УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ МАТЕРИАЛОВ

Заявляемая полезная модель относится к техническим средствам электроимпульсного способа дезинтеграции материалов (ЭИД), а именно к устройствам для электроимпульсной дезинтеграции материалов для использования в научно-исследовательской и научно-производственной практике, связанной с исследованиями свойств и технологическим опробованием минерального сырья и различных технических материалов.
Как правило, данные исследования выполняются на пробах материала ограниченного веса путем последовательной дезинтеграции навесок материала, величина которых определяется конструкцией дезинтеграционного устройства.
В практике электроимпульсной дезинтеграции известно несколько примеров таких камер и установок. Установка ДИК, ДИК-5 (разработка НИИ ВН, г. Томск - Механобр, г. Ленинград) для избирательной дезинтеграции геологических проб обеспечивает дезинтеграцию материала от 60 до 2 мм с производительностью 100 кг/ч и до 1 мм с производительностью 50 кг/ч с учетом промежуточных операций. Дезинтеграционная камера с системой электродов «стержень - перфорированная полусфера» и объемом на 20 кг материала при дезинтеграции материала в одну стадию предусматривала разгрузку продукта в бадью на тележке, которая при заполнении заменялась пустой бадьей. В установке предусмотрена дозагрузка камеры ковшовым элеватором. Технически это наиболее проработанный вариант для использования в геологических организациях, где объем геологических проб для технологического опробования может измеряться несколькими тоннами.
3
Вторым примером дезинтеграционного аппарата для измельчения навесок является установка Selfrag (Селфраг), Швейцария. Решение задачи максимально возможного снижения габаритных характеристик установки достигнуто уменьшением дезинтеграционной камеры до размера объемом ~1-2 дм, что позволяет измельчать лишь относительно мелкий материал исходной крупностью 10-20 мм. Порционное измельчение материала в закрытом объеме без оперативного контроля степени измельчения материала и выделения фракции заданной крупности существенно снижает научную информативность процесса дезинтеграции и не пригодно для оценки технико-физических показателей будущего возможного технологического процесса с данным материалом. Первая модель устройства имела общий вес 1700 кг при габаритных размерах 200×80×200 см, более поздняя версия при весе до 2250 кг имеет габариты 237×87×206 см.
Наиболее полно задачам дезинтегратора для использования в научно-исследовательской и научно-производственной практике, связанной с исследованиями свойств и технологическими опробованиями минерального сырья и различных технических материалов, отвечает устройство (аналог заявляемой полезной модели) стадиального дробления материалов, описанное в книге Курец В.И., Усов А.Ф., Цукерман В.А. «Электроимпульсная дезинтеграция материалов».- Апатиты: КНЦ РАН, 2002, с. 162-164». Стадиальность разрушения является непременным условием для повышения энергетической и технологической эффективности любого способа дезинтеграции, чтобы обеспечивать возможность изменять характер воздействия на материал по мере уменьшения его крупности и своевременно выводить из процесса готовый продукт с раскрытыми зернами минералов (в отношении дезинтеграции руд).
Принципиальная особенность устройства состоит в возможности реализации стадиального процесса в одном устройстве. Устройство дезинтеграции представляет набор жестко закрепленных на корпусе расположенных одна под другой электродных систем (секций), образуемых наклонно установленными пластинами гребенчатого типа, из которых заземленный электрод выполнен сплошным металлическим, а потенциальный электрод выполнен составным из металлической пластины, пластинчатой диэлектрической вставки и подсоединяемой к источнику высокого напряжения гребенчатой металлической пластины так, что промежуток между зубцами высоковольтного и заземленного электродов является рабочим разрядным промежутком Sp, а пространство между соседними парами зубцов образуют классифицирующие ячейки с поперечным размером dкл для перепуска продукта дезинтеграции, размер которых уменьшается от выше расположенных электродных систем к ниже расположенным. Измельчаемый материал поступает из секции в секцию под действием собственного веса. В стадиальном устройстве по мере уменьшения крупности материала для обеспечения оптимальных условий пробоя и разрушения частиц материала соответствующим образом изменяют (уменьшают) величину рабочего промежутка - Sp и параметры генератора, задающие режим энерговыделения в канале разряда.
Электродные системы (секции) для дезинтеграции крупнокусковатого материала по типу используемых в устройстве согласно описанному в указанной книге опробованы в лабораторной практике и при создании экспериментальных установок для испытания в производственных условиях горно-рудных предприятий (рудник Ена, Мурманская обл., КРДЭ № 121, г. Медвежегорск, Малышевское РУ г. Асбест) по вскрытию сростков слюдяных руд и кристаллосодержаших пород с изумрудами, шпинелью, рубинами и гранатами. Показано, что на стадии крупного дробления кристаллосодержащих руд возможно фрагментировать куски руды размером до 300-350 мм, обеспечивая высокую сохранность кристаллосодержащего материала от повреждения.
