Спосіб руйнування твердих матеріалів та пристрій для його здійснення

1 Спосіб руйнування твердих матеріалів, у якому на матеріал діють імпульсними електричними розрядами між електродами у рідині при заданих параметрах розрядів, який відрізняється тим, що дію здійснюють з енергією в імпульсі не менше 0,5кДж, частотою проходження імпульсів від 3 до 4Гц при ємності накопичувача енергії не більше 1мкФ, при цьому розряди створюють одночасно між групою позитивних електродів і плитою, що контактує з матеріалом, який руйнується, а ударні хвилі, які генеруються, концентрують біля зовнішньої поверхні плити 2 Пристрій для руйнування твердих матеріалів, що містить заповнену рідиною електророзрядну камеру з кришкою, днищем, позитивними та негативними електродами, підключеними до генератора імпульсних струмів, який відрізняється тим, що днище електророзрядної камери виконано у вигляді плити з центральним циліндричним заглибленням і є негативним електродом, а позитивні електроди розташовані рівномірно по колу СПІВВІСно з циліндричним заглибленням у плиті і рівновіддалені від неї, при цьому діаметр циліндричного заглиблення, діаметр кола, по якому розташовані позитивні електроди, і відстань між позитивними електродами та плитою зв'язані співвідношенням D - d = 2h, де D - діаметр циліндричного заглиблення, мм, d - діаметр кола, по якому розташовані електроди, мм, h - відстань між позитивними електродами і плитою, мм О 00 ю Винахід можна віднести до подрібнення твердих матеріалів з метою використання для руйнування мінеральних порід та інших неметалевих матеріалів, наприклад, бетоновмісних конструкцій Аналогом способу, який заявляється, є спосіб руйнування монолітних об'єктів, насамперед гірничих порід (а с СССР №407048 МКИ3 Е21 С 37/12, опубл 15 05 83г, БИ №18), який включає дію на них електрогідравлічних ударів, що виникають під час високовольтних імпульсних розрядів між позитивним і негативним електродами в рідині, шляхом випаровування в ній або у зволоженому сипкому діелектричному матеріалі натягненого між електродами струмоведучого вибухового теплового елемента, наприклад, у вигляді дроту, трубки, стрічки при пропусканні імпульсу струму крізь цей елемент Ознаками, що співпадають з суттєвими ознаками винаходу що заявляється, є дія електрогідравлічними ударами, що виникають при високовольтному імпульсному розряді у рідині між позитивним і негативним електродами Основною причиною, що перешкоджає досягненню потрібного технічного результату, є присутність рідини або вологого піску, що знаходяться у безпосередньому контакті з матеріалом, який треба зруйнувати Крім цього, необхідність заміни струмопровідного елемента після кожного елект 57822 ричного імпульсу ще більше ускладнює процес руйнування мінеральних порід Прототипом способу, що заявляється, є спосіб подрібнення матеріалів, насамперед бетонів (а с СССР №1392717, МКИ4 В 02 С 19/18, опубл БИ №42 1989г, с 297), який включає розміщення бетону в рідині та дію на нього в міжелектродному проміжку електричними імпульсними розрядами з часом наростання амплітуди напруги електричного імпульсного розряду до пробою менше 5-10 6с та енергією розрядів від 40 до 80Дж на 1мм міжелектродного проміжку, а також часом наростання розрядного струму від 10 6 до 10 5 с Міжелектродний проміжок вибирають рівним або меншим товщини бетонного виробу Ознаки, що співпадають з суттєвими ознаками винаходу - це руйнування бетонного матеріалу за допомогою високовольтних імпульсних розрядів у рідині між позитивним і негативних електродами при заданих параметрах розряду Причинами, що перешкоджають одержанню потрібного технічного результату, є необхідність розміщення зразка, який руйнують, в технологічній ємності з рідиною, що значно обмежує допустимі габарити матеріалу, який руйнують Крім того, у цьому способі між електродний проміжок, як рекомендується в окремих випадках, повинен бути меншим товщини матеріалу, який руйнується, що приводить до необхідності просвердлювання шпурів Аналогом пристрою, що заявляється, для руйнування твердих матеріалів може бути "Устройство для очистки