Способ контроля процесса электроимпульсного разрушения твердых тел
Владельцы патента RU 2471068:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к горноперерабатывающей промышленности, к способам контроля за процессом электроимпульсного разрушения горных пород. Способ включает создание в твердом теле поля механических напряжений, превышающих предел его прочности от воздействия на него мощных ударных волн, источником которых является канал разряда, сформированный между электродами, установленными в корпусе и подключенными к генератору высоковольтных импульсов. В процессе разрушения регистрируют амплитуду 3-й гармоники тока в низковольтной цепи питания генератора высоковольтных импульсов при пробое твердой или жидкой сред, сравнивают их и по результатам сравнения амплитуд судят об эффективности разрушения твердого тела. Изобретение позволяет осуществлять контроль процесса электроимпульсного разрушения твердых тел по одной гармонике тока - 3-й, оптимизирует этот процесс по производительности и повышает точность контроля. 2 ил., 2 табл.
Изобретение относится к горноперерабатывающей отрасли промышленности, конкретно к способам контроля за разрушением горных пород, и может быть использовано для контроля за процессом электроимпульсного разрушения твердых тел и, в первую очередь, за процессом электроимпульсного дробления и измельчения. Необходимость такого контроля связана с вероятностным характером пробоя твердых тел, помещенных в жидкость.
Известен способ электроимпульсного разрушения твердых тел (Усов А.Ф., Семкин Б.В., Зиновьев Н.Т. Переходные процессы в установках электроимпульсных технологий, Л.: Наука, 1987, с.6-16). Разрушение происходит путем создания поля механических напряжений в твердом теле, превышающих его предел прочности, от воздействия мощных ударных волн, источником которых является канал разряда, сформированный между электродами, подключенными к генератору высоковольтных импульсов. Недостатком указанного технического решения является невозможность обеспечения наиболее эффективного режима разрушения из-за отсутствия информации о ходе процесса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является устройство для электроимпульсного разрушения твердых тел по RU 2038151 от 27.05.1995, путем создания в твердом теле поля механических напряжений, превышающих предел его прочности от воздействия на него мощных ударных волн, источником которых является канал разряда, сформированный в воде между электродами, установленными в корпусе и подключенными к генератору высоковольтных импульсов.
Недостатком известного технического решения является отсутствие контроля за процессом электроимпульсного разрушения твердых тел и следовательно невозможность оперативно управлять им.
Задачей предложенного технического решения является возможность контроля за процессом разрушения твердых тел для оперативного управления им с целью реализации наиболее эффективного режима разрушения.
Указанная задача решена за счет того, что в способе контроля процесса электроимпульсного разрушения твердых тел, заключающемся в том, что осуществляют воздействие на твердое тело мощными ударными волнами, источником которых является канал разряда, сформированный в воде между электродами, установленными в корпусе и подключенными к генератору высоковольтных импульсов, регистрируют амплитуду 3-й гармоники тока в низковольтной цепи питания генератора высоковольтных импульсов при пробое твердой или жидкой сред, сравнивают их и по результатам сравнения амплитуд, судят об эффективности разрушения твердого тела.
На фиг.1 приведена типичная осциллограмма кривой тока, характеризующая степень искажения синусоиды при работе генератора импульсных напряжений, на фиг.2 - схема, реализующая предложенный способ.
Основными узлами схемы являются токоограничивающий дроссель 1, датчик тока 2, повысительно-выпрямительное устройство 3-ВТМ 20/50, генератор высоковольтных импульсов 4, корпус рабочей камеры 5 с электродами 6, бункер 7 с исходным материалом, анализатор гармоник 8, осциллограф 9. Генератор высоковольтных импульсов 4 собран по схеме Аркадьева-Маркса с параметрами: напряжение - 250 кВ, емкость в разряде - 20000 пФ.
Способ контроля осуществлялся следующим образом. Между электродами в рабочей камере устанавливают определенное межэлектродное расстояние и заполняют ее водой. В бункер 7 загружают твердый материал. Затем включают анализатор гармоник 8 и осциллограф 9. При подаче высоковольтных импульсов от генератора 4 на электроды 6 рабочей камеры 5 происходит пробой водного промежутка, формируется канал разряда и в контролируемой цепи регистрируются высшие гармоники тока.
По аналогичной методике при тех же условиях исследуют амплитудный и частотный спектр гармоник в случае пробоя твердого тела, для чего в рабочую камеру 5 из бункера 7 засыпали твердый материал. При пробое последнего меняются параметры канала разряда и, так как его сопротивление в твердом теле больше сопротивления канала разряда в воде, менялась степень искажения кривой тока. Спектральный и амплитудный состав гармоник тока отличен от спектрального и амплитудного состава высших гармоник при пробое воды.
Пример
Первоначально оценивают степень искажения синусоиды и соответственно спектр гармоник в низковольтной цепи питания электроимпульсной установки при пробое технической воды с удельным сопротивлением 5,6·103 Oм·см. Межэлектродное расстояние в камере 5 составляет 15 мм. Амплитуда импульса напряжения - 250 кВ. При пробое водного промежутка возникает канал разряда, как нелинейное сопротивление, при этом искажается форма кривой тока. С помощью анализатора гармоник 8 выделяют 3,9,15 гармоники тока и оценивают их амплитуды. Затем в рабочую камеру 5 загружают из бункера 7 твердое тело - бакор (куски крупностью 15-20 мм). Вес одной пробы, загружаемой в рабочую камеру 5 составлял 8 кг. Как и в предыдущем случае, при пробое твердого тела происходит искажение формы синусоиды, однако степень искажения и соответственно спектр гармоник отличаются от амплитудного спектра гармоник при пробое технической воды (таблица 1).
Из сравнения представленных в таблице 1 результатов видно, что амплитуды 3-х гармоник существенно различны для двух сред: технической воды и бакора, так при пробое бакора среднее значение амплитуды 3-й гармонической составляющей равно 24,74 мм, а при пробое технической воды среднее значение амплитуды 3-й гармоники равно 14,44 мм. Разброс экспериментальных данных не превышает 3%.
Из таблицы 1 также следует, что разность амплитуд высших гармоник тока, соответствующая пробою технической воды и твердого тела отмечается, например, на 9-й и 15-й гармониках. Однако она не столь значительна, как это имеет место для 3-й гармонической составляющей тока. Поэтому для контроля процесса электроимпульсного разрушения твердых тел достаточно измерить одну гармонику -третью.
В таблице 2 представлены данные по удельной производительности электроимпульсного разрушения кусов бакора крупностью 60 мм до частиц размером 3 мм и менее от вероятности пробоя твердого тела, которая оценивалась по следующему выражению: , где N1 - количество импульсов, вызвавших пробой твердого тела, определяемый по амплитуде 3-й гармоники тока;
N - общее количество импульсов, затраченных на электроимпульсное разрушение навески бакора, массой 12 кг.
Из таблицы 2 видно, что при Ψ=100% все куски бакора были разрушены до требуемой крупности и удельная производительность составила 6 г/имп. При вероятности пробоя Ψ=50% удельная производительность равна 5.2 г/имп., что на 13.3% меньше, чем в предыдущем случае. При этом не весь материал был разрушен до требуемой крупности. При вероятности пробоя твердого тела Ψ=0% эффективность его разрушения еще хуже (удельная производительность на 25.0% меньше, чем в 1-м случае). Это достаточно убедительно доказывает, что в процессе электроимпульсного дробления необходимо контролировать вероятность пробоя твердого тела и это достаточно просто сделать с помощью предлагаемого технического решения.
Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет осуществлять контроль процесса электроимпульсного разрушения твердых тел по одной гармонике тока - 3-й, тогда как известное изобретение не позволяет контролировать процесс электроимпульсного разрушения твердых тел, что исключает возможность оптимизации этого процесса по производительности. Кроме того, предлагаемое техническое решение - универсальный способ. Его апробация прошла достаточно успешно и при разрушении электроимпульсным способом других материалов, таких как корунд, кварц, циркониевая керамика и т.д.
| Таблица 1 | ||||||||||
| № гармоники | Амплитуда гармоник тока в условных единицах при пробое технической воды | Амплитуда гармоник тока в условных единицах при пробое твердого тела | ||||||||
| 3 | 14.0 | 14.5 | 14.8 | 14.6 | 14.2 | 25.0 | 24.6 | 24.3 | 24.8 | 25.1 |
| 9 | 6.5 | 6.7 | 6.2 | 6.6 | 6.8 | 10.2 | 10.0 | 9.8 | 10.7 | 10.4 |
| 15 | 2.4 | 2.48 | 2.3 | 2.56 | 2.20 | 50 | 5.15 | 5.48 | 5.41 | 5.30 |
| Таблица 2 | |||||
| № п/п | кол-во пробоев кусков бакора | кол-во пробоев воды | вероятность пробоя кусков бакора, % | удельная производительность, г/имп. | результат разрушения |
| 1 | 0 | 100 | 0 | 4.5 | не полностью |
| 2 | 1000 | 1000 | 50 | 5.2 | не полностью |
| 3 | 2000 | 0 | 100 | 6.0 | полностью |
Способ контроля процесса электроимпульсного разрушения твердых тел, включающий создание в твердом теле поля механических напряжений, превышающих предел его прочности от воздействия на него мощных ударных волн, источником которых является канал разряда, сформированный между электродами, установленными в корпусе и подключенными к генератору высоковольтных импульсов, отличающийся тем, что в процессе разрушения регистрируют амплитуду 3-й гармоники тока в низковольтной цепи питания генератора высоковольтных импульсов при пробое твердой или жидкой сред, сравнивают их и по результатам сравнения амплитуд судят об эффективности разрушения твердого тела.
