CN1863601B - 电动式破碎设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对脆的矿物加工材料进行破碎、磨碎或保持悬浮的电动式破碎设备。储能器(1)连同其输出开关/火花间隙(2)、电极(5)连同引线以及反应容器(3)在至少保持与不同电势区域的相应必须的电绝缘间距的情况下完全位于一个容积之中，该容积具有导电壁，即封罩(6)。封罩的壁厚至少等于脉冲电磁场的傅里叶频谱的最低分量相应的电流透入深度。位于参考电势上的电极通过封罩壁与储能器的接地侧连接。加载高压的电极以最短的路径与储能器上的输出开关连接。

Description

电动式破碎设备

技术领域

本发明涉及一种用于对脆的矿物加工材料进行破碎、磨碎或保持悬浮的电动式破碎设备(FRANKA是Fraktionieranlage Karlsruhe，即卡尔斯鲁厄破碎设备)。 

背景技术

所有目前公知的、借助于强力高压放电、尤其是电动式方法为破碎、剥蚀、钻孔或用于加工矿物材料的类似目的而开发的设备包括下列两个主要组件： 

储能器，即用于产生高压脉冲的单元，通常或大多数情况下是由高压脉冲技术公知的马尔克斯发生器，和用于特定用途的、装有一种工艺流体的反应/过程容器。一个与储能器连接的高压电极的裸露的端部区域完全浸入该反应/过程容器中。位于其对面的是位于参考电势上的电极，大多数情况下为合适构成的反应容器的作为接地级的底部。如果在高压电极上高压脉冲的振幅达到足够高的值，那么会发生由高压电极向接地级的电火花放电。根据几何条件和形状，尤其是高压脉冲的上升时间，通过位于电极之间的待破碎材料的火花放电，因此是高效的。只通过工艺流体的火花放电最多在其中产生不是很有效的冲击波。 

电路在高压脉冲期间包括储能器C、与其连接的高压电极、高压电极与反应容器的底部之间的间隙以及由容器底部到储能器的回路。该电路包括电容组件C、电阻组件R和电感组件L，它们影响高压脉冲的形式(参见图6)，也就是说，既影响上升速度，又影响放电电流的其他时间过程，因此而影响馈入载荷的脉冲功率和由此在材料破碎方面的放电效率。该暂时存在的电路的电阻R中在放电脉冲的时间内将电能量Ri²转化为热量。该能量因此不再供真正的破碎使用。 

该电路代表一个在很短的时间段内被很大的电流，约为2-5kA通流的线环。一种这样的结构产生强烈的电磁辐射，因此是一个高辐射率的无线电发射机，为了防止在技术环境内的干扰，必须在技术上费事地屏蔽。一种这样的设备必须通过防护装置屏蔽，使得在工作期间不能接触到导电组件。这很快就引起在真正有用的结构之外大范围的防护结构。 

所有迄今为止公知的使用电动式方法的设备具有开放的结构，也就是说，一种这样的设备的部件通过电路彼此连接(参见图6)。 

在例如在WO 96/26010中所述的破碎石料时，可以看到在电储能器与火花间隙之间的连接电路，其在高压脉冲期间构成电流流过的闭合电路。用于剥蚀材料的设备(DE 19736027C2)、用于在岩石中钻孔的设备(US 6,164,388)或用于惰性化的设备(DE 19902010C2)分别显示了通向高压电极的简单电路。 

发明内容

本发明的任务在于，在高压脉冲期间的电路方面构造FRANKA设备，使得放电电路的电感和电阻保持最小，同时使用于屏蔽电磁辐射和保证接触安全性的技术费用保持最少。 

该任务通过一种破碎设备得到解决。 

所述用于对脆的加工材料破碎、磨碎或保持悬浮的电动式破碎设备包括：可充电的电储能器，在储能器输出端连接有两个电极，其中一个电极位于参考电势上，另一个电极通过储能器上的输出开关可脉冲式地加载高压；反应容器，其装有工艺流体，过程物浸入该工艺流体中，并且在该工艺流体中所述的两个裸露电极端部以可调的间距对置，其中可加载高压的电极用绝缘的包层被包敷至自由端部区域，并且该绝缘的包层在端部区域一同浸入工艺流体中。 

