CN111632714B - 基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

公开了基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置及方法,装置中,快前沿脉冲模块生成预定幅值和预定脉宽的脉冲电压,触发控制单元连接且控制所述快前沿脉冲模块的通断,光信号控制模块连接所述触发控制单元,所述光信号控制模块控制所述触发控制单元以调节所述快前沿脉冲模块输出的脉冲电压的频率和放电次数;破碎腔体容纳水以及水中的待破碎物料,筛网地电极设在破碎腔体中并穿过破碎腔体接地,所述筛网地电极与破碎腔体中的水平面具有预定夹角,响应于脉冲电压,所述筛网地电极与多针高压电极之间在水中产生脉冲放电以破碎所述物料。

Description

基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置及其方法
技术领域
本发明涉及破碎技术领域,特别是一种基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置及其方法。
背景技术
目前包括矿石、煤炭等固体物料的破碎仍大多采用传统的机械破碎方式,破碎过程极易产生粉尘,且在一定程度上存在破碎效率较低,破碎不完全的问题。此外,废弃电路板、报废太阳能电池板等电子垃圾进行处理时,物料分离大量采用热处理、化学处理方式,能耗极高,处理过程产生大量废气、废液,造成环境污染.。高压脉冲功率技术以高电压、大电流、高功率、强脉冲为特点,在国防科研、现代科学和工业民用领域都有着重要的科学意义与应用价值。
背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解,因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置及方法,可用于矿石、煤炭、废弃电子垃圾等固体废弃物的拆解破碎。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置包括脉冲电源系统和脉冲破碎系统,
脉冲电源系统包括,
快前沿脉冲模块,其生成预定幅值和预定脉宽的脉冲电压,
触发控制单元,其连接且控制所述快前沿脉冲模块的通断,
光信号控制模块,其连接所述触发控制单元,所述光信号控制模块控制所述触发控制单元以调节所述快前沿脉冲模块输出的脉冲电压的频率和放电次数;
脉冲破碎系统包括,
破碎腔体,其容纳水以及水中的待破碎物料,可密闭的所述破碎腔体包括开口、入水口和出水口,
端盖,其可拆卸地密闭所述开口,
高压套管,其设在所述端盖的上表面,
屏蔽环,其设在所述高压套管端部,
中心导体,其一端贯穿屏蔽环、高压套管和端盖朝所述破碎腔体内延伸,另一端连接所述脉冲电源系统,
多针高压电极,其电连接所述中心导体,
筛网地电极,其设在破碎腔体中并穿过破碎腔体接地,所述筛网地电极与破碎腔体中的水平面具有预定夹角,响应于脉冲电压,所述筛网地电极与所述多针高压电极之间在水中产生脉冲放电以破碎所述物料。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置中,所述多针高压电极的针极之间等间距平行排布且处于同一直线上,针极的针尖与所述筛网地电极之间的距离依次等差递减。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置中,所述多针高压电极具有5根针电极,针电极直径为8mm-12mm,为降低放电起始电压,曲率半径为0.05mm-0.2mm之间,针极之间的间距为5-10cm,等差递减的差值为2cm-9cm。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置中,所述筛网地电极的筛网目数为40目-500目,便于物料种多种组分的回收分离,所述预定夹角为20-60度,使得物料易于因重力作用发生移动。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置中,端盖由尼龙或环氧树脂制成,厚度为8cm-15cm,端盖与开口连接处设置密封圈。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置中,所述破碎腔体为双层结构,内层为绝缘层,外层为金属层。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置中,所述破碎腔体为直径50cm-100cm和高度60cm-80cm的双层圆柱形结构,内层为尼龙或环氧树脂的绝缘层,厚度3cm-7cm,以保证绝缘性能,耐受水中冲击波作用,外层为不锈钢壳体,起机械支撑作用,厚度2cm-5cm,外层接地。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置中,预定幅值为0-500kV,预定脉宽为数百纳秒至数百毫秒,频率为1Hz-1000Hz,放电次数为1-5000次,该参数可满足多种类、多尺寸的固体物料的破碎要求。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置中,入水口和出水口分别设置入口水阀和出口水阀,入口水阀和出口水阀分别设有用于多级使用的入口连接环与出口连接环,入口连接环或入口连接环为卡口结构。
根据本发明另一方面,一种所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的破碎方法包括以下步骤,
在破碎腔体中加入待破碎的物料,灌入水至水位线,关闭入口水阀和出口水阀,
合上端盖,筛网地电极接地,中心导体导线连接脉冲电源系统,
打开脉冲电源系统,设置脉冲电压的预定幅值、预定脉宽、频率与放电次数,响应于脉冲电压,所述筛网地电极与所述多针高压电极之间在水中产生脉冲放电以破碎所述物料,
