Устройство для электрохимического укрепления грунта Советский патент 1983 года по МПК E02D3/11 

Изобретение относится к строительству различных сооружений на водонасыщенных связных грунтах и может быть использовано при строительстве и эксплуатации объектов жилого, промышленного, гидротехнического и иного назначения. Известно устройство для электрохимического укрепления грунта, содержащее два выходных вывода для подключения к электродам-иньекторам с закрепляющими растворами, расположенным в укрепляемом грунте, вентиль однополупериодного выпрямителя, два токоограничивающих сопротивления и две входные клеммы для подключения источника переменного тока, одна входная клемма соединена с выходным выводом непосредственно, а вторая - с другим выходным выводом через два соединенных параллельно токоограничивающих сопротивления, при этом в качестве второго токоограничивающего сопротивления применен конденсатор 1. Недостатками данного устройства являются протекание переменной составляющей тока через активное токограничивающее сопротивление, что приводит к повышенным потерям, недостаточно высокая величина напряжения рабочего импульса выпрямителя на выходных выводах, не превыщающая удвоенного амплитудного значения фазного напряжения источника, и кроме того, низкая скорость передачи энергии от источника переменного тока к электродам-иньекторам с закрепляющими растворами, расположенными в укрепляемом грунте. Известно также устройство для электрохимического укрепления грунта, содержащее три выходных вывода для подключения к электродам-иньекторам с закрепляющими растворами, расположенным в укрепляемом грунте, две входные клеммы для подключе-. ПИЯ источника переменного тока, коммутационное устройство и вентильную ячейку выпрямителя, образованную парой соединенных последовательно-согласно тиристоров, к точке соединения обоих тиристоров подключен один электрод-иньектор через источник перменного тока, а катод и анод вентильной ячейки соответственно - к двум другим электродам-иньекторам 2. Однако это устройство сравнительно сложно и имеет две группы электродовинъекторов, что нб всегда возможно реализовать на практике. Кроме того, необходимо симметрирование характеристик обеих групп электродов, что усложняет его применение. Устройство характеризуется относительно невысокой амплитудой рабочего импульса, не превыщаюш,ей фазного напряжения устройства, имеет низкую скорость передачи энергии источника переменного тока к каждой группе электродов-иньекторов с закрепляющими растворами, расположенных в укрепляемом грунте, а также невысокими удельными энергетическими показателями. так как ограничение тока в нем осуществляется активным сопротивлением источника и схемой выпрямителя. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для электрохимического укрепления грунта, содержапдее трехфазный источник переменного тока, три диода, два конденсатора и два электрода-иньектора, причем один из электродов-иньекторов подключен к одному из выводов первой обмотки трехфазного источника аеременного тока, один из выводов второй обмотки которого соединен с анодом первого диода, а один из выводов третьей обмотки подключен через первый конденсатор к аноду второго диода, катод которого подключен к другому электроду-иньектору и к одной из обкладок второго конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей точкой соединения других выводов обмоток трехфазного источника переменного тока 3. Однако известное устройство характеризуется относительно невысокой амплитудой рабочего импульса, не превышающей 3,46 амплитудного значения фазного напряжения источника, вследствие чего оно имеет недостаточную скорость передачи энергии источника переменного тока к электродам-иньекторам с закрепляющими растворами, расположенными в укрепляемом грунте, а также невысокие удельные энергетические показатели в целом. ,Цель изобретения - повышение производительности укрепления грунта. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для электрохимического укрепления грунта, содержащем трехфазный источник переменного тока, три диода, два конденсатора и два электрода-иньектора, причем один из электродов-иньекторов подключен к одному из выводов первой обмотки трехфазного источника переменного тока, один из выводов второй обмотки трехфазного источника переменного тока соединен с анодом первого диода, один из выводов третьей обмотки трехфазного источника переменного тока подключен через первый конденсатор к аноду второго диода, катод которого подключен к другому электродуинъектору и к одной из обкладок второго конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей точкой соединения других выводов обмоток трехфазного источника переменного тока, один из электродов-инъекторов подключен к одной из обкладок третьего конденсатора, другая обкладка которого подключена к общей точке соединения хатода первого диода и анода третьего диода, катод которого соединен с анодом второго диода и с одной из обкладок первого конденсатора. На чертеже представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит входные клеммы 1-4 для подключения трехфазного источника переменного тока с выведенной нейтралью, два входных вывода - отрицательный 5 и положительный 6 для подключения к элект родам-иньекторам 7 и 8 с закрепляющими . растворами, расположенными в укрепляемом грунте 9, зарядно-разрядный конденсатор 10, включенный между клеммой 4 и положительным выходным выводом 6. Диоды 11 и 12, соединенные последовательно, и промежуточный накопительный конденсатор 13, включенный между входной клеммой 2 и точкой соединения диодов 11 и 12, образуют трехполюсник, при этом катод диода 11 подключен к положительному выходному выводу 6. Вентильно-конденсаторная ячейка состоит из диода 14 и конденсатора 15, в которой одна обкладка конденсатора подключена к входной клемме 3, соединенной с отрицательным выходным выводом, а вторая - к катоду диода 14, анод которого соединен с входной клеммой 1, при этом катод диода 14 подключен к аноду диода 12. Устройство работает следующим образом. Укрепление грунта в межэлектродном промежутке осуществляется путем пропускания через электроды-иньекторы, закрепляющие растворы и грунт, асимметричного переменного тока, имеющего постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая в устройстве формируется