Разрядное устройство для изготовления набивной сваи
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении буронабивных свай постоянных и временных фундаментных конструкций и искусственных оснований. Устройство содержит батарею конденсаторов, подсоединенную к коммутирующему разряднику с внутренним и внешним коаксиальными электродами с изоляцией между ними. В электродах выполнены радиальные прорези. Внутренний электрод выполнен в виде ступенчатого стержня, нижняя ступень которого выполнена большим диаметром, чем верхняя, а внешний электрод выполнен в виде толстостенной трубы, надетой на верхнюю ступень внутреннего электрода так, что межэлектродный промежуток образован нижней торцевой поверхностью внешнего электрода и поверхностью нижней ступени внешнего электрода, обращенной к этой торцевой поверхности, а изоляция размещена по всей цилиндрической поверхности верхней ступени внутреннего электрода. Обеспечивает повышение надежности изготавливаемой сваи за счет увеличения ее диаметра путем воздействия на твердеющий раствор, помещаемый в скважину в радиальном направлении от центра, для чего конструкция выполнена с возможностью формирования скользящего разряда на поверхности изоляции между ускоряющими электродами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении буронабивных свай постоянных и временных фундаментных конструкций и искусственных оснований.
Буронабивные сваи широко применяются для усиления перегруженных оснований зданий и сооружений; строительства новых объектов вблизи с уже существующими объектами; усиление оснований существующих зданий в связи с реконструкцией или повышением эксплуатационных нагрузок; корректирование крена здания или отдельных фундаментов; противооползневая защита зданий; реконструкция и строительство в стесненных условиях внутри действующих объектов; усиление железнодорожных насыпей с нестабильным балластным шлейфом; строительство новых объектов в сложных грунтовых условиях.
Известно устройство для изготовления набивных свай, например устройство, осуществляющее ударное воздействие на твердеющий материал, представляющее собой разрядник, состоящий из электродов, подключенных высоковольтным кабелем через коммутатор к источнику электрической энергии - батарее конденсатора (патент на изобретение RU №2100525 МПК Е02D 5/34, 5/44).
При этом для осуществления ударного воздействия батарея конденсаторов разряжается на излучающий промежуток (активно-индуктивную нагрузку), образованный двумя электродами, изолированными друг от друга диэлектриком с возможностью его пробоя по поверхности, для чего формируется скользящий разряд.
Недостатком таких устройств является нестабильность процесса срабатывания, то есть пробоя промежутка, и недостаточная эффективность воздействия на твердеющий материал. Это обусловлено тем, что на твердеющий материал основное воздействие оказывает ударная волна, кинетическое воздействие которой незначительно за счет отрицательного влияния электродинамических сил на дуговую плазму, образуемую при пробое промежутка.
Все вышеуказанное ведет к большим затратам электроэнергии разрядной станции, к повышению зарядного рабочего напряжения или к увеличению количества накопительных конденсаторов.
Известны устройства, представляющие собой стенды для испытаний образцов и изделий на ударное воздействие сильных магнитных полей и плазмы (Лагутин А.С., Ожогин В.И. Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперименте. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 192 с.). Отчет «Рекомендации по применению буроинъкционных свай. М., 2001» (информационные письма ГУП НИИОСП №1-1025 от 19.11.99 и №38-345 от 15.03.01) Стандарт предприятия НИИОСП им. Н.М.Герсеванова Госстроя России СП 38-2-01, с помощью которых также осуществляется воздействие на какие-либо объекты, которыми в том числе могут быть и твердеющие растворы.
Кроме этого, известны стенды для испытания образцов и изделий на ударное воздействие плотной плазмы, в конструкциях которых используется метод кумуляции магнитного потока - «плазменный фокус Филиппова» (Сильные и сверхсильные магнитные поля и их применения: Пер. с англ. / Под ред. Ф.Херлаха. - М.: Мир, 1998. - 456 с., ил.).
Однако такие конструкции не позволяют реализовать ударное, объемное, направленное воздействие плотной плазмы на объект с устойчивой высокой надежностью и повторяемостью процесса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для ударного воздействия на какое-либо тело, которым может быть и твердеющий раствор, содержащее батарею конденсаторов, коммутирующий разрядник, внешний и внутренний коаксиальные электроды с межэлектродным пространством и изоляцией между ними, причем внешний электрод выполнен в верхней части в виде полого полушара, внутренний - в виде полого усеченного конуса, при этом межэлектродное пространство сужено в направлении к фокальной точке в радиальном и аксиальном измерениях, а в электродах выполнены радиальные прорези, батарея конденсаторов подсоединена к электродам симметрично и аксиально (патент на изобретение RU №2196972, С 1, МПК 7 G 01 №3/317, G01М 7/08, от 25.04.2001).
В этом устройстве происходит радиальный, скользящий, направленный к центру поверхностный разряд, при котором образующаяся дуговая плазма (плазменный шнур) ускоряется электродинамическими силами, сжимает магнитный поток с последующим синхронным ускорением в аксиальном направлении до схлопывания в фокальной точке, что позволяет осуществлять направленное ударное воздействие на тело. Использование такого устройства позволяет осуществлять равномерное воздействие плазмы на объект, которым может быть и твердеющий раствор.
