СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФРАГМЕНТАЦИИ И/ИЛИ ОСЛАБЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА ПОСРЕДСТВОМ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 2016 года по МПК B02C19/18 

Изобретение относится к способу фрагментации и/или ослабления материала посредством высоковольтных импульсов, электроду для осуществления способа, устройству для фрагментации и/или ослабления материала посредством высоковольтных импульсов, в частности, согласно этому способу, а также к использованию электрода или устройства для фрагментации и/или ослабления материала согласно родовому понятию независимого пункта формулы изобретения.

Из уровня техники известно измельчение самых различных материалов, например, бетона или горной породы посредством импульсных разрядов высокого напряжения или ослабления их, например, при создании в них трещин для возможности более простого их измельчения в последовательно включенном механическом процессе измельчения.

Для этого измельчаемый или ослабляемый материал вместе с технологической жидкостью, например водой, устанавливают на участке, на котором между двумя электродами создают пробои высокого напряжения. Для создания пробоя на электроды подают высоковольтные импульсы. При этом необходимо конечное время для возможности соединения предразрядными каналами участков материала и технологической жидкости и возникновения сплошного плазменного канала, приводящего затем к пробою. В течение этого времени ток протекает по технологической жидкости, имеющей определенную электрическую проводимость, которая может возрастать с увеличением времени эксплуатации между электродами, вследствие чего напряжение между ними постоянно снижается из-за разряда подающего энергию накопителя энергии. Протекающий до пробоя ток не выполняет работу по фрагментации или ослаблению материала, а только нагревает технологическую жидкость. Поэтому он несет потери, ухудшающие энергетическую эффективность процесса. Постоянная замена или непрерывная дорогостоящая подготовка технологической жидкости с целью сохранения или снижения электрической проводимости также уменьшает эффективность процесса. При падении напряжения уже во время создания предразрядных каналов, вследствие напряжения пробоя, предразрядные каналы больше не растут и "умирают". Пробой или сплошной плазменный канал в этом случае не возникает, а вся подведенная энергия для процесса фрагментации или ослабления теряется.

В определенных вариантах применения также было бы желательно не создавать пробои для щадящего предварительного ослабления материала, а только предразрядные каналы. Тем не менее, в этом случае также желательно, чтобы по возможности наименьшая доля подведенной энергии служила для нагрева технологической жидкости, а возможно большая доля - для образования предразрядных каналов.

Поэтому задача изобретения состоит в создании таких способа и устройства для фрагментации или ослабления материалов при помощи высоковольтных импульсов, которые имеют очень хорошую энергетическую эффективность и допуск в отношении повышения проводимости технологической жидкости.

Эта задача решается объектами независимых пунктов формулы изобретения. Согласно этим объектам первый аспект изобретения относится к способу фрагментации и/или ослабления материала, предпочтительно, материала горной породы или руды, посредством высоковольтных импульсов.

Под фрагментацией понимают измельчение материала. Под ослаблением (называемым также предварительным ослаблением) - создание в материале внутренних трещин, облегчающих дальнейшее, в частности, механическое измельчение материала.

При этом фрагментируемый и/или ослабляемый материал располагают вместе с технологической жидкостью в образованной между двумя электродами открытой или замкнутой технологической зоне, так, что вся технологическая зона залита технологической жидкостью, электроды, в частности, оба электрода, находятся в контакте с технологической жидкостью, а расположенный между обоими электродами фрагментируемый или ослабляемый материал полностью погружен в технологическую жидкость. В этом состоянии на электроды подают высоковольтные импульсы, так, что между ними возникают пробои высокого напряжения, или только образуются предразрядные каналы без пробоев высокого напряжения, например, если они нежелательны.

Согласно изобретению начинает действовать, по меньшей мере, один из обоих электродов, согласно формуле изобретения первый электрод, имеющий металлический проводник, снабженный на рабочем конце электрода, контактирующего с технологической жидкостью, частичной или полной соответствующей формуле изобретения первой изоляцией или изоляционным покрытием, имеющим диэлектрическую проницаемость, составляющую, по меньшей мере, 75% диэлектрической проницаемости технологической жидкости. Предпочтительно, если в качестве технологической жидкости используется вода, имеющая обычно диэлектрическую проницаемость около 80.

