Способ контроля процесса электроимпульсного разрушения твердых тел



Способ контроля процесса электроимпульсного разрушения твердых тел
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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области резания блоков из природного камня и искусственных материалов. .

Изобретение относится к области разрушения горных пород высоковольтными электрическими разрядами, развивающимися внутри горной породы, и доразрушения твердосплавными резцами вращающегося бурового долота.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и предназначено для проходки вертикальных и наклонных скважин и стволов. .

Изобретение относится к области горного дела, в частности к техническим средствам со стержневыми электродами для разрушения непосредственно высоковольтными разрядами горных пород и искусственных токонепроводящих материалов при бурении скважин, отверстий и т.п., а также при ремонтно-строительных работах.

Изобретение относится к буровому оборудованию и может быть использовано в горнорудной промышленности. .

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к добыче горных пород на карьерах и подрезанию керна в стволах и к области производства строительных материалов.

Изобретение относится к области бурения твердых горных пород не с выбуриванием керна. .

Изобретение относится к техническим средствам для бурения скважин без отбора керна сравнительно большого диаметра (400 мм и более) путем разрушения забоя высоковольтными разрядами, развивающимися в горной породе.

Изобретение относится к области добычи и обработки строительных токонепроводящих материалов из природного камня высоковольтными импульсными разрядами. .

Изобретение относится к электроимпульсному разрушению и дроблению твердых материалов и может быть использовано в горнообогатительной, металлургической, строительной промышленности.

Изобретение относится к техническим средствам для электроимпульсного бурения с обратной внутренней промывкой скважин сплошного бурения или с отбором керна и может найти применение при геологоразведочных работах, в горнодобывающей промышленности, при строительных и других работах, где требуется бурение скважин в крепких горных породах

Изобретение относится к техническим средствам для бурения скважин и проходки стволов с помощью высоковольтных импульсных разрядов, развивающихся непосредственно в горной породе, и может найти применение в горной промышленности для проходки скважин и стволов в крепких горных породах глубиной сотни метров

Изобретение относится к области горного и дорожно-строительного машиностроения, а именно к электромагнитным импульсным механизмам, и может быть использовано для разрушения горных пород, отделения шламовых образований в ковшах для разливки металлов, активизации рабочих органов горных машин, вибровозбудителя в вибротранспортных машинах и т.п

Изобретение относится к горнодобывающей и строительной отрасли промышленности

Изобретение относится к области проходки скважин и стволов высоковольтными разрядами в крепких горных породах и может найти применение в горнодобывающей промышленности, а также в строительной отрасли. В снаряде последовательно соединены гидротоковвод (1), колонна бурильных труб (2) и буровой наконечник, включающий в себя корпус (6), высоковольтные и заземленные электроды (7 и 8) и высоковольтный изолятор (9). Внутри колонны бурильных труб (2) коаксиально укреплен осевой токовод (5), на который свободно надета центральная труба (10) с жестко закрепленными на ней зарядным устройством (14) и источником высоковольтных импульсов (15), под которым установлена пружина-амортизатор (12) в свободно надетом на центральную трубу (10) кожухе (13). К нижнему концу центральной трубы (10) прикреплены один или несколько забойных упоров (11), которые выполнены с возможностью продольного перемещения до выхода из бурового наконечника более чем на 1/3 межэлектродного расстояния. Это увеличивает в несколько раз срок безаварийной работы зарядного устройства (14) и источника импульсов высокого напряжения (15). 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

Изобретение относится к горнодобывающей и строительной отраслям промышленности. Способ электроразрядного разрушения твердых материалов включает формирование шпура в твердом материале, размещение в нем картриджа с веществом, предающим ударную волну, и взрываемым проводником, и инициирование разряда взрывающимся проводником. Картриджи изготавливают из пластичного материала с акустической жесткостью, близкой к акустической жесткости разрушаемого материала. Взрывающийся проводник зажат в материал картриджа. В качестве пластичного материала используется полиэтилен или пластилин. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения горных пород и утилизации бетонных и железобетонных блоков и конструкций. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области гражданского строительства, атомной и нефтегазовой отраслям и может быть использовано в сейсмических районах для бурения отверстий в бетонных зданиях с целью их укрепления стяжками и в опасных отвесных участках горной породы, для бурения тонких диагностических глубоких отверстий в многометровых бетонных стенах могильников с захоронениями радиоактивных веществ, для бурения в стенке скважины локальных боковых отверстий в окружающей породе. Для этого бурение проводят циклически. В каждом цикле бурения забой отверстия подвергают последовательному чередованию тепловых и механических воздействий, а именно в следующей последовательности облучают лазерным излучением, охлаждают хладагентом, механически измельчают на нем слой ослабленного материала и принудительно удаляют шлам из зоны забоя, после чего циклы бурения повторяют до достижения заданной глубины отверстия. Обеспечивается повышение производительности бурения отверстий. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области гражданского строительства, атомной и нефтегазовой отраслям и может быть использовано в сейсмических районах для бурения различных отверстий. Для этого лазерное излучение на забой отверстия доставляют посредством оптического волокна из кварца диаметром 0.2-1 мм. Оптическое волокно размещают без возможности вращения с зазором в трубке по оси внутренней полости инструмента сверления. При этом излучающий торец оптического волокна не доходит до торцевой поверхности резцов ребристой коронки на расстояние h≤do/[2tg(arcsinNA)], где d0 - диаметр полости ребристой коронки, NA - числовая апертура оптического волокна. В кольцевой зазор между поверхностью оптического волокна и внутренней поверхностью трубки подают охранный поток газа в направлении забоя, а забой облучают лазерным пучком с пятном излучения на поверхности забоя, диаметр которого меньше внешнего диаметра ребристой коронки на величину (0.6÷2)Δ, где Δ=(20÷35)/q - толщина термически ослабленного слоя материала (см), q=P(l-R)(l-ρ) - плотность поглощенного материалом лазерного излучения (Вт/см2), Р - плотность мощности падающего лазерного излучения (Вт/см2), R - коэффициент отражения от поверхности материала, ρ - тепловые потери излучением от нагретого материала. Для этого перед облучением торцевую поверхность сверлильного инструмента устанавливают на расстояние L=[D-do-(0.6÷2)Δ]/[2tg(arcsinNA)] от поверхности забоя, где D - внешний диаметр ребристой коронки. Бурение производят циклически. В каждом цикле поверхность забоя облучают в течение времени t=(45000÷130000)/q2 (с), обеспечивающего нагрев поверхности забоя до температур в диапазоне температур плавления и кипения материала. Затем поверхность забоя охлаждают хладагентом в течение 1-15 с с коэффициентом теплообмена 300÷5000 Вт/м2·град., после чего сверлильный инструмент перемещают в направлении забоя до касания торцевыми резцами ребристой коронки поверхности забоя. Прилагая продольные усилия, механически измельчают термически ослабленный материал забоя на глубину Δ с одновременным принудительным удалением шлама из зоны забоя. После чего сверлильный инструмент отодвигают от поверхности забоя на расстояние L. Циклы бурения повторяют до достижения заданной глубины отверстия. Обеспечивается производительность бурения кремнеземсодержащих материалов и получение тонких глубоких отверстий в них. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области гражданского строительства, атомной и нефтегазовой отраслям и может быть использовано для бурения различных отверстий. Устройство содержит электродвигатель, редуктор с полым валом, источник лазерного излучения, инструмент для сверления, механизм возвратно-поступательной подачи инструмента сверления, оптическое волокно, газовую систему, резервуар для жидкости, смеситель, систему впрыскивания жидкости в смеситель, систему отсасывания, каналы для охлаждения оптического волокна, для подачи хладагента в зону забоя и для отвода отсасываемых из зоны забоя хладагента и шлама. В смеситель из газовой системы подается поток газа для распыления в нем жидкости с образованием газокапельной смеси, подаваемой в зону забоя. Инструмент для сверления выполнен из последовательности звеньев в виде колонковых труб. Конечное звено инструмента сверления содержит ребристую коронку, оснащенную термостойкими резцами на ее торцевой и боковой поверхностях. Ведомый торец начального звена инструмента сверления соединен с полым валом цилиндрического редуктора, связанного с электродвигателем. Внутри полости цилиндрического редуктора и колонковых звеньев соосно и без возможности вращения расположена трубка, внутри которой с зазором размещено оптическое волокно из кварца. Кольцевой зазор между поверхностью волокна и внутренней поверхностью трубки служит каналом подвода охранного потока газа для охлаждения оптического волокна и защиты его излучающего торца от частиц разрушаемого материала при лазерной и механической обработке поверхности забоя. Кольцевой зазор между внешней поверхностью трубки и внутренней поверхностью колонковых звеньев служит каналом для подачи хладагента в зону забоя. Кольцевой зазор между внешней поверхностью колонковых звеньев и поверхностью отверстия в материале служит каналом отвода отсасываемых из зоны забоя хладагента и шлама. Обеспечивается повышение производительности бурения отверстий. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин и стволов. Способ бурения твердых тел электрическими импульсными разрядами включает разрушение твердых тел непосредственно высоковольтными импульсными электрическими разрядами в твердых телах между высоковольтным и заземленным электродами электроимпульсного бурового наконечника. В процессе разрушения твердых тел нисходящим потоком электропроводной промывной жидкости образуют газовую полость вокруг призабойного оголенного конца высоковольтного электрода. Электроимпульсный буровой наконечник содержит высоковольтный и заземленный электроды, разделенные изолятором, выполненным с окнами для подачи промывочной жидкости. Высоковольтный электрод выполнен в виде юбки, а центральный заземленный электрод выполнен подпружиненным. Электроимпульсный буровой наконечник снабжен вторым заземленным электродом, выполненным в виде кольца, расположенного выше высоковольтного электрода. Обеспечивается повышение эффективности и экологической безопасности бурения скважин. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.
Наверх