Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород Советский патент 1984 года по МПК E21C37/18 G01M19/00 

2,Стенд по п. 1, отличающий с я тем, что, цилиндрический излучатель снабжен диэлектрической пластиной, которая размещена в радиальной плоскости цилиндрического излучателя.

3.Стенд по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что коакс 1альные цилиндры поршня-ударника выполнены различной длины.

. 4. Стенд по п. 1,отличающ и и с я тем, что длина стержней нечетному числу четвертей длин волн в волноводе.

1. СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радиогерметичную камеру с ультразвуковыми преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия, отличающийся тем, что, с целью расширения измеряемого режимного диапазона электротермомеханического разрушения и повьшения точности определения коэффициента передачи СВЧ-энергйи в горную породу за счет вариации плоскости поляризации электромагнитной волны относительно породы, приспособление ударного действия выполнено в виде пневмоударника, причем последний снабжен коаксиальным волноводом, который установлен внутри пневмоударника с возможностью вращения относительно его продольной оси и к излучателю подключен через внутренний проводник коаксиального волновоi да посредством двух взаимно перпендикулярных стержней, при этом излуча(Л тель выполнен цилиндрическим, а поршень-ударник пневмоударника - в виде С по крайней мере двух подвижных относительно друг друга коаксиальных цилиндров . сгз-оо со К) ел Фиг.

1

Изобретение относится к технике разрушения твердых сред электротермомеханическими органами, в частности к стендам для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород.

Известен стенд для исследрвания процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включакнций в себя .электротермомеханич-ский породоразрушающий орган режущего типа, СВЧ-генератор, фидерный тракт, излучатель, приводы для вращения и подачи бурового става и источник сжатого воздуха СМНедостатком известного стенда является то, что его конструкция не позволяет изучить совместный процесс воздействия на породу СВЧ-излучения и ударных нагрузок.

Наиболее близким к предлагаемому является стенд для исследования процесса электротермомеханического раз-рушения горных пород, включающий генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радиогерметичную камеру с ультразвуковыми преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия С2 J

Недостатком указанного стенда является то, что на нем затруднительно изучение влияния вариации (напримёр, вращения) плоскости поляризации электромагнитного поля относительно породоразрушающего инструмента на эффективность ввода СВЧ-энергии в горную породу. Недостаточна точность процессоЦ| исследования взаимосвязи режимов разрушения и доли компонентов электротермического и ударного

воздействия на общий процесс разрушения твердой среды.

Цель изобретения - расширение из5 меряемого режимного диапазона электротермомеханического разрушения и повьш1ение точности определения коэффициента передачи СВЧ-энергии в горную породу за счет вариации плоскости поляризации электромагнитной волны относительно породы.

Указанная цель достигается тем, что в стенде для исследования про5 цесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающем генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радиогерметичную камеру с ультразвуковыми

0 преобразователями, подключенными к

ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия, приспособление ударного действия выполнено в виде пневмоударчика, причем последний

снабжен коа ксиальным волноводом, который установлен внутри пневмоУдарника с возможностью вращения относительно его продольной оси и к излучателю подключен через внутренний проводник

коаксиального волновода посредством двух взаимно перпендикулярных стержней, при этом излучатель выполнен цилиндрическим, а поршень-ударник пневмоударника - в виде по крайней мере двух подвижных относительно друг друга коаксиальных цилиндров.

