжжя, на які так щедра нечерноземная зона, а також на рисових чеках. Ріжуча частина плуга рухається в грунті на певній глибині, що задається нескладним механічним пристроєм. На плужной рамі закріплені сошники. У передній леміш вмонтований кабель, нижній кінець якого (позитивний електрод) вигнутий назад по ходу і, виступаючи назовні, утворює з кінцем заднього сошника (негативний електрод) робочий іскровий проміжок. Між кінцями ножів електродів, в середовищі насиченою вологою землі, з певною частотою формуються іскрові розряди. Електрогідравлічні удари інтенсивно диспергируют грунт, розпушують, не перегортаючи, її верхній шар і ущільнюють нижній. Ножів-електродів може бути кілька, тому що опір ґрунту переміщенню такого плуга у багато разів менше, ніж при звичайній оранці.

Електрогідравлічний детонатор - одне з найбільш нескладних пристроїв, що використовують ЕГ-ефект. Два електрода, змонтовані в загальному корпусі і утворюють робочий іскровий проміжок, вставляють в пробурених в валуні шпур, заповнений водою, подають струм від силової установки - і ось електрогідравлічний удар безшумно і без осколків розколює камінь. Експериментальні установки для руйнування негабаритів були першими, які наочно і переконливо продемонстрували міць електрогідравлічного ефекту в виробничих умовах.

Секрет «безосколкового вибуху» дуже простий. Під дією квазігідростатичного тиску, супроводжуючого ЕГ-удар, валун не рветься, як при використанні вибухівки, а розколюється, немов розсовуючись зсередини за рахунок ущільнення обсягу матеріалу каменю. Тому-то навіть в шпурі немає дрібних уламків, кам'яної крихти або піску. Тріщини завжди утворюються спочатку в нижній частині шпуру - поблизу зони розряду і вже потім починають поширюватися в сторони і переважно вгору, до гирла шпуру, поки не досягнуть зовнішньої поверхні. Дійшовши до устя шпуру, основна тріщина починає швидко розширюватися вправо і вліво від нього, ніби в камінь забили невидимий клин, потім виходить до країв брили, і, расклиненний таким чином, валун лопається - розколюється зверху вниз.

Могутність електрогідравлічного удару, що настільки зримо заявив про себе при розколюванні гігантських негабаритів, дивно поєднується з його філігранною точністю і вражаючою «дбайливістю», які проявилися в зовсім іншій сфері - медицині при руйнуванні маленьких каменів в сечовому міхурі і сечоводах людини. Дослідження, проведені з кінця 50-х років спочатку в Ризі, а потім у Києві, завершилися серійним випуском апаратів типу «Урат» і «Байкал», які отримали визнання в багатьох країнах світу. У 1981 році за цю роботу Л. А. Юткін був посмертно удостоєний Державної премії УРСР в галузі науки і техніки.

Активно тривала і розробка різних модифікацій пересувних і стаціонарних електрогідравлічних установок для руйнування негабаритів. Дослідно-промисловий зразок пересувної установки «Вулкан К-32» успішно пройшов комплекс міжвідомчих випробувань і був рекомендований до серійного виробництва. Перша дослідна партія «Вулканів» була випущена в 1978 році. Вся установка, включаючи і вбудований в неї дизельгенератор, розміщується на двовісному причепі і транспортується до місця проведення робіт автомобілем або трактором.

Експлуатаційний розрахунок економічної ефективності показав, що застосування тільки однієї установки типу «Вулкан» або аналогічної їй ЕГУРН дає значні щорічні прибутки, не кажучи вже, що використання таких установок супроводжується істотним спрощенням і зниженням трудомісткості робіт, підвищенням безпеки їх проведення. Крім того, частини розколотих валунів можна тут же, на місці, переробляти з допомогою портативної електрогідравлічної дробарки в будівельний щебінь. Зараз ЕГ-установки по безосколковому руйнування валунів знаходять в народному господарстві все більш широке застосування.