Устройство для дезинтеграции материалов и объемных конструкций

 

Устройство относится к горному делу и предназначено для дезинтеграции различных материалов: металлов, искусственных и естественных минеральных материалов, полимерных материалов, материалов на композитной основе, а также разрушения и разделки объемных конструкций, составленных из металлов, бетонных и железобетонных материалов и т.п. конструкций. Сущность изобретения: устройство выполнено в виде эластичного удлиненного цилиндра, размещенного с запасом на бобине (или уложенного в виде серпантин, галсов и т.п. в транспортном чехле), эластичный удлиненный цилиндр имеет наружную защитную оболочку, например, из армированного капроновой сеткой полиэтилена, выполненную в виде полусферы с липкими краями для закрепления устройства на поверхности разрушаемого материала (металла, конструкции и т.п.). В полости эластичного цилиндра размещен заряд взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой. Заряд ВВ состоит из нескольких компонентов, помещенных в удлиненные эластичные рукава, выполненные в виде полумесяца, формирующего своим поперечным профилем кумулятивную выемку заряда ВВ, удар от которого концентрируется на линии реза металла (материала). В перегородке между рукавами закреплены стабилизатор, инициатор и разрядные электроды. Устройство существенно повышает производительность дезинтеграции толстостенных объемных конструкций и значительно повышает эффективность всего процесса. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к технологическим процессам дезинтеграции материалов и объемных конструкций и может быть использовано для разрушения и обработки минеральных материалов, объемных металлических конструкций и конструкций из железобетона.

Известно устройство для дезинтеграции материалов, содержащее корпус и размещенный в нем заряд взрывчатого вещества [1].

Существенными и очевидными недостатками этого устройства являются его низкая производительность ввиду заранее установленного усилия разрушения от нерегулируемого заряда взрывчатого вещества, что не позволяет производить выбор усилия воздействия и разрушения в зависимости от вида и прочности материала и вызывает тем самым технологические усложнения процесса дезинтеграции материалов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для дезинтеграции материалов и объемных конструкций, содержащее корпус, выполненный в виде удлиненного эластичного рукава, имеющего кумулятивную выемку, ориентированную на поверхность дезинтегрируемого материала, и помещенный в корпусе заряд взрывчатого вещества [2].

Существенным недостатком этого устройства является выполнение корпуса удлиненного эластичного рукава без возможности выбора профиля кумулятивной выемки и с невозможностью выбора направления ориентирования заряда взрывчатого вещества в этой выемке наиболее эффективно к поверхности материала, чтобы учесть наиболее уязвимые линия напряженности материала, по которым он с наименьшим усилием разрушается; отсутствие возможности выбора углов наклона оси кумулятивной выемки к поверхности объемной конструкции и с учетом толщины материала конструкции. Все это снижает эффективность передачи усилий от заряда и уменьшает удельные нагрузки от срабатывающего заряда на материал, снижая эффективность способа разрушения.

Технический результат данного изобретения заключается в возможности мобильного ориентирования линий разрушающих усилий от срабатывающих зарядов взрывчатого вещества по поверхности и толщине материала с учетом кривизны и неравномерности объемной конструкции при повышении производительности и эффективности резки и разделки конструкций за счет увеличения удельных характеристик разрушения при взаимодействии кумулятивных струй с материалом и выбором более эффективной схемы взаимодействия кумулятивных струй с дезинтегрируемым материалом объемной конструкции.

Этот технический результат в изобретении достигается за счет того, что устройство для дезинтеграции материалов и объемных конструкций, включающее корпус, который выполнен в виде удлиненного эластичного рукава, имеющего кумулятивную выемку, ориентированную к поверхности дезинтегрируемого материала, и помещенный в корпус заряд взрывчатого вещества, при этом удлиненный эластичный рукав имеет в поперечном сечении форму полутора, плоское основание которого оснащено лентой с клеящей основой, во внутренней полости полутора размещены парно удлиненные эластичные емкости, каждая из которых имеет в сечении кумулятивную выемку, в эластичную стенку, разделяющую обе емкости, вмонтированы инициатор подрыва заряда и стабилизатор взрыва, а также - разрядные электроды, соединенные с источником электропитания, причем в корпусе размещены две указанные пары удлиненных эластичных емкостей, ориентированных симметрично одна к другой, а оси их кумулятивных выемок направлены навстречу друг другу и к поверхности материала, причем оси кумулятивных выемок пересекаются в структуре материала.