выпрямителем в виде мощных униполярных импульсов тока, которые называются положительными. На нее накладывается переменный (без постоянной составляющей) ток, импульсы одной полярности которого действуют согласно с положительным импульсом постоянной составляющей, укрепляющим грунт, а импульсы противоположной полярности (так называемые отрицательные) осуществляют активную деполяризацию укрепляемого грунта. Это устройство, как и базовый объект, обеспечивая малые потери энергии при формировании импульсов тока, укрепляющих грунт, характеризуется высоким КПД. При рассмотрении электромагнитных процессов во время укрепления грунта цепи формирования импульсов выпрямленного и переменного тока, проходящих через электроды-иньекторы и укрепляемый грунт, показывают раздельно. Допустим, в исходный момент времени потенциалы входных клемм устройства относительно нейтрали звезды трехфазного источника имеют следующие значения: первая - положительный, вторая - нулевой, а третья - отрицательный. При этом линейное напряжение фаз 2 и 1 максимально и равно 1,73 Um , где Цг амплитудное значение фазного напряжения источника. Под действием этого напряжения через диод 14 конденсатор 15 заряжается до напряжения 1,73 Um Кроме того, под действием линейного напряжения фаз 2 и 3 через диоды 14 и 12 происходит заряд конденсатора 13 до некоторого промежуточного значения напряжения этих фаз. Этот процесс заканчивается через 30 эл.град., когда линейное напряжение фаз 2 и 3 становится равным нулю. Через 150 эл.град. от начала отсчета потенциалы клемм 2 и 3 становятся одинаковыми, а их линейное напряжение равным нулю. В дальнейшем потенциал клеммы 3 становится вьпле потенциала клеммы 2, при этом происходит суммирование линейного напряжения фаз 3 и 2 с напряжением конденсатора 15, которое через диод 12 прикладывается к промежуточному накопительному конденсатору 13. Спустя 240 эл.град. этот конденсатор заряжается до напряжения 3,46 UTO# . В дальнейшем потенциал клеммы 3 уменьщается и к электродам-иньекторам 7 и 8 через диод 11 прикладывается напряжение, равное алгебраической сумме напряжений фаз 2 и 3 и промежуточного накопительного конденсатора 13. Это напряжение достигает максимального значения 5,2 Um через 420 эл.град. от начала отсчета. В последующих периодах изменения питающего напряжения рассмотренные процессы повторяются и к рабочим электродам прикладывается импульс напряжения с амплитудой, равной 5,2 U-m. При этом в межэлектродном промежутке формируются импульсы тока, осуществляющие транспортировку ионов компонентов, укрепляющих грунт. Количество этих ионов пропорционально количеству электричества в рабочем импульсе, которое определяется площадью подынтегральной кривой изменения мгновенного значения тока в импульсе и пропорционально времени импульса и его амплитуде. .Амплитуда импульсов тока обратно пропорциональна сопротивлению межэлектродного проме.жутка в укрепляемом грунте и пропорциональная напряжению в импульсе. Отрицательная составляющая аси.мметричного переменного тока, осуществляющая деполяризацию грунта в межэлектродном пространстве, формируется в цепи, состоящей из фазовой обмотки, подключенной к клеммам 4 и 3, и конденсатора 10. В связи с этим под действием напряжения фазной обмотки, подключенной к клемма.м 3 и 4, когда к клемме 3 приложен положительный, а к к;1е.мме 4 - отрицательный потенциал, в цепи 3-5-8-7-6-10-4-3 протекает деполяризующий импульс тока, который интенсифицирует процессы в грунте и повыщает эффективность обработки грунта. Этот импульс формируется один раз за период изменения питающего напряжения источника. Следовательно, асимметричный ток, протекающий через электроды-инъекторы, формируется за счет наложения на однополярные импульсы тока выпрямителя с амплитудой напряжения. 5,2 Um переменной составляющей тока источника с амплитудой напряжения Утф, что позволяет увеличить скорость передачи энергии источника в грунт и улучшает удельные энергетические показатели устройства. При этом также повышается скорость укрепления грунта. Работа, совершаемая в этом устройстве, равна произведению напряжения на выходных выводах на количество прошедшего электричества, и величина ее зависит не только от концентрации растворов, но и от количества прореагировавших вешеств: и где Z F - количество электричества, прошедшее через цепь; Z - изменение валентности; F - число Фарадея, т.е. напряжение служит мерой суммы работ всех совершаюш.ихся процессов. Таким образом, регулируя U на выходных выводах при помоши тиристора, можно максимально увеличить работу устройства по укреплению грунта, соответственно изменяя и производительность труда. Так как масса накопительных конденсаторов пропорциональна энергии, запасаемой в них, то увеличение напряжения рабочего импульса позволяет уменьшить емкость конденсаторов (при. той же энергии), а также их массу и постоянную времени разряда (Т1р RC). Поэтому скорость передачи энергии из накопительных конденсаторов к электродам-инъекторам (мошность, выделяющаяся в этом промежутке за время разряда) из-за уменьшения Тр возрастает, в результате чего увеличивается скорость укрепления грунта и повышается производительность предлагаемого устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА, содержащее трехфазный источник переменного тока, три диода, два конденсатора и два электрода-иньектора, причем один из электродов-иньекторов подключен к однбму из выводов первой обмотки трехфазного источника переменного тока, один из выводов второй обмотки трехфазного источника переменного тока соединен с анодом первого диода, один из выводов третьей обмотки трехфазного источника переменного тока подключен через первый конденсатор к аноду второго диода, катод которого подк„аючен к другому электроду-иньектору и к одной из обкладок второго конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей точкой соединения других выводов обмоток трехфазного источника переменного тока, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности укрепления грунта, один из электродов-иньекторов подключен к одной из обкладок третьего конденсатора, другая обкладка которого подключена к общей точке соединения катода S первого диода и анода третьего диода, катод (Л которого соединен с анодом второго диода и с одной из обкладок первого конденсатора. ел гчэ О5 N3 4