破碎后,关闭脉冲电源系统,打开出口水阀,物料随水从出口水阀流出。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明的水中高压脉冲放电通过快前沿、高幅值的脉冲电压作用于水中放电电极,瞬间将储能释放,在水中产生脉冲放电,电极之间形成的等离子体放电通道在内部高密度的高能等离子体作用下向外急速膨胀,产生强大的水中冲击波,实现了电能向机械能的高效转换。本发明操作简单且参数可控,能够多级使用,装配灵活,不产生粉尘、废液,保护环境。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白,达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度,并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述,本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。显而易见地,下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中,用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中:
图1是根据本发明一个实施例的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的结构示意图;
图2是根据本发明一个实施例的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的多针高压电极的排布结构示意图;
图3是根据本发明一个实施例的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的破碎方法的流程示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图1至附图3更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是,在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解,技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语,故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式,然所述描述乃以说明书的一般原则为目的,并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解,下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明,且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解,如图1至图2所示,基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置包括脉冲电源系统7和脉冲破碎系统,
脉冲电源系统7包括,
快前沿脉冲模块,其生成预定幅值和预定脉宽的脉冲电压,
触发控制单元,其连接且控制所述快前沿脉冲模块的通断,
光信号控制模块,其连接所述触发控制单元,所述光信号控制模块控制所述触发控制单元以调节所述快前沿脉冲模块输出的脉冲电压的频率和放电次数;
脉冲破碎系统包括,
破碎腔体13,其容纳水以及水中的待破碎物料,可密闭的所述破碎腔体13包括开口、入水口和出水口,
端盖1,其可拆卸地密闭所述开口,
高压套管3,其设在所述端盖1的上表面,
屏蔽环2,其设在所述高压套管3端部,
中心导体4,其一端贯穿屏蔽环2、高压套管3和端盖1朝所述破碎腔体13内延伸,另一端连接所述脉冲电源系统7,
多针高压电极8,其电连接所述中心导体4,
筛网地电极10,其设在破碎腔体13中并穿过破碎腔体13接地,所述筛网地电极10与破碎腔体13中的水平面具有预定夹角,响应于脉冲电压,所述筛网地电极10与所述多针高压电极8之间在水中产生脉冲放电以破碎所述物料。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,所述多针高压电极8的针极之间等间距平行排布且处于同一直线上,针极的针尖与所述筛网地电极10之间的距离依次等差递减。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,所述多针高压电极8具有5根针电极,针电极直径为8mm-12mm,曲率半径为0.05mm-0.2mm之间,针极之间的间距为5-10cm,等差递减的差值为2cm-9cm。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,所述筛网地电极10的筛网目数为40目-500目,所述预定夹角为20-60度。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,端盖1由尼龙或环氧树脂制成,厚度为8cm-15cm,端盖1与开口连接处设置密封圈。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,所述破碎腔体13为双层结构,内层为绝缘层,外层为金属层。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,所述破碎腔体13为直径50cm-100cm和高度60cm-80cm的双层圆柱形结构,内层为尼龙或环氧树脂的绝缘层,厚度3cm-7cm,外层为不锈钢壳体,厚度2cm-5cm,外层接地。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,预定幅值为0-500kV,预定脉宽为数百纳秒至数百毫秒,频率为1Hz-1000Hz,放电次数为1-5000次。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,入水口和出水口分别设置入口水阀111和出口水阀112,入口水阀111和出口水阀112分别设有用于多级使用的入口连接环121与出口连接环122,入口连接环121或入口连接环121为卡口结构。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,快前沿脉冲模块包括球隙开关。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,多针高压电极8、物料、和筛网地电极10依次浸没在水中。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,多针高压电极8一部分浸没在水中。
