РАБОЧИЙ ЭЛЕКТРОД ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ ДРОБИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
WORKING ELECTRODE OF ELECTRO DYNAMIC CRUSHER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к рабочим электродам электродинамических дробильных установок, сменным деталям рабочих электродов, а также к использованию рабочих электродов в соответствии с ограничительными частями независимых пунктов формулы изобретения.
Уровень техники
При электродинамическом дроблении такого материала, как бетон между рабочим электродом, на который подаются высоковольтные импульсы, и базовым электродом, который обычно имеет нулевой потенциал, через подвергаемый дроблению материал проходят высоковольтные разряды, в результате чего происходит его дробление. При каждом высоковольтном разряде происходит удаление некоторого количества материала с концевого участка рабочего электрода, в результате чего после определенного времени эксплуатации он изнашивается, и возникает необходимость его замены. Также может потребоваться замена электрода при смене подвергаемого дроблению материала для исключения нежелательного загрязнения конечного изделия материалом электрода. В обоих случаях в известных электродинамических дробильных установках существует необходимость замены всего рабочего электрода вместе с изолятором, что представляет собой дорогостоящую и длительную операцию, в том числе и потому, что крепежная часть рабочих электродов обычно соединена с системой, заполненной изоляционным маслом. Из этого следует еще один недостаток, заключающийся в неэкономичном расходовании не до конца отработавших электродов, поскольку монтажные работы занимают значительное время по сравнению с остаточным временем использования.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание рабочего электрода, в котором по меньшей мере частично устранены недостатки известных электродов.
Указанная задача решена в рабочем электроде и его сменных элементах в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения.
Соответственно, первым объектом настоящего изобретения является электрод электродинамической дробильной установки со сменным электродным наконечником. Рабочий электрод включает в себя изолятор, выполненный, например, из пластика или керамического материала, и центральный проводник, выполненный из материала с хорошей электрической проводимостью, предпочтительно металлического материала, например алюминия, меди или нержавеющей стали, проходящего сквозь изолятор в осевом направлении. Один конец центрального проводника может быть соединен с генератором высокого напряжения для передачи рабочему электроду высоковольтных импульсов. На другом конце центрального проводника установлен электродный наконечник, который при работе установки является начальной точкой высоковольтных разрядов. Этот конец, также называемый рабочим концом, при работе установки погружается в рабочую зону, заполненную рабочей жидкостью, например водой и подвергаемым дроблению материалом. Электродный наконечник образован сменным элементом, выполненным в виде единой детали или состоящим из нескольких частей.
Преимущество таких рабочих электродов заключается в том, что при износе электрода или смене подвергаемого дроблению материала необходимо просто заменить электродный наконечник. Таким образом, нет необходимости в открытии заполненной маслом высоковольтной системы для замены всего рабочего электрода. Благодаря этому простои из-за эксплуатационного обслуживания и затраты на эксплуатацию электродинамических дробильных установок могут быть существенно снижены.
В предпочтительном варианте выполнения рабочего электрода сменный элемент содержит контактный участок, выполняющий функцию осевого упора, упирающегося под действием предварительного сжимающего напряжения в упорный участок рабочего концевого участка центрального проводника. Контактный участок сменного элемента и/или упорный участок центрального проводника могут быть выполнены, например, в виде выступающих только в радиальном направлении незаостренных упорных участков, а также в виде конусообразных участков, выступающих в радиальном и в осевом направлениях.
В другом предпочтительном варианте выполнения рабочего электрода противоположный электродному наконечнику конец сменного элемента соединен с центральным проводником через первое резьбовое соединение для создания предварительного сжимающего напряжения между контактным и упорным участками. Благодаря этому достигается простота замены сменного элемента и надежность его крепления.
В данном варианте осуществления изобретения сменный элемент между первым резьбовым соединением и контактным участком предпочтительно содержит продолговатый участок, длина которого предпочтительно по меньшей мере в два раза, а более предпочтительно по меньшей мере в четыре раза больше диаметра первого резьбового соединения. Этот продолговатый участок повышает динамическую прочность болта и за счет упругого удлинения находится под действием предварительного растягивающего напряжения, а следовательно, создает предварительное сжимающее напряжение между контактным и упорным участками. Предпочтительно продолговатый участок сменного элемента выполнен в виде повышающего динамическую прочность стержня или повышающей динамическую прочность втулки, причем на его одном концевом участке в первом случае предпочтительно выполнена внешняя резьба, а во втором - предпочтительно внутренняя резьба первого резьбового соединения.
В альтернативном или дополнительном варианте осуществления изобретения центральный проводник между первым резьбовым соединением и упорным участком предпочтительно содержит продолговатый участок, длина которого предпочтительно по меньшей мере в два раза, а более предпочтительно по меньшей мере в четыре раза больше диаметра первого резьбового соединения. Этот продолговатый участок служит в качестве повышающего динамическую прочность болта и за счет упругого удлинения находится под действием предварительного растягивающего напряжения, а следовательно, создает предварительное сжимающее напряжение между контактным и упорным участками. Продолговатый участок сменного элемента предпочтительно выполнен в виде повышающего динамическую прочность стержня или повышающей динамическую прочность втулки, причем на его одном концевом участке в первом случае предпочтительно выполнена внешняя резьба, а во втором - предпочтительно внутренняя резьба первого резьбового соединения.
