УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЕ КУМУЛЯТИВНОЕ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ И ДРОБЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
ELECTROHYDRAULIC CUMULATIVE DEVICE FOR DESTRUCTION AND CRUSHING OF HARD MATERIALS

Изобретение относится к электроимпульсному разрушению и дроблению твердых материалов и может быть использовано в горнообогатительной, металлургической, строительной промышленности.
Известна электрогидравлическая дробилка, содержащая цилиндрический корпус в виде тонкостенного металлического стакана с фланцем, заполненный водой, установленные соосно ему два электрода, подключенные к генератору высоковольтных импульсов, электрический изолятор, соосный электродам (Авторское свидетельство СССР №888355, кл. В02С 19/18, 1980).
Недостатком этой дробилки является то, что она может быть использована только для разрушения (дробления) отдельных твердых материалов небольших габаритов или фрагментов предварительно разрушенных твердых материалов.
Известно устройство для электроимпульсного разрушения твердых тел, содержащее генератор высоковольтных импульсов, корпус и два электрода, закрепленные в корпусе и подключенные к генератору (Аксель А.Н. и др. / Промышленность нерудных неметаллических материалов. Техническая информация. - М.: ВНИИЭСМ, 1972. - вып.5. - с.3). В разрушаемом объекте бурится шпур, который заполняется водой. В заполненный водой шпур помещают два электрода. При включении генератора высоковольтных импульсов происходит пробой в воде, заполняющей шпур, а ударная волна, возникающая при пробое, воздействуя на материал разрушаемого объекта, приводит к его разрушению.
Недостатками этого устройства является то, что оно характеризуется низкой эффективностью, так как генерируемая сферическая ударная волна, не позволяет сформировать в разрушаемом твердом материале зоны с повышенной концентрацией энергии и осуществить прогнозирование положения мест откола фрагментов разрушаемого материала.
Известен также электрогидравлический способ разрушения твердого тела, реализуемый с помощью электрогидравлического кумулятивного устройства для разрушения твердых материалов, включающего цилиндрический корпус, заполненный водой, электрический изолятор и два электрода, подключенные к генератору высоковольтных импульсов (RU 2038150 С1, 27.06.1995, В02С 19/18), который по совокупности признаков и назначению является наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения.
Недостатком этого устройства является то, что в объекте для эффективного разрушения и прогнозирования положения мест откола фрагментов материала твердого тела больших габаритов необходимо бурить по крайней мере четыре шпура и устанавливать в них четыре таких устройства.
Известен кумулятивный эффект взрывчатых веществ - увеличение действия взрыва путем его концентрации в заданном направлении (Лаврентьев М.А. Кумулятивный заряд и принципы его работы // Успехи математических наук, 1957. - т.12, вып.4). Кумулятивный эффект достигается применением заряда с кумулятивной выемкой, обращенной в сторону поражаемого объекта. Кумулятивную выемку обычно выполняют конической, сферической или клинообразной формы и облицовывают слоем металла, что значительно повышает кумулятивный эффект. При инициировании взрыва продукты химической реакции образуют сходящийся к выемке поток и формируется высокоскоростная кумулятивная струя. Стенки облицовки схлопываются навстречу друг другу, при этом в результате соударения стенок облицовки давление в материале облицовки резко возрастает. Давление продуктов взрыва значительно превосходит предел текучести металла, поэтому движение металлической облицовки подобно течению жидкой пленки - образуется струя металла, перемещающаяся со скоростью до 10 км/с, что обеспечивает ей большую пробивную силу.
Целью изобретения является разработка устройства электрогидравлического кумулятивного для разрушения и дробления твердых материалов, которое обеспечило бы создание в заданных областях разрушаемого тела зон с высокой концентрацией энергии, повысило эффективность разрушения и обеспечило возможность прогнозирования мест откола материала.
Поставленная цель достигается тем, что в известном электрогидравлическом кумулятивном устройстве для разрушения твердых материалов, включающем цилиндрический корпус, заполненный водой, электрический изолятор и два электрода, подключенные к генератору высоковольтных импульсов, согласно изобретению электрический изолятор установлен в верхнем торце корпуса с образованием герметичной полости и выполнен с отверстиями, в которые установлены параллельно два электрода, при этом корпус выполнен с кумулятивными выемками, отделенными от него облицовками.
