УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ С УПРАВЛЯЕМЫМ ЗАПУСКОМ Российский патент 2012 года по МПК E02D9/00 

Изобретение относится к устройству для отделения частей бетонного изделия, содержащему контейнер, в котором создают избыточное давление с помощью газа, образующегося в результате химического взаимодействия между химическим соединением и водным раствором после предварительно определенной задержки, причем контейнер содержит водный раствор и прикреплен к корпусу, содержащему первую полость для хранения химического соединения, а взрываемый диск расположен между первой полостью и контейнером для обеспечения полной герметизации между химическим соединением и водным раствором.

Существуют устройства для отделения, содержащие контейнер для размещения в нем химического или механического реагента, который при расширении вызывает разрыв бетонной части. В заявке на патент WO-0036228, таким образом, описан элемент для отделения, содержащий баллон, имеющий плоскую закрытую нижнюю стенку и боковую стенку, образующую острый угол с нижней стенкой. Жесткая труба, связанная с трубчатым фитингом, расположенным наверху боковой стенки, образует канал для введения разрывающего агента внутрь баллона. Этот тип элемента для отделения неудобен в использовании, так как требуется выполнение нескольких этапов: размещение элементов отдельно и последующее введение разрывающего агента в каждый из баллонов через жесткие полые трубы. Эти два этапа требуют затраты времени на стройплощадках и требуют особого внимания, особенно при введении разрывающего агента.

Одной из главных проблем способов отделения является управление расширением вводимых во взаимодействие агентов, посредством которых образуют разрывы в бетоне. Действительно, расширение вводимых во взаимодействие агентов не должно происходить до схватывания бетона, но и не должно происходить, когда сопротивление бетона становится слишком большим, особенно - его сопротивление растяжению. Известные расширяющие агенты часто представляют собой смеси, содержащие воду и негашеную известь, и обычно добавки, где эти добавки приспособлены к рабочим температурным условиям бетона и к типу изготавливаемого изделия.

Расширением, вызываемым химическим взаимодействием воды и негашеной извести, не легко управлять, даже используя замедлители. Так в патенте США № 4571124 описано вещество, способствующее разрушению, содержащее 30 мас.% порошка и 70 мас.% воды, помещенное в полые защитные трубы, которые сами помещены в замкнутое пространство области разрушения бетонной сваи. Порошок, представляющий собой вещество, способствующее разрушению, содержит смешанные оксиды кальция, алюминия и феррита ((CaO)₄Al₂O₃Fe₂O₃), свободный оксид кальция (CaO), оксид магния (MgO) и замедлитель, например бор. Расширение вещества, способствующего разрушению, ведет к разрывам в бетонной свае на предварительно определенном уровне. Одним из главных недостатков этого продукта является использование замедлителя, назначением которого является обеспечение расширения и, таким образом, образования разрывов, совпадающего с увеличением сопротивления бетонной сваи. Однако необходимо приспосабливать состав вещества, способствующего разрушению, к температурным условиям бетона на каждой стройплощадке, особенно путем изменения доли замедлителя в зависимости от температуры. Такое приспособление расширяющего агента к температурным условиям сложно в осуществлении на стройплощадках.

Документ (патент Японии) JP 08 285500 относится к контейнеру, в котором создают избыточное давление с помощью газа, образующегося после химического взаимодействия между химическим соединением и водным раствором, которые содержат в двух полостях, отделенных друг от друга взрываемым диском. Химическое взаимодействие происходит тогда, когда контейнер располагают против объекта, который предполагается взрывать.

Задачей изобретения является создание устройства для отделения, с помощью которого обеспечивают управляемый и надежный запуск химического взаимодействия независимо от ограничений, связанных с окружающей средой, пригодного для любых бетонных изделий и простого в использовании.

Устройство отличается тем, что в корпусе содержится вторая полость, в которой размещены: электронный триггер, исполнительный механизм, которым управляют с помощью триггера, для произведения взрыва взрываемого диска после предварительно определенной задержки, после чего происходит упомянутое химическое взаимодействие внутри контейнера.

Запуск исполнительного механизма происходит точно в заданное время, определенное задержкой, выполняемой посредством электронного триггера. Задержка длительностью в 3-4 дня должна проходить между запуском устройства и инициированием химического взаимодействия.

Согласно предпочтительному варианту выполнения диск является частью крышки, где диск установлен в корпусе, и им герметизирован корпус. Крышка содержит отверстие с внутренней резьбой, сопрягаемой с наружной резьбой на бобышке, выступающей на контейнере. Исполнительный механизм электронного триггера содержит пиротехнический детонатор, приводимый в действие разрядом конденсатора, для взрыва диска. Детонатор может быть расположен на печатной плате триггера или непосредственно на взрываемом диске.

