CN112240164A - 一种等离子体脉冲破岩桩机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子体脉冲破岩桩机，涉及桩基础施工技术领域。等离子体脉冲破岩桩机包括脉冲放电机构、循环机构和与脉冲放电机构连接的钻头，脉冲放电机构向钻头输出高压脉冲，使钻头产生高压电弧，循环机构用于向钻头输送电解质并将钻进产生的泥浆由桩基中抽出。上述等离子体脉冲破岩桩机基于等离子体破岩技术，通过脉冲放电机构和钻头的配合，实现通过电弧能量破碎岩石，相较于现有技术中的机械破岩，结构简单，可实现快速打桩成孔的目的且具有机械性磨损小，工作效率高，适应不同硬度的岩层等优点。
Description
技术领域
本发明涉及桩基础施工技术领域，具体而言，涉及一种等离子体脉冲破岩桩机。
背景技术
传统的桩基础施工基本采用旋挖钻机、电液桩机、冲击震动锤等进行机械破岩或者人工钻凿。在钻进软岩和中硬岩层时，通常使用带硬质合金切削具的回转钻头钻进；在钻进中硬及部分以上岩层时，通常使用铣齿牙轮钻头钻进；在钻进硬岩时，通常使用金刚石钻头或者钢粒钻头钻进；而在钻进硬脆岩层时，则通常使用液动(气动)孔内冲击器或者镶齿钻头钻进。
现有技术中的入岩钻进设备机械结构复杂，工作效率较低，且无法适应不同的岩层，设备使用的时间成本和人工成本均较高。
随着建筑大型化进程的加快，桩基础施工需要入岩作业的地方越来越多，岩层越来越硬，桩径桩深要求越来越大，传统机械破岩方式逐渐无法满足桩基础施工需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体脉冲破岩桩机，以解决现有技术中，入岩钻进设备结构复杂、工作效率低且无法适应不同硬度岩层的技术问题。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明实施例提供一种等离子体脉冲破岩桩机，包括脉冲放电机构、循环机构和与脉冲放电机构连接的钻头，脉冲放电机构向钻头输出高压脉冲，使钻头产生高压电弧，循环机构用于向钻头输送电解质并将钻进产生的泥浆由桩基中抽出。
可选地，上述脉冲放电机构包括高压变压器、储能电容和火花开关，高压变压器与储能电容连接，用于为储能电容提供初始电压，储能电容将初始电压升压至预设电压并将电能存储，火花开关的一端与储能电容连接、另一端与钻头连接，储能电容达到最大容值时，将火花开关击穿并通过火花开关将电能传递至钻头，以使钻头产生高压电弧。
可选地，上述循环机构包括储液仓、电解质输送管和第一水泵，电解质输送管的一端与储液仓连通、另一端与储能电容内的第一通道连接，第一水泵设置在电解质输送管上，用于将电解质由储液仓内抽出并输送至第一通道，电解质通过第一通道进入火花开关内的第二通道最后到达钻头。
可选地，上述循环机构还包括泥浆抽吸管和第二水泵，泥浆抽吸管的一端伸入桩基内部、另一端与储液仓连通，第二水泵设置在泥浆抽吸管上，用于将泥浆由桩基内抽出并输送至储液仓内。
可选地，上述储液仓包括相互连通的电解质仓和泥浆仓，电解质输送管与电解质仓连通，泥浆抽吸管与泥浆仓连通，电解质仓和泥浆仓之间设有过滤机构，过滤机构用于使泥浆中的碎岩与电解质分离。
可选地，上述等离子体脉冲破岩桩机还包括储气罐，储气罐用于向储能电容内部通入惰性气体。
可选地，上述等离子体脉冲破岩桩机还包括电源分配器，电源分配器用于向高压变压器、第一水泵和第二水泵供电。
可选地，上述等离子体脉冲破岩桩机还包括进给机构，进给机构用于使钻头向桩基内钻进。
可选地，上述电解质为水。
