RU172961U1

RU172961U1 - ELECTRIC DISCHARGE SHOCK DEVICE

Info

Publication number: RU172961U1
Application number: RU2017100839U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Леонидович Суркаев; Александр Викторович Шарабаев; Михаил Маркович Кумыш; Василий Иванович Усачев; Юрий Игоревич Моисеев; Вячеслав Анатольевич Суркаев
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2017-08-02

Abstract

Полезная модель относится к области обработки или разрушения материалов с использованием энергии электрического разряда в конденсированных средах и касается, в частности, разрушения горных пород, выполнения отверстий в стенных панелях, перфорации металлических изделий.Технический результат достигается тем, что электроразрядное ударное устройство содержит направляющий цилиндр с рукоятками манипулирования, внутри которого размещен баллон, состоящий из выполненных за одно целое цилиндрического поршня с незамкнутой полостью, заполняемой жидкостью, и стержневого ударника, электродную систему из трех катодов и одного анода и перевернутый металлический стакан с полусферической поверхностью дна, установленный внутри цилиндрического поршня с образованием разрядной камеры, при этом электродная система расположена на внутренней поверхности перевернутого стакана, разрядная камера снабжена разгрузочными клапанами, установленными на дне перевернутого стакана.Техническим результатом является повышение эффективности работы устройства и увеличение стабильности генерации электрического разряда и длительности бесперебойной работы.The invention relates to the field of processing or destruction of materials using the energy of electric discharge in condensed matter and relates, in particular, to destruction of rocks, making holes in wall panels, perforation of metal products. The technical result is achieved by the fact that the electric-discharge shock device comprises a guiding cylinder with handling arms, inside of which a cylinder is placed, consisting of a cylindrical piston with an open cavity made in one piece, filling liquid electrode, and a rod impactor, an electrode system of three cathodes and one anode, and an inverted metal cup with a hemispherical bottom surface mounted inside the cylindrical piston with the formation of a discharge chamber, while the electrode system is located on the inner surface of the inverted cup, the discharge chamber is equipped with relief valves, installed at the bottom of the inverted glass. The technical result is to increase the efficiency of the device and increase the stability of the generator and electrical discharge and uptime.

Description

Полезная модель к области обработки или разрушения материалов с использованием энергии электрического разряда в конденсированных средах и касается, в частности, разрушения горных пород, выполнения отверстий в стенных панелях, перфорации металлических изделий и т.д.A useful model for the field of processing or destruction of materials using the energy of electric discharge in condensed matter and relates, in particular, to the destruction of rocks, making holes in wall panels, perforation of metal products, etc.

На сегодняшний день известны различные ударные устройства, в частности патент RU №1786878, МПК Е21С 3/20, опубл. 18.06.97, заявка на изобретение RU № 96124469, МПК Е21С 3/20, опубликов. 10.07.99, патент RU № 2162383, МПК B21J 9/06, F15B 21/12, опубл. 27.01.2001.To date, various shock devices are known, in particular patent RU No. 1786878, IPC E21C 3/20, publ. 06/18/97, application for invention RU No. 96124469, IPC Е21С 3/20, published. 07/10/99, patent RU No. 2162383, IPC B21J 9/06, F15B 21/12, publ. 01/27/2001.

Рассматриваемые устройства требуют больших энергетических затрат, они обладают большой металлоемкостью, громоздки, сложны в техническом исполнении и ограничены в технологических возможностях.The considered devices require large energy costs, they have a large metal consumption, are bulky, complicated in technical design and limited in technological capabilities.

Также известны ударные устройства, в которых в качестве активного элемента используются взрывчатые вещества. Применение таких устройств во многих случаях не желательно, вследствие повышенных требований к технике безопасности при их эксплуатации, они дорогостоящие и ограничены в использовании.Impact devices are also known in which explosives are used as an active element. The use of such devices in many cases is not desirable, due to the increased safety requirements for their operation, they are expensive and limited in use.

Известно ударное устройство - электроразрядный пистолет, состоящее из направляющего цилиндра с рукоятками управления манипулирования, внутри которого размещен с возможностью поступательно-возвратного движения закрытый баллон, внутри которого установлен с возможностью свободного скольжения поршень с разрядником, соединенным с источником электропитания посредством формирователя разрядов в виде электрода в цепи управления тиристороной схемы электропитания, между поршнем и торцевой стенкой баллона полость заполнена электролитом, причем полость выполнена закрытой, на поршне, свободно скользящем, размещены электроразрядник с формирователем разрядов, баллон расположен в направляющем цилиндре (заявка на изобретение RU № 92006414, МПК Е21С 37/18, опубликована 27.02.1995).A percussion device is known - an electric-discharge pistol, consisting of a guide cylinder with manipulation control handles, inside of which a closed cylinder is placed with the possibility of reciprocating movement, inside of which a piston with a spark gap connected to the power supply via a shaper in the form of an electrode the control circuit of the thyristor power supply circuit, between the piston and the end wall of the cylinder, the cavity is filled with electrolyte, why the cavity is closed, on the piston, freely sliding, an electric discharger with a shaper is placed, the cylinder is located in the guide cylinder (patent application RU No. 92006414, IPC Е21С 37/18, published on February 27, 1995).