Триггер дополнительно содержит цепь таймера, содержащую кварцевое временное развертывающее устройство и микроконтроллер. Инициирование задержки триггера и зарядки конденсатора осуществляют посредством активизирующей цепи, содержащей магнитный переключатель, взаимодействующий с двумя постоянными магнитами с противоположно расположенными полюсами, где один из магнитов является стационарным, а другой - удаляемым посредством шплинта.

Контейнер, закрытый крышкой, содержит полость, ограниченную двумя конусными стенками, образующими острый угол и имеющими общий наружный контур. Радиальные составляющие силы, вызываемые силами реакции, имеют наибольшее значение вблизи наружного контура таким образом, что они вызывают горизонтальный разрыв бетона вдоль плоскости, пересекающей наружный контур, таким образом определяя зону отделения. Действие вертикальных составляющих вызывает небольшое подъемное движение бетонной сваи во время операции отделения.

Другие преимущества и отличительные признаки изобретения станут очевидными при ознакомлении с последующим описанием конкретных вариантов выполнения изобретения, приведенных в качестве примеров, не ограничивающих объем изобретения, показанных на прилагаемых чертежах, на которых изображено:

на Фиг.1 - устройство для отделения согласно изобретению, вертикальный разрез, где контейнер находится в сборе с корпусом, содержащим электронный триггер;

на Фиг.2 - контейнер, вид в перспективе;

на Фиг.3 - корпус, представленный на Фиг.1, после отвинчивания и отделения нижнего контейнера;

на Фиг.4 - вертикальный разрез части устройства, представленной на Фиг.3;

на Фиг.5 - электрическая схема триггера;

на Фиг.6 - альтернативный вариант исполнения контейнера, представленного на Фиг.2.

Устройство для отделения частей бетонных изделий, особенно в форме свай, балок или отлитых стен, содержит контейнер 10, в котором образуется большое количество газа, вызывающего избыточное давление внутри контейнера 10. Это избыточное давление вызывает разрыв контейнера и создает силы реакции, способные разрывать бетон. Элементы для отделения устанавливают либо до отливки бетона, предпочтительно с установочной рамой, либо вставляют в свежий бетон после отливки, предпочтительно со стержнем, который можно повторно использовать или оставлять на месте.

Газ, вызывающий избыточное давление, образуется в результате химического взаимодействия химического соединения и водного раствора. Химическое соединение предпочтительно выбирают из: кальция, щелочных металлов (лития, калия и натрия), карбонатов щелочных металлов, карбида кальция и карбоната кальция.

Например, при использовании кальция образующийся газ является водородом согласно следующей формуле реакции:

Ca + H₂O → 1/2 H₂ + Ca(OH).

При использовании нескольких грамм (г) химического соединения, например 4 г чистого кальция, образуется достаточное количество газа для отделения бетонных частей. Можно, конечно, использовать и другие соединения без отступления от сути изобретения.

Для достижения эффекта расширения, когда бетон начинает схватываться, необходимо управлять образованием газа внутри контейнера 10 таким образом, чтобы это не происходило, пока бетон отливают или после того, как бетон станет слишком твердым. Для достижения возможности осуществления химического взаимодействия между химическим соединением и водным раствором в надлежащий момент, временем начала контакта водного раствора с химическим соединением управляют с помощью действия электронного триггера 11. Этот триггер расположен в корпусе 12, снабженном крышкой 12A, навинченной на контейнер 10 для его герметизации.

Согласно предпочтительному варианту исполнения изобретения предпочтительно используют контейнер 10 такого типа, который показан на Фиг.1 и 2. Контейнер 10, изготовленный из пластиков, например из полиэтилена, содержит внутреннюю полость 13, ограниченную двумя конусными стенками: нижней стенкой 14 и верхней стенкой 15, имеющими общий наружный контур 16 и образующими острый угол α, составляющий, например, от 5° до 60°. Нижняя стенка 14 содержит выступающий установочный элемент 17 для прикрепления контейнера 10 к металлической конструкции, помещаемой в свежий бетон, и удерживания контейнера на месте. Верхняя стенка 15 содержит выступающий прилив 18 с наружной резьбой 19 для ввинчивания ее в сопрягаемую резьбу 21 в отверстии 20 крышки 12A, для установки и герметизации контейнера 10 путем соединения его с корпусом 12 электронного триггера 11.

