Патент на изобретение №2159852
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СИСТЕМА РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
(57) Реферат: Изобретение относится к области горного дела и строительства, в частности к разрушению горных пород и строительных конструкций при помощи электрических устройств. Система разрушения разрядом включает помещенные в отверстие, образованное в подлежащем разрушению объекте и заполненное разрушающим веществом, пару электродов с тонкой металлической проволокой между ними, причем по одному из вариантов выполнения нижние концы пары электродов поддерживаются практически на одном и том же горизонтальном уровне, а проволока имеет W-образную или волнистую форму, по второму варианту выполнения проволока имеет U-образную форму, еще по одному варианту выполнения – электроды помещены в контейнер, вокруг боковой стенки которого образовано множество удлиненных прорезей для направления в наружном направлении усилия расширения, создаваемого расплавлением и испарением разрушающего вещества. Изобретение также включает два варианта способа изготовления системы, по одному из которых самозатвердевающее разрушающее вещество заправляют в контейнер после закрытия прорезей контейнера листовым элементом, а по другому варианту контейнер погружают в это вещество для его заполнения через прорези. Изобретение обеспечивает повышение эффективности разрушения горной породы. 5 с. и 2 з.п. ф-лы, 15 ил. Изобретение касается способа и системы разрушения электрическим разрядом, используемым для разрушения основных пород и дробления пород, и способа изготовления системы разрушения разрядом. В качестве системы для разрушения объекта, который должен быть измельчен, например – основной породы, известна система разрушения, которая использует электрический разряд. Эта система разрушения разрядом состоит из цилиндрического контейнера, который наполнен водой, пары электродов, которые вставлены в цилиндрический контейнер, тонкой металлической проволоки, расположенной между этими электродами и изготовленной из меди или алюминия, причем во время эксплуатации системы, электрическая энергия высокого напряжения прикладывается между парой электродов во время рабочего хода после вставления цилиндрического контейнера в отверстие, образованное в основной породе, тем самым расплавляя и испаряя тонкую металлическую проволоку. Затем также испаряется или мгновенно превращается в пар вода, и основная порода раскалывается разрушающей силой, создаваемой резким увеличением объема, то есть силой расширения (см. JP N 7-145698). Однако в системе разрушения разрядом, описанной выше, тонкая металлическая проволока, расположенная между парой электродов, сформована просто в форме прямой линии или спирали, так что она неэффективна для регулирования области разрушения и разрушающей силы, создаваемой путем расплавления и испарения тонкой металлической проволоки. Поэтому задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать систему разрушения разрядом и способ изготовления системы разрушения разрядом, дающие возможность регулировать область разрушения и разрушающую силу путем расплавления и испарения тонкой металлической проволоки. Первая система разрушения разрядом является системой, содержащей пару электродов с подсоединенной между их концами тонкой металлической проволокой, вставленных в образование в подлежащем разрушению объекте отверстие, которое подлежит заполнению разрушающим веществом, подсоединенный к этим электродам конденсатор, блок электропитания для подачи электроэнергии на этот конденсатор схему управления зарядкой, расположенную в цепи электрических проводов зарядки между источником питания и конденсатором, и ключ разряда, расположенный в цепи электрических проводов разряда между парой электродов и конденсатором, причем нижние концы пары электродов расположены, по существу, на одном и том же горизонтальном уровне, а тонкая металлическая проволока, подсоединенная между нижними концами электродов, имеет W-образную форму или волнистую форму. Вторая система разрушения разрядом в соответствии с данным изобретением является системой, в которой тонкая металлическая проволока, используемая в первой системе разрушения разрядом, имеет форму, выбранную исходя из соотношения 0,25X/Y, где символ X – проектируемая высота минимальной площади, включающей металлическую проволоку, а символ X – проектируемая ширина этой площади. Третья система разрушения разрядом в соответствии с данным изобретением является системой, содержащей пару электродов с тонкой металлической проволокой, подсоединенной между их концами, которые подлежат установке в отверстие для помещения разрушающего вещества, образованное в подлежащем разрушению объекте, подсоединенный