Кроме того, цилиндрический излучатель снабжен диэлектрической пластиной, которая размещена в радиальной плоскости цилиндрического излучателя. Коаксиальные цилиндры поршня-ударника выполнены различной длины. При этом длина стержней кратна нечетному числу четвертей длин волн в волноводе. На фиг. 1 показана общая компоновка стенда; на фиг. 2 - пневмоударник, продольный разрс. Стенд включает генератор 1 СВЧэнергии, передающий фидерный тракт 2 с подключенной к нему радиоизмеритель ной аппаратурой 3, радиогерметичную камеру 4 в которой помещен объект 5 исследования (например, горная порода) . На блоке породы закреплены преобразователи 6, подключенные к ультра звуковым генераторам 7. К радиогерметичной камере 4 посредством фланца 8 жестко закреплен электротермомеханический пневмоударник 9, внутри которого соосно размещен коаксиальный волновод 10, соединяющий передающий фидерный тракт 2 с цилиндрическим излучателем 11. Излучатель 11 подключен к коаксиальному волноводу 10 посредством взаимно перпендикулярных стержней 12. Внутри цилиндрического излучателя размещена диэлектрическая плас тина 13. Коаксиальный волновод совместно с излучателем размещень в пнев моударнике 10 с возможностью вращения относительно его продольной оси. Поршень-ударник пневмоударника 10 выполнен из двух или большего числа скользящих один в другом коаксиальных . цилиндров 14 и 15. Последние приводят в движение пневмоз.нергией, подаваемой через распределительньй клапан Гё Работа стенда осуществл яется следующим образом. Электромагнитная волна от генератора 1.СВЧ-энер гии по передающему фидерному тракту 2 поступает в коаксиальный волновод 10. В последнем распространяется плоская электромагнитная волна типа ТЕМ. Для излучения СВЧ-знергии на забой волну такого типа необходимо преобразовать в плос- кополяризованную волну типа Н . Это достигается благодаря тому, что внутг Ьенний проводник коаксиального волновода подключен к цилиндрическому излучателю 11 двумя взаимно перпендикулярными стержнями 12. В цилиндрическом излучателе формируется плоскополяризованная волна Н.. , причем вектор поляризации СВЧ-поля (Е) находится в плоскости стержней 12. СВЧ-энергия, переносимая волной Н-,, в поперечном сечении цилиндрического излучателя распределяется по синусоиде. Для более точного определения влияния направления плоскости поляризации на эффективность разрушения горных пород, излучаемый на забой поток СВЧ-мощностй должен быть как можно уже.. Это достигается благодаря тому, что в излучателе 11 на его выходе в плоскости электрической составляющей поля (Е) плоскость поляризации, диаметрально размещена диэлектрическая пластина (например и ситалла). Электромагнитное поле концентрируется диэлектриком и на забой излучается поток СВЧ-мощности в виде узкого, растянутого в плоскости вектора Е пучка. Длина стержней 12, трансформирующих колебания ТЕМ в тип Н выполнены длиной кратной нечетному числу волн. Этим достигается наиболее высокое значение крэффициента передачи СВЧ-энергии в породу. Для исследования влияния плоскости поляризации электромагнитного поля на процесс разрушения горных пород коаксиальный волновод 10 и совместно с ним цилиндрический излучатель 11 ступенчато или непрерывно (в завис11мости от исследуемого процесса) вращают относительно продольной оси (механизм вращения на чертеже не показан). Пневмоударник 9 при этом остается неподвижным. В результате этого плоскость поляризации электромагнитного поля ступенчато (линейная поляризация) или непрерывно (круговая поляризация) изменяется как относительно.породоразрушающего инструмента, так и относительно текстурно-структурного строения гарной породы. Таким образом, достигается возможность исследования влияния изменения (ступенчато или непрерывно) плоскости поляризации электромагнитной волны на процесс электротермомеханического разрушения горных пород. После облучения горной породы (или одновременно) осуществляют механическое (ударное) нагружение. Для чего через распределительный клапан 16 в пневмоударник 9 подают сжатый воздух, вызывающийвозвратно-поступательные движения цилиндров поршня-ударника 14 и J5. Изменяя режимы работы распределительного клапана 16 механическое нагружение горной породы осуществляют ввиде единичных или непрерывных ударных импульсов. За счет того, что поршень-ударник выполнен в виде двух (или нескольких), скользящих один относительно другого цилиндров 14 и 15 различной длины, при его рабочем ходе в соударение с рабочим инструментом в начальный момент вступает первый, наиболее длинный цилиндр 14, а спустя некоторое время, необходимое для преодоления разницы в длине, в соударения вступает второй цилиндр 15 и т. д. При этом происходит наложение импульсов от отдельных цилиндров и формируется общий ударный импульс, форма и длительность которого зависят от разницы в их длине. ТаКИМ образом, изменяя количество и длину составляющих элементов поршняударника регулируют время соударения длительность и форму ударного импульса Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит f /У .SL N . f f r f yyTyy rr 3 ff7f99Tf99 ff f fJ ftfifffftiffa определить основные параметры (энергоемкость и производительность) электротермомеханического разрушения горных пород в зависимости от ориентации и режимов изменения (ступенчатого, непрерывного) плоскости поляризации электромагнитного поля при углах изменения ее от О до 360, кроме того, определить эффективность электротермомеханического разрушения горных пород в зависимости от параметров ударного импульса (амплитуды, времени соударения, формы и длительности) . При этом изобретение позволит определить в зависимости от ориентации плоскости поляризации величины коэффициентов передачи СВЧ-энергии в горные породы и удельный поток плотности потока СВЧ-мощности. Cev-9f f 8c//t Z/r /y7 /7jy / j./Y. Y//////////////A