Неожиданно оказалось, что применение такого согласно изобретению электрода значительно улучшает энергетическую эффективность способа фрагментации и/или ослабления материала согласно родовому понятию посредством высоковольтных импульсов и, кроме того, при помощи него можно получить больший допуск в отношении увеличения проводимости технологической жидкости.

Предпочтительно, если используется соответствующий формуле изобретения первый электрод, соответствующая формуле изобретения первая изоляция которого или изоляционное покрытие которого имеет диэлектрическую проницаемость больше, чем 50, предпочтительно, больше, чем 80.

При этом предпочтительно, если диэлектрическая проницаемость первой изоляции или изоляционного покрытия составляет от 60 до 100, в частности, от 75 до 85.

Применение электродов с такими первыми изоляциями или изоляционными покрытиями особенно предпочтительно при осуществлении способа, в котором в качестве технологической жидкости используют воду.

В предпочтительном варианте осуществления способа используют соответствующий формуле изобретения первый электрод, металлический проводник которого имеет на рабочем конце электрода, контактирующего с технологической жидкостью, наряду с соответствующей формуле изобретения первой изоляцией или изоляционным покрытием, также соответствующую формуле изобретения вторую изоляцию или изоляционное покрытие, имеющее диэлектрическую проницаемость меньше 50% диэлектрической проницаемости технологической жидкости, в частности, диэлектрическую проницаемость от 2 до 10. Участки электрода, снабженные этой второй изоляцией или изоляционным покрытием, особенно хорошо подходят для механического соединения электрода с несущей структурой.

При этом предпочтительно, если используется соответствующий формуле изобретения первый электрод, в котором первая изоляция или изоляционное покрытие и вторая изоляция или изоляционное покрытие непосредственно примыкают друг к другу, переходят друг в друга или проникают друг в друга, так что образуют одну сплошную и, предпочтительно, замкнутую изолирующую поверхность. Таким образом, можно переносить зоны с очень сильными электрическими полями целенаправленно на те участки соответствующего контура электродов, на которых для создания предразрядных каналов, а при необходимости и высоковольтных пробоев это целесообразно.

Кроме того, предпочтительно, если диэлектрическая проницаемость образованной первой изоляцией или изолирующим покрытием и второй изоляцией или изолирующим покрытием изолирующей поверхности в направлении в сторону от рабочего конца снижается; изолирующая поверхность, в частности, на участке, расположенном ближе всего к открытому концу рабочего конца электрода, имеет наибольшую диэлектрическую проницаемость, а в самом дальнем от этого открытого конца участке - самую маленькую диэлектрическую проницаемость. При этом предпочтительным является уменьшение диэлектрической проницаемости, по меньшей мере, участками плавно, что может достигаться, например, посредством того, что изоляции или изоляционные покрытия проникают или переходят друг в друга через определенный участок. Это предотвращает резкие изменения поля.

В другом предпочтительном варианте осуществления способа технологическая зона образуется между двумя расположенными с интервалом друг над другом электродами, так, что расположенный в технологической зоне фрагментируемый и/или ослабляемый материал опирается на нижний электрод. По меньшей мере, для верхнего электрода предпочтительно используется первый электрод. Такая компоновка электродов оказалась особенно предпочтительной и дает, кроме того, при выполнении верхнего электрода в виде первого электрода, преимущество в том отношении, что их первая и/или вторая изоляция или изоляционное покрытие лишь очень незначительно нагружается механически фрагментируемым и/или ослабляемым материалом.

В других предпочтительных вариантах осуществления способ проводят в замкнутой технологической зоне, предпочтительно, в замкнутом технологическом резервуаре или в открытой технологической зоне. Первый указанный вариант подходит, прежде всего, для ступенчатого режима работы, в то время как указанные последние варианты предпочтительны для поточного режима работы. Для этого в указанном последнем случае предпочтительно в качестве нижнего электрода использовать транспортер с электродом, при помощи которого фрагментируемый и/или ослабляемый материал можно подводить в технологическую зону, а после воздействия на него - извлекать из технологической зоны.

Второй аспект изобретения относится к электроду, применяемому в способе согласно первому аспекту изобретения.