Рабочие электроды с продолговатыми участками являются прочными и могут работать без какого-либо обслуживания в течение длительного времени даже при больших изменениях давления в рабочей зоне, поскольку между центральным проводником и сменным элементом возникают только переменные по величине нагрузки, и нет нагрузок, переменных по направлению.
Сменный элемент может быть выполнен как в виде единой детали, так и состоящим из нескольких деталей. В первом случае преимущество заключается в простоте и надежности конструкции, а во втором случае - в том, что конструкция сменного элемента может быть различной.
Если сменные элементы состоят из нескольких деталей, предпочтительно, чтобы контактный участок сменного элемента был образован упором, предпочтительно выполненным в виде винтовой гайки, предпочтительно шестиугольной или винтовой гайки с торцевыми отверстиями. Упор вместе с другой деталью сменного элемента, имеющей внешнюю или внутреннюю резьбу первого резьбового соединения и выполненной за одно целое с электродным наконечником, образует второе резьбовое соединение. Таким образом, можно сначала закрепить электродный наконечник или образующую его деталь сменного элемента при помощи первого резьбового соединения на центральном проводнике, а затем создать посредством упора и второго резьбового соединения предварительное сжимающее напряжение между контактным и упорным участками. В этих случаях достигается преимущество в том, что в вариантах осуществления изобретения с длинными продолговатыми участками, расположенными между первым и вторым резьбовыми соединениями, на этих участках возможно создание предварительного напряжения без приложения существенных скручивающих усилий. Таким образом, продолговатый участок может иметь для этого оптимальную конструкцию.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения рабочего электрода с первым резьбовым соединением сменный элемент между электродным наконечником и контактным участком, например, на небольшом расстоянии от электродного наконечника содержит участок с неосесимметричным поперечным сечением такой формы, что он может входить в надежное зацепление с завинчивающим инструментом для завинчивания и отвинчивания сменного элемента. Таким образом, при затягивании второго резьбового соединения сменная деталь может быть зафиксирована от проворачивания, что может полностью исключить возникновение скручивающих усилий на продолговатом участке.
Для этого сменный элемент между электродным наконечником и контактным участком содержит участок с по меньшей мере двумя параллельными поверхностями. Эти поверхности могут быть легко выполнены и позволяют поворачивать сменный элемент или фиксировать его от проворачивания при помощи серийно выпускаемых плоских гаечных ключей.
В другом предпочтительном варианте выполнения рабочего электрода сменный элемент на внешней стороне участка, примыкающего к его контактному участку, содержит кольцевой буртик. В вариантах осуществления изобретения, в которых упор выполнен, например, в виде винтовой гайки, образующей контактный участок, предпочтительно, чтобы упор на внешней стороне концевого участка, обращенного к центральному проводнику, содержал кольцевой буртик.
В обоих случаях кольцевой буртик выполняет экранирующую функцию на участке, где центральный проводник выступает из изолятора, благодаря чему может быть существенно повышен ресурс изолятора и центрального проводника.
В другом предпочтительном варианте выполнения рабочего электрода сменный элемент при помощи зажима нежестко закреплен в торцевом отверстии рабочего конца центрального проводника. Для этого сменный элемент содержит предпочтительно цилиндрическую разжимную втулку и распорный элемент, который по меньшей мере частично установлен внутри разжимной втулки, благодаря чему она может увеличивать площадь своего поперечного сечения и прижиматься в радиальном направлении к стенке торцевого отверстия. В результате, втулка неподвижно устанавливается внутри отверстия. Благодаря этому обеспечивается простое и надежное скрепление сменного элемента с центральным проводником.
В этом случае распорный элемент предпочтительно соединен с приводным элементом, перемещающим распорный элемент в осевом направлении относительно разжимной втулки для ее расширения в радиальном направлении. Приводной элемент выступает из торцевого отверстия, выполненного на рабочем конце центрального проводника, а со стороны, противоположной распорному элементу, образует электродный наконечник. Если распорный элемент и приводной элемент выполнены в виде единой детали, что является предпочтительным, конструкция получается более простой и надежной.
В этом случае распорный элемент предпочтительно содержит конический или пирамидальный участок для расширения в радиальном направлении разжимной втулки, или он целиком выполнен в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, поскольку таким образом могут быть приложены огромные управляемые расширяющие усилия.
Предпочтительно ведущий элемент между электродным наконечником и распорным элементом имеет внешнюю резьбу, посредством которой к нему может быть передана осевая сила для перемещения распорного элемента для радиального расширения и зажатия разжимной втулки в отверстии центрального проводника. Таким образом, могут быть обеспечены относительно большие управляемые перемещающие усилия.