Целесообразно корпус и облицовки изготавливать из пластиковых материалов, а облицовки заполнять жидкостью большей плотности, чем вода, например, раствором поваренной соли, морской водой или раствором хлорида кальция, для эффективного использования энергии кумуляции.
Изменяя, в зависимости от габаритов разрушаемого объекта и проектируемых направлений распространения кумулятивных струй, расположение, форму и количество кумулятивных выемок и облицовок, возможно получать различные сочетания кумулятивных струй и прогнозировать места откола твердых материалов.
Преимущества данного устройства заключаются в том, что оно обеспечивает более высокую эффективность разрушения и дробления за счет кумулятивного эффекта, различных сочетаний кумулятивных струй, позволяет осуществить прогнозирование мест откола разрушаемого материала и может быть использовано для разрушения и дробления твердых материалов больших габаритов.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, на которых показано:
на фиг.1 - устройство электрогидравлическое кумулятивное для разрушения и дробления твердых материалов;
на фиг.2 - разрез по А-А;
на фиг.3 - разрез по Б-Б;
на фиг.4 - вид В.
На фиг.1 показано устройство электрогидравлическое кумулятивное для разрушения и дробления твердых материалов, снабженное кумулятивными выемками и облицовками.
Позициями обозначены: корпус 1, заполненный водой 2, электрический изолятор 3, электроды 4, кумулятивные выемки 5, облицовки 6, жидкость 7, заполняющая облицовки, кабель высокочастотный 8.
Устройство работает следующим образом.
В корпус 1, имеющий цилиндрическую форму и выполненный из пластикового материала, заливают воду 2, затем в верхнем торце корпуса 1 устанавливают с образованием герметичной полости электрический изолятор 3, выполненный с отверстиями, в которые установлены параллельно два электрода 4. Далее в кумулятивные выемки 5 корпуса 1 устанавливают облицовки 6, выполненные из пластикового материала и предварительно заполненные жидкостью 7 большей плотности, чем вода, например, раствором поваренной соли, и подключают электроды 4 через кабель высокочастотный 8 к генератору высоковольтных импульсов. В разрушаемом объекте с помощью перфоратора бурят шпур диаметром, равным диаметру корпуса 1. Затем в шпур устанавливают устройство электрогидравлическое кумулятивное для разрушения и дробления твердых материалов. На этом заканчивается этап подготовки устройства к работе.
После включения генератора высоковольтных импульсов на разрядный промежуток, образованный электродами 4, через кабель высокочастотный 8 подается высокое напряжение и происходит пробой разрядного промежутка, сопровождающийся образованием токопроводящего канала. В канале разряда происходит интенсивный локальный разогрев жидкости. При этом в нем концентрируется энергия перегретого ионизированного газа и пара. Быстрое расширение канала разряда в виде парогазовой полости под действием внутреннего давления создает в воде 2 волны сжатия и импульсы давления. Благодаря высокому давлению и быстрому расширению канала разряда формируются ударные волны, которые, перемещаясь, схлопывают стенки облицовок 6 навстречу друг другу. В результате соударения стенок давление в материале облицовок 6 резко возрастает. Движение облицовок 6 образует сходящиеся под определенным углом к осям кумулятивных выемок 5 потоки, которые переходят в тонкие струи жидкости, перемещающиеся вдоль осей с очень большими скоростями. Воздействие этих факторов на материал объекта приводит к его разрушению.
Расположение, формы и количество кумулятивных выемок 5 и облицовок 6 определяют в зависимости от габаритов разрушаемого объекта и проектируемых направлений распространения кумулятивных струй.
Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность разрушения твердых материалов за счет кумулятивного эффекта, увеличивающего действие взрыва путем концентрации его в заданном направлении, осуществлять прогнозирование мест откола разрушаемого материала и может быть использовано для разрушения и дробления твердых материалов больших габаритов.