Крышка 12A отделена от корпуса 12 взрываемым диском 23, имеющим предварительно определенную толщину и образующим отделяющую стенку для обеспечения полной герметизации между кальцием и водой до тех пор, пока ни поступит команда на запуск, подаваемая электронным триггером 11. Над взрываемым диском 23 корпус 12 разделен на первую полость 24, в которой заключен картридж 25 с химическим соединением, например, на основе кальция, и вторую полость 26, в которой заключен электронный триггер 11.

На Фиг.3-5 представлены элементы электронного триггера 11, которые взаимно соединены на печатной плате, расположенной вертикально во второй полости 26. Триггер содержит активизирующую цепь 27; источник питания 28 постоянного тока, например батарею с напряжением 3В; таймер 29; цепь 30 переключения; цепь 31 резервирования энергии; и исполнительный механизм 32.

Активизирующая цепь 27 содержит, например, магнитный переключатель 33, например герконовое реле с гибким контактным ножом, взаимодействующим с двумя постоянными магнитами 34, 35, расположенными один за другим в верхней части корпуса 12. Один из магнитов 34 является стационарным, а другой магнит 35 может быть высвобожден под действием шплинта 36. Два магнита 34, 35 являются одинаковыми, но имеют противоположные магнитные полюса. Когда присутствуют два магнита 34, 35, их магнитные поля нейтрализуются, и переключатель 33 выключается. Активизация состоит в удалении второго магнита 35 путем вытягивания шплинта 36, вызывающим замыкание переключателя 33. Вместо магнитного переключателя 33 можно использовать любой другой тип переключателя, например электромеханический или электронный.

Батарея питания 28 напряжением 3В соединена последовательно с переключателем 33 и резистором R1. Цепь 31 резервирования энергии содержит электролитический конденсатор C1, соединенный параллельно между резистором R1 и линией низкого напряжения, образующей «землю» питания 28.

Таймер 29 содержит часы 37 и микроконтроллер 38. Часы 37 содержат кварцевое временное развертывающее устройство 39, соединенное как с микроконтроллером 38, так и с «землей» через два развязывающих конденсатора C3, C4.

Цепь переключения 30 содержит мощный транзистор Q2, например биполярный транзистор NPN, коллектор которого соединен последовательно с исполнительным механизмом 32, а его эмиттер соединен с «землей». База транзистора Q2 соединена с выходом S1 микроконтроллера 38 через резистор R2. Конечно, можно использовать и любой другой тип переключающего элемента.

Исполнительный механизм 32 содержит пиротехнический детонатор 40, а пластиковый взрываемый диск 23 предназначен для его разрушения при разрядке конденсатора C1. Детонатор 40 может быть представлен моделью N28BR компании Davey Bickford, и он расположен либо на печатной плате, либо непосредственно на взрываемом диске 23. В последнем случае детонатор соединен электрическим соединительным звеном (не показано) с печатной платой.

Электронный триггер 11 действует следующим образом:

Удаление шплинта 36 вызывает активизацию и замыкание переключателя 33, и начинается цикл отсчета времени триггером. Выход переключателя 33 соединяется через электрическое соединительное звено L1 с зажимом питания B1 микроконтроллера 38 для подачи напряжения, пригодного для цепи таймера 29. От батареи электропитания 28 начинается отсчет времени и в то же самое время начинается зарядка конденсатора C1 в цепи 31 резервирования энергии. Дополнительный конденсатор C4 соединен с зажимом питания B1 и «землей» для продолжения питания микроконтроллера 38 после того, как транзистор Q2 был переключен. Когда достигается время задержки, заданное таймером, на выход S1 микроконтроллера 38 подается команда на переключение транзистора Q2, который после этого переключается из состояния «выключено» в состояние «включено». Затем происходит разряд конденсатора C1 на детонатор 40, который в результате этого взрывается и вызывает образование избыточного давления в корпусе 12. Взрываемый диск 23 разрушается как только давление превышает предварительно определенное пороговое значение, например 5 бар.

Когда диск 23 таким образом разрушается, кальций 25, хранившийся в первой полости 24, падает в контейнер 10 и смешивается с водой, вызывая химическое взаимодействие, в результате которого выделяется газ водород внутри закрытого контейнера. Может быть также предусмотрен обратный порядок процедуры, где вода расположена сверху и она стекает на кальций.

Благодаря форме контейнера 10, представленного на Фиг.1, силы реакции F, возникающие в результате расширения, концентрируются, когда химическое соединение высвобождается посредством электронного триггера 11 и смешивается с водой, содержащейся в контейнере 10. Так как давление является обратной функцией площади, то радиальные составляющие F1, создаваемые силами реакции, оказываются больше вблизи наружного контура 16, общего для обеих конусных стенок 14 и 15. Это приводит в результате к горизонтальному разрыву бетона вдоль плоскости, пересекающей наружный контур 16, которым определена зона 22 отделения. Действие вертикальных составляющих сил F2 может вызывать небольшое подъемное движение бетонной сваи при отделении.