根据本发明，储能器连同其输出开关、电极连同引线以及反应容器完全位于具有导电的壁、即封罩的容积之中，并且该由封罩包围的容积是最小化的；封罩的壁厚至少等于脉冲电磁场的傅里叶频谱的最低分量相应的透入深度，并且至少具有机械强度所必需的壁厚；位于参考电势上的电极通过封罩壁与储能器的接地侧连接；加载高压的电极以最短的路径与储能器上的输出开关连接。 

储能器连同其输出开关(该输出开关通常主要是一种在自击穿时工作的或被触发的火花间隙)、电极连同引线以及反应容器在保持与不同电势区域的电绝缘间距的情况下完全位于一个容积之中，该容积具有导电壁，即封罩。存在于封罩与在其内设置的组件之间的容积被保持为最小，因此也将该装备的电感限制在不可避免的最小范围内。所述电物理 学的措施使得设备所特有的放电脉冲的最短上升时间成为可能。 

壁厚度一方面至少等于脉冲电磁场的傅里叶频谱的最低分量的透入深度，所述壁必须也具有至少所述厚度；另一方面，机械强度要求最低壁厚。在构造时遵照由两个条件中的一个或另一个所要求的较大壁厚。 

对于该完全的封罩，位于参考电势上的电极通过封罩壁与储能器的接地侧连接。通过储能器和暂时要位于高压电势上的构件而延伸的其他电流导路相对于封罩居中地进行设置。 

该封闭结构允许构造一种在电物理学方面和操作技术方面的有利结构，其特征在下面的优选方案中进一步详细给出。 

根据工作方式，按照一种优选方案，封罩壁具有可取下的区域，用来进行成堆(成批)工作；或者具有通道，用来连续地填料(下面一种优选方案)。对于维修工作，该封罩可分段地打开。 

根据一种优选方案，为连续处理破碎物，在封罩壁上设置至少一个向外指向的由导电材料构成的用于装料的管状导管和至少另一个用于卸料的导管。由于向外的电屏蔽，这些导管的长度和净宽如此确定，使得至少在由高压脉冲产生的电磁场的频谱中的大功率的高频部分不会通过这些导管排出，或在这些导管中直到开口进入环境时至少削弱到法律规定的程度。 

在封罩中，储能器和反应容器在空间上是彼此分开的。根据另一种优选方案，封罩壁是一种中空外壳体，储能器位于该中空外壳体的一个内端面壁区域中，反应容器位于中空外壳体的另一个端面壁区域中或由其构成。封罩是一个封闭的管形构造物，根据另一种优选方案，封罩具有多边形的或圆形的横截面。其中，封罩既可以是伸展式的，但也可以是至少被弯折一次。该形状在结构上是由构造目的所决定的。最简单的形状是伸展式的形状。 

因此，位于参考电势上的电极居中地位于反应容器的端壁上，高压电极居中地相离对置(根据另一种优选方案)。高压电极在与封罩同轴的路径上直接连接在储能器的输出开关上。在马尔克斯发生器作为储能器的情况下，该输出开关是输出火花间隙。这样，在封罩的每种形式中都可得到在电学方面有利的、在绝缘技术方面合适的同轴结构，通过该结构可以满足对封罩的要求，因此也满足了对该设备特有的最小电感的要求。 

根据另一种优选方案，电储能器连同输出开关相对于反应容器在封罩中在空间上位于上面或位于同高或在空间上位于下面。 

根据待破碎的材料种类，根据另一种优选方案，位于参考电势上的电极，大多数情况下是接地级，是端面的中心部分，或是筛底，或是环形电极，或是棒状电极。 

根据另一种优选方案，储能器通过保护壁与反应容器分隔，从而使反应空间同储能器区域液密地分隔开。 

在高压电极与反应容器底部之间的高压脉冲，或者说由一个电极到另一个电极的电流将施加的电能转变成不同的其他种类的能量部分，尤其是转变为机械能，最后转变为机械波/冲击波。高压电极在其包层区域被电绝缘地包裹直至端部区域之前，并以该端部区域完全伸入工艺流体。 

储能器或脉冲发生器和过程反应器在一个共同的导电外壳中的向外完全屏蔽的结构相对于传统的开放结构方式具有多个优点： 

放电电路的电感被或可以被减小到不可避免的最小程度； 

高压脉冲电路中的电阻损失同样被限制在不可避免的最小范围内； 

脉冲电路的最小电感和最小电阻引起在载荷中的更有效的放电，也就是说，引起向该载荷中输入更大量的能量。在电磁辐射和接触安全性方面，该设备的一定程度上为封闭的结构具有决定性优势。在高压脉冲的整个时间内，放电电流只在该设备的内部区域流动。由于导电封罩的屏蔽作用，这对于由储能器、或更概括地说为脉冲发生器，经高压电极和载荷、即含有破碎物的反应流体，向反应容器底部的去电流流动来说是明显的。 

由反应容器底部向储能器流动的反电流在空圆柱形的封罩的内壁流动，因为由在该设备中短时流动的放电电流所建立的磁场具有使由线匝围住的面积最小化的特性。该短时在设备壁的内侧流动的反电流由于表面效应只透入壁材料的较小深度、即与频率相关的电流透入深度。公知的是该电流透入深度取决于壁材料的导电能力和放电电流中出现的频谱。对于高压脉冲的通常上升时间约为500ns，放电电路的典型的固有振荡持续时间约为0.5μm，并且对于设备壁使用简 单钢材如建筑钢时，透入内壁的电流透入深度小于1mm。由于电流透入深度(表面效应)，封罩的壁厚一方面必须顾及由放电产生的傅里叶频谱的最低频率，由于保持该设备的形状，也要顾及必须的机械强度。由两个原因中的一个所产生的对壁厚的更高的最小化要求处于支配地位。这样在封罩的外表面就不能出现电压，这样也使得接触防护装置成为多余，或者该接触防护装置在其结构上可以保持在一个最小程度内。向外的电磁辐射同样不会发生。 

同轴构造的设备紧凑、可操作并在测量和控制技术方面是可触及的。用于储能器的充电器不必另外屏蔽。其引线可以通过套管、也可以通过其外导体接触外壳的同轴导线毫无问题地导入到在外壳内部上部的储能器上。 

附图说明

下面借助附图进一步解释该完全金属化封闭的破碎设备。附图示出： 

图1同轴构成的FRANKA设备； 

图2带有分隔壁的FRANKA设备的简图； 

图3用于连续工作的FRANKA设备的简图； 

图4具有u形封罩的FRANKA设备的简图； 

图5反应容器位于上部的FRANKA设备的简图； 

图6通常的FRANKA设备。 

具体实施方式

图1中示出同轴构造的FRANKA设备的轴向剖视示意图。在此不考虑连续或者非连续的工作方式，这里重要的是电学结构。用于对电的储能器3充电的电充电器也没有示出。从电学角度来看，同轴的结构是最有利的。只有出于结构所迫才会进行与此不同的构成。 

高压脉冲发生器包括串联的简画为电容器的电储存器C、电感L和电阻R。 

高压电极5与此连接。其从其在电阻R上的电接头起直到端部区域通过介电包层与环境电绝缘。它以其裸露的端部区域4通入用闪电符号表示的过程/反应容积，并在那里具有与过程/反应容器3的底部的预先规定的可调的间距，该过程/反应容器3构成同轴的空圆柱形外壳6的下部。 

在高压放电期间的电流在组件中沿着空圆柱形外壳6的轴线走向，并流入过程容积中至少一个放电通道，到达反应容器3的底部，然后经过外壳壁6返回储能器/电容器1。外壳6连接在参考电势“地”上。 

电感L和电阻R代表设备电感和设备电阻，C表示电容，因此通过充电电压表示可使用的存储能1/2C(nU)²，其应尽可能大部分地在过程容积中转化。在马尔克斯发生器作为高压脉冲发生器的情况下，其至少两级(n＝2)，单电容C和级充电电压U以及级数n对于存储能具有决定性作用。 

