RU2142562C1 - Method of electric pulse breakage of rocks and artificial materials - Google Patents
Method of electric pulse breakage of rocks and artificial materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2142562C1 RU2142562C1 RU97118216A RU97118216A RU2142562C1 RU 2142562 C1 RU2142562 C1 RU 2142562C1 RU 97118216 A RU97118216 A RU 97118216A RU 97118216 A RU97118216 A RU 97118216A RU 2142562 C1 RU2142562 C1 RU 2142562C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- destruction
- electrode
- high voltage
- voltage pulses
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
- B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
- B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
- B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
- B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
- B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
- B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
- B02C2019/183—Crushing by discharge of high electrical energy
Abstract
Description
Изобретение относится к области разрушения горных пород и искусственных твердых материалов, например бетона, керамики и др., электрическими импульсными разрядами и может найти применение в горном деле при проходке горных выработок, при бурении скважин большого диаметра, а также в строительстве для разрушения некондиционных железобетонных изделий, при ремонтно-строительных работах на дорогах, аэродромах и т.п. The invention relates to the field of destruction of rocks and artificial solid materials, such as concrete, ceramics, etc., by electrical impulse discharges and can find application in mining during mining, when drilling large diameter wells, as well as in construction for the destruction of substandard reinforced concrete products during repair and construction work on roads, airfields, etc.
Известен способ разрушения горных пород, предназначенный для бурения скважин электрическими импульсными разрядами (Большая советская энциклопедия. М. : Советская энциклопедия, 1978, т. 30, с. 58). При этом способе на горную породу в скважине устанавливают бур, выполненный в виде заземленной трубы, внутри которой размещен вращающийся высоковольтный электрод, затем осуществляют промывку жидкостью (дизельным топливом, трансформаторным маслом и др. ), электрическая прочность которой превышает электрическую прочность горной породы, а после на внутренний токовод подают импульсы высокого напряжения с крутым фронтом при очень малом времени воздействия каждого импульса. В этом случае разряд происходит в твердом теле, что приводит к разрушению горной породы. A known method of destruction of rocks, designed for drilling wells by electric pulse discharges (Big Soviet Encyclopedia. M.: Soviet Encyclopedia, 1978, v. 30, p. 58). With this method, a drill is installed on the rock in the well in the form of a grounded pipe inside which a rotating high-voltage electrode is placed, then it is flushed with a liquid (diesel fuel, transformer oil, etc.), the electric strength of which exceeds the electric strength of the rock, and after high voltage pulses with a steep edge are fed to the internal current lead with a very short exposure time of each pulse. In this case, the discharge occurs in a solid, which leads to the destruction of the rock.
Недостатком этого способа является его низкая эффективность, т.к. в нем не предусмотрены пути оптимизации процесса разрушения горной породы и требуется вращение внутреннего токопровода. The disadvantage of this method is its low efficiency, because it does not provide ways to optimize the process of rock destruction and requires rotation of the internal conductor.
Известен также взятый за прототип способ разрушения горных пород и искусственных материалов (Семкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.Н. Основы электроимпульсного разрушения материалов. М. : Наука, 1995, с. 7-11, 20-23, 34-62, 220-224, 240-243), который является наиболее близким к предложенному способу по технической сущности. Согласно выбранному за прототип электроимпульсному способу разрушения горных и искусственных материалов на разрушаемый объект или в предварительно пробуренные в нем любым способом отверстия (шпуры) устанавливают электроды, места контакта которых с разрушаемым объектом заливают жидкостью, в том числе водой. Затем к электродам подводят импульсы высокого напряжения с такими параметрами, чтобы электрический пробой произошел в массиве разрушаемого объекта на фронте импульса при экспозиции напряжения 0,1 • 10-6 с и менее. Продукты разрушения постоянно или периодически удаляют. При этом предусмотрена оптимизация некоторых параметров разрушения.Also known is the prototype method of destruction of rocks and artificial materials (Semkin B.V., Usov A.F., Kurets V.N. Fundamentals of electropulse destruction of materials. M.: Nauka, 1995, pp. 7-11, 20- 23, 34-62, 220-224, 240-243), which is the closest to the proposed method in terms of technical nature. According to the electropulse method of destruction of mining and artificial materials chosen for the prototype, to destroy the object to be destroyed or holes previously drilled in it in any way (holes), electrodes are installed, the contact points of which with the object to be destroyed are filled with liquid, including water. Then, high voltage pulses with such parameters are supplied to the electrodes so that an electrical breakdown occurs in the array of the object to be destroyed at the pulse front with a voltage exposure of 0.1 • 10 -6 s or less. Destruction products are permanently or periodically removed. At the same time, optimization of some fracture parameters is provided.