Электрод содержит металлический проводник, например, из меди или высококачественной стали, частично или полностью снабженный на рабочем конце электрода, в частности, на конце электрода, контактирующего при его использовании по прямому назначению с технологической жидкостью, первой изоляцией или изоляционным покрытием, согласно формуле изобретения. Эта изоляция или изоляционное покрытие имеет диэлектрическую проницаемость больше 50, предпочтительно, больше 80.

При помощи таких электродов значительно улучшается энергетическая эффективность известного способа фрагментации и/или ослабления материала посредством высоковольтных импульсов, и, кроме того, можно достичь увеличенного допуска в отношении повышения проводимости технологической жидкости.

Первая согласно формуле изобретения изоляция или изоляционное покрытие имеет предпочтительно диэлектрическую проницаемость от 60 до 100, более предпочтительнее - от 75 до 85. Электроды с такими первыми изоляциями или изоляционными покрытиями особенно хорошо подходят для применения в способе, в котором в качестве технологической жидкости используется вода.

В предпочтительном варианте выполнения электрода его металлический проводник на рабочем конце электрода имеет, наряду с первой согласно формуле изобретения изоляцией или изоляционным покрытием, вторую согласно формуле изобретения изоляцию или изоляционное покрытие, имеющее диэлектрическую проницаемость меньше 50, в частности, диэлектрическую проницаемость от 2 до 10. Участки, снабженные этой второй изоляцией или изоляционным покрытием, особенно хорошо подходят для механического присоединения электрода к несущей структуре.

При этом предпочтительно, если первая изоляция или изоляционное покрытие и вторая изоляция или изоляционное покрытие непосредственно примыкают друг к другу, переходят друг в друга или проникают друг друга, так, что образуют одну сплошную, предпочтительно замкнутую изолирующую поверхность. Это предотвращает возможные разрядные зоны между изоляциями или изоляционными покрытиями.

Согласно этому варианту выполнения предпочтительно, если диэлектрическая проницаемость изолирующей поверхности, образованной первой изоляцией или изоляционным покрытием и второй изоляцией или изоляционным покрытием, снижается в направлении в сторону от рабочего конца; эта изолирующая поверхность на участке, расположенном ближе всего к открытому концу рабочего конца электрода, имеет самую большую диэлектрическую проницаемость, а на участке, расположенном дальше всего от открытого конца - самую маленькую диэлектрическую проницаемость. Кроме того, предпочтительно, если уменьшение диэлектрической проницаемости происходит, по меньшей мере, участками плавно. Это предотвращает резкое изменение поля.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрода металлический проводник образует на рабочем конце электрода кольцеобразный участок с закругленной кромкой. При надлежащем режиме работы электрода этот кольцеобразный участок служит для разряда поля.

При этом кольцеобразный участок может быть соединен электропроводно с металлическим проводником, например, при его монолитном выполнении с ним, или, он может быть отделен первой изоляцией или изолирующим покрытием от металлического проводника и тем самым - электрически изолированным от него. Это несущественно влияет на такую функцию, как разрядка поля.

Кольцеобразный участок снабжен предпочтительно, по меньшей мере, на его поверхностях, обращенных от рабочего конца электрода, первой изоляцией или изолирующим покрытием, в частности, при его электрическом соединении с металлическим проводником. Это позволяет значительного уменьшить электропроводящую поверхность электрода.

В одном варианте описанного ранее электрода, кольцеобразный участок образует конец электрода со стороны рабочего конца. Вследствие этого получается тупой электрод с большой, например, торцовой поверхностью в виде тарелки.

В другом варианте выполнения электрода к кольцеобразному участку примыкает предпочтительно чашеобразное или вращательно - параболическое острие электрода, образующее со стороны рабочего конца конец электрода. Предпочтительно острие электрода на своем открытом конце является металлическим и не покрыто изоляцией. В результате получается относительно острый электрод с маленькой торцовой поверхностью.

В зависимости от области применения электрода предпочтителен один или другой вариант.

В следующем предпочтительном варианте выполнения электрод имеет корпус изолятора из материала с диэлектрической проницаемостью меньше 20, например, из РЕ или РР (полиэтилена или полипропилена), из которого на рабочем конце выступает металлический проводник. Этот корпус изолятора может образовывать вторую изоляцию или также иметь вторую изоляцию или изоляционное покрытие. Такие электроды, электрически изолированные при помощи корпуса изолятора, можно просто фиксировать на несущей структуре.

