ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ И ДРОБЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
ELECTROHYDRAULIC BREAKING AND CRUSHING METHOD FOR SOLID MATERIALS

Изобретение относится к электроимпульсному разрушению и дроблению твердых материалов и может быть использовано в горнообогатительной, металлургической, строительной промышленности.
Известен электрогидравлический способ разрушения твердого тела (Воробьев А.А. и др. Импульсный пробой и разрушение диэлектриков и горных пород. - Томск: ТГУ, 1971), включающий помещение твердого тела в жидкость, силовое воздействие на твердое тело ударной волной с давлением на фронте импульса не меньше величины прочности материала твердого тела, причем ударную волну возбуждают высоковольтным искровым электрическим разрядом, осуществляемым в жидкости.
Недостатком этого способа является то, что он может быть использован только для разрушения и дробления твердых тел небольших габаритов, так как разрушаемое твердое тело необходимо поместить в ванну, заполненную жидкостью.
Известен электрогидравлический способ разрушения твердого тела (Аксель А.Н. и др. // Промышленность нерудных неметаллических материалов. Техническая информация. - М.: ВНИИЭСМ, 1972. - вып.5. - С.3), включающий бурение в твердом теле шпуров, силовое воздействие на твердое тело ударными волнами, генерируемыми высоковольтными электрическими разрядами, осуществляемыми в жидкости, заполняющей шпуры.
Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает высокой эффективности разрушения твердых тел, так как ударные волны, генерируемые в твердом теле, имеют сферическую симметрию и величина энергии в импульсе быстро убывает с расстоянием от зоны генерации волны.
При использовании этого способа не представляется возможным сформировать в разрушаемом теле зоны с повышенной концентрацией энергии и осуществить прогнозирование положения мест откола фрагментов разрушаемого тела.
Известен также электрогидравлический способ разрушения твердого тела (Патент Российской Федерации №2038150 С1, кл. В02С 19/18, 27.06.1995), включающий бурение в твердом теле шпуров, в каждом из которых создают импульсный высоковольтный электрический разряд в жидкости, воздействующий на тело ударными волнами, производимыми установленными в шпурах электрогидравлическими генераторами ударных волн, каждый из которых включает электроды, размещенные в заполненном жидкостью, изолированном по всей внутренней боковой поверхности цилиндрическом корпусе, причем воздействие на тело осуществляют одновременно по крайней мере четырьмя симметричными цилиндрическими ударными волнами в зонах тела, расположенных при вершинах квадратной ячейки, с помощью взрывающихся проволочек. Данный способ по совокупности признаков и назначению является наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения.
Недостатком этого способа 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 электрогидравлических генератора ударных волн.
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.; Орленко Л.П. Физика взрыва и удара: Учебное пособие для вузов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - С.251-274). 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 охлопываются навстречу друг другу, при этом в результате их соударения 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 электрогидравлического способа разрушения и дробления твердых материалов, который обеспечил бы создание в заданных областях разрушаемого тела зон с высокой концентрацией энергии, повысил эффективность разрушения и обеспечил возможность прогнозирования мест откола материала.
Поставленная цель достигается тем, что в известном электрогидравлическом способе разрушения твердого тела, включающем бурение в твердом теле шпуров, в каждом из которых создают импульсный высоковольтный электрический разряд в жидкости, воздействующий на тело ударными волнами, производимыми установленными в шпурах электрогидравлическими генераторами ударных волн, каждый из которых включает электроды, размещенные в заполненном жидкостью, изолированном по всей внутренней боковой поверхности цилиндрическом корпусе, согласно изобретению воздействие на тело осуществляют кумулятивными струями, при этом каждый из электрогидравлических генераторов выполняют герметичным с кумулятивными выемками и расположенными в выемках облицовками.
Кумулятивные выемки и облицовки выполняют в количестве, равном количеству проектируемых направлений распространения кумулятивных струй. Изменяя в зависимости от габаритов разрушаемого объекта и проектируемых направлений распространения кумулятивных струй форму, расположение и количество кумулятивных выемок и облицовок, возможно получать различные сочетания кумулятивных струй и прогнозировать места откола твердых материалов.
Целесообразно корпуса электрогидравлических генераторов ударных волн и облицовки изготавливать из пластиковых материалов, например полиэтилена, а облицовки заполнять жидкостью большей плотности, чем вода, например, раствором поваренной соли, морской водой или раствором хлорида кальция для эффективного использования энергии кумуляции.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых показано:
на фиг.1 - твердый материал, в шпурах которого установлены электрогидравлические генераторы ударных волн с кумулятивными выемками и облицовками;
на фиг.2 - то же, разрез по А-А;
на фиг.3 - один из вариантов электрогидравлического генератора ударных волн;
на фиг.4 - то же, разрез по Б-Б.
Позициями обозначены: разрушаемый твердый материал 1, шпуры 2, электрогидравлические генераторы ударных волн 3, корпуса 4, кумулятивные выемки 5, облицовки 6, электроды 7, вода 8, кумулятивные струи 9.
Способ осуществляют следующим образом.
В разрушаемом твердом материале 1 с помощью перфораторов бурят шпуры 2. Затем в шпурах 2 устанавливают электрогидравлические генераторы ударных волн 3, имеющие в своих корпусах 4 кумулятивные выемки 5, в которых установлены облицовки 6. Далее электрогидравлические генераторы ударных волн 5 через высокочастотный кабель подключают к выходу генераторов высоковольтных импульсов.
Электрогидравлический генератор ударных волн 3 может быть выполнен, например, в виде двух электродов 7, размещенных внутри цилиндрического герметичного корпуса 4, имеющего электрическую изоляцию по всей внутренней боковой поверхности и заполненного водой 8.
После включения генератора высоковольтных импульсов на разрядный промежуток, образованный электродами 7 электрогидравлического генератора ударных волн 3, 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 8 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.
Количество электрогидравлических генераторов ударных волн 3, расположение, формы и количество кумулятивных выемок 5 и облицовок 6, расположение электродов 7 определяют в зависимости от габаритов разрушаемого твердого материала 1 и проектируемых направлений распространения кумулятивных струй 9.
Предлагаемый способ 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 использован для разрушения и дробления твердых материалов больших габаритов.