При этом в корпусе симметрично двум указанным парам емкостей размещена третья пара аналогичных емкостей, выполненных в форме полумесяца с кумулятивной выемкой в сечении, а ось кумулятивной выемки этой дополнительной пары емкостей ориентирована по нормали к поверхности материала и между осями кумулятивных выемок двух указанных симметрично расположенных пар эластичных емкостей.

В этой совокупности существенных признаков данное устройство обладает всеми тремя критериями изобретения, что подтверждается его исследованием по источникам патентной и научно-технической информации, уровнем решенной технической задачи и промышленной применимостью данного устройства.

Далее изобретение поясняется с описанием его конструкции и ссылкой на чертежи, где на фиг. 1 показан общий вид устройства для дезинтеграции материалов и конструкций в общем виде (в сборе); на фиг. 2 - устройство в поперечном сечении и деталь - узел А; на фиг. 3 показано еще одно поперечное сечение устройства; на фиг. 4 - то же, но с использованием трех силовых рукавов; на фиг. 5, 6 и 7 - узлы и детали в поперечном сечении.

Устройство для дезинтеграции материалов и конструкций, согласно изобретения, выполнено в виде удлиненного эластичного рукава 1, размещенного на бобине 2 с запасом и имеющего наружную защитную оболочку 3, например, из армированного капроновой сеткой полиэтилена (или стеклоткани), имеющего в поперечном сечении форму полутора, на основаниях которого выполнены гибкие ленты с липким слоем 4 для фиксирования и закрепления удлиненного рукава (цилиндра) 1 на поверхности материала 5 (или конструкции). Во внутренней полости полутора по всей его длине размещены две (парные) удлиненные эластичные емкости, одна над другой (фиг. 2, 3, 4), образующие своей формой полумесяца кумулятивную выемку 6 над материалом 5. Эти удлиненные эластичные емкости-рукава 7 и 8 перед использованием заполняют компонентами жидкого или пластичного взрывчатого вещества: емкость 7 заполняют горючим компонентом, емкость 8 - окислителем. В перегородку, разделяющую обе указанные эластичные емкости, вмонтированы (фиг. 2 и узел А; фиг. 5) элементы, организующие и сопровождающие работу устройства: стабилизатор 9, инициатор 10 подрыва смеси (горючее + окислитель), а также разрядные электрода 11 на кабель-тросе.

Эластичные удлиненные емкости (рукава) 7 и 8 могут быть также выполнены в виде единого полумесяца (фиг. 5), два рога которого соединены эластичной перегородкой 12, в которую, по аналогии с фиг. 2 - узлом А, вмонтированы указанные элементы 9, 10 и 11, разрядные электроды соединены с источником их питания (конденсатором или катушкой Румкорфа).

Высокий эффект разрушения материала 5 (или конструкции из металла, железобетона и т. п. ) достигается за счет расположения под единой оболочкой 3 (фиг. 3) одновременно двух пар указанных эластичных удлиненных емкостей 7, 8, а оси их кумулятивных выемок направлены так, что они пересекаются в структуре (в глубине) материала 5, что создает удар типа "клещи", наиболее эффективно разрушающий материал. Для повышения этого разрушающего эффекта под единой защитной оболочкой 3 (фиг. 4) размещают третью пару указанных удлиненных эластичных емкостей 7, 8 симметрично двум ранее отмеченным парам 7-8 и 7-8 (по фиг. 3), а ось этой третьей кумулятивной выемки направляют по нормали к поверхности материала 5 и пересекают с двумя первыми осями в структуре материала, - это позволяет создать максимальный разрушающий эффект "клещей" ударом типа "смерч", т.к. при этом две боковые кумулятивные ударные волны подрезают материал, а центральная кумулятивная ударная волна (фиг. 4) дробит материал и освобождает линию разрушения между частями материала совместно с двумя боковыми ударными кумулятивными удлиненными струями.

Эффективное использование устройства может быть при нанесении на линию реза материала (фиг. 6) тонколистового проката 13 в виде полумесяца с отогнутыми краями 14 для расположения на материале 5 при помощи указанных липких полос 4 оболочки 3 (все содержание под этой оболочкой не показано, т. к. аналогично фиг. 3 и 4). Этот лист своим заданным профилем 13 и формирует сферу для кумулятивных зарядов в эластичных удлиненных емкостях 7 и 8. При срабатывании зарядов лист 13, естественно, разрушается, не оставляя следа (его целесообразно выполнить из тонколистового алюминиевого сплава толщиной 0,1 - 0,2 мм).