В одном варианте этого варианта выполнения электрода, корпус изолятора пронизан одним или несколькими концентрично проходящими к расположенному в его центре металлическому проводнику кольцеобразными элементами из материала с более высокой диэлектрической проницаемостью, чем материал изолятора, например, из металлического материала, например, из высококачественной стали или из пронизанного графитом полимерного материала. Это целенаправленно может влиять на усредненное распределение диэлектрической проницаемости по объему корпуса изолятора на этом участке.

Кроме того, в варианте выполнения электрода с корпусом изолятора предпочтительным является, что металлический проводник снабжен на участке, на котором он выходит из корпуса изолятора, первой или второй изоляцией или изоляционным покрытием. В частности, если он снабжен в этом месте второй изоляцией или изоляционным покрытием, возникает относительно мягкий переход, касающийся напряженностей поля от корпуса изолятора на металлический проводник.

Третий аспект изобретения относится к устройству для фрагментации и/или ослабления материала, предпочтительно, материала горной породы или руды, посредством высоковольтных импульсов. Предпочтительно это устройство подходит для осуществления способа согласно первому аспекту изобретения.

Устройство содержит два электрода, один из которых или оба выполнены в виде электрода согласно второму аспекту изобретения. Между обоими электродами образована технологическая зона, в которой фрагментируемый и/или ослабляемый материал и технологическая жидкость могут располагаться так, что вся технологическая зона залита технологической жидкостью. В этом положении на электроды подают высоковольтные импульсы, так, что между обоими электродами происходят пробои высокого напряжения и/или так, что образуются предразрядные каналы без пробоев.

В предпочтительном варианте выполнения устройства оба электрода расположены друг над другом, так, что фрагментируемый и/или ослабляемый материал при заполненной технологической зоне опирается на нижний электрод. При этом предпочтительно верхний электрод является, по меньшей мере, электродом согласно второму аспекту изобретения. Такая компоновка электродов оказалась особенно предпочтительной и, кроме того, при выполнении верхнего электрода, в качестве первого согласно формуле изобретения электрода, дает преимущество в том, что его первая и/или вторая изоляция или изолирующая облицовка очень незначительно подвергается механической нагрузке фрагментируемым и/или ослабляемым материалом.

В других предпочтительных вариантах выполнения устройство имеет либо замкнутую или выполненную с возможностью замыкания технологическую зону, образованную, предпочтительно замкнутым технологическим резервуаром, либо открытую технологическую зону. Первый указанный вариант подходит, прежде всего, для порционного режима работы, в то время как последние варианты являются предпочтительными для поточного режима работы. Для этого в указанном последнем случае нижний электрод выполнен предпочтительно как транспортер с электродом, при помощи которого фрагментируемый и/или ослабляемый материал можно направлять в технологическую зону и извлекать после воздействия на него из технологической зоны.

Другие выполнения, преимущества и применения изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения и из следующего описания посредством фигур. На них показаны:

фиг. 1 - вертикальный разрез половины рабочего конца первого согласно изобретению электрода;

фиг. 2 - вертикальный разрез половины рабочего конца второго согласно изобретению электрода;

фиг. 3 - вертикальный разрез половины рабочего конца третьего согласно изобретению электрода;

фиг. 4 - вертикальный разрез половины рабочего конца четвертого согласно изобретению электрода;

фиг.5 - вертикальный разрез половины рабочего конца пятого согласно изобретению электрода;

фиг. 6 - вертикальный разрез половины рабочего конца шестого согласно изобретению электрода;

фиг. 7 - вертикальный разрез половины рабочего конца седьмого согласно изобретению электрода;

фиг. 8 - вертикальный разрез половины рабочего конца восьмого согласно изобретению электрода;

фиг. 9 - вертикальный разрез половины рабочего конца девятого согласно изобретению электрода;

фиг. 10 - вертикальный разрез половины рабочего конца десятого согласно изобретению электрода;

фиг. 11 - вертикальный разрез половины рабочего конца одиннадцатого согласно изобретению электрода;

фиг. 12 - вертикальный разрез половины рабочего конца двенадцатого согласно изобретению электрода;

фиг. 13 - вертикальный разрез половины рабочего конца тринадцатого соответствующего изобретению электрода;