Если в вышеописанном случае распорный элемент выполнен так, что его перемещение в осевом направлении в сторону рабочего конца центрального проводника вызывает радиальное расширение разжимной втулки и, следовательно, приводной элемент должен передавать окружные усилия для зажима сменного элемента в центральном проводнике, то предпочтительно, чтобы внешняя резьба приводного элемента для создания сил, вызывающих перемещение в осевом направлении, взаимодействовала с соответствующей внутренней резьбой упора, который в осевом направлении опирается на разжимную втулку. Благодаря этому получается простая конструкция с малым числом деталей.
Кроме того, для вышеупомянутого варианта осуществления изобретения опорный элемент предпочтительно является шестигранной гайкой или винтовой гайкой с по меньшей мере двумя торцевыми отверстиями. Причем на внешней стороне гайки предпочтительно расположен кольцевой буртик, выполняющий экранирующую функцию.
Предпочтительно, чтобы в этом случае приводной элемент между распорным элементом и внешней резьбой содержал продолговатый участок, предпочтительно выполненный в виде повышающего динамическую прочность стержня или в виде повышающей динамическую прочность втулки. Причем длина продолговатого участка по меньшей мере в два, а предпочтительно по меньшей мере в четыре раза больше диаметра внешней резьбы.
Однако если распорный элемент выполнен так, что его перемещение в осевом направлении от рабочего конца центрального проводника вызывает радиальное расширение разжимной втулки и, следовательно, приводной элемент должен передавать окружные усилия для зажима сменного элемента в центральном проводнике, то предпочтительно, чтобы внешняя резьба приводного элемента взаимодействовала с соответствующей внутренней резьбой упора, который в осевом направлении соединен с разжимной втулкой для передачи между ними осевых растягивающих усилий. Если в вышеописанном случае упор и разжимная втулка представляют собой единую деталь, что является предпочтительным, то такая конструкция является максимально компактной и имеет минимальное число деталей.
Предпочтительно, чтобы разжимная втулка между упором и участком, на котором она расширена в радиальном направлении распорным элементом, содержала продолговатый участок, длина которого предпочтительно по меньшей мере в два, а более предпочтительно по меньшей мере в четыре раза превышала диаметр внутренней резьбы упора.
Как описано выше, за счет выполнения на части конструкции продолговатых участков для передачи усилий, необходимых для создания сжимающих усилий между деталями сменного элемента и центральным проводником, может быть устранено возникновение переменных по направлению сил между этими деталями даже при больших изменениях давления в рабочей зоне. Благодаря этому обеспечиваются очень высокая надежность и длительные сроки эксплуатации без обслуживания рабочих электродов.
Предпочтительно приводной элемент между электродным наконечником и расширяющим звеном содержит участок с неосесимметричным сечением, предпочтительно с по меньшей мере двумя параллельными поверхностями. Причем этот участок может входить в надежное зацепление с инструментом типа плоского гаечного ключа для вращения приводного элемента относительно разжимной втулки и/или для временной фиксации приводного элемента от проворачивания.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения рабочего электрода между сменным элементом и центральным проводником установлено уплотнение, предпочтительно кольцевое для предотвращения попадания рабочей жидкости и грязи на крепежный участок между сменным элементом и центральным проводником. В частности, в вариантах осуществления изобретения, в которых сменный элемент соединен с центральным проводником через резьбовое соединение, загрязнение и повреждение этого резьбового соединения исключены.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения рабочего электрода на внешней стороне выступающего из изолятора рабочего концевого участка центрального проводника расположен кольцевой буртик.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения рабочего электрода выступающий из изолятора рабочий концевой участок центрального проводника содержит участок с неосесимметричным поперечным сечением с предпочтительно двумя параллельными поверхностями, обеспечивающими надежное зацепление с инструментом типа плоского гаечного ключа.
В альтернативном или дополнительном варианте осуществления изобретения в концевом участке центрального проводника предпочтительно выполнено по меньшей мере два торцевых отверстия для надежного зацепления с торцевым гаечным ключом.
В этих вариантах осуществления изобретения при установке и/или снятии съемного элемента имеется возможность фиксации центрального проводника от проворачивания внутри изолятора. Проворачивание проводников, нежестко закрепленных внутри изолятора, например посредством посадки с натягом или обжатия, может привести к ослаблению или нарушению соединения проводника с изолятором.
В предпочтительных вариантах выполнения рабочего электрода электродный наконечник имеет форму шарового сегмента или параболоида вращения. Такие формы обеспечивают локально определенную начальную точку электрического пробоя и в то же время приемлемый ресурс электродного наконечника.