Эффективная работоспособность данного устройства вызывает сомнение, технические возможности при решении ряда задач ограничены, при работе устройства возникают большие энергетические потери, что отрицательно сказывается на КПД и соответственно на конкурентной составляющей использования данного устройства. Вследствие того, что ударные волны, генерируемые электрическим разрядом в конденсированной среде предлагаемой геометрии, являются цилиндрически-симметричными, основное воздействие оказывается на боковые стенки баллона и направляющего цилиндра, а не на ударный элемент, что вызывает потерю энергии воздействия неоправданных механических нагрузок на элементы устройства. Использование в качестве рабочей среды агрессивного электролита всегда сопровождается с повышенными требованиями к технике безопасности, вызывает интенсивную коррозию металла, что приводит к недолговечности работы, к неудобству и ограничению применения устройства.The effective performance of this device is doubtful, the technical capabilities for solving a number of problems are limited, when the device is operating, large energy losses occur, which negatively affects the efficiency and, accordingly, the competitive component of the use of this device. Due to the fact that the shock waves generated by the electric discharge in the condensed medium of the proposed geometry are cylindrical-symmetric, the main effect is on the side walls of the cylinder and the guide cylinder, and not on the shock element, which causes a loss of energy due to unjustified mechanical loads on the elements of the device. The use of an aggressive electrolyte as a working medium is always accompanied by increased safety requirements, it causes intense corrosion of the metal, which leads to short life, inconvenience and limitation of the use of the device.

Наиболее близким к заявленному изобретению является электроразрядное ударное устройство, содержащее направляющий цилиндр с рукоятками управления манипулирования, внутри которого размещен с возможностью поступательно-возвратного движения баллон, а также поршень с разрядником, соединенным с источником электропитания посредством формирователя разрядов, при этом баллон состоит из выполненных за одно целое цилиндрического поршня и стержневого ударника, имеющих участок в виде усеченного конуса, поверхность которого описывается функцией экспоненциального вида, в поршне имеется заполненная жидкостью полость, профиль которой определяется телом вращения функции вида

, Closest to the claimed invention is an electric discharge percussion device containing a guiding cylinder with manipulation control handles, inside of which a cylinder is arranged with the possibility of translational-reciprocal movement, as well as a piston with a spark gap connected to the power supply by means of a shaper, while the cylinder consists of integral with a cylindrical piston and rod impactor having a section in the form of a truncated cone, the surface of which is described by the function th exponential form, the piston has a fluid-filled cavity, which is determined by the profile form of the function body of revolution

,

на торце цилиндрического поршня выполнено сквозное отверстие, в котором соосно с зазором расположен электрод, представляющий собой металлический стержень, установленный в механически прочных диэлектрических втулках и закрепленный на торцевой стенке направляющего цилиндра, на противоположной стороне в полости имеется электрод в виде конуса, при этом длина разрядного промежутка меньше, чем величина аргумента x, соответствующего максимуму функции y(x), определяющей профиль полости, кроме того, поршень снабжен компрессионными и гидроизоляционными кольцами (патент RU № 2339814, МПК Е21С 37/18, опубл.: 27.11.2008).a through hole is made at the end of the cylindrical piston, in which an electrode is arranged coaxially with the gap, which is a metal rod mounted in mechanically strong dielectric bushings and mounted on the end wall of the guide cylinder, on the opposite side in the cavity there is an electrode in the form of a cone, while the discharge length the gap is less than the value of the argument x, corresponding to the maximum of the function y (x), which determines the cavity profile, in addition, the piston is equipped with compression and hydroisol tional rings (patent RU № 2339814, IPC E21S 37/18, publ .: 27-11-2008).