фиг. 14 - вертикальный разрез в поперечном направлении половины рабочего конца четырнадцатого соответствующего изобретению электрода;

фиг. 15 - вертикальный разрез в продольном направлении половины рабочего конца электрода по фиг.14;

фиг. 16 - вертикальный разрез в продольном направлении половины рабочего конца пятнадцатого согласно изобретению электрода;

фиг. 17 - вертикальный разрез в поперечном направлении половины рабочего конца электрода по фиг.16;

фиг. 18 - вертикальный разрез половины рабочего конца шестнадцатого согласно изобретению электрода; и

фиг. 19 - вид половины рабочего конца электрода по фиг. 18.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез половины рабочего конца первого согласно изобретению вращательно-симметричного электрода. Как показано, электрод имеет, по существу, металлический проводник 1 в виде стержня, выполненный, например, из меди или высококачественной стали, образующий на изображенном рабочем конце электрода кольцеобразный участок 5 с закругленной кромкой 6 и переходящий, примыкая к кольцеобразному участку 5 к открытому концу электрода в чашеобразное острие 8 электрода, представляющее конец электрода со стороны рабочего конца. Металлический проводник 1 полностью снабжен, вплоть до самого острия 8 электрода, первым согласно формуле изобретения изолирующим покрытием 2, например, из материала TiO₂, имеющего диэлектрическую проницаемость больше 50. Кольцеобразный участок 5 служит для разряда поля.

На фиг. 2 показан вертикальный разрез половины рабочего конца второго согласно изобретению электрода, отличающийся от показанного на фиг. 1 только тем, что металлический проводник 1 выступает из корпуса 3 изолятора из материала с диэлектрической проницаемостью меньше 20, например, из РЕ или PP.

На фиг. 3 показан вертикальный разрез половины рабочего конца третьего согласно изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 2 электрода только тем, что металлический проводник 1 не имеет изоляционного покрытия на участке, где он окружен корпусом 3 изолятора.

На фиг. 4 показан вертикальный разрез половины рабочего конца четвертого согласно изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 3 только тем, что острие 8 электрода имеет кольцевую выточку 9, в которой заканчивается изоляционное покрытие 2.

На фиг. 5 показан вертикальный разрез половины рабочего конца пятого согласно изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 2 только тем, что металлический проводник 1 имеет на участке, примыкающем к противоположной рабочему концу стороне кольцеобразного участка 5, второе согласно формуле изобретения изоляционное покрытие 4, например, из РЕ, имеющее диэлектрическую проницаемость меньше 50.

На фиг. 6 показан вертикальный разрез половины рабочего конца шестого согласно изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 2 только тем, что корпус 3 изолятора пронизан несколькими, концентрично проходящими к пронизывающему его металлическому проводнику 1 кольцеобразными элементами 7 из материала с более высокой диэлектрической проницаемостью, чем материал изолятора 3, например, из высококачественной стали или из пронизанного графитом полимерного материала.

На фиг. 7 показан вертикальный разрез половины рабочего конца седьмого согласно изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 3 и фиг. 4 электрода только тем, что к кольцеобразному участку 5 не примыкает образующий острие электрода конец со стороны рабочего конца электрода, а кольцеобразный участок 5 образует конец со стороны рабочего конца электрода и его торцовая поверхность 10 полностью покрыта изоляционным покрытием 2.

На фиг. 8 показан вертикальный разрез половины рабочего конца восьмого согласно изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 7 только тем, что торцовая поверхность 10 металлическая и не покрыта изоляцией, а изоляционное покрытие 2 продолжается немного дальше вплоть до корпуса изолятора 3.

На фиг. 9 показан вертикальный разрез половины рабочего конца девятого согласно изобретению в виде стержня электрода, отличающегося от показанного на фиг. 1 только тем, что он не имеет кольцеобразный участок.

На фиг. 10 показан вертикальный разрез половины рабочего конца десятого согласно изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 9 только тем, что металлический проводник 1 выступает из корпуса 3 изолятора из материала с диэлектрической проницаемостью меньше 20, например, из РЕ или PP.