В отношении использования данного устройства для порционной дезинтеграции проб с целью изучения свойств материалов и технологического опробования следует указать на следующее: основной недостаток конструкции электроимпульсной (ЭИ) дезинтеграционной установки, взятой за аналог, заключается в том, что в ней дробление и измельчение материала производится до конечной крупности и не предусматривается выведение продукта для анализа и рудоразборки после каждой стадии дробления, что может привести к излишнему измельчению продукта дезинтеграции, в том числе и подлежащих извлечению крупнокристаллических полезных минералов со значительным снижением их стоимостной ценности.
Задачей заявляемой полезной модели является улучшение технико-эксплуатационных характеристик ЭИ установок для дезинтеграции материалов.
Полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в расширении диапазона измельчения материалов без повреждения конечного продукта и улучшении массогабаритных характеристик ЭИ установок.
Технический результат достигается тем, что заявляемая полезная модель - устройство для электроимпульсной дезинтеграции материалов содержит камеру, соединяемую с источником высоковольтных импульсов, с набором расположенных одна под другой электродных систем, образуемых наклонно установленными пластинами, при этом одна пластина является заземленным, а другая - высоковольтным электродом, заземленный электрод выполнен из сплошной металлической пластины, высоковольтный электрод выполнен составным из металлической пластины, пластинчатой диэлектрической вставки и гребенчатой металлической пластины, подсоединяемой к источнику высокого напряжения, промежуток между зубцами гребенчатых пластин является рабочим разрядным промежутком, а пространство между соседними парами зубцов гребенчатых пластин образуют классифицирующие ячейки для перепуска продукта дезинтеграции.
В отличие от известного устройства электродные системы выполнены в форме отдельных секций контейнерного типа четырехгранной прямоугольной формы с возможностью размещения одна в другой, при этом линейные размеры секций пропорциональны друг другу, а рабочий разрядный промежуток уменьшается от верхней секции к нижней, конусно сужающееся книзу днище секции образовано высоковольтным и заземленным электродами, при этом секции закреплены на вертикальном каркасе с возможностью изменения их высоты крепления, каркас выполнен с возможностью его размещения внутри камеры.
Технический результат достигается наилучшим образом при выполнении секций с возможностью подключения их к источнику высоковольтных импульсов.
Технический результат достигается также тем, что зубцы пластин гребенчатого типа выполнены загнутыми кверху.
Выполнение электродных систем в форме отдельных секций контейнерного типа четырехгранной прямоугольной формы с возможностью их соединения в единый корпус обуславливает снижение массогабаритных характеристик ЭИ устройства для дезинтеграции материалов.
Закрепление секций на вертикальном каркасе на различной высоте, а также его размещения внутри камеры обеспечивают возможность выведения продукта для анализа и рудоразборки продукта после каждой стадии дезинтеграции, что, в свою очередь, обуславливает возможность доведения измельчения материала до необходимой величины.
Заявляемое устройство поясняется на чертежах, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства в разрезе, на фиг. 2 - принципиальная схема электродной системы устройства. Устройство содержит дезинтеграционную камеру 1, соединяемую с источником высоковольтных импульсов (на черт. не показан), и представляет собой набор расположенных одна под другой электродных систем 2. Системы образованы пластинами гребенчатого типа 3 и выполнены в форме отдельных секций 4 контейнерного типа четырехгранной прямоугольной формы. Одна из пластин 3 является высоковольтным электродом 5, а другая - заземленным электродом 6, при этом заземленный электрод выполнен из сплошной металлической пластины.
Высоковольтный электрод 5 выполнен составным. Он состоит из металлической пластины 7 - основание высоковольтного электрода, диэлектрической вставки 8 и металлической пластины 3, подсоединяемой к источнику высокого напряжения с помощью изолированной шины 9. Диэлектрическая вставка 8 соединяется с пластиной 3 посредством металлической пластинки 10.
Контейнерные секции 4 объединены в единую конструкцию стадиального дробления с помощью вертикального рамного металлического каркаса 11. При этом контейнерные секции 4 с помощью приваренных кронштейнов (на черт. не показаны) и крепежных элементов 12 фиксируются на вертикальных направляющих рамного металлического каркаса И на разной высоте, соответственно располагаясь одна под другой, образуя последовательную цепь стадий дробления. Каркас 11 выполнен с петлями 13 для обеспечения возможности его размещения внутри камеры 1.
Рамный каркас 11 и отдельно каждая контейнерная секция 4 имеют петли (на черт. не показаны) для выполнения спускоподъемных операций для установки выемной части в корпус камеры и возвратного ее извлечения, для выемки отдельной секции устройства.
Контейнерные секции 4 имеют различные линейные размеры, при этом линейные размеры секций пропорциональны друг другу с увеличением от выше расположенных секций к ниже расположенным (последующим стадиям дробления), чтобы они могли свободно складываться, входя одна в другую. Число контейнерных секций соответствует числу стадий дезинтеграции (дробления/измельчения) материала.