可选地，上述等离子体脉冲破岩桩机还包括控制机构，控制机构与脉冲放电机构、循环机构电连接。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的等离子体脉冲破岩桩机，包括脉冲放电机构、循环机构和与脉冲放电机构连接的钻头，脉冲放电机构向钻头输出高压脉冲，使钻头产生高压电弧，循环机构用于向钻头输送电解质并将钻进产生的泥浆由桩基中抽出。等离子体脉冲破岩桩机基于等离子体破岩技术，利用脉冲放电机构产生高压脉冲，再将高压脉冲输出到钻头，钻头利用高压脉冲和循环机构输送的电解质放电产生高压电弧，击碎钻头周围的岩石。循环机构向钻头输送电解质，电解质到达桩基孔底部后与岩屑混合形成泥浆，然后携带岩屑通过钻头、脉冲放电机构与桩基孔之间的间隙排出桩基孔外，实现电解质的正循环，可有效避免岩屑的重复破碎，提高钻进效率，实现卸渣功能。本实施例提供的等离子体脉冲破岩桩机基于等离子体破岩技术，通过脉冲放电机构和钻头的配合，实现通过电弧能量破碎岩石，相较于现有技术中的机械破岩，结构简单，可实现快速打桩成孔的目的且具有机械性磨损小，工作效率高，适应不同硬度的岩层等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的等离子体脉冲破岩桩机的结构示意图。
图标：100-等离子体脉冲破岩桩机；111-高压变压器；112-储能电容；1121-第一通道；113-火花开关；1131-第二通道；121-储液仓；1211-电解质仓；1212-泥浆仓；1213-过滤机构；122-电解质输送管；123-第一水泵；124-泥浆抽吸管；125-第二水泵；130-钻头；140-储气罐；150-进给机构；160-控制机构；200-岩石。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
传统的打桩主要是根据岩石硬度的不同，采用旋挖钻机、电液桩机、冲击震动锤等进行机械破岩或者人工钻凿。传统桩基工程通常根据岩层的不同硬度，更换不同的钻头钻进，入岩钻进设备结构复杂，工作效率较低，且无法适应不同的岩层，设备使用的时间成本和人工成本均较高。
在此基础上，本实施例提供一种等离子体脉冲破岩桩机100，结构简单，通过等离子体破岩技术，可实现快速打桩成孔的目的且具有机械性磨损小，工作效率高，适应不同硬度的岩层等优点。
图1为本发明实施例提供的等离子体脉冲破岩桩机100的结构示意图，请参照图1，本实施例提供一种等离子体脉冲破岩桩机100，包括脉冲放电机构、循环机构和与脉冲放电机构连接的钻头130，脉冲放电机构向钻头130输出高压脉冲，使钻头130产生高压电弧，循环机构用于向钻头130输送电解质并将钻进产生的泥浆由桩基中抽出。
等离子体脉冲破岩桩机100基于等离子体破岩技术，利用脉冲放电机构产生高压脉冲，再将高压脉冲输出到钻头130，钻头130利用高压脉冲和循环机构输送的电解质放电产生高压电弧，击碎钻头130周围的岩石200。循环机构向钻头130输送电解质，电解质到达桩基孔底部后与岩屑混合形成泥浆，然后携带岩屑通过钻头130、脉冲放电机构与桩基孔之间的间隙排出桩基孔外，实现电解质的正循环，可有效避免岩屑的重复破碎，提高钻进效率，实现卸渣功能。
本实施例提供的等离子体脉冲破岩桩机100基于等离子体破岩技术，通过脉冲放电机构和钻头130的配合，实现通过电弧能量破碎岩石200，相较于现有技术中的机械破岩，结构简单，可实现快速打桩成孔的目的且具有机械性磨损小，工作效率高，适应不同硬度的岩层等优点。
可选地，脉冲放电机构包括高压变压器111、储能电容112和火花开关113，高压变压器111与储能电容112连接，用于为储能电容112提供初始电压，储能电容112将初始电压升压至预设电压并将电能存储，火花开关113的一端与储能电容112连接、另一端与钻头130连接，储能电容112达到最大容值时，将火花开关113击穿并通过火花开关113将电能传递至钻头130，以使钻头130产生高压电弧。