к этим электродам конденсатор, источник питания для подачи электроэнергии на этот конденсатор, схему управления разрядом, включенную в цепь электрических проводов зарядки между блоком питания и конденсатором, и ключ разряда, расположенный в цепи электрических проводов разряда между парой электродов и конденсатором, в которой нижние концы пары электродов расположены, по существу, на одном и том же горизонтальном уровне, а тонкая металлическая проволока, подсоединенная между нижними концами электродов, имеет V-образную форму, выбранную исходя из соотношения 0,25X/Y, где символ X – проектируемая высота минимальной площади, включающей тонкую металлическую проволоку, а символ Y – проектируемая ширина этой площади. Системы разрушения разрядом с первой по третью, которые выполнены для выбора форм и/или размеров, подсоединенных между электродами изогнутых тонких металлических проволок, способны регулировать усилие расширения или область разрушения и усилие разрушения, создаваемые электрическим разрядом. Четвертая система разрушения разрядом в соответствии с данным изобретением представляет собой систему, содержащую контейнер с тонкой металлической проволокой, подсоединенной между парой электродов, и разрушающим веществом, подлежащий размещению в отверстие, образованное в подлежащем разрушению объекте, подсоединенный к электродам конденсатор, блок питания для подачи электроэнергии на этот конденсатор, схему управления зарядом, подсоединенную в цепи электрических проводов зарядки между источником питания и конденсатором, и ключ разряда, расположенный в цепи электрических проводов разряда между парой электродов и конденсатором, причем в боковой стенке контейнера выполнены множество прорезей разрушения для направления усилия расширения, создаваемого плавлением и испарением разрушающего вещества, в предписанных направлениях наружу. Пятая система разрушения разрядом в соответствии с данным изобретением выполнена для использования псевдоожиженного самозатвердевающего вещества в качестве разрушающего вещества в четвертой системе разрушения разрядом. Первый способ изготовления системы разрушения разрядом в соответствии с данным изобретением состоит в изготовлении описанной выше четвертой системы разрушения разрядом и содержит этап заправки псевдоожиженного самозатвердевающего вещества в контейнер после закрывания прорезей разрушения в контейнере листовым элементом и другой этап удаления листового элемента после того, как самозатвердевающее вещество станет твердым. Второй способ изготовления системы разрушения разрядом в соответствии с данным изобретением состоит в изготовлении описанной выше четвертой системы разрушения разрядом и содержит этап погружения контейнера в псевдоожиженное самозатвердевающее вещество для наполнения контейнера самозатвердевающим веществом и другой этап извлечения контейнера из самозатвердевающего вещества после того, как это вещество затвердевает. Четвертая система разрушения разрядом и пятая системы разрушения разрядом, первый способ изготовления системы разрушения разрядом и второй способ изготовления системы разрушения разрядом позволяют регулировать усилия разрушения и выполнять работы разрушения разрядом с высокой эффективностью, так как усилия расширения действуют через прорези, образованные в контейнерах. Фиг. 1 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий общую конфигурацию соответствующей настоящему изобретению первого варианта осуществления системы разрушения разрядом. Фиг. 2 представляет вид спереди, иллюстрирующий главные элементы второго варианта осуществления системы разрушения разрядом. Фиг. 3 представляет график, иллюстрирующий соотношение между размерами тонкой металлической проволоки и разрушающим давлением в первом варианте осуществления системы разрушения разрядом. Фиг. 4, a – c представляют виды сбоку, иллюстрирующие области, подвергаемые действиям разрушения тонкой металлической проволоки, используемой в первом варианте осуществления, и другой тонкой металлической проволоки, расположенной в перпендикулярном направлении к ней. Фиг. 5, a и b представляют виды в разрезе, иллюстрирующие состояние усиленных арматурой бетонных стен, которые разрушаются с помощью тонкой металлической проволоки, показанной в первом варианте осуществления, и другой тонкой металлической проволоки, расположенной перпендикулярно ей. Фиг. 6 представляет вид спереди, иллюстрирующий основные элементы в модификации тонкой металлической проволоки, используемой в первом варианте осуществления. Фиг. 7 представляет вид спереди, иллюстрирующий основные элементы другой модификации тонкой металлической проволоки, используемой в первом варианте осуществления. Фиг. 8 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий общую конфигурацию второго варианта осуществления системы разрушения разрядом, соответствующей данному изобретению. Фиг. 9 представляет вид сбоку цилиндрического контейнера, используемого во втором варианте осуществления. Фиг. 10 представляет вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий цилиндрический контейнер, используемый во втором варианте осуществления. Фиг. 11 представляет вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий состояние разрушения во втором варианте осуществления. Фиг. 12 представляет вид сбоку, наглядно показывающий способ изготовления цилиндрического контейнера, используемого во втором варианте осуществления. Фиг. 13 представляет вид сбоку, наглядно поясняющий способ изготовления цилиндрического контейнера, используемого во втором варианте осуществления. Фиг. 14 представляет вид сбоку, наглядно иллюстрирующий другой способ изготовления цилиндрического контейнера, используемого во втором варианте осуществления. Фиг. 15 представляет вид сбоку, наглядно иллюстрирующий еще один способ изготовления цилиндрического контейнера, используемого во втором варианте осуществления. Теперь будет рассмотрен первый вариант осуществления данного изобретения со ссылкой на фиг. 1-7. Система разрушения разрядом в основном содержит пару электродов 41, которые вставлены в образованное в подлежащем разрушению объекте 31 (например, основной породе или бетонном здании) отверстие 33, заправленное разрушающим веществом (например, водой, нефтью или гелеобразным веществом) 32, тонкую металлическую проволоку 42, которая подсоединена между нижними концами электродов 41 и выполнена из меди или алюминия, конденсатор 12, который подсоединен к электродам 41 посредством электрических проводов разряда 11, и источник питания высоким напряжением постоянного тока (источник питания) 14, который подсоединен к конденсатору 12 посредством электрических проводов зарядки 13. Излишне говорить, что ключ разряда 21, такой как тиристор, подсоединен в цепь электрических проводов разряда 11, а схема 22 управления зарядкой, имеющая ключ зарядки или подобный ему элемент, подсоединена в цепь электрических проводов зарядки 13. Нижние концы вышеупомянутых электродов 41 удерживаются почти на одном и том же горизонтальном уровне, и к нижним концам электродов 41 подсоединена тонкая металлическая проволока 42, имеющая U-образную форму. Когда минимальная площадь (площадь прямоугольника) (строго говоря, пространственный объем), содержащая в вертикальной плоскости тонкую металлическую проволоку 42, рассматривается как показано на фиг. 2, и высота минимальной площади (проектируемая высота тонкой металлической проволоки) представлена величиной X, и ее ширина (проектируемая ширина) обозначена величиной Y, то величины X и Y выбирают так, чтобы их значения удовлетворяли следующему уравнению (1): 0,25X/Y4, (1) Диапазон, определенный вышеупомянутым уравнением (1), был принят после рассмотрения соотношения между величиной X/Y и разрушающим давлением P (Па), представленного кривой А на фиг. 3 и значения X/Y выбраны в пределах диапазона, где разрушающее давление было высокое (например, P 0,9) (P8,83104 Па). Кривая A, показанная на фиг. 3, была построена при нормализации разрушающего давления в виде единицы при X/Y = 1. Диапазон разрушения, полученный с помощью тонкой металлической проволоки 42, используемой в соответствующем данному изобретению варианте, сравнивается с диапазоном, полученным с использованием тонкой металлической проволоки, растянутой в длину (в вертикальном направлении) на фиг. 4 а и 4 b. Следует понимать, что область S1, подвергаемая разрушающему действию тонкой металлической проволоки 42, показанная на фиг. 4а, значительно уже, чем S2, подвергаемая разрушающему действию растянутой в длину тонкой металлической проволоки, показанной на фиг. 4 b. На фиг. 4 с представлен вид сбоку тонкой металлической проволоки, показанной на фиг. 4 b. На фиг. 4 в и с ссылочной позицией 201 обозначено отверстие для размещения электродов, которое образовано в основной породе 202, пара электродов 203 расположены в этом отверстии 201 для размещения электродов и тонкая металлическая проволока 204 подсоединена вертикально между этими электродами. Когда сила расширения (разрушающая сила) и область, подвергаемая действию разрушения в этом варианте осуществления, соответственно, представлены значениями F1 и S1, а сила расширения и область, подвергаемая разрушающему действию, в том случае, когда тонкая металлическая проволока расположена вертикально, обозначены, соответственно значениями F2 и S2, разрушающие давления P1 и P2 в этих случаях определяются следующими уравнениями (2) и (3), соответственно: P1 = F1/S1; (2) P2 = F2/S2. (3) Так как F1 = F2, получаем