поверхностей от загрязнения» (а с СССР №153827 МПК В 02 С, опубл 08 11 1968г, БИ №7), виконане як металева камера - віддзеркалювач, в яку вмонтовано електроди Внутрішня поверхня камери - віддзеркалювача виконана з еластичного діелектричного матеріалу, має потовщення по ободу, на ЗОВНІШНІЙ поверхні и розташована рукоятка для пересування пристрою уздовж оброблюваної поверхні, а в корпусі камери вмонтовані трубки для подавання та відтоку води Електроди за допомогою кабелів високої напруги підключені до генератора імпульсних струмів Ознаки, що співпадають з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється - це заповнена рідиною електророзрядна камера з електродами, підключеними до генератора імпульсних струмів Причини, що перешкоджають досягненню очікуваного технічного результату відомий пристрій не може бути ефективним для руйнування твердих матеріалів тому, що не передбачає збільшення руйнуючої дії ударних хвиль Прототипом пристрою, що заявляється, є пристрій для подрібнення матеріалу (а с СССР №1538928, МПК 5 В 02 С 19/8, 19/00, опубл БИ №4, 1990г С 8), який включає циліндричну робочу камеру для подрібнення матеріалу з кришкою, притиснутою шайбою і днищем-поршнем, встановлену на відчинену зверху, заповнену рідиною технологічну ємність з електродами, підключеними до генератору імпульсів Ознаками, що співпадають з суттєвими ознаками пристрою, що заявляється є такі електророзрядна камера з кришкою, днищем, електродами (позитивним і негативним), підключеними до генератора імпульсних струмів Основною причиною, яка перешкоджає досягненню потрібного технічного результату, є руйнування матеріалу всередині робочої камери, що не дозволяє використовувати цей процес на великих об'єктах В основу винаходу поставлено задачу створення способу руйнування твердих матеріалів шляхом використовування технологічної дії і параметрів виконання способу, що дозволить збільшити амплітуду та крутість фронту ударних хвиль, що генеруються, і за рахунок цього, створити безпилове руйнування великих бетонних конструкцій та інших масивних твердих виробів Крім того, в основу винаходу поставлено задачу удосконалення пристрою для руйнування твердих матеріалів, у якому є нове виконання електродної системи, що дозволить збільшити амплітуду і крутість фронту вибухової хвилі, що генерується, та за рахунок цього забезпечити безпилове руйнування великих бетонних конструкцій та інших твердих виробів Суть винаходу, що заявляється, полягає в тому, що у способі руйнування твердих матеріалів шляхом дії імпульсних електричних розрядів між електродами у рідині при заданих параметрах розрядів, згідно винаходу дію здійснюють з енергією в імпульсі не менш 0,5кДж, частоті проходження імпульсів від 3 до 4Гц, ємності накопичувача енергії не більше 1мкФ При цьому розряди створюють одночасно між групою позитивних електродів та плитою, яка контактує з матеріалом, що руйнується, а ударні хвилі, що генеруються, концентрують у зовнішньої поверхні плити Суть винаходу полягає також в тому, що у пристрої для руйнування твердих матеріалів, який містить заповнену рідиною електророзрядну камеру з кришкою, днищем, позитивним і негативним електродами, що підключені до генератора імпульсних струмів, згідно винаходу днище електророзрядної камери виконано у вигляді плити з центральним циліндричним заглибленням, яка є негативним електродом, а позитивні електроди розташовані на однаковій відстані по колу на одній осі з циліндричним заглибленням у плиті та рівновіддалені від неї, при цьому діаметр циліндричного заглиблення, діаметр кола, по якому розташовані електроди.