На фиг. 11 показан вертикальный разрез половины рабочего конца одиннадцатого соответствующего изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 9 только тем, что металлический проводник 1 снабжен первым согласно формуле изобретения изоляционным покрытием 2 только на участке острия 8 электрода, причем острие 8 электрода металлическое и не покрыто изоляцией, а на остальных участках снабжен вторым согласно формуле изобретения изоляционным покрытием 4, например, из РЕ, с диэлектрической проницаемостью меньше 50. При этом оба изоляционных покрытия 2, 4 переходят друг в друга на участке 11 перехода.

На фиг. 12 показан вертикальный разрез половины рабочего конца двенадцатого соответствующего изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 11 только тем, что металлический проводник 1 выступает из корпуса 3 изолятора из материала с диэлектрической проницаемостью меньше 20, например, из РЕ или PP.

На фиг. 13 показан вертикальный разрез половины рабочего конца тринадцатого соответствующего изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 10 электрода только тем, что металлический проводник 1 несет кольцеобразный выступ 5 с закругленной кромкой 6 между острием 8 электрода и корпусом 3 изолятора, из такого же металла, как и металлический проводник 1 или из другого металлического материала, служащего для разрядки поля и отделенного первым согласно формуле изобретения изоляционным покрытием 2 от металлического проводника 1 и электрически изолированного от него. Другое отличие от показанного на фиг. 10 электрода состоит в том, что все острие 8 электрода металлическое и не покрыто изоляцией. Металлический проводник 1 такого электрода изготавливают экономически выгодно из круглого металлического штока, снабженного первым согласно формуле изобретения изоляционным покрытием, в то время, как его конец обтачивается для создания не покрытого изоляцией острия 8 электрода, и, в то время, как на металлический шток, на примыкающий к острию 8 электрода покрытый участок, насаживается в горячем состоянии конструктивный элемент 12, образующий кольцеобразный выступ 5.

На фиг. 14 и фиг. 15 показаны вертикальные разрезы, в первом случае поперек (фиг. 14), а во втором - вдоль (фиг. 15) соответственно половины рабочего конца четырнадцатого соответствующего изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 7 только тем, что он имеет вместо круглой головки электрода в форме тарелки показанного на фиг. 7 электрода - похожую на балку головку 13 электрода с закругленной кромкой 6.

На фиг. 16 и фиг. 17 показаны вертикальные разрезы в первом случае поперек (фиг. 17), а во втором - вдоль (фиг. 16) соответственно половины рабочего конца пятнадцатого соответствующего изобретению электрода, отличающегося от показанных на фиг. 14 и фиг. 15 только тем, что он имеет вместо похожей на балку головки электрода полностью покрытую первым согласно формуле изобретения изоляционным покрытием 2 подобную скобе головку 14 электрода, между которой закреплена не покрытая изоляцией электродная проволока 15.

На фиг. 18 показан вертикальный разрез половины рабочего конца шестнадцатого соответствующего изобретению электрода, отличающегося от показанного на фиг. 7 только тем, что он имеет вместо круглой головки электрода в виде тарелки с закругленной кромкой электрода согласно фиг. 7 - круглую головку 16 электрода в виде тарелки с кромкой 17 с контуром усеченного конуса, причем на нижней стороне головки 16 электрода, на участке кромки, равномерно распределяясь по его периметру, вниз выступают, с небольшим наклоном наружу, шесть в виде пальцев остриев 18 электрода. Острие 18 электрода имеет чашеобразные торцовые поверхности. Вся головка 16 электрода снабжена вплоть до этих торцовых поверхностей первым согласно формуле изобретения изоляционным покрытием 2.

На фиг. 19 показан вид сверху половины рабочего конца электрода по фиг. 18. В то время как в данной заявке выполнения изобретения описаны предпочтительные варианты изобретения, понятно, что изобретение не ограничено ими, а также может выполняться другим способом в пределах объема следующих затем пунктов формулы изобретения.