Вторым объектом изобретения является сменный элемент рабочего электрода, соответствующего первому объекту изобретения. Сменный элемент содержит продолговатый электропроводящий основной элемент, предпочтительно выполненный из металла или металлического сплава. На его одном концевом участке выполнена первая внешняя резьба для крепления сменного элемента к центральному проводнику рабочего электрода, а на другом концевом участке расположен электродный наконечник. Между электродным наконечником и первой внешней резьбой расположена вторая внешняя резьба для навинчивания упора, содержащего контактный участок, который упирается в осевом направлении в упорный участок центрального проводника. Между электродным наконечником и второй внешней резьбой основной элемент содержит участок с неосесимметричным поперечным сечением. Этот участок в окружном направлении относительно своей продольной оси может надежно захватываться подходящим отвинчивающим инструментом для завинчивания основного элемента в центральный проводник рабочего электрода и вывинчивания из него основного элемента. Также этот участок служит для фиксации основного элемента от проворачивания при затягивании упора гаечного типа, устанавливаемого на второй резьбовой участок для создания предварительного сжимающего напряжения между контактным участком упора и упорным участком центрального проводника. Для этого основной элемент между электродным наконечником и вторым резьбовым участком предпочтительно содержит по меньшей мере две параллельные поверхности, которые могут входить в зацепление с плоским гаечным ключом подходящего размера. Кроме того, основной элемент между первым участком внешней резьбы и вторым участком внешней резьбы содержит повышающий динамическую прочность стержень, длина которого по меньшей мере в два, а предпочтительно по меньшей мере в четыре раза больше диаметра первого участка внешней резьбы.
В предпочтительном варианте выполнения сменного элемента он дополнительно включает в себя расположенный у второго участка внешней резьбы упор с контактным участком для упора в осевом направлении в упорный участок центрального проводника, который предпочтительно содержит по меньшей мере две параллельные поверхности для надежного зацепления с плоским гаечным ключом.
Третьим объектом изобретения является другой сменный элемент рабочего электрода, соответствующего первому объекту изобретения. Сменный элемент также содержит продолговатый электропроводящий, предпочтительно металлический основной элемент, на одном концевом участке которого выполнена внутренняя резьба для крепления сменного элемента к центральному проводнику рабочего электрода, а на другом концевом участке он содержит электродный наконечник. Между электродным наконечником и участком внутренней резьбы расположен упорный заплечик, упирающийся в осевом направлении в упорный участок центрального проводника. Кроме того, основной элемент между упорным заплечиком и электродным наконечником содержит участок с неосесимметричным поперечным сечением. Благодаря этому участку он может поворачиваться вокруг своей продольной оси при помощи подходящего отвинчивающего инструмента для ввинчивания основного элемента в приемное отверстие центрального проводника рабочего электрода, чтобы закрепить сменный элемент в центральном проводнике и создать предварительное сжимающее напряжение между контактным участком упора и упорным участком центрального проводника. Для этого основной элемент между электродным наконечником и упором предпочтительно содержит по меньшей мере две параллельные поверхности, которые могут захватываться плоским гаечным ключом подходящего размера. Между участком внутренней резьбы и упорными заплечиками основной элемент содержит участок в виде повышающей динамическую прочность втулки, длина которой по меньшей мере в два, а предпочтительно по меньшей мере в четыре раза больше диаметра участка внутренней резьбы.
В этом случае предпочтительно, чтобы сменный элемент был выполнен в виде единой детали.
Кроме того предпочтительно, чтобы упорный заплечик был выполнен в виде кольцевого буртика сменного элемента, который может выполнять экранирующую функцию.
Четвертым объектом изобретения является сменный элемент рабочего электрода, соответствующего первому объекту изобретения. Сменный элемент включает в себя разжимную втулку и предпочтительно конический или пирамидальный распорный элемент, который по меньшей мере частично расположен внутри разжимной втулки. При перемещении распорного элемента относительно разжимной втулки она увеличивает площадь своего поперечного сечения в радиальном направлении, предпочтительно на своем концевом участке. В этом случае распорный элемент соединен с приводным элементом для перемещения распорного элемента внутри разжимной втулки. Например, распорный элемент и приводной элемент могут быть выполнены в виде единой детали или могут быть соединены с помощью пайки или сварки. Противоположный распорному элементу конец приводного элемента выступает из разжимной втулки и образует электродный наконечник в форме сферического сегмента или параболоида вращения. Приводной элемент между электродным наконечником и распорным элементом содержит внешний резьбовой участок, на который установлен упор предпочтительно гаечного типа с соответствующим участком внутренней резьбы. Упор в осевом направлении опирается на разжимную втулку так, что вращение последней относительно приводного элемента приводит к осевому перемещению соединенного с ним распорного элемента в направлении электродного наконечника, причем распорный элемент вызывает расширение разжимной втулки.
В предпочтительном варианте выполнения сменного элемента упор выполнен в виде винтовой гайки с торцевыми отверстиями, предпочтительно с по меньшей мере двумя, а более предпочтительно с по меньшей мере четырьмя торцевыми отверстиями, распределенными с равным шагом. В этом случае также предпочтительно, чтобы винтовая гайка с торцевыми отверстиями имела кольцевой буртик, а более предпочтительно, чтобы она была выполнена в основном в форме шайбы со скругленными по контуру кромками. За счет этого упор может также выполнять функцию экранирования.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения сменного элемента приводной элемент между распорным элементом и участком внешней резьбы содержит продолговатый участок, который предпочтительно выполнен в виде повышающего динамическую прочность стержня или повышающей динамическую прочность втулки. Предпочтительно его длина по меньшей мере в два, а более предпочтительно по меньшей мере в четыре раза больше диаметра участка внешней резьбы.