Кроме того, формировать кумулятивную выемку 6 (фиг. 2 и 4) возможно при соединении эластичной нижней перемычкой 15 (фиг. 7) краев полумесяца оболочки 3, что создает полутор определенных размеров по основанию (15) и по сфере (3) (фиг. 7).

Заполнение полостей всех отмеченных удлиненных эластичных емкостей осуществляют через встроенные в их стенки заправочные ниппели: 16, 17 и 18, последний - для подачи сжатого воздуха в полость между перемычкой 15 и сферой кумулятивной выемки.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

С бобины 2 отматывают необходимую длину удлиненного эластичного рукава 1 и закрепляют его на поверхности материала 5 с помощью липких полос 4. В полости удлиненных эластичных емкостей 7 и 8 заправляют (закачивают) компоненты: горючее и окислитель (каждый в свою емкость); кабель-трос с разрядными электродами 11 подключают к источнику разрядного напряжения (на чертеже ввиду тривиальности не показано). Командой "пуск" подают разрядное напряжение на электроды 11 и провоцируют срабатывание инициатора 10 подрыва смеси, который разрушает эластичную стенку между прилегающими емкостями 7 и 8 и производит подрыв этой смеси, при этом стабилизатор 9 срабатывания смеси улучшает равномерное и заданное ударное взрывное срабатывание топливно-окислительной смеси в рукавах 7 и 8, которые разрушаются при этом срабатывании (выполняются из полиэтилена или другого гидронепроницаемого материала).

При использовании эластичных емкостей (рукавов), прилегающих в форме полумесяца один к другому (по фиг. 2, 3, 4), кумулятивная выемка 6 и сконцентрированный кумулятивный удар по длине реза формируется от их общей кривизны, а при расположении эластичных емкостей (рукавов) 7 и 8 в форме двух прилегающих половинок полумесяца (фиг. 5) кумулятивная выемка и концентрированный кумулятивный удар формируется от их составляющей кривизны. Однако в любом случае эффект разрушения наблюдается (по экспериментальным данным, выполненным заявителем) одинаково высоким, при этом обязательно использование двух (по фиг. 3) или трех (по фиг. 4) удлиненных эластичных рукавов, в каждом из которых имеется пара: емкость 7 с горючим (на основе нефтепродукта) и емкость 8 с окислителем (озоном в смеси с галогеном или любого другого вещества-окислителя из числа известных); т.к. использование двух направленных под углами к поверхности материала сконцентрированных удлиненных ударов ведет к эффективному разрушению материала сдвиговыми касательными деформациями типа "клещи", повышение эффективности в 1,15 - 1,2 раза наблюдается при использовании одновременно трех (пар) (фиг. 4) рукавов (в рукаве две емкости 7 и 8), что позволяет формировать самый эффективный разрушающий комбинационный удар типа "смерч", при котором две боковые ударные волны подрезают касательным напряжением материал, а центральная струя производит дробление материала и очистку прорези между частями.

Таким образом, высокий технический эффект разрушения материалов и конструкций достигается при описанном конструктивном выполнении устройства для дезинтеграции этого материала и конструкций.

Источники информации, принятые во внимание 1. Авт. свид. СССР N 883404, кл. В 28 1/00, 1981.

2. PCT WO 93/20401 A1, кл. F 42 В 1/02, 1993.

Формула изобретения

1. Устройство для дезинтеграции материалов и объемных конструкций, включающее корпус, выполненный в виде удлиненного эластичного рукава, имеющего кумулятивную выемку, ориентированную к поверхности дезинтегрируемого материала и помещенный в корпус заряд взрывчатого вещества, отличающееся тем, что удлиненный эластичный рукав имеет в поперечном сечении форму полутора, плоское основание которого оснащено лентой с клеящей основой, во внутренней полости полутора размещены парно удлиненные эластичные емкости, каждая из которых имеет в сечении кумулятивную выемку, в эластичную стенку, разделяющую обе емкости, вмонтированы инициатор подрыва заряда и стабилизатор взрыва, а также разрядные электроды, соединенные с источником электропитания, при этом в корпусе размещены две пары удлиненных эластичных емкостей, ориентированных симметрично одна к другой, а оси их кумулятивных выемок направлены навстречу под углом друг к другу и к поверхности материала, причем оси кумулятивных выемок пересекаются в структуре материала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе симметрично двум указанным парам емкостей размещена третья пара аналогичных емкостей, выполненных в форме полумесяца с кумулятивной выемкой в сечении, а ось кумулятивной выемки этой дополнительной пары емкостей ориентирована по нормали к поверхности материала и между осями кумулятивных выемок двух указанных, симметрично расположенных пар эластичных емкостей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7