Группа изобретений относится к способу фрагментации и/или ослабления материала посредством высоковольтных импульсов, электроду и устройству для осуществления способа фрагментации и/или ослабления материала посредством высоковольтных импульсов и применению электрода или устройства для фрагментации и/или ослабления каменного материала или руды. Способ заключается в том, что материал и технологическую жидкость располагают в образованной между двумя электродами технологической зоне так, что вся технологическая зона залита технологической жидкостью, причем на электроды подают высоковольтные импульсы так, что между двумя электродами возникают пробои высокого напряжения и/или образуются предразрядные каналы без пробоев. По меньшей мере для одного из обоих электродов выбран электрод с металлическим проводником, контактирующий с технологической жидкостью и снабженный на рабочем конце электрода частично или полностью изоляцией или изоляционным покрытием, имеющим диэлектрическую проницаемость, составляющую, по меньшей мере, 75% диэлектрической проницаемости технологической жидкости. Электрод характеризуется тем, что первая изоляция или изоляционное покрытие имеют диэлектрическую проницаемость больше 50, в частности больше 80. Устройство содержит два электрода, по меньшей мере один из которых выполнен в соответствии с вышеизложенным. Группа изобретений позволяет повысить энергетическую эффективность фрагментации и/или ослабления таких материалов, как каменный материал или руда. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Способ фрагментации и/или ослабления материала, в частности каменного материала или руды, посредством высоковольтных импульсов, причем фрагментируемый и/или ослабляемый материал и технологическую жидкость располагают в образованной между двумя электродами технологической зоне так, что вся технологическая зона залита технологической жидкостью, причем на электроды подают высоковольтные импульсы так, что между двумя электродами возникают пробои высокого напряжения и/или образуются предразрядные каналы без пробоев, причем в качестве, по меньшей мере, первого из обоих электродов выбирают электрод с металлическим проводником (1), контактирующим с технологической жидкостью и снабженным на рабочем конце электрода частично или полностью первой изоляцией, в частности первым изоляционным покрытием (2), имеющим диэлектрическую проницаемость, составляющую, по меньшей мере, 75% диэлектрической проницаемости технологической жидкости, являющейся, в частности, водой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выбирают первый электрод, первая изоляция которого или изоляционное покрытие имеет диэлектрическую проницаемость больше чем 50, предпочтительно больше чем 80.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что выбирают первый электрод, первая изоляция которого или изоляционное покрытие (2) имеет диэлектрическую проницаемость от 60 до 100, в частности от 75 до 85.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что выбирают первый электрод, снабженный частично или полностью на рабочем конце, контактирующем с технологической жидкостью, первой изоляцией или изоляционным покрытием (2) и частично второй изоляцией (3), в частности вторым изоляционным покрытием (4), имеющим диэлектрическую проницаемость меньше 50% диэлектрической проницаемости технологической жидкости, являющейся, в частности, водой, в частности диэлектрическую проницаемость от 2 до 10.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что выбирают первый электрод, в котором первая изоляция или изоляционное покрытие (2) и вторая изоляция (3) или изоляционное покрытие (4) непосредственно примыкают друг к другу, переходят друг в друга или проникают друг в друга так, что образуют одну сплошную, в частности замкнутую, изолирующую поверхность.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что выбирают первый электрод, в котором диэлектрическая проницаемость образованной первой изоляцией или изолирующим покрытием (2) и второй изоляцией (3) или изолирующим покрытием (4) изолирующей поверхности в направлении в сторону от рабочего конца снижается, в частности уменьшается, по меньшей мере, участками плавно.

7. Способ по любому из пп. 1-3, 5, 6, отличающийся тем, что технологическую зону образуют между двумя расположенными с интервалом друг над другом электродами так, что расположенный в технологической зоне фрагментируемый и/или ослабляемый материал опирается на нижний электрод, причем, по меньшей мере, первый электрод используют в качестве верхнего электрода.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что замкнутую технологическую зону выполняют в замкнутом технологическом резервуаре.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что создают открытую технологическую зону, а в качестве нижнего электрода используют транспортер с электродом.

10. Электрод для осуществления способа по любому из пп. 1-9, содержащий металлический проводник (1), частично или полностью снабженный на рабочем конце электрода, в частности на конце электрода, контактирующего при его использовании по прямому назначению с технологической жидкостью, первой изоляцией, в частности изоляционным покрытием (2), имеющим диэлектрическую проницаемость больше 50, в частности больше 80.

11. Электрод по п. 10, отличающийся тем, что диэлектрическая проницаемость первой изоляции или изоляционного покрытия (2) составляет от 60 до 100, в частности от 75 до 85.