Пятым объектом изобретения является сменный элемент рабочего электрода, соответствующего первому объекту изобретения. Сменный элемент включает в себя разжимную втулку и конический или пирамидальный распорный элемент для расширения в радиальном направлении разжимной втулки при его перемещении относительно нее в осевом направлении. В этом случае распорный элемент соединен с приводным элементом для перемещения распорного элемента внутри разжимной втулки. Например, распорный элемент и приводной элемент могут быть выполнены за одно целое или быть соединены при помощи сварки или пайки. Противоположный распорному элементу конец приводного элемента выполнен в виде электродного наконечника в форме сферического сегмента или параболоида вращения. Приводной элемент между электродным наконечником и распорным элементом содержит участок внешней резьбы, который взаимодействует с соответствующим участком внутренней резьбы упора. Упор соединен с разжимной втулкой, предпочтительно он выполнен с ней за одно целое, так что возможно осуществление передачи осевых растягивающих усилий между упором и разжимной втулкой. Также при вращении приводного элемента относительно упора возможно перемещение распорного элемента в противоположном наконечнику электрода направлении, что, в свою очередь, приводит к расширению разжимной втулки.
В предпочтительном варианте выполнения сменного элемента разжимная втулка между упором и участком, расширяющимся в радиальном направлении под действием распорного элемента, содержит продолговатый участок, длина которого предпочтительно по меньшей мере в два, а более предпочтительно по меньшей мере в четыре раза больше диаметра участка внутренней резьбы упора. Обычно такие продолговатые участки имеют уменьшенное поперечное сечение для получения минимально жесткой характеристики при растяжении.
Сменные элементы в соответствии со вторым, третьим, четвертым и пятым объектами изобретения являются предпочтительными и позволяют изготавливать рабочие электроды, в которых электродный наконечник легко заменяем, причем при его замене нет необходимости в отсоединении электрода от источника напряжения.
Шестым объектом изобретения является применение рабочего электрода для электродинамического дробления материалов предпочтительно с плохой электропроводностью типа бетона или шлака. При использовании изобретения в этих случаях его преимущества становятся особенно очевидными.
Краткое описание чертежей
Дополнительные варианты осуществления, преимущества и области применения изобретения станут более понятны из нижеследующего описания со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показано продольное сечение рабочего конца первого рабочего электрода в соответствии с изобретением;
на фиг.2 - сменный элемент изображенного на фиг.1 рабочего электрода в соответствии с изобретением, вид сбоку;
на фиг.3 - продольное сечение рабочего конца второго рабочего электрода в соответствии с изобретением;
на фиг.4 - продольное сечение рабочего конца третьего рабочего электрода в соответствии с изобретением;
на фиг.5 - продольное сечение рабочего конца четвертого рабочего электрода в соответствии с изобретением;
на фиг.6 - продольное сечение рабочего конца пятого рабочего электрода в соответствии с изобретением;
на фиг.7 - продольное сечение рабочего конца шестого рабочего электрода в соответствии с изобретением;
на фиг.8 - продольное сечение рабочего конца седьмого рабочего электрода в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан продольный разрез рабочего конца первого рабочего электрода в соответствии с изобретением. Электрод включает в себя цилиндрический изолятор 1 с рабочим концом в форме усеченного конуса, выполненный из термопластичного синтетического материала, в данном случае из полиэтилена. Электрод также включает в себя установленный с натягом в центре изолятора 1 центральный проводник 2, выполненный из нержавеющей стали. В рабочем концевом участке центрального проводника 2 выполнены два небольших торцевых отверстия 23, равномерно распределенных по периферийной области этого участка, а также центральное глухое отверстие большего диаметра, которое на участке своего закрытого конца имеет внутреннюю резьбу и открыто со стороны рабочего конца, где выступающий из изолятора 1 центральный проводник 2 образует кольцевой буртик 14. В центральном отверстии центрального проводника 2 установлен сменный элемент 4, который посредством выполненной на его концевом участке внешней резьбы 15 ввинчен во внутреннюю резьбу центрального отверстия и прикреплен к центральному проводнику 2, образуя первое резьбовое соединение 7.
