Устройство для разрушения твердых диэлектрических и полупроводящих материалов

 

(в) RU (11) (51) 5 Е21С37 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5046255/03 (22) 05.06.92 (46) 30.1193 Бюй М 43 И (76) Жученко Сергей Владимирович; Ростовский

Николай Сергеевич; Сурков Вадим Вадимович (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИЧНЖИХ И ПОЛУПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: в строительстве и горной промышленности. Сущность изобретения: между электродами, подключенными через коммутатор к генератору импульсных напряжений и к генератору импульсных токов, введены токопроводящие вставки, число которых и расстояния между ними удовлетворяют расчетной зависимости. Рабочие концы вставок имеют разтичную конфигурацию. Вставки выполнены в виде штырей, насыпными или жидкостными. 8 за-лы. 1 ил.

2003802

Изобретение относится к области строительных работ в части создания устройств для разрушения твердых диэлектрических и полупроводящих материалов и может быть использовано для разрушения и дробления негабаритов, для снятия дорожных покрытий, а также в горнодобывающей промышленности. Известно устройство для разрушения твердых диэлектрических и полупроводящих материалов, расположенное в изоляционном корпусе, снабженное высоковольтным электродом и заземленным сетчатым вибрирующим электродом, при этом последний выполнен из неподвижной и вибрирующей частей, разделенных упругим элементом (1).

Недостатком известного устройства является то, что разрушаемый материал должен быть внесен в камеру устройства, что сужает диапазон его применения.

Также известно устройство для разрушения твердых диэлектрических и.полупроводящих материалов, являющееся наиболее близким к описываемому, содержащее рабочие игольчатые электроды, связанные через коммутатор с генератором импульсных напряжений (ГИН) и генератором импульсных токов (ГИТ) (2).

Недостатком данного устройства являются большая энергоемкость, малый объем одномоментно разрушаемого материала, соответствующий величине межэлектродного промежутка, Целью изобретения является уменьшение удельных энергозатрат при разрушении твердых диэлектрических и полупроводящих материалов в больших объемах с одновременным уменьшением времени разрушения, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для разрушения твердых диэлектрических и полупроводящих материалов, содержащем рабочие электроды, связанные через коммутатор с ГИН и ГИТ, согласно изобретению, между рабочими электродами введены tl токопроводящих вставок, предназначенных для размещения их в разрушаемом материале, при этом число и вставок определено из соотношения: ц я+1

LTI .) и +1 (1)

d где U — напряжение пробоя между электродами;

Uo — расчетное напряжение пробоя между электродами без вставок;

d — расстояние между рабочими электродами;

При получении формулы (1) учитывалось, что, как известно, вероятность Pi пробоя слоя диэлектрика толщины d зависит от приложенного к нему напряжения U следующим образом (см. Г.А.Воробьев. Физика

di — расстояние между рабочими концами двух ближайших вставок; а- эмпирический коэффициент, учитывающий свойства разрушаемого материала и форму электродов а =0,25 ... 0,55.

Вставки могут быть выполнены в виде металлических штырей. рабочие концы которых могут иметь остроконечную или многоигольчатую формы.

10 Вставки могут быть выполнены насыпными, например, в виде дроби, металлического порошка или опилок, Вставки могут быть выполнены жидкостными.

В устройстве между электродами могут быть введены изолированные направляющие, в которых изолированно закреплены упомянутые вставки, которые могут быть расположены относительно направляющих на одинаковом расстоянии или на разных расстояниях, соответствующих требуемой поверхности откола разрушаемого материала.

Анализ патентоспособности предложения показал, что оно является новым, поскольку неизвестно заявителю из уровня техники, имеет изобретательский уровень, поскольку явным образом не следует из уровня техники и является промышленно

30 применимым, т.к. может быть использовано в строительной, горнодобывающей промышленностях и других отраслях народного хозяйства, то есть является охраноспособным техническим решением, На чертеже представлено .устройство для разрушения твердых диэлектрических и полупроводящих материалов с различными вариантами. выполнения вставок.

Устройство содержит рабочие электро40 ды 1, 2, связанные через коммутатор 3 с генератором 4 импульсных напряжений и генератором 5 импульсных токов. Коммутатор 3, ГИН 4 и ГИТ 5 имеют блоки питания и управления (на чертеже не показаны).

Между рабочими электродами 1 и 2 введены и токопроводящих вставок 6, предназначенных для размещения в разрушаемом материале 7. Число вставок 6 определено из соотношения (1), которое получено на основании теоретических и экспериментальных исследований ряда разрушаемых материалов, таких как бетон-300, тяжелый и пенобетоны, кварциты, граниты и др.

2003802 ты высоковольтной части установки, что повышает ее экономичность.

Возможность варьирования размещения рабочих концов вставок по различным траекториям позволяет формировать различные поверхности откола разрушаемого материала.

Вариантность выполнения вставок как по форме рабочих концов, так и по материалу вставок. позволяет адаптировать устройство к конкретным реальным задачам разрушения и типам разрушаемого материала, что расширяет диапазон применимости устройства.

Пример 1. Разрушаемый материал; бетон-300; межэлектродный промежуток 12 см. В отсутствии вставок (по прототипу) пробивное напряжение U< равнялось 94 кВ, После введения в межэлектродный промежуток одной вставки (число вставок получено из соотношения (1)) — 0>=65 кВ, Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ

ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее рабочие электроды, связанные через коммутатор с генератором импульсных напряжений и генератором импульсных токов, отличающееся тем, что устройство снабжено токопроводящими вставками, которые введены между электродами для размещения в разрушаемом материале, при этом число токопроводящих вставок рассчитывается из соотношения

Ио и+1 — „1

d 1=1 где n - число токопроводящих вставок;

0 - напряжение пробоя между рабочими электродами;

Оо - расчетное напряжение пробоя между рабочими электродами без вставок;

d - расстояние между рабочими электродами;

di - расстояние между двумя рабочими концами ближайших вставок; а — безразмерный эмпирический коэффициент, учитывающий свойства разрушаемого материала и форму электродов.

2. Устройство по п,1, отличающееся тем, что токопроводящие вставки выполнены в виде металлических штырей, Пример 2. Для 0 =94 кВ для того же материала, бетон-300 (исходные данные прототипа) после введения 3 вставок, обеспечен пробой на межэлектродном проме5 жутке 32 см.

Таким образом, описанное устройство найдет широкое применение в строительстве, например, для разрушения старых фундаментов, стенок, перегородок, 10 негабаритных железобетонных изделий, снятия старых дорожных покрытий, а также найдет широкое применение в горнодобывающей промышленности, поскольку ему присущи отсутствие вибрации, пылевых вы15 бросов, низкий уровень шумов. Устройство является экологически чистым. (56) Авторское свидетельство СССР

N 845843, кл. В 02 С 19/18, 1973.

20 Авторское свидетельство СССР

N . 162796, кл. Е 21 С 37/18, 1958.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что рабочие концы токопроводящих вставок имеют остроконечную форму.

4, Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что рабочие концы токопроводящих вставок имеют многоигольчатую форму, 5, Устройство по п.1, отличающееся тем,. что токопроводящие вставки выполнены насыпными, например, s виде дроби, металлического IlopolilKB или Опилок.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токопроводящие вставки выполнены жидкостными, 40 7, Устройство по пп.1 - 6, отличающееся тем, что токопроводящие вставки закреплены в изолированных направляющих, размещенных между электродами.

8, Устройство по п,7, отличающееся тем, что рабочие концы токопроводящих вставок расположены относительно направляющих на Одинаковом расстоянии.

9. Устройство по п,7, отличающееся тем, что рабочие концы токопроводящих вставок расположены на разных расстоя55 ниях от направляющих в соответствии с требуемой поверхностью откола разрушаемого материала, 2003802

20

40

50 диэлектриков, область сильных полей.

Томск, 1977, с. 177):

Р =(ли 1 (2) где А, а, P — эмпирические параметры, величины которых зависят от формы электродов и свойств разрушаемого вещества.