12. Электрод по п. 10 или 11, отличающийся тем, что металлический проводник (1) снабжен на рабочем конце электрода, контактирующего при использовании по прямому назначению электрода с технологической жидкостью, частично второй изоляцией (3) или изоляционным покрытием (4), имеющим диэлектрическую проницаемость меньше 50, в частности диэлектрическую проницаемость от 2 до 10.

13. Электрод по п. 12, отличающийся тем, что первая изоляция или изоляционное покрытие (2) и вторая изоляция (3) или изоляционное покрытие (4) непосредственно примыкают друг к другу, переходят друг в друга или проникают друг в друга так, что образуют одну сплошную, в частности замкнутую, изолирующую поверхность.

14. Электрод по п. 13, отличающийся тем, что диэлектрическая проницаемость образованной первой изоляцией или изоляционным покрытием (2) и второй изоляцией (3) или изоляционным покрытием (4) изолирующей поверхности снижается в направлении в сторону от рабочего конца, в частности снижается, по меньшей мере, участками плавно.

15. Электрод по п. 10, отличающийся тем, что металлический проводник (1) электрода образует на рабочем конце кольцеобразный участок (5) с закругленной кромкой (6).

16. Электрод по п. 15, отличающийся тем, что кольцеобразный участок (5) отделен первой изоляцией или изоляционным покрытием (2) от металлического проводника (1).

17. Электрод по п. 15 или 16, отличающийся тем, что кольцеобразный участок (5) имеет, по меньшей мере, на своих поверхностях в сторону от рабочего конца первую изоляцию или изолирующее покрытие (2).

18. Электрод по п. 17, отличающийся тем, что кольцеобразный участок (5) образует конец электрода со стороны рабочего конца.

19. Электрод по п. 17, отличающийся тем, что к кольцеобразному участку примыкает, в частности, чашеобразное или вращательно-параболическое острие электрода, образующее со стороны рабочего конца конец электрода и, в частности, на своем открытом конце металлическое острие, не покрытое изоляцией.

20. Электрод по любому из пп. 10, 11, 13-16, 18, 19, отличающийся тем, что электрод имеет корпус (3) изолятора, выполненный из материала с диэлектрической проницаемостью меньше 20, из которого на рабочем конце выступает металлический проводник (1).

21. Электрод по п. 20, отличающийся тем, что корпус (3) изолятора пронизан одним или несколькими концентрично проходящими к пронизывающему его металлическому проводнику (1) кольцеобразными элементами (7), выполненными из материала с более высокой диэлектрической проницаемостью, чем материал изолятора (3).

22. Электрод по п. 20, отличающийся тем, что металлический проводник (1) снабжен на участке, на котором он выходит из корпуса (3) изолятора, первой или второй изоляцией или изоляционным покрытием.

23. Устройство фрагментации и/или ослабления материала посредством высоковольтных импульсов, в частности каменного материала или руды, в частности, для осуществления способа по любому из пп. 1-9, содержащее два электрода, из которых, по меньшей мере, один выполнен в виде электрода согласно любому из пп. 10-22, характеризующееся тем, что между обоими электродами образована технологическая зона, в которой могут располагаться фрагментируемый и/или ослабляемый материал и технологическая жидкость так, что вся технологическая зона залита технологической жидкостью, при этом на электроды могут подаваться высоковольтные импульсы так, что при этом между двумя электродами возникают пробои высокого напряжения и/или образуются предразрядные каналы без пробоев.

24. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что каждый из обоих электродов выполнен в виде электрода согласно любому из пп. 10-22.

25. Устройство по п. 23 или 24, отличающееся тем, что оба электрода расположены друг над другом, при этом фрагментируемый и/или ослабляемый материал при заполненной технологической зоне опирается на нижний электрод, причем, в частности, по меньшей мере, верхний электрод выполнен согласно любому из пп. 10-22.

26. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что технологическая зона выполнена в замкнутом технологическом резервуаре.

27. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что технологическая зона выполнена как открытая технологическая зона, в частности оба электрода расположены друг над другом, а нижний электрод выполнен как транспортер с электродом.

28. Применение электрода по любому из пп. 10-22 или устройства по любому из пп. 23-27 для фрагментации и/или ослабления материала посредством высоковольтных импульсов, в частности каменного материала или руды, в частности, при осуществлении способа по любому из пп. 1-9.