高电压变压器是将市电进行升压至初始电压然后提供给储能电容112，初始电压越高，输送功率越高，充电效率的提高可以提高钻头130的放电效率。储能电容112采用Marx发生器的连接方式，利用Marx发生器对初始电压进行再次升压，使钻头130端的场强达到岩石200的击穿场强。火花开关113是当储能电容112当中的储能达到电容的最大容值时，瞬间击穿火花开关113将能量传递到钻头130上，使钻头130放电击碎周围岩石200。
可选地，循环机构包括储液仓121、电解质输送管122和第一水泵123，电解质输送管122的一端与储液仓121连通、另一端与储能电容112内的第一通道1121连接，第一水泵123设置在电解质输送管122上，用于将电解质由储液仓121内抽出并输送至第一通道1121，电解质通过第一通道1121进入火花开关113内的第二通道1131最后到达钻头130。
储液仓121内存放有电解质，第一水泵123将电解质抽出后通过电解质输送管122输送给储能电容112，储能电容112和火花开关113内部中空，分别具有相互连通的第一通道1121和第二通道1131，电解质进入第一通道1121后继续向下流动进入第二通道1131，最终经第二通道1131到达钻头130。
示例地，钻头130上设有与第二通道1131连通的流通孔，电解质通过流通孔由钻头130流出进入桩基孔。
可选地，循环机构还包括泥浆抽吸管124和第二水泵125，泥浆抽吸管124的一端伸入桩基内部、另一端与储液仓121连通，第二水泵125设置在泥浆抽吸管124上，用于将泥浆由桩基内抽出并输送至储液仓121内。电解质到达桩基孔底部后与岩屑混合形成泥浆，第二水泵125通过泥浆抽吸管124将泥浆抽入储液仓121内，实现对电解质的循环利用。
可选地，储液仓121包括相互连通的电解质仓1211和泥浆仓1212，电解质输送管122与电解质仓1211连通，泥浆抽吸管124与泥浆仓1212连通，电解质仓1211和泥浆仓1212之间设有过滤机构1213，过滤机构1213用于使泥浆中的碎岩与电解质分离。
为了避免泥浆污染清洁的电解质，也为了给钻头130提供清洁的电解质，将储液仓121分为电解质仓1211和泥浆仓1212两部分，电解质仓1211和泥浆仓1212之间通过过滤机构1213连通，泥浆抽吸管124抽取的泥浆直接进入泥浆仓1212内，过滤机构1213能够阻止泥浆内的岩屑进入电解质仓1211，但却能够使泥浆内的电解质进入电解质仓1211，如此，实现电解质的重复利用。
可选地，等离子体脉冲破岩桩机100还包括储气罐140，储气罐140用于向储能电容112内部通入惰性气体。储气罐140内部存放惰性气体，将惰性气体通入储能电容112内部对储能电容112进行绝缘处理，惰性气体绝缘性能好，使用方便且基本没有重量。
可选地，等离子体脉冲破岩桩机100还包括电源分配器，电源分配器用于向高压变压器111、第一水泵123和第二水泵125供电。电源分配器根据等离子体脉冲破岩桩机100的工作情况，分别向高压变压器111、第一水泵123和第二水泵125输送电能。
可选地，等离子体脉冲破岩桩机100还包括进给机构150，进给机构150用于使钻头130向桩基内钻进。在钻进过程中，进给机构150配合岩石200的破碎使钻头130不断向下移动，在钻进结束后，再将钻头130提出桩基孔外。
示例地，进给机构150与储能电容112之间固定连接，通过控制储能电容112的上下运动实现钻头130的上下运动。
可选地，上述电解质为水。
由于脉冲放电机构为钻头130提供的电压较高，如果没有电解质，能量传递到钻头130后会在空气中击穿，而传统使用的电解质为变压器油或者去离子水，变压器油成本高昂且对环境有污染，去离子水需要对水进行处理。本实施例通过提高电压的上升沿，使得钻头130在普通自来水中，也能正常击穿岩石200。
可选地，等离子体脉冲破岩桩机100还包括控制机构160，控制机构160与脉冲放电机构、循环机构电连接。
控制机构160用于控制脉冲放电机构的放电、电解质的循环等。当然，控制机构160还可以与进给机构150、储气罐140电连接，用于控制钻头130的运动以及惰性气体的输送。