Недостатком этого способа является сравнительно низкая его эффективность, т. к. способ исследовался при экспозиции напряжения менее 0,1 • 10-6 с, электрический пробой осуществлялся на фронте импульса напряжения в основном при малых межэлектродных промежутках (первые десятки миллиметров), часто при противостоящих электродах, что не позволяло выявить некоторые эффективные пути оптимизации процесса разрушения горных пород и искусственных материалов при дециметровых промежутках между электродами, в т.ч. расположенными на одной поверхности разрушаемого объекта.The disadvantage of this method is its relatively low efficiency, because the method was investigated with a voltage exposure of less than 0.1 • 10 -6 s, electrical breakdown was carried out at the front of the voltage pulse mainly at small interelectrode gaps (first tens of millimeters), often with opposing electrodes, which did not allow us to identify some effective ways to optimize the destruction of rocks and artificial materials at decimeter gaps between the electrodes, including located on one surface of the destroyed object.
Основной технической задачей является повышение эффективности разрушения за счет дополнительной оптимизации процесса разрушения. Предложенный способ позволяет устранить некоторые недостатки известного способа и повысить эффективность разрушения по сравнению с прототипом в 1,6 - 1,8 раза. The main technical task is to increase the destruction efficiency due to additional optimization of the destruction process. The proposed method allows to eliminate some of the disadvantages of the known method and to increase the destruction efficiency in comparison with the prototype in 1.6 - 1.8 times.
Указанная техническая задача достигается тем, что в электроимпульсном способе разрушения горных пород и искусственных материалов, при котором на разрушаемый объект или в предварительно пробуренные в нем отверстия устанавливают электроды, места контакта этих электродов с разрушаемым объектом заливают жидкостью, в т.ч. водой, к электродам подводят импульсы высокого напряжения, которые осуществляют электрический пробой в объеме разрушаемого объекта и его разрушение, и удаляют продукты разрушения, согласно предложенному решению электрический пробой осуществляют на спадающей части импульсов высокого напряжения положительной или отрицательной полярности при времени до пробоя не менее 0,25 • 10-6 с.The specified technical problem is achieved by the fact that in the electropulse method of destruction of rocks and artificial materials, in which electrodes are installed on the object to be destroyed or holes pre-drilled in it, the contact points of these electrodes with the object to be destroyed are filled with liquid, incl. water, high voltage pulses are applied to the electrodes, which carry out electrical breakdown in the volume of the object being destroyed and its destruction, and destroy the destruction products, according to the proposed solution, electrical breakdown is carried out on the falling part of the high voltage pulses of positive or negative polarity at a time before breakdown of at least 0, 25 • 10 -6 s.
Целесообразно также число электродов выбирать так, чтобы суммарное сопротивление электродной системы в жидкости было не менее восьмикратного волнового сопротивления источника импульсов высокого напряжения. It is also advisable to choose the number of electrodes so that the total resistance of the electrode system in the liquid is at least eight times the wave resistance of the source of high voltage pulses.
Кроме того, целесообразно на железобетонное изделие, погруженное в жидкость, устанавливать несколько зафиксированных между собой электродов и подавать на них импульсы высокого напряжения, разрушая изделие до арматуры, затем, не удаляя арматуры, электроды установить на равном расстоянии от элементов арматуры и продолжить процесс разрушения, при этом необходимо, чтобы поверхность электрода была покрыта слоем изоляции, а металлическая арматура была заземлена или имела противоположный потенциал. In addition, it is advisable to install several electrodes fixed to each other on a reinforced concrete product immersed in each other and apply high voltage pulses to them, destroying the product to the reinforcement, then, without removing the reinforcement, install the electrodes at an equal distance from the reinforcement elements and continue the destruction process, it is necessary that the surface of the electrode is covered with a layer of insulation, and the metal reinforcement is grounded or has the opposite potential.
Целесообразно в разрушаемом объекте предварительно сделать отверстия для установки в них снабженных изоляцией электродов на глубину не менее 1/3 расстояния между центрами соседних отверстий, затем установить в два соседних отверстия по электроду и на один из них подать импульсы высокого напряжения, предварительно заземлив другой электрод или подключив его к источнику импульсов высокого напряжения другой полярности, при этом боковая поверхность электродов покрыта твердой изоляцией. It is advisable to pre-make holes in the object to be destroyed to install insulated electrodes in them to a depth of at least 1/3 of the distance between the centers of the neighboring holes, then install them in two neighboring holes along the electrode and apply high voltage pulses to one of them, pre-grounding the other electrode or connecting it to a source of high voltage pulses of a different polarity, while the side surface of the electrodes is covered with solid insulation.
Целесообразно по бетонному или железобетонному изделию с постоянной скоростью перемещать один высоковольтный электрод, одновременно подавая на него импульсы высокого напряжения с частотой F = (1,0 - 1,2) • 2V/L, 1/с,
где V - скорость перемещения высокольтного электрода, см/с;
L - межэлектродный промежуток, см,
при этом арматура или противоположный электрод заземлены или имеют противоположный потенциал.It is advisable to move one high-voltage electrode on a concrete or reinforced concrete product at a constant speed, while simultaneously feeding high voltage pulses to it with a frequency of F = (1.0 - 1.2) • 2V / L, 1 / s,
where V is the velocity of the high-voltage electrode, cm / s;
L is the interelectrode gap, cm,
while the armature or the opposite electrode is grounded or have the opposite potential.
Также целесообразно в случаях, когда необходимо снять вертикальный слой горной породы или искусственного материала и при этом задана глубина такого разрушения Hз, выбирать расстояние между разнополярными электродами Lрасч. из условия Lрасч. = (6,1 - 6,4) • Hз - 2,4 см.It is also advisable in cases where it is necessary to remove the vertical layer of rock or artificial material and at the same time, the depth of such destruction H h is set , to choose the distance between bipolar electrodes L calc. from the condition L calc. = (6.1 - 6.4) • H s - 2.4 cm.
Для пояснения сущности предложенного способа на фиг. 1 приведена типовая осциллограмма напряжения холостого хода генератора импульсов высокого напряжения (чувствительность временной развертки 0,1 мкс на деление); на фиг. 2 - типовая осциллограмма импульса напряжения при пробое твердого диэлектрика на фронте волны напряжения, что характерно для известных вариантов электроимпульсного способа разрушения (время до начала пробоя 0,1 мкс); на фиг. 3 представлена осциллограмма импульса напряжения при пробое бетона на спаде импульса напряжения, что предусмотрено в предложенном способе (чувствительность временной развертки 0,2 мкс на деление; время до начала пробоя 0,9 мкс). To clarify the essence of the proposed method in FIG. 1 shows a typical waveform of the open circuit voltage of a high voltage pulse generator (sensitivity of a time sweep of 0.1 μs per division); in FIG. 2 - a typical waveform of a voltage pulse during the breakdown of a solid dielectric at the front of a voltage wave, which is typical for the known variants of the electric-pulse destruction method (time before the start of the breakdown is 0.1 μs); in FIG. Figure 3 shows the waveform of the voltage pulse during the breakdown of concrete at the drop of the voltage pulse, which is provided for in the proposed method (sensitivity of the time sweep 0.2 μs per division; time before the start of the breakdown 0.9 μs).