На фиг.2 показан вид сбоку сменного элемента 4 в соответствии с изобретением, на конце которого образован полусферический электродный наконечник 3, выполняющий функцию начальной точки высоковольтных разрядов. Как показано на фиг.1 и 2, на сменном элементе 4 между электродным наконечником 3 и первым резьбовым соединением 7 выполнена вторая внешняя резьба 16, на которой в качестве упора установлена шестигранная гайка 10, образуя второе резьбовое соединение 11. Гайка 10 упирается своей поверхностью 5 в торцевую поверхность 6 рабочего концевого участка центрального проводника 2, образующую упорный участок 6, расположенный на буртике 14. Поверхность 5 направлена в противоположную рабочему концу сторону и образует незаостренный в осевом направлении контактный участок 5, находящийся под действием предварительного сжимающего напряжения. Для постоянного обеспечения предварительного сжимающего напряжения между контактным участком 5 и упорным участком 6 даже при больших изменениях давления между первой резьбой 7 и второй резьбой 11 сменного элемента 4 расположен продолговатый участок в виде повышающего динамическую прочность стержня 8, длина которого примерно в три раза больше диаметра первого резьбового соединения 7. Для предотвращения попадания рабочей жидкости и грязи в центральное отверстие центрального проводника между повышающим динамическую прочность стержнем 8 и вторым резьбовым соединением 11 в кольцевой проточке сменного элемента 4 установлено кольцевое уплотнение 13, которое закрывает кольцевой зазор между сменным элементом и стенкой центрального отверстия. Кроме того, между вторым резьбовым соединением 11 и электродным наконечником 3 сменного элемента 4 перпендикулярно друг другу расположены четыре поверхности 12, которые могут входит в зацепление с плоским гаечным ключом для ввинчивания сменного элемента 4 в центральный проводник 2 и вывинчивания из него сменного элемента 4 и/или для фиксации сменного элемента 4 от проворачивания при затягивании второго резьбового соединения 11.
При замене электродного наконечника 3 в результате его износа или необходимости использования наконечника из другого материала сначала центральный проводник 2 фиксируют от проворачивания внутри изолятора 1 при помощи торцевого гаечного ключа, вводимого в зацепление с двумя торцевыми отверстиями 23. При необходимости, сменный элемент 4 также фиксируют от проворачивания внутри центрального проводника 2 при помощи плоского гаечного ключа, вводимого в зацепление с поверхностями 12. Затем при помощи гаечного ключа ослабляют винтовую гайку 10 второго внешнего резьбового участка 16.
Затем при помощи плоского гаечного ключа сменный элемент 4 вывинчивают из центрального проводника 2. После этого новый или другой сменный элемент 4 ввинчивают в центральное отверстие центрального проводника 2, а затем винтовую гайку 11 этого сменного элемента 4 затягивают с заданным крутящим моментом для создания предварительного сжимающего напряжения между контактным участком 5 и упорным участком 6. Вследствие этого повышающий динамическую прочность стержень 8 упруго удлиняется под действием растягивающего напряжения. При этом сменный элемент 4 при помощи взаимодействующего с поверхностями 12 плоского гаечного ключа и центральный проводник 2 при помощи торцевого гаечного ключа, находящегося в зацеплении с его двумя торцевыми отверстиями, фиксируются от проворачивания для предотвращения нагружения крутящим моментом повышающего динамическую прочность стержня 8 и для предотвращения проворачивания центрального проводника 2 в изоляторе 1. Предпочтительно, чтобы торцевой гаечный ключ для фиксации от проворачивания центрального проводника 2 и плоский гаечный ключ для фиксации от проворачивания сменного элемента 4 представляли собой единый специализированный инструмент для упрощения процесса сборки/разборки. Причем вращение сменного элемента 4 относительно центрального проводника 2 при затягивании и ослаблении винтовой гайки 10 исключается с самого начала операции.
На фиг.3 показан продольный разрез рабочего конца второго рабочего электрода в соответствии с изобретением. Этот электрод включает в себя цилиндрический изолятор 1, рабочий конец которого имеет форму усеченного конуса. В центре изолятора расположен центральный проводник 2, образованный установленной с натягом цилиндрической втулкой 19 и вставленным внутрь нее стяжным анкером 20 с внешней резьбой. В цилиндрической втулке 19 со стороны рабочего конца выполнено отверстие, в котором установлен сменный элемент 4 в виде единой детали. Сменный элемент 4 при помощи внутренней резьбы 17 на его концевом участке навинчен на внешнюю резьбу стяжного анкера 20 и таким образом прикреплен к центральному проводнику 2, образуя при этом первое резьбовое соединение 7. На противоположном конце сменного элемента 4 образован электродный наконечник 3 в форме параболоида вращения. Между электродным наконечником 3 и участком 17 внутренней резьбы первого резьбового соединения 7 сменный элемент 4 содержит кольцевой буртик 14, который выполняет функцию экрана и образует упор 18, содержащий контактный участок 5, которым сменный элемент 4 прижат в осевом направлении под действием предварительного сжимающего напряжения к выступающей из изолятора 1 поверхности 6 цилиндрической втулки 19 центрального проводника 2. Поверхность 6 представляет собой упорный участок 6. Для постоянного обеспечения предварительного сжимающего напряжения между контактным участком 5 и упорным участком 6 даже при больших изменениях давления сменный элемент 4 между первым резьбовым участком 7 и упором 18 содержит продолговатый участок, выполненный в виде повышающей динамическую прочность втулки 9, длина которой примерно в три раза больше диаметра первого резьбового соединения 7. Для упрощения ввинчивания сменного элемента 4 в центральный проводник 2 и вывинчивания из него сменного элемента 4, а также для обеспечения затягивания первого резьбового соединения 7 с целью создания предварительного сжимающего напряжения между контактным участком 5 и упорным участком 6 сменный элемент 4 между упором 18 и электродным наконечником 3 имеет две параллельные поверхности 12, с которыми может входить в зацепление плоский гаечный ключ.