представленное ниже уравнение (4): P1=P2(S2/S1), (4) Поскольку S2 > S1, в приведенном выше уравнении (4) создаваемое разрушающее усилие увеличивается пропорционально отношению областей, подвергаемых действию разрушения. U-образная тонкая металлическая проволока, например, занимает половину площади, подвергаемой действию разрушения, и создает силу разрушения (разрушающее усилие) в два раза больше. Фиг. 5 а и b иллюстрируют состояния бетонных зданий, разрушаемых системами разрушения разрядом, использующими тонкие металлические проволоки 42, имеющие описанные выше формы. На фиг. 5 а показано состояние бетонного здания, которое разрушается системой разрушения разрядом, использующей металлическую проволоку, выбранную для этого варианта осуществления, а на фиг. 5 b показано состояние бетонного здания, которое разрушается системой разрушения разрядом, использующей вертикально расположенную тонкую металлическую проволоку. Как видно на фиг. 5а, тонкая металлическая проволока, действие которой в отношении разрушения происходит в узкой области, создает высокое расширяющее действие и обеспечивает надежное разрушение бетона 53, избегая усиливающую арматуру 52, обеспечивая возможность тем самым открывания арматуры 52. С другой стороны, тонкая металлическая проволока, которая создает разрушение в широкой области, создает низкое давление расширения, и усилие расширения, которое действует также на арматуру 52, но не достаточно действует на бетон 53, поэтому не способно обеспечить надежное разрушение бетона 53. Хотя нижний конец электродов 41, между которыми подсоединена тонкая металлическая проволока 42, в предыдущем описании расположены почти на одинаковом горизонтальном уровне, они конечно могут отклоняться друг от друга в таких пределах, чтобы не препятствовать разрушающему действию. Хотя тонкая металлическая проволока 42 в предыдущем описании имеет U-образную форму, она не ограничена этой формой, и для тонкой металлической проволоки 42 может быть выбрана, например, W-образная форма или волнистая форма, показанные на фиг. 6 и 7. Согласно первому варианту осуществления, тонкая металлическая проволока, подсоединяемая между электродами, изогнута с получением заданного размера, за счет чего она способна регулировать область, подвергаемую воздействию усилия расширения, или область разрушения, а также разрушающее усилие, создаваемое электрическим разрядом. Теперь будет описан второй вариант данного изобретения со ссылкой на фиг. 8-13. Система разрушения разрядом 61, предпочтительная в качестве второго варианта, содержит: цилиндрический контейнер 62, выполненный из синтетической смолы, стекла или пластической резины (синтетической резины) или водонепроницаемой бумаги и наполненный разрушающим веществом (веществом для передачи давления); пару электродов 63, которые проходят в цилиндрический контейнер 62 через уплотняющую пробку 62а; подсоединенную между концами электродов 63 тонкую металлическую проволоку 64, изготовленную из меди или алюминия; подсоединенный к электродам 63 посредством электрических проводов разряда 65 конденсатор 66 и высоковольтный источник постоянного тока (блок питания) 68, который подсоединен к конденсатору 66 электрическими проводами заряда 67. И, конечно, подсоединенный в цепь электрических проводов разряда 65 ключ разряда 69 и подсоединенную в цепь электрических проводов заряда 67 схему управления зарядом 70 с ключом включения заряда. Псевдоожиженное самозатвердевающее вещество (например, жидкая смола или связующий агент) 71, которое затвердевает по истечении заранее установленного времени, наполняют в цилиндрический контейнер 62. И, конечно, в самозатвердевающем веществе 71 располагают тонкую металлическую проволоку 64, подсоединенную между концами электродов 63. Тонкую металлическую проволоку 64 припаивают или приваривают к электродам 63. Цилиндрический контейнер 62 используют в условиях, когда его устанавливают в отверстии 73, образованном в подлежащем объекте 72. Для передачи в определенных направлениях наружу усилия расширения, создаваемого объемным расширением посредством тонкой металлической проволоки 64, по окружности боковой стенки цилиндрического контейнера 62 сделано с интервалами 45o восемь удлиненных прорезей 74 (пример разрушающих прорезей). Теперь будет приведено описание способа изготовления описанной выше системы разрушения расширением 61 или, более точно, способа заправки разрушающего вещества. Сначала в цилиндрическом контейнере экранируют прорези 74 посредством закрывания цилиндрическим контейнером 62 защитным элементом 75 типа ленты, как показано на фиг. 12. Затем в цилиндрический контейнер 62 псевдоожиженное самозатвердевающее вещество 71 и вставляют электроды 63 с подсоединенной между их концами тонкой