Пример 1. Электроимпульсное разрушение осуществляется следующим образом. Для каждого эксперимента в металлический бак укладывается бетонный блок, на который устанавливаются с заданным межэлектродным промежутком L два стальных электрода, покрытых полиэтиленовой изоляцией. Затем в бак выше уровня бетонного блока заливается техническая вода, и электроды подключаются к источнику импульсов высокого напряжения, который обеспечивает электрический пробой бетона на спадающей части импульсов высокого напряжения при времени до пробоя τпр не менее 0,25 мкс. Результаты экспериментов приведены в табл. 1, где Uпр - напряжение пробоя бетона, а Uп - посадки напряжения, т.е. снижение импульсного напряжения из-за растекания токов в воде.Example 1. Electropulse destruction is as follows. For each experiment, a concrete block is placed in a metal tank, onto which two steel electrodes coated with polyethylene insulation are installed with a given interelectrode gap L. Then, technical water is poured into the tank above the level of the concrete block, and the electrodes are connected to a source of high voltage pulses, which provides electrical breakdown of concrete on the falling part of the high voltage pulses at a time until breakdown τ pr of at least 0.25 μs. The experimental results are given in table. 1, where U CR is the breakdown voltage of concrete, and U p is the voltage fit, i.e. decrease in impulse voltage due to the spreading of currents in water.
Из табл. 1 видно, что при разрушении электрическими пробоями на спадающей части импульсов высокого напряжения (при τпр ≥ 0,25 мкс) посадки напряжения меньше в 1,7 раза и более. В результате этого значительно меньше потери электроэнергии из-за растекания токов в воде. Также создаются возможности для применения источников импульсов высокого напряжения и электроизоляционных элементов, рассчитанных на меньший класс напряжения, увеличения срока их службы. В итоге снижается стоимость затрат на электроимпульсное разрушение.From the table. Figure 1 shows that when electric breakdowns on the falling part of high voltage pulses are destroyed by electrical breakdowns (at τ pr ≥ 0.25 μs), the voltage fit is less than 1.7 times or more. As a result of this, much less energy loss due to the spreading of currents in water. It also creates opportunities for the use of high voltage pulse sources and electrical insulating elements, designed for a lower voltage class, to increase their service life. As a result, the cost of the electric pulse destruction is reduced.
Пример 2. Для проверки влияния на эффективность электроимпульсного разрушения суммарного электрического сопротивления электродной системы Zн, отнесенного к волновому сопротивлению источника импульсов высокого напряжения Zгин, изменяется число электродов. Известно, что с увеличением числа электродов Zн уменьшается. Опыты проводятся при электрическом пробое бетона на спадающей части импульсов высокого напряжения при времени до пробоя не менее 0,25 • 10-6 с. Изучается влияние отношения Zн/Zгин на искажение генерируемых импульсов напряжения в первую очередь на изменение амплитуды напряжения. Для наглядности за основу взят коэффициент изменения амплитуды напряжения K = Uн/Uхх, где Uн - напряжение на нагрузке, а Uхх - напряжение холостого хода генератора. Полученные данные сведены в табл. 2.Example 2. To check the effect on the efficiency of electric pulse destruction of the total electrical resistance of the electrode system Z n related to the wave resistance of a high voltage pulse source Z gin , the number of electrodes is changed. It is known that with an increase in the number of electrodes, Z n decreases. The experiments are conducted with electrical breakdown of concrete on the falling part of high voltage pulses at a time before breakdown of at least 0.25 • 10 -6 s. The influence of the Z n / Z gin ratio on the distortion of the generated voltage pulses is studied primarily on the change in the voltage amplitude. For clarity, the coefficient of change in the amplitude of the voltage K = U n / U xx is taken as the basis, where U n is the voltage at the load, and U xx is the generator open circuit voltage. The data obtained are summarized in table. 2.