Недостатком данного устройства является образование газового пузыря в разрядной полости вследствие протекания электрического разряда и выдавливание рабочей жидкости через технические зазоры сопрягаемых деталей (цилиндр, поршень, компрессионные кольца) под действием ударной нагрузки, что уменьшает эффективность работы устройства и ограничивает время его работоспособности.The disadvantage of this device is the formation of a gas bubble in the discharge cavity due to an electric discharge and squeezing of the working fluid through the technical clearances of the mating parts (cylinder, piston, compression rings) under the action of the shock load, which reduces the efficiency of the device and limits its working time.

Задачей данного технического решения является разработка электроразрядного ударного устройства, позволяющего уменьшить влияние образования газового пузыря на формирование ударного воздействия и расширить временной интервал его работоспособности.The objective of this technical solution is to develop an electric discharge shock device, which allows to reduce the influence of the formation of a gas bubble on the formation of shock and extend the time interval of its operability.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы устройства и увеличение стабильности генерации электрического разряда и длительности бесперебойной работы.The technical result of the utility model is to increase the efficiency of the device and increase the stability of the generation of the electric discharge and the duration of uninterrupted operation.

Заявленный технический результат достигается чем, что электроразрядное ударное устройство содержит направляющий цилиндр с рукоятками манипулирования, внутри которого размещен с возможностью поступательно-возвратного движения баллон, состоящий из выполненных за одно целое цилиндрического поршня с незамкнутой полостью, заполняемой жидкостью, и стержневого ударника, имеющего участок в виде усеченного конуса, и электродную систему, содержащую металлический стержневой электрод, установленный в механически прочных диэлектрических втулках, при этом электроразрядное ударное устройство дополнительно снабжено перевернутым металлическим стаканом с внутренней поверхностью дна, выполненной в виде полусферы, установленным внутри цилиндрического поршня с образованием разрядной камеры, незамкнутая полость баллона выполнена в виде цилиндра, при этом электродная система расположена на полусферической внутренней поверхности перевернутого стакана и снабжена тремя катодами, симметрично расположенными вокруг стержневого металлического электрода - анода, разрядная камера снабжена разгрузочными клапанами, установленными на дне перевернутого стакана, кроме того, перевернутый стакан снабжен компрессионными и гидроизоляционными кольцами, внешняя цилиндрическая поверхность баллона прецизионно сопряжена с внутренней поверхностью направляющего цилиндра, а внутренняя цилиндрическая поверхность баллона прецизионно сопряжена с внешней поверхностью перевернутого стакана, направляющий цилиндр и поршень соединены между собой посредством гофрированного сильфона.The claimed technical result is achieved by the fact that the electric-discharge percussion device comprises a guide cylinder with manipulation handles, inside of which a cylinder is arranged with the possibility of progressive-return movement, consisting of a cylindrical piston with an open cavity filled with liquid made in one piece and a rod striker having a section in in the form of a truncated cone, and an electrode system containing a metal rod electrode installed in mechanically strong dielectric kah, while the electric-discharge impact device is additionally equipped with an inverted metal cup with an inner bottom surface made in the form of a hemisphere mounted inside a cylindrical piston with the formation of a discharge chamber, the open cylinder cavity is made in the form of a cylinder, while the electrode system is located on the hemispherical inner surface of the inverted cup and equipped with three cathodes symmetrically located around a rod metal electrode - anode, discharge chamber it is filled with unloading valves installed on the bottom of the inverted cup, in addition, the inverted cup is equipped with compression and waterproofing rings, the outer cylindrical surface of the cylinder is precision mated to the inner surface of the guide cylinder, and the inner cylindrical surface of the cylinder is precision mated to the outer surface of the inverted cup, the guide cylinder and piston interconnected by means of a corrugated bellows.

Электродная система, выполненная с применением трех катодов (мультикатода), позволяет обеспечить стабильность возбуждения электрического разряда и генерации эквивалентных ударных волн и увеличение длительности бесперебойной работы вследствие уменьшения разрушительного воздействия на катодную систему.The electrode system made using three cathodes (multicathode) allows to ensure the stability of the excitation of the electric discharge and the generation of equivalent shock waves and increase the duration of uninterrupted operation due to the reduction of the destructive effect on the cathode system.

Выполнение перевернутого стакана в виде цилиндрического тела, торцевая внутренняя поверхность которого представляется полусферой, позволяет создать направленное ударное воздействие на поршень вследствие отражения волнового фронта ударной волны электрического разряда от торцевой внутренней полусферической поверхности.The implementation of an inverted glass in the form of a cylindrical body, the end inner surface of which is represented by a hemisphere, allows you to create a directed shock action on the piston due to reflection of the wave front of the shock wave of the electric discharge from the end inner hemispherical surface.

