электрогидравлический способ разрушения твердого тела
Классы МПК: | B02C19/18 использование для измельчения вспомогательных физических эффектов, например воздействия ультразвука, облучения |
Автор(ы): | Волков Эдуард Петрович, Гаврилов Евгений Иванович, Модзолевский Владимир Игорьевич |
Патентообладатель(и): | Волков Эдуард Петрович, Гаврилов Евгений Иванович, Модзолевский Владимир Игорьевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-12-29 публикация патента:
27.06.1995 |
Использование: при электроимпульсном разрушении твердых тел в строительстве. Сущность изобретения: электрогидравлический способ разрушения твердого тела включает бурение в твердом теле шпуров, которые размещают либо вблизи вершин квадратной ячейки, либо в узлах квадратной сети, причем расстояние H между шпурами не должно превышать 3,6 l, где l - длина разрядного промежутка. Затем на твердое тело одновременно воздействуют симметричными цилиндрическими ударными волнами, которые генерируют электрическими разрядами в жидкости, производимыми в шпурах. Электрические разряды производят с использованием взрывающихся проволочек, а длительность высоковольтного импульса не должна превышать 0,7 H/v, где v - скорость продольной волны звука в твердом теле. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА, включающий бурение в твердом теле шпуров, в каждом из которых создают импульсный высоковольтный электрический разряд в жидкости, воздействующий на тело ударными волнами, отличающийся тем, что 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, при этом выбирают расстояние между вершинами квадратной ячейки и длительность высоковольтных импульсов, удовлетворяющие соотношениямH
![электрогидравлический способ разрушения твердого тела, патент № 2038150](/images/patents/435/2038048/8773.gif)
![электрогидравлический способ разрушения твердого тела, патент № 2038150](/images/patents/435/2038150/964.gif)
где H расстояние между вершинами квадратной ячейки, м;
l длина разрядного промежутка, м;
![электрогидравлический способ разрушения твердого тела, патент № 2038150](/images/patents/435/2038150/964.gif)
v скорость продольной волны звука в теле, м/с. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что бурение шпуров осуществляют в вершинах квадратной ячейки. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зонах вершин, внешних по отношению к сторонам квадрата, бурят по два шпура, располагая их симметрично относительно диагоналей, проходящих через его вершины. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно с бурением шпуров осуществляют бурение скважин в центре квадрата и посередине каждой из его сторон. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что создают импульсные высоковольтные электрические разряды с частотой 10 95 Гц.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электроимпульсному разрушению твердых тел и может быть использовано в строительстве или промышленности строительных материалов. Известен электрогидравлический способ разрушения твердого тела, 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 [1]Однако этот способ может быть использован только для разрушения отдельных строительных изделий или фрагментов предварительно разрушенных строительных сооружений, а не самих сооружений, так как разрушаемое твердое тело необходимо поместить в ванну, заполненную жидкостью. Известен также электрогидравлический способ разрушения твердого тела, включающий бурение в твердом теле шпуров, силовое воздействие на твердое тело ударными волнами, генерируемыми высоковольтными электрическими разрядами, осуществляемыми в жидкости, заполняющей шпуры [2]
Этот способ не обеспечивает высокой эффективности разрушения твердых тел, так как генерируемые в твердом теле ударные волны имеют сферическую симметрию, а следовательно, быстрое убывание величины энергии в импульсе с расстоянием от зоны генерации волны (обратно пропорционально расстоянию). Таким образом, при использовании этого способа не представляется возможным ни сформировать в разрушаемом теле зоны с повышенной концентрацией энергии, ни осуществить прогнозирование положения мест откола фрагментов разрушаемого тела. Задача изобретения разработка электрогидравлического способа разрушения твердого тела с использованием таких источников ударных волн, пространственное размещение которых и условия генерации обеспечили бы при минимальных энергозатратах создание в заданных областях разрушаемого тела зон с высокой концентрацией механической энергии, что повысило бы эффективность разрушения и обеспечило бы возможность прогнозирования мест откола материала. Для этого в 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, согласно изобретению силовое воздействие на твердое тело осуществляют одновременно по крайней мере четырьмя симметричными цилиндрическими ударными волнами в зонах тела, расположенных при вершинах квадратной ячейки, с помощью взрывающихся проволочек, при этом выбирают расстояние между вершинами квадратной ячейки и длительность высоковольтных импульсов, удовлетворяющие соотношениям
H
![электрогидравлический способ разрушения твердого тела, патент № 2038150](/images/patents/435/2038048/8773.gif)