所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的优选实施例中,破碎装置包括脉冲电源系统7和脉冲破碎系统。
所述脉冲电源系统7包括快前沿脉冲模块和光信号控制模块,快前沿脉冲模块可产生幅值为0-500kV的高压,脉宽约数百ns-ms。光信号控制模块控制触发控制单元,控制纳秒脉冲模块球隙开关的通断,改变输出脉冲电压的频率和放电次数,频率调节范围为1Hz-1000Hz,放电次数调节范围为1-5000次。
所述脉冲破碎系统包括屏蔽环2、高压套管3、中心导体4、端盖1、多针高压电极8、破碎腔体13、筛网地电极10、水阀和多级连接环。
所述的中心导体4贯穿屏蔽环2、高压套管3与端盖1,连接多针高压电极8与脉冲电源系统7输出端,将脉冲电压施加于多针高压电极8。
所述的端盖1,通过紧固螺栓与破碎腔体13紧密无缝隙连接,保证工作时腔体内的密封性,紧固螺栓和端盖1由如尼龙、环氧树脂等绝缘性能较好的材料制成,紧固螺栓直径为3-6cm。
所述破碎腔体13,直径50cm-100cm,高度60cm-80cm的双层圆柱形结构。其内层绝缘层,厚度3cm-7cm,由尼龙或环氧树脂等绝缘性能较好的材料制成,其外层不锈钢壳体,厚度2cm-5cm,外层不锈钢需可靠接地。其内层绝缘层和外层不锈钢壳体紧密套装在一起。
所述的筛网地电极10,其筛网目数在40目-500目,可根据破碎粒径需求进行更换,筛网地电极10在破碎腔体13中安装时与水平面存在20°-60°的夹角,并穿过破碎腔体13绝缘层与金属外壳相连并接地。
所述的多针高压电极8共5根,直径为8mm-12mm,曲率半径为0.05mm-0.2mm之间,等间距平行排布,间距约为5-10cm,且处于同一直线上,针尖与筛网电极间的直线距离依次为以2cm-9cm的差值等差递减,用于实现物料的完全破碎。
所述的水阀,入料口和出料口分别设置入口水阀111和出口水阀112,用于控制物料和水的进出,在破碎过程中需保持关闭状态,以保证腔体的密封性,入料口管道与出料口管道粗细一致且平行,入料口管道与出料口管道内径为5cm-9cm。
多级连接环,入料口和出料口分别设置入口连接环121与出口连接环122,可多级使用,连接方式为连接上一级物料破碎装置的出口连接环122和下一级物料破碎装置的入口连接环121并拧紧密封。
为了进一步理解本发明,在一个实施例中,破碎装置包括脉冲电源系统7和脉冲破碎系统,其中脉冲电源系统7包括快前沿脉冲模块和光信号控制模块。
进一步地,快前沿脉冲模块可产生幅值为0-500kV的脉冲电压,脉宽约数百ns-ms,脉宽约数百ns-ms,重复频率为1-1000Hz,放电次数为1-5000次。
进一步地,光信号控制模块内含触发单元,控制纳秒脉冲模块球隙开关的通断进而设定输出脉冲电压的频率和放电次数,重复频率为1-1000Hz,放电次数为1-5000次。
脉冲破碎系统包括屏蔽环2、高压套管3、中心导体4、端盖1、多针高压电极8、破碎腔体13、筛网地电极10、入口水阀111、出口水阀112、入口连接环121和出口连接环122。
进一步地,屏蔽环2设置于高压套管3端部,高压套管3置于端盖1以上,中心导体4贯穿屏蔽环2、高压套管3、端盖1连接脉冲电源系统7输出端与多针高压电极8,端盖1与破碎腔体之间以紧固螺栓5固定且可自由拆卸。
进一步地,屏蔽环2为圆柱形,直径20cm,高度2cm,由不锈钢或黄铜制作。高压套管3为多层绝缘子结构,高度约50cm,为聚四氟乙烯材料。
进一步地,端盖1呈圆柱形,直径为40-65cm,厚度为8cm-15cm,由尼龙、环氧树脂等绝缘性能好的材料制成,与破碎腔体连接处设置密封圈,紧固螺栓5由尼龙、环氧树脂等绝缘性能好的材料制成,直径为3-6cm。
进一步地,破碎腔体13呈圆柱形,直径为50cm-100cm,高度为60cm-80cm,采用双层结构,内层绝缘层厚度为3cm-7cm,由尼龙、环氧树脂等绝缘性能好的材料制成,外层为不锈钢金属外壳,厚度为2cm-5cm,并可靠接地。
进一步地,图1虚线框内为破碎腔体入料口和出料口,入料口管道与出料口管道粗细一致且平行,入料口管道与出料口管道内径为5cm-9cm。
进一步地,入料口和出料口分别设置入口水阀111和出口水阀112,用于控制物料和水的进出,在破碎过程中需保持关闭状态,以保证腔体的密封性。
进一步地,筛网地电极10由不锈钢制成,筛网目数在40目到500目之间,可根据破碎粒径需求进行更换,筛网地电极在破碎腔体中安装时与水平面存在20度-45度的夹角,并穿过破碎腔体绝缘层9与金属外壳6相连并接地。
进一步地,多针高压电极8共5根,直径约为8mm-12mm,曲率半径为0.05mm-0.2mm之间,等间距平行排布,间距约为5-10cm,且处于同一直线上,其排布方式如图2所示,针尖与筛网电极间的直线距离依次等差递减,递减差值为2cm-9cm,用于实现物料的完全破碎。
进一步地,物料破碎装置可通过入口连接环121与出口连接环122连接并多级使用,连接方式为连接上一级物料破碎装置的出口连接环122和下一级物料破碎装置的入口连接环121,连接环之间的连接为卡口结构。
一种所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的破碎方法包括以下步骤,
在破碎腔体13中加入待破碎的物料,灌入水至水位线,关闭入口水阀111和出口水阀112,
合上端盖1,筛网地电极10接地,中心导体4导线连接脉冲电源系统7,