Наличие соосно-расположенного направляющему цилиндру цилиндрического поршня, внешняя цилиндрическая поверхность которого прецизионно сопряжена с внутренней поверхностью направляющего цилиндра, а внутренняя цилиндрическая поверхность прецизионно сопряжена с внешней поверхностью перевернутого стакана, обеспечивает условие эффективной трансформации энергии электрического разряда в механическую энергию ударного воздействия на обрабатываемый объект.The presence of a coaxially arranged cylindrical piston for the guide cylinder, the outer cylindrical surface of which is precision mated to the inner surface of the guide cylinder, and the inner cylindrical surface is precision mated with the outer surface of the inverted cup, provides the condition for the efficient transformation of the energy of an electric discharge into the mechanical energy of impact on the object being processed.

Соединение направляющего цилиндра и поршня между собой посредством гофрированного сильфона позволяет дополнительно к основной пружине обеспечить поступательно-возвратное движение поршня и образовать дополнительный объем для передающей жидкой среды, которая проникает из полости баллона через технические зазоры и разрезы компрессионных и гидроизоляционных колец в процессе движения поршня и его ударного воздействия посредством ударника на обрабатываемый объект.The connection of the guide cylinder and the piston with each other by means of a corrugated bellows allows, in addition to the main spring, to provide translational-reciprocal movement of the piston and to form an additional volume for the transmitting liquid medium, which penetrates from the cylinder cavity through technical gaps and sections of the compression and waterproofing rings during the movement of the piston and its impact by means of a hammer on the workpiece.

Разгрузочные клапаны, установленные на торцевой внутренней полусферической поверхности баллона, обеспечивают удаление газового пузыря, возникающего при электрическом разряде, в полость, расположенную над баллоном, и заполнение высвободившегося объема рабочей жидкостью, протекающей самотеком через посадочные гнезда разгрузочных клапанов.Unloading valves installed on the end inner hemispherical surface of the cylinder ensure the removal of the gas bubble arising from the electric discharge into the cavity located above the cylinder and fill the released volume with working fluid flowing by gravity through the landing sockets of the unloading valves.

Компрессионные и гидроизоляционные кольца обеспечивают герметичность в зазоре между перевернутым стаканом и внутренней цилиндрической поверхностью баллона.Compression and waterproofing rings provide tightness in the gap between the inverted glass and the inner cylindrical surface of the cylinder.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция ударного устройства, на фиг. 2 изображена электродная система с мультикатодом.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the design of the percussion device, FIG. 2 shows a multi-cathode electrode system.