综上，本实施例提供的等离子体脉冲破岩桩机100，采用等离子体破岩技术，利用脉冲放电机构产生高压脉冲，并将高压脉冲持续输出到钻头130，钻头130放电产生高压电弧，击碎钻头130周围的岩石200。循环机构向钻头130输送电解质，电解质到达桩基孔底部后与岩屑混合形成泥浆，然后携带岩屑通过钻头130、脉冲放电机构与桩基孔之间的间隙排出桩基孔外，实现电解质的正循环，可有效避免岩屑的重复破碎，提高钻进效率，实现卸渣功能。钻头130可配置不同形状、直径的钻头130，可用于不同桩孔的施工。结构简单，可实现快速打桩成孔的目的且具有机械性磨损小，工作效率高，适应不同硬度的岩层，相较于传统的机械方式，钻进效率大幅度提高，且工作成本大幅度降低。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种等离子体脉冲破岩桩机，其特征在于，包括脉冲放电机构、循环机构和与所述脉冲放电机构连接的钻头，所述脉冲放电机构向所述钻头输出高压脉冲，使所述钻头产生高压电弧，所述循环机构用于向所述钻头输送电解质并将钻进产生的泥浆由桩基中抽出。
2.根据权利要求1所述的等离子体脉冲破岩桩机，其特征在于，所述脉冲放电机构包括高压变压器、储能电容和火花开关，所述高压变压器与所述储能电容连接，用于为所述储能电容提供初始电压，所述储能电容将所述初始电压升压至预设电压并将电能存储，所述火花开关的一端与所述储能电容连接、另一端与所述钻头连接，所述储能电容达到最大容值时，将所述火花开关击穿并通过所述火花开关将所述电能传递至所述钻头，以使所述钻头产生高压电弧。
3.根据权利要求2所述的等离子体脉冲破岩桩机，其特征在于，所述循环机构包括储液仓、电解质输送管和第一水泵，所述电解质输送管的一端与所述储液仓连通、另一端与所述储能电容内的第一通道连接，所述第一水泵设置在所述电解质输送管上，用于将所述电解质由所述储液仓内抽出并输送至所述第一通道，所述电解质通过所述第一通道进入所述火花开关内的第二通道最后到达所述钻头。
4.根据权利要求3所述的等离子体脉冲破岩桩机，其特征在于，所述循环机构还包括泥浆抽吸管和第二水泵，所述泥浆抽吸管的一端伸入所述桩基内部、另一端与所述储液仓连通，所述第二水泵设置在所述泥浆抽吸管上，用于将所述泥浆由所述桩基内抽出并输送至所述储液仓内。
5.根据权利要求4所述的等离子体脉冲破岩桩机，其特征在于，所述储液仓包括相互连通的电解质仓和泥浆仓，所述电解质输送管与所述电解质仓连通，所述泥浆抽吸管与所述泥浆仓连通，所述电解质仓和所述泥浆仓之间设有过滤机构，所述过滤机构用于使所述泥浆中的碎岩与所述电解质分离。
6.根据权利要求2所述的等离子体脉冲破岩桩机，其特征在于，还包括储气罐，所述储气罐用于向所述储能电容内部通入惰性气体。
7.根据权利要求4所述的等离子体脉冲破岩桩机，其特征在于，还包括电源分配器，所述电源分配器用于向所述高压变压器、所述第一水泵和所述第二水泵供电。
8.根据权利要求1所述的等离子体脉冲破岩桩机，其特征在于，还包括进给机构，所述进给机构用于使所述钻头向所述桩基内钻进。
9.根据权利要求2所述的等离子体脉冲破岩桩机，其特征在于，所述电解质为水。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的等离子体脉冲破岩桩机，其特征在于，还包括控制机构，所述控制机构与所述脉冲放电机构、所述循环机构电连接。
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| CN112901065A (zh) * | 2021-04-07 | 2021-06-04 | 北京三一智造科技有限公司 | 高压电弧破岩的电解质循环系统及循环方法 |
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