Однако известное устройство не позволяет осуществить направленное воздействие дуговой плазмы на объект в радиальном направлении от центра, а следовательно, не позволяет получить сваю диаметром, в достаточной степени большим, чем диаметр скважины, полученный после бурения. При этом твердеющий материал может быть в высокой степени уплотнен, что повышает прочность сваи. Однако достаточно надежная свая, имеющая диаметр больший, чем изготовленная предварительно скважина, заполняемая твердеющим раствором, не может быть получена.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности изготавливаемой сваи за счет увеличения ее диаметра путем воздействия на твердеющий раствор, помещаемый в скважину в радиальном направлении от центра, для чего конструкция выполнена с возможностью формирования скользящего разряда на поверхности изоляции между ускоряющими электродами, синхронного ускорения дуговой плазмы между ними и образования ударной волны в радиальном от центра направлении. Вследствие этого происходит ударно-волновое кинетическим воздействие на твердеющий материал и на внешнюю образующую стенку скважины.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для ударного воздействия, содержащем батарею конденсаторов, подсоединенную к коммутирующему разряднику с внутренним и внешним коаксиальными электродами с изоляцией между ними, и выполненными в них радиальными прорезями, внутренний электрод выполнен в виде ступенчатого стержня, нижняя ступень которого имеет больший диаметр, чем верхняя, а внешний электрод выполнен в виде толстостенной трубы, надетой на верхнюю ступень внутреннего электрода. При этом межэлектродный промежуток образован нижней торцевой поверхностью внешнего электрода и поверхностью ступени внешнего электрода, обращенной к этой торцевой поверхности, а изоляция размещена по всей цилиндрической поверхности верхней ступени внутреннего электрода.
На фиг.1 и 2 приведена схема реализации заявляемого устройства, где 1 - внутренний коаксиальный электрод, состоящий из двух ступеней, в нижней части выполненный в виде конуса, 2 - внешний электрод, выполненный в виде толстостенной трубы, надетой на верхнюю ступень внутреннего электрода так, что межэлектродный промежуток образован нижней торцевой поверхностью внешнего электрода и поверхностью ступени внешнего электрода, обращенной к этой торцевой поверхности. Батарея конденсаторов С подсоединена к коммутирующему разряднику Р, соединенному с внутренним и внешним коаксиальными электродами. Изоляция 3 размещена между электродами и в межэлектродном пространстве 4, причем электроды выполнены с радиальными прорезями 5, а батарея конденсаторов подсоединена к электродам симметрично и аксиально.
Радиальные, продольные прорези 5, выполненные в электродах, равномерно расположенные по окружности, разделяют электроды на 4 части. Продольных прорезей может быть выполнено больше - 8, 10 т.д. Изоляция между электродами прорезей не имеет. Толщина внешнего трубчатого толстостенного электрода (т.е. путь ускорения дуговой плазмы "а-с", равный участку "в-d") выбирается в зависимости от режимов работы батареи конденсаторов, от скорости ввода энергии в нагрузку dWco/dt, где Wco - электрическая энергия, запасенная в батарее конденсаторов; t - время разряда.
Нижняя часть внутреннего электрода выполнена в виде конуса с целью облегчения перемещения и внедрения излучателя в бетонную смесь.
Устройство работает следующим образом.
При разряде батареи конденсаторов С через коммутирующий разрядник Р разрядное напряжение прикладывается к межэлектродному промежутку 4. Наименьшей электрической прочностью в промежутке 4 обладает участок поверхности изоляции 3, расположенный в этом промежутке, по которой и проходит поверхностный скользящий разряд 6. Ввиду наличия радиальных прорезей 5, разделяющих электроды на отдельные секторы, скользящий разряд 6 происходит в каждой из секторов электродов одновременно и переходит в дуговую плазму 7. Опорные точки дуги плазмы перемещаются по поверхностям электродов 1 и 2 в промежутке 4 в радиальном направлении.
При протекании разрядного тока I по электродам возникает электродинамическая сила F, ускоряющая дуговую плазму 7 за пределы электродной зоны. Ускорение происходит за счет «пандеромоторной силы» (по правилу «левой руки»). При этом для эффективной работы устройства должно выполняться условие: пробивное напряжение по поверхности изоляции между точками «а-в» меньше пробивного напряжения воздушного промежутка 4 между точками «с-d».
Таким образом за счет действия электродинамических сил дуговая плазма 7 синхронно ускоряется в направлении объекта воздействия, которым является твердеющий материал и стенки скважины. Синхронность образования и ускорения дуговой плазмы 7 реализуется путем обеспечения равных индуктивностей участков межэлектродных промежутков 4, а также выполнением радиальных прорезей, при этом образуется так называемый «индуктивный делитель»).
Лидирование какого-либо плазменного образования затруднительно из-за увеличения индуктивности петли этого участка. Таким образом, плазма всех участков синхронно и одинаково ускоряется и подходит к крайним участкам межэлектродных промежутков «единым фронтом». Объект воздействия подвергается электродинамическому, кинетическому воздействию за счет ускоренной плазмы и действию ударной волны.
1. Устройство для ударного воздействия, содержащее батарею конденсаторов, подсоединенную к коммутирующему разряднику с внутренним и внешним коаксиальными электродами с изоляцией между ними, причем в электродах выполнены радиальные прорези, отличающееся тем, что внутренний электрод выполнен в виде ступенчатого стержня, нижняя ступень которого выполнена большим диаметром, чем верхняя, а внешний электрод выполнен в виде толстостенной трубы, надетой на верхнюю ступень внутреннего электрода так, что межэлектродный промежуток образован нижней торцевой поверхностью внешнего электрода и поверхностью нижней ступени внешнего электрода, обращенной к этой торцевой поверхности, а изоляция размещена по всей цилиндрической поверхности верхней ступени внутреннего электрода.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя ступень внутреннего электрода выполнена конусообразной формы.