та відстань між позитивними електродами і плитою зв'язані співвідношенням D=d-2h, де D - діаметр циліндричного заглиблення, мм, d- діаметр кола, по якому розташовані електроди, мм, h - відстань між позитивними електродами і плитою, мм Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками способу, що заявляється, та технічним результатом, необхідно ВІДМІТИТИ наступне Руйнування твердих матеріалів шляхом дії на них імпульсними електричними розрядами при параметрах енергії в імпульсі не менше 0,5кДж, частоті проходження імпульсів - від 3 до 4Гц, ємності накопичувача енергії - не більше 1мкФ, при тому, що розряди створюють одночасно між групою позитивних електродів і плитою, що контактує з матеріалом, який руйнується, а генеровані ударні хвилі, концентрують біля зовнішньої 57822 поверхні плити, дозволить збільшити амплітуду і крутість фронту генерованих ударних хвиль, за рахунок чого забезпечується безпилове руйнування великогабаритних бетонних конструкцій та інших твердих матеріалів Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, і технічним результатом, необхідно ВІДМІТИТИ, що сукупність відомих суттєвих ознак пристрою з ВІДМІННИМИ виконання днища електророзрядної камери у вигляді плити з центральним циліндричним поглибленням, використання плити як негативного електрода, розташування позитивних електродів на рівних відстанях по колу та співвідношення між діаметром циліндричного поглиблення, діаметром кола, по якому розташовані електроди, а також відстань між цими електродами і плитою забезпечить концентрацію ударних хвиль, що генеруються розрядами і дозволить збільшити амплітуду та крутість фронту ударних хвиль, і за рахунок цього забезпечити без-пилове руйнування великих бетонних конструкцій і інших твердих матеріалів Сутність винаходу пояснюється кресленням Фіг, на якому відображено пристрій, який заявляється в розрізі Пристрій для руйнування твердих матеріалів включає заповнену рідиною електророзрядну камеру 1 з кришкою 2, днищем у вигляді плити 3, і групою позитивних електродів 4, з'єднаних з генератором імпульсних струмів (на кресленні не показано) Днище 3 електророзрядної камери 1 виконано з центровим циліндричним заглибленням 5, діаметром D, утворюючим кромку 6 і є негативним електродом Позитивні електроди 4 розташовані на рівних відстанях по колу d з циліндричним заглибленням 5 у плиті 3 та рівновіддаленими від неї на відстані h Діаметр D циліндричного заглиблення 5, діаметр кола d, по якому розташовані позитивні електроди 4, і відстань h між цими електродами та плитою зв'язані співвідношенням D=d-2h Спосіб реалізують у пристрої таким чином 6 Електророзрядну камеру 1 заповнюють водою, встановлюють на матеріал, який руйнується Далі групою позитивних електродів 4 і плитою 3 здійснюють електричні розряди є енергією імпульсу не менше 0,5кДж та частотою від 3 до 4Гц при ємності накопичувача електричної енергії не більше 1мкФ Енергія імпульсу не менше 0,5кДж встановлена з умови мінімально необхідної для руйнування бетону марки 200 З тої причини, що спосіб базується на використанні розрядів, які здійснюються одночасно, і мають тривалість переднього фронту не більше 2мкс, то для забезпечення цього ємність накопичувача не може бути більшою 1мкФ Виконання вимоги відносно того, що частота проходження імпульсів повинна бути в межах від З до 4Гц потрібно для того, щоб процес руйнування наблизити до резонансного Розрядний канал формується між загостреними кінцівками позитивних електродів 4 та кромкою 6 заглиблення 5, виконаного у плиті 3 Співвідношення D-d=2h дозволяє формувати розрядний канал під кутом 45° Це приводить до підвищення амплітуди та крутості фронту ударних хвиль, що генеруються Синхронне розширення розрядних каналів приводить до генерації циліндричних вибухових хвиль та їх концентрацію біля поверхні плити 3 При взаємодії з плитою виникає відбиття ударних хвиль, а в товщу плити розповсюджується пружна хвиля механічної напруги Рух плити приводить до виникнення негативних напружень у воді, та виникненню розриву рідини біля поверхні Плита 3 сильно деформується Хвилі тиску крізь плиту влучають у матеріал, що руйнується і на якому встановлено пристрій Відбиваючись на межах неоднорідності матеріалу, вони генерують у ньому розтягуючі зусилля не менше 50МПа Накопичення деформацій в матеріалі за рахунок дозування енергії приводить до його руйнування Використання способу і пристрою дозволяє забезпечити безпилове руйнування великих бетонних конструкцій та інших твердих матеріалів 57822 Комп'ютерна верстка Т Чепелєва Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна