УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B02C19/18 

Изобретение относится к электроимпульсной технике и может быть использовано в горнодобывающей промышленности для дробления руд и других областях, в которых используется электроимпульсная технология.

Известны электроимпульсные установки, включающие генератор импульсного высокого напряжения (ГИН) по схеме умножения Аркадьева-Маркса, соединенный через разрядник с высоковольтным электродом, погруженным в заземленную емкость с технической жидкостью [1]
Недостатком таких установок является ограниченная возможность вариации режима энерговклада и весьма высокая индуктивность последовательно включенных разрядников, большая длительность фронтов высоковольтных импульсов, малая частота их соединения, низкий КПД. и недостаточная надежность работы в связи с ограниченным сроком службы разрядников.

Большинство указанных недостатков устранено в установке для электроимпульсного разрушения материалов [2] принятой за прототип, в котором в качестве источника высокого напряжения используется линейный индукторный трансформатор (ЛИТ), представляющий собой пакет из одновитковых трансформаторов-индукторов, и которых первичные обмотки запитаны параллельно от высоковольтного модулятора, а вторичные обмотки последовательно. В качестве вторичной обмотки используется центральный проводник коаксиальной вакуумной линии. Низковольтный конец проводника заземлен, а высоковольтный пропущен сквозь конусообразный проходной изолятор.

Такая установка имеет принципиально новые возможности в отношении вариации режима энерговклада за счет простого управления уровнем напряжения на генераторе импульсного напряжения (ГИН) и за счет простого изменения частоты импульсов.

Однако эта установка имеет ограничение по уровню напряжения, определяемое уровнем изоляции коаксиальной линии высоковольтного кабеля. Чем выше уровень напряжения на ГИН, тем выше крутизны фронта импульсного напряжения на ГИН и тем выше селективность раскрытия веществ и тем меньше их шламообразование. Кроме того, в установке не используются возможности ЛИТ. работать при частоте следования импульсов выше 1 килогерца. Последнее объясняется тем, что процесс электроимпульсной дезинтеграции сложных веществ типа горных пород не должен сопровождаться высоким шламообразованием из-за переизмельчения, т. е. каждый акт разрушения должен оканчиваться актом выведения разрушенного вещества, а на это необходимо между импульсами соответствующее время, поэтому частота работы электроимпульсной камеры для целей селективной дезинтеграции веществ должна быть порядка десяти герц.

Цель изобретения увеличение рабочего напряжения ГИН в два раза и многократное увеличение объема перерабатываемого вещества при увеличении частоты импульсов ЛИТ.

Цель достигается тем, что в устройство для электромпульсного разрушения материалов, состоящем из ЛИТ. в качестве вторичной обмотки которого применен высоковольтный кабель, являющийся высоковольтным электродом, низковольтный конец которого одновременно заземлен через высоковольтный конденсатор и подсоединен к ГИТ через управляемый разрядник, сигнал управления к которому поступает от таймера, а для увеличения напряжения от ГИН используется второй высоковольтный кабель, пропущенный через ЛИТ. но заземленный с противоположной стороны первого кабеля. Поэтому на высоковольтных концах двух кабелей возникают разнополярные импульсы и разность потенциалов между ними в 2 раза выше чем от одной вторичной обмотки ЛИТ.

При изготовлении ДИТ. с большим внутренним диаметром через ЛИТ. могут быть пропущены много пар высоковольтных кабелей, это позволит обеспечить поочередную работу электроимпульсных камер, число которых равно числу пар высоковольтных кабелей. Поочередная работа камер обеспечивается применением управляемых разрядников, число которых равно числу вторичных обмоток ЛИТ. Разрядники подключены параллельно высоковольтным индуктивностям, включенным со стороны земли во все вторичные обмотки ЛИТ.

Управление разрядниками обеспечивается с помощью таймера и счетчика выбора камер.

В результате патентного поиска не обнаружено технических решений с заявленной совокупностью признаков, обеспечивающих увеличение рабочего напряжения и многократное увеличение объема перерабатываемого вещества.

На чертеже представлена электрическая схема установки, где 1 ГИН. типа ЛИТ. вторичные обмотки 2, 3, 4, 5 которого выполнены в виде высоковольтного кабеля, высоковольтные концы которых одновременно выполняют функцию высоковольтного электрода.

