установка для электроимпульсного разрушения материала

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛА, содержащая генератор импульсного напряжения, первая и вторая выходные клеммы которого соединены соответственно с рабочим промежутком, который выполнен в виде электрода, погруженного в техническую жидкость, размещенную в кювете, которая соединена с общей шиной, с генератором импульсного тока, который включает соединенные последовательно управляемый коммутатор и накопитель энергии, индукционный датчик тока, который через блок измерения и управления соединен с управляющим входом генератора импульсного тока, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия, производительности и надежности, вторая выходная клемма генератора импульсного напряжения соединена через введенный диод и индуктивный датчик тока с общей шиной, генератор импульсного напряжения содержит источник постоянного напряжения, первая и вторая выходные клеммы которого соединены соответственно непосредственно и через тиратрон с первичной обмоткой высокочастотного трансформатора, которая выполнена в виде ряда индукторов, соединенных параллельно, каждый из которых расположен вокруг вторичной обмотки высокочастотного трансформатора, которая выполнена в виде высоковольтного кабеля, выходные клеммы которого соответственно являются первой и второй выходными клеммами генератора импульсного напряжения, причем электрод рабочего промежутка выполнен в виде высоковольтного кабеля, вторая клемма накопителя энергии соединена с общей шиной, а первая - с первой клеммой введенного источника постоянного напряжения, вторая клемма которого соединена с общей шиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроимпульсным устройствам и может быть использовано в горнодобывающей промышленности для дробления руд и горных пород, в строительной индустрии, для переработки отходов и в других областях, в которых используется электроимпульсная технология.

Известны электроимпульсные установки, включающие источник импульсного высокого напряжения (ГИН) по схеме умножения Аркадьева-Маркса, соединенный через разрядник с высоковольтным электродом, погруженным в заземленную емкость с технической жидкостью.

Недостатком таких установок является ограниченная возможность вариации режима энерговклада и весьма высокая индуктивность последовательно включенных разрядников, большие фронты и длительность высоковольтных импульсов, малая частота их следования, низкий КПД и недостаточная надежность работы в связи с ограниченным сроком службы разрядников.

Прототипом изобретения является установка, содержащая источник высоковольтных импульсов, параллельно которому подключены высоковольтный электрод, погруженный в заземленную емкость с технической жидкостью, и последовательно соединенные управляемый коммутатор и генератор импульсных токов с включенным между управляемым коммутатором и источником высоковольтных импульсов блоком селекции и выдачи управляющих импульсов.

Такая установка обладает несколько большим КПД, однако применение разрядников сохраняет высокую индуктивность цепи, большие фронты и длительность высоковольтных импульсов, малую частоту их следования, а также низкую надежность работы установки.

Целью изобретения является уменьшение индуктивности цепи формирования высоковольтных импульсов, уменьшение их фронтов и длительности, увеличение предельно возможной частоты разрядов, повышение надежности и КПД работы установки.

Поставленная цель достигается тем, что в установке, состоящей из источника высоковольтных импульсов ГИН, генератора импульсных токов (ГИТ) и высоковольтного электрода, погруженного в заземленную емкость с технической жидкостью, в качестве источников импульсов высокого напряжения применен высокочастотный трансформатор, состоящий из набора индукторов, а в качестве высоковольтного электрода применен высоковольтный кабель, центральный проводник которого является вторичной обмоткой высокочастотного трансформатора, которая со стороны низкого напряжения заземлена через диод и индукционный датчик тока, а конденсаторная батарея генератора импульсного тока через тиристор, управляемый сигналом с индукционного датчика тока, подключена к вторичной обмотке трансформатора.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемой установки.

В качестве источника высоковольтных импульсов в этой установке применен высокочастотный трансформатор, состоящий из высокочастотных сердечников 1, витков первичной обмотки 2, соединенных параллельно, изоляционных шайб 3, высоковольтного кабеля на напряжение U₂ (ГИН) с центральным проводником 4, являющимся вторичной обмоткой трансформатора, подводящих высокочастотных кабелей 5, тиратрона 6 и конденсатора 7 на напряжение U₁. Со стороны низкого напряжения центральный проводник 4, являющийся вторичной обмоткой высокочастотного трансформатора, заземлен через диод 8 и индукционный датчик 9 тока (пояс Роговского). ГИТ, состоящий из высоковольтного сильноточного тиристора 10 на напряжение U_ГИТ и конденсаторной батареи 11 на напряжение U_ГИТ, подключен к центральному проводнику 4 высоковольтного кабеля. Тиристор 10 соединен с индукционным датчиком 9 тока через блок 12 измерения тока и управления тиристором. Со стороны высокого напряжения высоковольтный кабель (электрод) погружен в заземленную емкость 13, в которой осуществляется разрушение различных материалов с помощью электрических импульсов. ГИН и ГИТ питаются от источников 14 и 15 постоянного напряжения собственно U₁ и U_ГИТ.

Данная установка базируется на принципе работы от двух источников питания, когда один из источников - ГИН служит для инициирования разряда и формирования канала сквозной проводимости в толще разрушаемого диэлектрического тела, а другой - ГИТ обеспечивает энерговклад в сформированный канал пробоя и определяет масштабы разрушения. ГИН в этом случае играет вспомогательную роль, подготавливая условия для электровзрыва.

Использование в качестве ГИН высокочастотного трансформатора, состоящего из ряда индукторов, нанизанных на высоковольтный кабель, позволяет исключить из цепи ГИТ разрядник и свести к минимальной длине элементы подключения ГИТ и ГИН. Это существенно снижает индуктивность в цепи ГИТ, так как ее величина в данном случае определяется только отрезком кабеля, проходящего через высокочастотный трансформатор, и позволяет резко (на порядок) увеличить частоту следования импульсов. При этом полностью исключается возможный пробой с ГИН на ГИТ, что в целом увеличивает надежность работы установки.

Установка для электроимпульсного разрушения материалов работает следующим образом.

Управляющий сигнал открывает тиратрон 6, конденсатор 7, заряженный от источника 14 постоянного напряжения, через кабели 5 разряжается на параллельно включенные витки первичной обмотки 2 высокочастотного трансформатора. При этом в сердечниках 1, разделенных изоляционными шайбами 3, возбуждается вихревое магнитное поле, которое индуцирует во вторичной обмотке (центральном проводнике) высоковольтного кабеля напряжение U₂, приблизительно равное произведению U₁ n, где n - число сердечников 1. При пробое высоковольтного промежутка в емкости 13 с технической жидкостью ток, протекающий через индукционный датчик 9 тока (пояс Роговского), индуцирует сигнал, который открывает тиристор 10 и электрическая емкость разряжается на высоковольтный промежуток в емкости 13 с технической жидкостью.

Положительный эффект применения предлагаемой установки по сравнению с прототипом заключается в существенном уменьшении индуктивности цепи формирования высоковольтных импульсов в связи с исключением разрядников и протяженных подключающих цепей. Это позволяет увеличить крутизну переднего фронта импульса и частоту их следования, что обеспечивает высокий КПД и существенное увеличение производительности. Кроме того, отсутствие разрядников в высоковольтной цепи повышает надежность работы и упрощает эксплуатацию установки в связи с возможностью независимой регуляции параметров электрического импульса в предпробивной и завершающей стадиях электрического пробоя, исключает возможный случайный пробой через разрядники с ГИН на ГИТ, что увеличивает надежность работы установки.