Колебания температуры оказывает на эффект расширения очень малое влияние, и нет необходимости изменять количество или состав химического соединения и/или водного раствора в зависимости от температуры.

Контейнер 10, используемый для отделения, может быть также выполнен другой формы, отличающейся от формы, описанной здесь. Например, в данном изобретении можно также использовать контейнер типа, описанного в заявке на патент WO-0036228.

Можно также использовать контейнер 10, изображенный на Фиг.6, имеющий более мелкий профиль, чем представленный на Фиг.2. Нижняя и верхняя стенки параллельны и подвергаются, соответственно, давлению сжатия (стрелка F4) и давлению расширения (стрелка F3). Направление разрыва после расширения проходит горизонтально (стрелка F5) и пересекает контур 16, как и на Фиг.1.

Изобретение относится к устройствам для отделения частей бетонного изделия. Устройство для отделения частей бетонного изделия содержит контейнер, в котором создают избыточное давление с помощью газа, образующегося в результате химического взаимодействия между химическим соединением и водным раствором, после заданной задержки. Контейнер содержит водный раствор и прикреплен к корпусу, содержащему первую полость для хранения в ней химического соединения и взрываемый диск, расположенный между первой полостью и контейнером, для обеспечения полной герметизации между химическим соединением и водным раствором. Корпус содержит вторую полость, в которой размещены: электронный триггер, исполнительный механизм, которым управляют посредством триггера для взрывания взрываемого диска после заданной задержки, что приводит к упомянутому химическому взаимодействию внутри контейнера. Технический результат состоит в обеспечении управляемого и надежного запуска химического взаимодействия независимо от ограничений, связанных с окружающей средой, пригодного для любых бетонных изделий и простого в использовании. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для отделения частей бетонного изделия, содержащее контейнер (10), в котором создают избыточное давление с помощью газа, образующегося в результате химического взаимодействия между химическим соединением и водным раствором, после заданной задержки; причем контейнер (10) содержит водный раствор и прикреплен к корпусу (12), содержащему первую полость (24) для хранения в ней химического соединения и взрываемый диск (23), расположенный между первой полостью (24) и контейнером (10), для обеспечения полной герметизации между химическим соединением и водным раствором;
в котором корпус (12) содержит вторую полость (25), в которой размещены: электронный триггер (11); исполнительный механизм (32), которым управляют посредством триггера (11) для взрывания взрываемого диска (23) после заданной задержки, что приводит к упомянутому химическому взаимодействию внутри контейнера (10).

2. Устройство для отделения по п.1, в котором диск (23) является частью крышки (12А), установленной в корпусе (12), с помощью которой обеспечена герметизация корпуса (12).

3. Устройство для отделения по п.2, в котором крышка (12А) содержит отверстие (20) с внутренней резьбой (21), сопрягаемой с наружной резьбой (19) на приливе (18), выступающем на контейнере (10).

4. Устройство для отделения по п.1, в котором исполнительный механизм (32) электронного триггера (11) содержит пиротехнический детонатор (40), приводимый в действие посредством разряда конденсатора (С1) для взрывания диска (23).

5. Устройство для отделения по п.4, в котором триггер (11) дополнительно содержит цепь (29) таймера, приводимую в действие для управления цепью (30) переключения, соединенной последовательно с исполнительным механизмом (32).

6. Устройство для отделения по п.5, в котором цепь (29) таймера содержит часы (37), содержащие кварцевое временное развертывающее устройство (39) и микроконтроллер (38).

7. Устройство для отделения по п.4, в котором инициирование задержки триггера (11) и зарядки конденсатора (С1) осуществляют с помощью активизирующей цепи (27), содержащей магнитный переключатель (38), взаимодействующий с двумя постоянными магнитами (34, 35) с противоположными полюсами, причем один из магнитов (34) выполнен стационарным, а другой магнит (35) выполнен с возможностью удаления с помощью шплинта (36).

8. Устройство для отделения по п.6, в котором цепь переключения (30) содержит биполярный транзистор (Q2), имеющий базу, соединенную с выходом (S1) микроконтроллера (38) через резистор (R2).

9. Устройство для отделения по п.4, в котором детонатор (40) расположен на печатной плате триггера (11) или непосредственно на взрываемом диске (23).

10. Устройство для отделения по п.1, в котором контейнер (10), закрытый крышкой (12А), содержит полость (13), ограниченную двумя конусными стенками (14, 15), образующими острый угол (α) и имеющими общий наружный контур (16).