При замене показанного на фиг.3 электродного наконечника 3 рабочего электрода сменный элемент вывинчивают из цилиндрической втулки 19 центрального проводника 2 путем захвата двух поверхностей 12 соответствующим плоским гаечным ключом. После этого новый или другой сменный элемент 4 ввинчивают в центральное отверстие центрального проводника и затягивают с требуемым крутящим моментом так, что через резьбовое соединение 7 между сменным элементом и стяжным анкером 20 центрального проводника 2 создается требуемое предварительное сжимающее напряжение между контактным участком 5 и упорным участком 6. При этом втулка 9 упруго удлиняется под действием растягивающего напряжения.
На фиг.4 показано продольное сечение рабочего конца третьего рабочего электрода в соответствии с изобретением. Как видно из фигуры, электрод включает в себя цилиндрический изолятор 1, рабочий конец которого имеет форму усеченного конуса. В центре изолятора установлен центральный проводник 2, содержащий повышающую динамическую прочность шпильку 22 и запрессованный в изолятор 1 цилиндрический металлический стержень 21, рабочий конец которого выступает из изолятора 1 и имеет центральное глухое отверстие. Конец повышающей динамическую прочность шпильки 22, противоположный рабочему концу, ввинчен во внутреннюю резьбу центрального отверстия. При этом рабочий конец, на котором также имеется внешняя резьба, выступает из центрального отверстия металлического стержня 21 и совместно с внутренней резьбой колпачковой гайки сменного элемента 4 образует первое резьбовое соединение 7. Для изначального предотвращения нежелательного нагружения крутящим моментом повышающего динамическую прочность стержня 8 между шпилькой 22 и цилиндрическим металлическим стержнем 21 на участке, непосредственно примыкающем к первому резьбовому соединению 7, установлена призматическая шпонка 30. Шпонка 30 после ввинчивания шпильки 22 в цилиндрический металлический стержень 21 устанавливается в расположенные один напротив другого шпоночные пазы 31, 32, выполненные на резьбовом участке шпильки 22 и в стенке центрального глухого отверстия. Сменный элемент 4 в этом случае крепится к центральному проводнику 2 путем навинчивания на резьбовой конец повышающей динамическую прочность шпильки 22. При этом противоположная рабочему концу передняя грань 5 сменного элемента 4 образует контактный участок 5. Этот участок под действием предварительного сжимающего напряжения, создаваемого за счет упругого удлинения шпильки 22, упирается в переднюю поверхность 6 цилиндрического металлического стержня 21, которая образует упорный участок 6. Как уже было отмечено ранее, в данном случае сменный элемент 4 имеет конструкцию, аналогичную конструкции колпачковой гайки, поскольку он имеет шестигранный участок с тремя парами взаимопараллельных поверхностей 12 для взаимодействия с гаечным ключом и колпачок 3 в форме параболоида вращения, выступающий из указанного участка и образующий электродный наконечник 3. Если наконечник 3 изнашивается или требуется использование электрода из другого материала, сменный элемент 4 может быть легко извлечен при помощи гаечного ключа и заменен таким же или другим новым наконечником. Для обеспечения требуемого предварительного сжимающего напряжения между контактным участком 5 и упорным участком 6 вновь устанавливаемый сменный элемент 4 предпочтительно затягивается с заданным крутящим моментом при помощи тарированного гаечного ключа.
На фиг.5 показан продольный разрез рабочего конца четвертого рабочего электрода в соответствии с изобретением, который по существу отличается от показанного на фиг.4 рабочего электрода тем, что контактный участок 5 сменного элемента заканчивается кольцевым буртиком 14, который выполняет экранирующую функцию на переходном участке между изолятором 1 и центральным проводником 2.