![электрогидравлический способ разрушения твердого тела, патент № 2038150](/images/patents/435/2038150/964.gif)
l длина разрядного промежутка, м;
![электрогидравлический способ разрушения твердого тела, патент № 2038150](/images/patents/435/2038150/964.gif)
v скорость продольной волны звука в теле, м/с. Целесообразно бурение шпуров осуществлять в вершинах квадратной ячейки. Выгодно в зонах вершин, внешних по отношению к сторонам квадрата, бурить по два шпура, располагая их симметрично относительно диагоналей, проходящих через его вершины. Предпочтительно, чтобы одновременно с бурением шпуров производилось бурение скважин в центре квадрата и посередине каждой из его сторон. Кроме того, целесообразно создавать импульсные высоковольтные электрические разряды с частотой, равной 10-95 Гц. Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что благодаря одновременной генерации по крайней мере четырех ударных волн цилиндрической симметрии, имеющих существенно меньшую степень затухания величины энергии в импульсе по сравнению с ударными волнами сферической симметрии, в зонах твердого тела, расположенных при вершинах квадратной ячейки, осуществлению электрических разрядов в жидкости с использованием взрывающихся проволочек, а также при соблюдении указанных выше ограничений на длительность высоковольтных импульсов и на расстояние между вершинами квадратной ячейки в заданных областях твердого тела образуются зоны цилиндрической кумуляции ударных волн, в которых возникают вторичные волны сжатия, распространяющиеся в направлении, перпендикулярном поверхности тела. В результате отражения вторичных волн от поверхности твердого тела возникают волны разгрузки, которые, взаимодействуя с волнами сжатия, обеспечивают условия для откола поверхностных участков твердого тела. Дополнительное преимущество предлагаемого способа заключается в возможности отбойки материала одновременно с большой поверхности твердого тела. В этом случае бурение шпуров осуществляют в узлах квадратной сетки, покрывающей ту поверхность тела, которую необходимо отбить. Еще большее снижение энергозатрат может быть обеспечено бурением в зонах, расположенных при вершинах квадратной ячейки, двух шпуров, расположенных симметрично относительно диагонали, проходящей через соответствующую вершину. Кроме того, при осуществлении серии высоковольтных электрических разрядов в жидкости с частотой, равной десяткам герц, можно существенно снизить величину разрядного тока генератора при сохранении высокой эффективности разрушения твердого тела. На фиг. 1 показано расположение шпуров и зоны цилиндрической кумуляции; на фиг.2 вариант расположения шпуров в зонах при вершинах квадратной ячейки. На фиг.1 и 2 позициями обозначены: разрушаемое твердое тело 1, шпуры 2, электрогидравлические генераторы 3 ударных волн цилиндрической симметрии, фронт первичных ударных волн 4, зоны 5 кумуляции, фронт ударных волн 6, сходящихся к центру квадратной ячейки, скважины 7. Способ осуществляют следующим образом. В разрушаемом твердом теле 1, например в стене здания, с помощью перфораторов бурят шпуры 2, размещая их в вершинах квадратной ячейки (в узлах квадратной сетки). Затем в шпурах 2 устанавливают электрогидравлические генераторы ударных волн цилиндрической симметрии и подключают их к выходу генераторов высоковольтных импульсов. Каждый электрогидравлический генератор 3 ударных волн цилиндрической симметрии может быть выполнен, например, в виде двух соосно расположенных электродов, соединенных между собой взрывающейся проволочкой и размещенных внутри цилиндрического корпуса, имеющего электрическую изоляцию по всей внутренней боковой поверхности и заполненного водой или другой диэлектрический жидкостью. Предпочтительно, чтобы отношение расстояния между электродами к диаметру корпуса лежало в интервале значений 30-45. При этом обеспечивается максимальное значение амплитуды генерируемой ударной волны при наименьших габаритах электрогидравлического генератора 3. После включения генератора высоковольтных импульсов происходит одновременный взрыв проволочек, расположенных в электрогидравлических генераторах 3, а возникшие при этом продольные цилиндрические ударные волны давления одновременно переходят в материал разрушаемого твердого тела. Цилиндрические ударные волны 4 давления, распространяясь со скоростью звука в материале разрушаемого твердого тела, создают в околошпуровых зонах радиальные трещины длиной порядка 2-3 радиусов шпура. Цилиндрические ударные волны 4, распространяясь радиально, создают в моменты столкновения зоны 5 цилиндрической кумуляции. Для того, чтобы сталкивающиеся ударные волны в пределах всего объема между шпурами имели цилиндрическую симметрию, необходимо, чтобы расстояние Н между шпурами удовлетворяло неравенству
Н
![электрогидравлический способ разрушения твердого тела, патент № 2038150](/images/patents/435/2038048/8773.gif)
![электрогидравлический способ разрушения твердого тела, патент № 2038150](/images/patents/435/2038150/964.gif)
![электрогидравлический способ разрушения твердого тела, патент № 2038150](/images/patents/435/2038150/964.gif)
Класс B02C19/18 использование для измельчения вспомогательных физических эффектов, например воздействия ультразвука, облучения