打开脉冲电源系统7,设置脉冲电压的预定幅值、预定脉宽、频率与放电次数,响应于脉冲电压,所述筛网地电极10与所述多针高压电极8之间在水中产生脉冲放电以破碎所述物料,
破碎后,关闭脉冲电源系统7,打开出口水阀112,物料随水从出口水阀112流出。
在一个优选实施方式中,如图3所示,破碎方法包括以下步骤:
步骤1:关闭入口水阀111和出口水阀112,在腔体中加入待破碎的物料,灌入自来水至水位线;
步骤2:合上端盖,拧紧紧固螺栓5,将金属外壳6与筛网地电极10接地,用导线连接脉冲电源系统7输出端与中心导体4;
步骤3:打开脉冲电源系统7开关,设置脉冲电压幅值,脉冲频率与放电次数,开始高压脉冲放电破碎过程;
步骤4:破碎过程完毕后,关闭脉冲电源系统7开关,打开出口水阀112,破碎完毕的物料随自来水从出口水阀112流出。
工业实用性
本发明所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置及方法可以在破碎领域制造并使用。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理,但是,需要指出的是,在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制,不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外,上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用,而非限制,上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外,此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例,但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (9)

1.一种基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置,其包括脉冲电源系统和脉冲破碎系统,其特征在于,
脉冲电源系统包括,
快前沿脉冲模块,其生成预定幅值和预定脉宽的脉冲电压,
触发控制单元,其连接且控制所述快前沿脉冲模块的通断,
光信号控制模块,其连接所述触发控制单元,所述光信号控制模块控制所述触发控制单元以调节所述快前沿脉冲模块输出的脉冲电压的频率和放电次数;
脉冲破碎系统包括,
破碎腔体,其容纳水以及水中的待破碎物料,可密闭的所述破碎腔体包括开口、入水口和出水口,
端盖,其可拆卸地密闭所述开口,
高压套管,其设在所述端盖的上表面,
屏蔽环,其设在所述高压套管端部,
中心导体,其一端贯穿屏蔽环、高压套管和端盖朝所述破碎腔体内延伸,另一端连接所述脉冲电源系统,
多针高压电极,其电连接所述中心导体,
筛网地电极,其设在破碎腔体中并穿过破碎腔体接地,所述筛网地电极与破碎腔体中的水平面具有预定夹角,响应于脉冲电压,所述筛网地电极与所述多针高压电极之间在水中产生脉冲放电以破碎所述物料,所述多针高压电极的针极之间等间距平行排布且处于同一直线上,针极的针尖与所述筛网地电极之间的距离依次等差递减。
2.如权利要求1所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置,其中,所述多针高压电极具有5根针极,针极直径为8mm-12mm,为降低放电起始电压,曲率半径为0.05mm-0.2mm之间,针极之间的间距为5-10cm,等差递减的差值为2cm-9cm。
3.如权利要求1所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置,其中,所述筛网地电极的筛网目数为40目-500目,便于物料种多种组分的回收分离,所述预定夹角为20-60度,使得物料易于因重力作用发生移动。
4.如权利要求1所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置,其中,端盖由尼龙或环氧树脂制成,厚度为8cm-15cm,端盖与开口连接处设置密封圈。
5.如权利要求1所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置,其中,所述破碎腔体为双层结构,内层为绝缘层,外层为金属层。
6.如权利要求1所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置,其中,所述破碎腔体为直径50cm-100cm和高度60cm-80cm的双层圆柱形结构,内层为尼龙或环氧树脂的绝缘层,厚度3cm-7cm,以保证绝缘性能,外层为不锈钢壳体,起机械支撑作用,厚度2cm-5cm,外层接地。
7.如权利要求1所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置,其中,预定幅值为0-500kV,预定脉宽为数百纳秒至数百毫秒,频率为1Hz-1000Hz,放电次数为1-5000次。
8.如权利要求1所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置,其中,入水口和出水口分别设置入口水阀和出口水阀,入口水阀和出口水阀分别设有用于多级使用的入口连接环与出口连接环,入口连接环或入口连接环为卡口结构。
9.一种权利要求1-8中任一项所述的基于水中高压脉冲放电的物料破碎装置的破碎方法,其包括以下步骤,
在破碎腔体中加入待破碎的物料,灌入水至水位线,关闭入口水阀和出口水阀,
合上端盖,筛网地电极接地,中心导体导线连接脉冲电源系统,
打开脉冲电源系统,设置脉冲电压的预定幅值、预定脉宽、频率与放电次数,响应于脉冲电压,所述筛网地电极与所述多针高压电极之间在水中产生脉冲放电以破碎所述物料,
破碎后,关闭脉冲电源系统,打开出口水阀,物料随水从出口水阀流出。
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