У обмоток 2 и 5 концы с положительным потенциалом заземлены через высоковольтные индуктивности 6, а у обмоток 4, 3 концы с отрицательным потенциалом заземлены через индуктивности 6 и высоковольтный конденсатор 9. Сигналом с таймера 11 осуществляется запуск разрядника 8, подключающего ГИТ 10 к низковольтным концам обмоток 3 и 4. Сигналом с таймера 11 одновременно осуществляется запуск счетчика выбора камер 12, сигнал запуска с которого попадает на два управляемых разрядника 6 одной из пары вторичных обмоток 2 и 3 или 4 и 5. При этом два разрядника шунтируют две индуктивности 6, осуществляя таким образом работу одной из камер 13. Камеры 13 наполнены технической жидкостью, выполнены со стенками из диэлектрика и с металлическим заземленным дном.

По уровню энерговклада предложенная установка может работать в двух режимах. Первый слабый режим, когда эл. питание осуществляется только от ГИН-1. Второй мощный режим, когда эл. питания осуществляется от ГИН-1 и ГИТ-10. При этом ГИН и ГИТ оказываются включенными последовательно.

ГИН-1 служит для инициирования разряда и формирования канала сквозной проводимости в толще разрушаемого материала 14, а ГИТ-10 обеспечивает энерговклад в сформированный канал пробоя и определяет масштабы разрушения. Включенный в цепь ГИН-1 высоковольтный конденсатор 9 работает как небольшое емкостное сопротивление, через которое проходит ток от ГИН-1, но почтит не проходит ток от ГИТ-10, т.к. к моменту включения ГИТ-10 в разрушаемом материале импульсом ГИН 1 уже сформирован низкоомный проводящий канал для разрушающего тока ГИТ 10.

При подаче сигналов от таймера 11 на счетчик выбора камер 12 и ГИН 1, от счетчика 12 поступает импульс запуска на два разрядника 7 обмоток 2, 3 (или 4 и 5). Через землю 9, 7, 3, 14 и 2 начинает протекать ток, определяемый напряжением ГИН 1, далее от таймера 11 поступает сигнал запуска разрядника 8, который подключен ГИТ 10 и по которому земля 10, 8, 7, 3, 14 и 2 начинает протекать ток, определяемый напряжением на ГИТ 10. На этом цикле завершается. При следующем цикле работы установки счетчик 12 включает разрядники 7 новой пары обмоток, в нашем случае обмотки 4 и 5.

Положительный эффект заключается в существенном увеличении уровня высоковольтного импульса, увеличении энергии в импульсе за счет подключения ГИТ в сочетании с увеличением числа электроимпульсных камер. В качестве примера можно указать на имеющиеся в России разработки пермаллоевых сердечников нар 630 мм и вн 400 на основе этих сердечников, с помощью линейного индукторного трансформатора можно обеспечить поочередную работу более 20 электроимпульсных камер при частоте работы ЛИТ. 200 Гц.

Использование: горнодобывающая промышленность. Цель изобретения: увеличение рабочего напряжения в два раза при одновременном увеличении производительности установки в десятки раз. Сущность изобретения: вторичная обмотка ЛИТ. выполнена в виде нескольких десятков пар одновитковых обмоток. В каждой паре низковольтные концы заземлены: 1-й через высоковольтную индуктивность, 2-й через высоковольтную емкость и высоковольтную индуктивность. Все индуктивности закорачиваются управляемыми разрядницами. В месте соединения емкости и индуктивности все пары подсоединены к ГИТ через управляемый разрядник. Управление разрядниками осуществляется таймером и счетчиком выбора пары. Положительный эффект: оказывается возможным использование одного ЛИТ. одновременной работы на большое число объектов разрушения. При этом за счет увеличения напряжения на ГИН в 42 раза осуществлять высокую степень дезинтеграции сложных диэлектрических материалов. 1 ил.

Устройство для электроимпульсного разрушения материалов, состоящее из линейного индукторного трансформатора (ЛИТ), в качестве вторичной обмотки которого применен высоковольтный кабель, являющийся высоковольтным электродом, низковольтный конец которого через управляемый разрядник подсоединен к генератору импульсного тока и к земле через высоковольтный конденсатор, отличающееся тем, что, с целью увеличения импульсного напряжения и создания автоматического переключения ГИН и ГИТ на большое число объектов разрушения, вторичная обмотка ЛИТ выполнена двухвитковой, причем в середине индуктивность заземлена, а каждая половина индуктивности закорочена управляемым разрядником, число вторичных обмоток составляет несколько десятков, а включение обмоток осуществлено от таймерного устройства через счетчик выбора обмоток.