Электроразрядное ударное устройство (фиг. 1) содержит направляющий цилиндр 1 с рукоятками управления манипулирования (на рисунке не показано), баллон 2, состоящий из выполненных за одно целое цилиндрического поршня 3 с незамкнутой полостью, заполненной жидкостью, и стержневого ударника 4, имеющего участок в виде усеченного конуса 5. Соосно направляющему цилиндру 1 и баллону 2 установлен перевернутый металлический стакан 6, внешняя цилиндрическая поверхность которого прецизионно сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрического поршня 3. В донной части перевернутого стакана 6 установлена электродная система (фиг. 2), выполненная с применением мультикатода 7, состоящего из трех электродов, и стержневого электрода анода 8, установленного посредством высокопрочной диэлектрической втулки 9. На внешней цилиндрической поверхности перевернутого стакана 6 установлены компрессионное кольцо 10 и гидроизоляционное кольцо 11, в донной части расположены разгрузочные клапаны 12. Направляющий цилиндр 1 и поршень 3 соединены между собой посредством гофрированного сильфона 13. Баллон 2 опирается на дно направляющего цилиндра 1 посредством возвратной пружины 14. Между верхним наружным торцом перевернутого стакана 6 и верхним внутренним торцом направляющего цилиндра 1 имеется полость 15. В верхнем торце направляющего цилиндра 1 имеется сквозное отверстие, обеспечивающее доступ в полость 15, которое закрывается пробкой 16.The electric-discharge percussion device (Fig. 1) contains a guide cylinder 1 with manipulation control handles (not shown in the figure), a cylinder 2, consisting of a cylindrical piston 3 made in one piece with an open cavity filled with liquid, and a rod striker 4, which has a section in in the form of a truncated cone 5. An inverted metal cup 6 is installed coaxially with the guide cylinder 1 and the cylinder 2, the outer cylindrical surface of which is precision mated to the inner surface of the cylindrical piston 3. An electrode system is installed on the bottom of the inverted cup 6 (Fig. 2), made using a multicathode 7, consisting of three electrodes, and a rod electrode of the anode 8, mounted by means of a high-strength dielectric sleeve 9. A compression ring 10 is installed on the outer cylindrical surface of the inverted cup 6 waterproofing ring 11, at the bottom there are discharge valves 12. The guide cylinder 1 and the piston 3 are interconnected by means of a corrugated bellows 13. The cylinder 2 is supported camping on a bottom of the guide cylinder 1 by a return spring 14. Between the upper outer end of the inverted cup 6 and the upper inner end of the guide cylinder 1 has a cavity 15. At the upper end the guide cylinder 1 has a through opening providing access to the cavity 15, which is closed by a stopper 16.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Пробка 16 выкручивается из сквозного отверстия в верхнем торце направляющего цилиндра 1. Затем заполняется передающей жидкостью полость 15, при этом через разгрузочные клапаны 12 вода поступает внутрь баллона 2. После заполнения устройства водой пробка 16 ввинчивается на место. При подаче высокого напряжения с ГИТ на электродную систему, состоящую из мультикатода 7 и стержневого электрода-анода 9, в межэлектродном пространстве происходит электрический разряд в жидкости, в результате чего происходит резкое возрастание давления, которое передается баллону 2 и соответственно ударнику 4, при этом разгрузочные клапаны 12 переходят в закрытое состояние. После завершения электрического разряда и остановки ударника 4 и соответственно баллона 2 пружина 14 возвращает баллон 2 в первоначальное верхнее положение. Образовавшиеся в процессе электрического разряда в жидкости газовые пузыри через разгрузочные клапаны 12 естественным образом попадают в полость 15. Наличие гофрированного сильфона 13, соединяющего между собой направляющий цилиндр 1 и поршень 3, обеспечивает герметичность стыка между ними и предотвращает протекание жидкости, а также позволяет образовать дополнительный объем для передающей жидкости, которая проникает из полости баллона 2 через технические зазоры и разрезы компрессионных и гидроизоляционных колец 11. Процесс ударного воздействия повторяется и может осуществляться в непрерывном автоматическом режиме.The plug 16 is unscrewed from the through hole in the upper end of the guide cylinder 1. Then, the cavity 15 is filled with the transfer fluid, while water enters the cylinder 2 through the unloading valves 12. After filling the device with water, the plug 16 is screwed into place. When a high voltage is applied from the GIT to the electrode system consisting of a multicathode 7 and a rod electrode-anode 9, an electric discharge in the liquid occurs in the interelectrode space, resulting in a sharp increase in pressure, which is transmitted to the cylinder 2 and, accordingly, to the drummer 4, while unloading valves 12 go into a closed state. After completion of the electric discharge and stop of the striker 4 and, accordingly, the cylinder 2, the spring 14 returns the cylinder 2 to its original upper position. The gas bubbles formed during the electric discharge in the liquid through the discharge valves 12 naturally fall into the cavity 15. The presence of a corrugated bellows 13 connecting the guide cylinder 1 and the piston 3, ensures the tightness of the joint between them and prevents the flow of liquid, and also allows the formation of additional volume for the transmission fluid that penetrates from the cavity of the cylinder 2 through the technical gaps and sections of the compression and waterproofing rings 11. The process of shock air ystviya repeated and may be carried out in a continuous automatic operation.

Таким образом, представленное электроразрядное ударное устройство позволяет повысить эффективность работоспособности, стабильность генерации электрического разряда и длительность бесперебойной работы.Thus, the presented electric-discharge shock device allows to increase the efficiency of working capacity, stability of generation of electric discharge and the duration of uninterrupted operation.

Claims

An electrodischarge percussion device containing a guide cylinder with manipulation handles, inside of which a cylinder is arranged with the possibility of progressive-return movement, consisting of a cylindrical piston with an open cavity filled with liquid made in one piece and a rod striker having a section in the form of a truncated cone, and an electrode a system containing a metal rod electrode mounted in mechanically strong dielectric bushings, characterized in that the electric shock the device is additionally equipped with an inverted metal cup with an inner bottom surface made in the form of a hemisphere mounted inside a cylindrical piston with the formation of a discharge chamber, the open cylinder cavity is made in the form of a cylinder, while the electrode system is located on the hemispherical inner surface of the inverted cup and is equipped with three cathodes, symmetrically located around the rod metal electrode - the anode, the discharge chamber is equipped with relief valves, is installed located on the bottom of the inverted cup, in addition, the inverted cup is equipped with compression and waterproofing rings, the outer cylindrical surface of the cylinder is precision mated to the inner surface of the guide cylinder, and the inner cylindrical surface of the cylinder is precision mated to the outer surface of the inverted cup, the guide cylinder and the piston are interconnected by corrugated bellows.