Конусно сужающееся книзу днище секций 4 образовано высоковольтным 5 и заземленным 6 электродами, наклонно закрепленными, например с помощью сварки, на боковых стенках 14 секций. Жесткая фиксация угла наклона электродов обеспечивает необходимую прочность контейнерных секций 4, в которые загружается крупные куски материала для дробления. Гребенчатые пластины 3 выполнены с зубцами 15 на концах, которые расположены на расстоянии друг от друга (см. фиг. 2) и отогнуты вверх, тем самым обеспечивая лучший контакт с фрагментами исходного материала. Промежуток Sp между зубцами высоковольтного 5 и заземленного 6 электродов является рабочим разрядным промежутком, в котором происходит электрический разряд при подключении к источнику высокого напряжения электродной системы 2. Расстояние между электродами определяет размер фракции разрушенной породы, получаемой на выходе секции камеры.
кл
кл
Пространство между соседними парами зубцов 15 образуют классифицирующие ячейки с поперечным размером d для перепуска продукта дезинтеграции (см. фиг. 2). Длина рабочего промежутка d и будет определять размер ячейки и, следовательно, размер (крупность) разрушенного материала, получаемого на выходе секции 4 камеры, т.е. в ниже расположенную секцию 4 камеры будут попадать куски разрушенной породы определенного размера.
кл
Соответственно размер классифицирующих ячеек для перепуска продукта дезинтеграции d и разрядный промежуток Sp уменьшаются от выше расположенных электродных систем к ниже расположенным, в которых происходит дробление материала в более мелкую фракцию.
На днище камеры 1 имеется сборник продукта 16 с выпускным патрубком 17 и краном 18 для выпуска мелкой фракции продукта дезинтеграции.
Устройство работает следующим образом. Перед загрузкой материала выемная часть - рамный каркас 11 с контейнерными секциями 4 - извлекается из камеры 1. Две первых от верха контейнерные секции 4 фиксируются с помощью крепежных элементов 12 на вертикальных стойках рамного каркаса 11 на таком расстоянии по высоте, чтобы в процессе работы устройства продукт дробления первой стадии мог свободно уместиться в ниже расположенной, второй от верха контейнерной секции 4 второй стадии дробления. Контейнерные секции 4 третьей и последующей стадий дробления фиксируются на вертикальных стойках рамного каркаса 11 вплотную ко второй контейнерной секции, ограничивая возможность просыпания материала в секции третьей и последующих стадий дробления. Это позволяет значительно, в 2-3 раза, уменьшить высоту выемной части и всей камеры 1 в целом.
После завершения сборки контейнерных секций 4 к высоковольтному электроду 5 верхней секции подключают отрезок изолированной шины 9 для последующего подключения камеры 1 к источнику высоковольтных импульсов, и рамный каркас 11 с контейнерными секциями 4 помещается в корпус камеры 1, заполненный рабочей жидкостью (например, водой). Далее отрезок изолированной шины 9 подключают к источнику высоковольтных импульсов, что позволяет начать процесс электроимпульсной дезинтеграции.
В электроимпульсном способе разрушения материалов используются генераторы высоковольтных импульсов с параметрами импульсов, соответствующими критериальным условиям реализации электроимпульсного способа разрушения материалов (Семкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.И. «Основы электроимпульсного разрушения материалов». - Апатиты: КНЦ РАН, 1995, 76 с.), - генератор импульсных напряжений Маркса, генератор импульсных напряжений с обострением фронта импульсов, импульсный трансформатор с обострением фронта импульсов и т.п.
После завершения цикла дробления на первой стадии рамный каркас 11 с контейнерными секциями 4 извлекается из корпуса камеры 1. Раздробленный до определенной фракции материал через классифицирующие ячейки просыпается под действием силы тяжести в ниже установленную секцию камеры. Пустая верхняя секция 4 отсоединяется от рамного каркаса и на ее место перемещается контейнерная секция второй стадии дробления, соответственно выше перемещаются и контейнерные секции третьей и последующих стадий дробления. Отрезок изолированной шины 9 переустанавливается с освобожденной контейнерной секции на контейнерную секцию второй стадии (в комплекте установки может быть предусмотрено наличие отрезков изолированной шины для всех секций), и цикл дезинтеграции повторяется.
Если дезинтеграция осуществляется лишь для проведение минералогических, гранулометрических и т.п. определений, то отбор фракции материала для этих определений проводится непосредственно из контейнерной секции с продуктом дезинтеграции без отсоединения ее от рамного каркаса.
Если дезинтеграция осуществляется для рудоразборки продукта дезинтеграции, то контейнерную секцию 4 с продуктом отсоединяют от рамного каркаса 11, проводят рудоразборку продукта дезинтеграции, и после этого возвращают контейнерную секцию на место в рамном каркасе.
На заключительной стадии дробления в камеру перед установкой рамной конструкции с контейнерными секциями на днище камеры устанавливают поддон 16, в который в процессе дезинтеграции удаляется готовый продукт дробления. После завершения процесса дезинтеграции поддон извлекается. Поддон для сбора готового продукта дробления может быть установлен в камере на все время процесса дезинтеграции навески путем закрепления на вертикальном каркасе 11.
Поддон может отсутствовать в составе дезинтеграционной камеры, если исследование продукта дезинтеграции допускает возможность выделение продукта из камеры путем слива через патрубок 17 при открытом кране 18 в днище камеры, как предусмотрено в аналоге.