На фиг.6 показан продольный разрез рабочего конца пятого рабочего электрода в соответствии с изобретением. Электрод включает в себя выполненный из синтетического материала цилиндрический изолятор 1, рабочий конец которого выполнен в виде усеченного конуса, и запрессованный в центре изолятора 1 центральный проводник 2 из нержавеющей стали. В рабочей концевой части центрального проводника 2, выступающей из изолятора 1 с образованием кольцевого буртика 14, выполнено глухое отверстие. В центральном отверстии центрального проводника 2 установлен сменный элемент 4, включающий в себя цилиндрическую разжимную втулку 24 (не показанную в сечении), на одном концевом участке которой выполнены прорези. Концевой участок с прорезями под действием распорного элемента 25, выполненного в форме усеченного конуса, расширяется в радиальном направлении и прижимается к стенке 26 глухого отверстия. Таким образом втулка 24 зажимается внутри глухого отверстия без возможности перемещения в осевом направлении. Распорный элемент 25 выполнен за одно целое с приводным элементом 27, предназначенным для перемещения распорного элемента в осевом направлении внутри разжимной втулки с целью ее радиального расширения. Конец приводного элемента, противоположный концу с распорным элементом 25, выступает из разжимной втулки 24 и оканчивается электродным наконечником 3 в форме шарового сегмента. Между электродным наконечником 3 и распорным элементом 25 на приводном элементе 27 имеется внешняя резьба 28, на которой установлен выполненный в виде шестигранной гайки упор 29 (не показанный в сечении) с соответствующей внутренней резьбой. Упор 29 в осевом направлении опирается на разжимную втулку 24 (а не на внутреннюю часть проводника 2), так что его вращение относительно приводного элемента 27 вызывает осевое перемещение распорного элемента 25, которое связано с приводным элементом 27, в направлении к электродному наконечнику 3. Это, в свою очередь, вызывает расширение разжимной втулки 24 и увеличение прижимающих усилий между стенкой 26 глухого отверстия и разжимной втулкой 24. Для достижения максимально мягкой упругой характеристики при передаче осевых растягивающих усилий к приводному элементу 27, которые в итоге вызывают возникновение прижимающих усилий, приводной элемент 27 между распорным элементом 25 и внешней резьбой 28 выполнен в виде повышающего динамическую прочность стержня (не показанного на фигуре). Для разгрузки повышающего динамическую прочность стержня приводного элемента 27 от нежелательных скручивающих нагрузок при затягивании гайки 29 для расширения и зажатия разжимной втулки 24 и при ослаблении гайки 29 для снятия сменного элемента 4 приводной элемент 27 между электродным наконечником 3 и внешней резьбой 28 имеет четыре перпендикулярные друг другу поверхности 12. Эти поверхности могут входить в зацепление с плоским гаечным ключом для фиксации приводного элемента 27 от проворачивания при затягивании и ослаблении гайки 29.
На фиг.7 показан продольный разрез рабочего конца шестого рабочего электрода в соответствии с изобретением, который по существу идентичен вышеописанному рабочему электроду. В отличие от варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.6, внутренний проводник 2 выполнен в виде простой цилиндрической втулки без радиального буртика, а упор 29 - в виде шайбы типа гайки с торцевыми отверстиями. Эта шайба имеет четыре торцевых отверстия 23 и скругленные по периметру края. В данном случае она образует кольцевой буртик 14 для экранирования. Кроме того, отличительной особенностью является то, что разжимная втулка 24 в данном варианте осуществления изобретения короче и существенно больше в радиальном направлении. При этом распорный элемент 25 имеет скорее пластинчатую форму, а длина повышающего динамическую прочность стержня 8 (не показан на фигуре) приводного элемента 27 меньше длины стержня, показанного на фиг.6. Однако изолятор 1, электродный наконечник 3, поверхности 12 и наружная резьба 28 приводного элемента 27 имеют такую же конструкцию.
На фиг.8 показан продольный разрез рабочего конца седьмого рабочего электрода в соответствии с изобретением. Рабочий электрод также включает в себя цилиндрический изолятор 1 с рабочим концом в форме усеченного конуса, в центре которого установлен центральный проводник 2. На выступающем из изолятора 1 рабочем концевом участке центрального проводника 2 с кольцевым буртиком 14 выполнено центральное цилиндрическое отверстие. Спереди буртик 14 имеет отверстия 23 для вхождения в зацепление с торцевым ключом. В центральном отверстии центрального проводника 2 установлен сменный элемент 4, который в данном случае включает в себя разжимную втулку 24 и конический распорный элемент 25 для ее расширения в радиальном направлении при осевом перемещении относительно нее распорного элемента. Распорный элемент 25 выполнен с приводным элементом 27 как единое целое для перемещения распорного элемента 25 в разжимной втулке 24. Противоположный распорному элементу конец приводного элемента 27 выступает из разжимной втулки 24 и выполнен в виде электродного наконечника 3 в форме шарового сегмента. Между электродным наконечником 3 и распорным элементом 25 приводной элемент 27 также имеет внешнюю резьбу 28, которая ввинчивается в соответствующую внутреннюю резьбу разжимной втулки 24 со стороны рабочего конца. Этот участок разжимной втулки 24 образует упор. Распорный элемент 25, приводной элемент 27, внешняя резьба 28 и электродный наконечник 3 в данном случае выполнены в виде единой навинчиваемой детали, которая также содержит поверхности 12 для взаимодействия с завинчивающим и отвинчивающим инструментами. Ввинчивание упомянутой детали в разжимную втулку 24 автоматически вызывает расширение соответствующего зажимного элемента указанной втулки в отверстии центрального проводника 2. Для предотвращения передачи скручивающих усилий контактному участку между центральным проводником 2 и изолятором 1 центральный проводник 2 при ввинчивании и вывинчивании этой ввинчиваемой детали предпочтительно фиксируется от проворачивания при помощи торцевого гаечного ключа. Разжимная втулка 24 между внутренней резьбой, которая взаимодействует с внешней резьбой 28 приводного элемента 27, и разжимным в радиальном направлении участком содержит участок 9, который имеет существенно уменьшенное поперечное сечение и образует повышающую динамическую прочность втулку 9, длина которой примерно в четыре раза больше диаметра внутренней резьбы.
Хотя выше описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, следует понимать, что изобретение не ограничено ими и возможны различные другие варианты его осуществления, не выходящие за пределы объема формулы изобретения.