металлической проволокой 64. При этом тонкая металлическая проволока 64 и электроды 63, конечно, оказываются погруженными в самозатвердевающее вещество 71. Затем закрывают выходное отверстие цилиндрического контейнера 62 уплотняющей пробкой 62а, через которую проходят электроды 63. После того, как псевдоожиженное самозатвердевающее вещество 71 затвердевает, заправленным самозатвердевшим веществом 71 цилиндрический контейнер 62 можно получить путем снятия экранирующего элемента 75 с цилиндрического контейнера 62, как показано на фиг. 13. Для разрушения подлежащего дроблению объекта 72, используя описанную выше систему разрушения разрядом 61, цилиндрический контейнер 62, в котором установлены электроды 63 и заправлено самозатвердевающее вещество 71, вставляют в отверстие 73, образованное в подлежащем разрушению объекте 72. Затем к электродам 63 подсоединяют разрядные провода 65 с ключом разряда 69, после чего включают ключ разряда для подачи накопленной в конденсаторе 66 электроэнергии, чтобы мгновенно расплавить тонкую металлическую проволоку 64. Тонкая металлическая проволока 64 быстро расплавляется и испаряется, и почти одновременно испаряется самозатвердевающее вещество 71, благодаря чему резко увеличивая свой объем, что создает усилие расширения или разрушения. Созданное усилие расширения распространяется через прорези 74 и разрушает или раскалывает предназначенный для разрушения материал в заданных направлениях, как показано на фиг. 11. Второй вариант осуществления изобретения с образованными прорезями 74 в цилиндрическом контейнере 62 для направления усилия расширения через прорези, как описано выше, позволяет выполнять работу разрушения с высокой эффективностью, так как это позволяет предотвратить выталкивание уплотняющей пробки 72а, предотвращая тем самым высвобождение силы расширения через заправочное отверстие в цилиндрическом контейнере 62. То есть, работа разрушения выполняется с большой эффективностью за счет регулирования разрушающего усилия. Далее, второй конкретный вариант осуществления облегчает регулировку направлений разрушения, так как позволяет свободно выбирать расположение прорезей 74 и интервалы между ними в зависимости от направлений разрушения. В соответствии с этим, количество прорезей не ограничивается количеством 8 и может быть увеличено или уменьшено в зависимости от требований, а интервалы между прорезями не всегда могут быть одинаковыми. Кроме того, наливание самозатвердевающего вещества 71 в цилиндрический контейнер 62 не ограничено описанным выше способом. Например, сначала в цилиндрический контейнер 62, в котором образованы прорези 74, устанавливают пару электродов 63 с тонкой металлической проволокой 64, как показано на фиг. 14. Затем отверстие цилиндрического контейнера 62 закрывают уплотняющей пробкой 62а с проходящими через нее электродами 64. Цилиндрический контейнер 62 погружают в псевдоожиженное самозатвердевающее вещество 71, налитое в контейнер 81, чтобы обеспечить возможность псевдоожиженному самозатвердевающему веществу 71 течь в цилиндрический контейнер 62 через прорези 74 (втекание псевдоожиженного самозатвердевающего вещества 71 можно облегчить перемещением цилиндрического контейнера 62 вправо, влево, назад и вперед). После того, как псевдоожиженное самозатвердевающее вещество 71 затвердевает, цилиндрический контейнер 62 вынимают из контейнера 81, как показано на фиг. 15. Хотя в описанном выше втором варианте осуществления прорези 74 в цилиндрическом контейнере 62 выполнены с заданной шириной, разрезы и трещины можно выполнять так, чтобы образовывать сетеобразную картину. Хотя в описанном выше втором варианте осуществления в цилиндрическом контейнере 62 в качестве разрушающего вещества используется псевдоожиженное самозатвердевающее вещество 71, разрушающее вещество не ограничивается псевдоожиженным самозатвердевающим веществом, а можно использовать и не затвердевающее вещество, например, воду. В таком случае ненужно удалять закрывающий элемент 75, типа ленты, а создаваемую силу расширением можно направлять в прорези 74 с помощью, например, листового элемента с низкой прочностью. Промышленное применение Как ясно из предшествующего описания, способ разрушения разрядом, система разрушения разрядом и способ изготовления системы разрушения разрядом подходит для разрушения основных пород на строительных площадках, дробления скальных пород и камней, демонтажа бетонных сооружений, разрушений для прокладки туннелей и демонтажа и разрушений конструкций под водой. Формула изобретения
24.07.1995 по пп.1 – 4; 28.07.1995 по п.5; 31.07.1995 по пп.6 и 7. РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 23.07.2002
Извещение опубликовано: 10.01.2005 БИ: 01/2005
|
||||||||||||||||||||||||||