图6示出通常结构方式的FRANKA设备的示意图，其为许多实验室工作简单地构造。 

图2至5示出FRANKA设备的同轴变型方案的简图： 

图2示出储能器1如何通过分隔壁在高压电极5的区域内与反应区域3分隔开。在由于放电过程而出现流体喷溅时尤其要设置。 

图3示出了在封罩6中的两个开口，一个在包层区域内用于装填反应容器3，第二个例如通过底部由反应容器3导出。通过该结构手段可以实现装载和取出的连续运行。 

图4示出了u形封罩3。该构造形式在大型设备中由于重量和可操作性具有优点。 

图5示出了一种倒置的结构形式的简图，反应容器3位于储能器1之上。对于气态的或非常轻的、被搅起的处理物质，可以使用这种结构形式。 

图6示出了通常的FRANKA设备，其作为完全功能的设备为屏蔽和防止接触还附加地通过壁封闭。大电路没有最小化。在脉冲的情况下，它起到强发射天线的作用。由于这个原因，在工业使用中，法律规定要进行屏蔽。 

附图标记列表 

1.储能器 

2.输出开关/火花间隙 

3.反应容器 

4.高压电极的端部 

5.带有绝缘体的高压电极 

6.封罩 

7.过程容器-封罩的连接 

8.充电器-封罩的连接 

9.装料管 

10.导出管 

Claims (9)

1.用于对脆的加工材料进行破碎、磨碎或保持悬浮的电动式破碎设备，其包括：

可充电的电储能器(1)，在电储能器输出端连接有两个电极，其中一个电极位于参考电势上，另一个电极通过电储能器上的输出开关(2)可脉冲式地加载高压，其中所述两个电极是裸露的，

反应容器(3)，其装有工艺流体，加工材料浸入该工艺流体中，并且在该工艺流体中所述两个电极端部以可调的间距对置，其中可加载高压的电极(4)用绝缘的包层(5)被包敷至自由端部区域，并且该绝缘的包层在端部区域一同浸入工艺流体中，

其特征在于，

电储能器连同其输出开关、电极连同引线以及反应容器完全位于具有导电的壁、即封罩(6)的容积之中，并且该由封罩包围的容积是最小化的，

封罩的壁厚至少等于脉冲电磁场的傅里叶频谱的最低分量相应的透入深度，并且至少具有机械强度所必需的壁厚，

位于参考电势上的电极通过封罩壁与电储能器的接地侧(8)连接，

加载高压的电极以最短的路径与电储能器上的输出开关连接。

2.根据权利要求1所述的电动式破碎设备，其特征在于，为了成批地处理破碎物，封罩壁可部分取下；或者在封罩壁中存在至少一个通道，用来连续地填料。

3.根据权利要求1所述的电动式破碎设备，其特征在于，为连续处理破碎物，在封罩壁上设置至少一个向外指向的由导电材料构成的用于装料的管状导管(9)和至少另一个用于卸料的导管(10)，确定导管的长度和净宽，使得至少在由高压脉冲产生的电磁场的频谱中的大功率高频部分不会通过这些导管排出，或在这些导管中直到开口进入环境时至少削弱到法律规定的程度。

4.根据权利要求2或3所述的电动式破碎设备，其特征在于，封罩壁是中空外壳体，电储能器位于该中空外壳体的一个内端部壁区域中，中空外壳体的另一个端部壁区域构成反应容器。

5.根据权利要求4所述的电动式破碎设备，其特征在于，封罩具有多边形的或圆形的横截面，并具有伸展的形状或者具有至少被弯折一次的形状。

6.根据权利要求5所述的电动式破碎设备，其特征在于，位于参考电势上的电极居中地位于反应容器的端壁上，高压电极居中地对置，并且后者在与封罩同轴的路径上与电储能器的输出开关连接。

7.根据权利要求6所述的电动式破碎设备，其特征在于，电储能器连同输出开关相对于反应容器在封罩中在空间上位于之上或位于同高或在空间上位于之下。

8.根据权利要求7所述的电动式破碎设备，其特征在于，位于参考电势上的电极是端面的中心部分，或是筛底，或是环形电极，或是棒状电极。

9.根据权利要求1至3之一所述的电动式破碎设备，其特征在于，电储能器通过保护壁与反应容器分隔。

Images