Вероятность P развития канала пробоя от первого рабочего электрода до ближайшей вставки и далее последовательно от вставки к вставке вплоть до достижения им второго рабочего, электрода определяется по известным формулам теории вероятнои+1 сти как Р=П Рь Откуда, пренебрегая падеl=1 нием напряжения в канале пробоя по сравнению с величиной напряжения пробоя и учитывая (2), получают для напряжения полного пробоя с вероятностью пробоя P выражение

1 „+1 а и=АР АВР " (П а)" +" (3)

l =1

Задаваясь необходимостью реализации полного пробоя между рабочими электродами s подавляющем числе случаев в рабочих условиях, получают из(3) при P = 1 величину напряжения пробоя U в виде соотношения (1), где

U0=A d, А=20 — 60 кВ/см

Вставки 6 могут быть выполнены s виде металлических штырей, рабочие концы которых могут иметь остроконечную (на черте>ке в качестве примера дан рабочий конец 8) или многоигольчатую (позиция 9) формы.

Вставки могут быть выполнены насыпным (позиция 10) в виде дроби, металлического порошка или опилок, Вставки могут быть выполнены жидкостными (позиция 11). В устройстве между электродами могут быть введены изолированные направляющие 12, в которых изолированно закреплены вставки 6. При этом рабочие концы вставки 6 могут быть расположены относительно направляющих на одинаковом расстоянии (помещены в разрушаемый материал 7 на одинаковую глубину) или на разных расстояниях, соответствующих требуемой поверхности откола (на чертеже показана пунктирной пинией) разрушаемого материала 7.

Устройство работает следующим образом.

К разрушаемому материалу на границах предполагаемой зоны разрушения подводят рабочие электроды 1 и 2, Между электродами в разрушаемый материал помещают токопроводящие вставки 6, число и которых и расстояние между которыми определены Ro зависимости (1), Глубина расположения рабочих концов токопроводящих вставок и их форма определяются конкретной задачей разрушения материала (дробление, откол по заданной поверхности и др.)..

На рабочие электроды 1, 2 с помощью коммутатора 3 подаются импульсы высокого напряжения от ГИН. С помощью высоковольтных импульсов в материале 7 последовательно от одного из рабочих электродов, например 1, создается токопроводящий канал к рабочему концу 8, затем 9, затем 10 и т.д. вставок 6 и к электроду 2. В результате пробоя в токопроводящем канале в среде по сравнению с ее первоначальным сопротивлением последнее уменьшается на несколько порядков. За счет того, что в межэлектродном промежутке установлено выбранное число и вставок с расстояниями dl между рабочими концами вставок, определенными по зависимости (1), в межэлектродном промежутке создана заданная неоднородность электрического поля, обеспечивающая непрерывное развитие стримеров, возникающих из электронных лавин в разрядном промежутке и создающих упомянутые токопроводящие каналы.

После образования токопроводящего канала, замыкающего электроды 1 и 2 с помощью коммутатора 3 (по сигналу с блока управления, за время, не превышающее время релаксации электропроводности каналов), на электроды 1 и 2 подается импульс тока большой амплитуды от ГИТ 5 для выделения в образовавшихся каналах энергии, запасенной в ГИТ и разрушающей материал.

Описанное устройство по сравнению с прототипом позволяет осуществлять разрушение материалов в естественных условиях: на строительных площадках, горнодобывающих карьерах, шахтах и т.д, (в прототипе — объект разрушения должен быть помещен в камеру устройства, заполненную жидкостью), при этом габариты одномоментно разрушаемого объема материала многократно превышают одномоментно разрушаемый объем в прототипе, Удельные энергозатраты на разрушение с помощью описанного устройства существенно ниже, чем в прототипе, поскольку высока плотность энергии в канале пробоя, практически отсутствуют тепловые потери в образце и отсутствуют характерные для прототипа празитные утечки тока через жидкость.

Наличие вставок, снижающих по сравнению с прототипом величину пробивного напряжения, позволяет уменьшить габари2003802

pt ГлФФу уяраВммиЯ

Составитель С. Жученко

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор M. Кере ман

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3314

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101