Из табл. 2 следует, что отношение Zн/Zгин необходимо поддерживать не менее 8, тогда К близок к единице, или более 8, тогда К стремится к 1. В этих случаях снижение амплитуды напряжения практически отсутствует. Аналогичные данные получены и по влиянию Zн/Zгин на изменение длины фронта импульса напряжения. Из полученных экспериментальных данных следует, что для достижения наибольшей эффективности разрушения электродную систему нужно конструировать так, чтобы Zн/Zгин ≥ 8.From the table. 2 it follows that the ratio Z n / Z gin must be maintained at least 8, then K is close to unity, or more than 8, then K tends to 1. In these cases, there is practically no decrease in voltage amplitude. Similar data were obtained on the influence of Z n / Z gin on the change in the length of the voltage pulse front. From the obtained experimental data it follows that in order to achieve the greatest destruction efficiency, the electrode system must be designed so that Z n / Z gyne ≥ 8.
Пример 3. Используются железобетонные блоки с поверхностью 450 х 600 мм и толщиной 300 мм. Горизонтально в блоках размещается однослойная (на глубине около 150 мм) или двухслойная (на глубине 100 и 200 мм) металлическая арматура с ячейкой 150 х 150 мм. Каждый блок помещается в бак из нержавеющей стали, заполненный технической водой. Железобетонный блок полностью погружается в воду. Вода не циркулирует. На блоки устанавливаются электродные устройства трех типов: одноэлектродное, многоэлектродное с подвижными относительно друг друга в вертикальном направлении электродами, а также выполненное в соответствии с предложенным изобретением многоэлектродное устройство с зафиксированными между собой электродами. Электроды сделаны из стальных прутков диаметром 12 мм, покрытых полиэтиленовой изоляцией диаметром 38 мм. Многоэлектродное устройство выполнено двухрядным по три электрода в каждом ряду. На электродные устройства импульсы подаются от генератора импульсов высокого напряжения, выполненного на номинальное напряжение 500 кВ. Арматура железобетонных блоков заземляется или имеет противоположный потенциал. Электрический пробой осуществляется на спадающей части импульсов высокого напряжения при времени до пробоя 0,25 - 0,95 мкс. В результате экспериментов установлено следующее. Одноэлектродное устройство позволяет разрушать бетонные изделия, но требует сравнительно больших затрат времени на перестановку. Есть проблемы и с центрированием глубоко ушедшего в бетонное изделие электрода. Многоэлектродное устройство с подвижными электродами позволяет вести высокоэффективное разрушение бетонного изделия с его поверхности. Но к арматуре электроды приближаются с разной скоростью, и происходит замыкание одного электрода на арматуру до того, как под другими бетон разрушится на такую же глубину. При этом разрушение прекращается. Расположение электродов на равном расстоянии от арматуры позволяет избежать электрических пробоев изоляционного покрытия электродов и короткого замыкания на арматуру. Кроме этого, создается возможность полного разрушения бетонных изделий не только до арматуры, но и под ней без переворачивания этих изделий. Example 3. Reinforced concrete blocks with a surface of 450 x 600 mm and a thickness of 300 mm are used. Horizontally, a single-layer (at a depth of about 150 mm) or two-layer (at a depth of 100 and 200 mm) metal reinforcement with a cell of 150 x 150 mm is placed in the blocks. Each unit is placed in a stainless steel tank filled with process water. The reinforced concrete block is completely immersed in water. Water does not circulate. Three types of electrode devices are installed on the blocks: single-electrode, multi-electrode with electrodes that are movable relative to each other in a vertical direction, and also a multi-electrode device made in accordance with the proposed invention with electrodes fixed to each other. The electrodes are made of steel bars with a diameter of 12 mm, coated with polyethylene insulation with a diameter of 38 mm. The multi-electrode device is double-row with three electrodes in each row. The pulses are supplied to the electrode devices from a high-voltage pulse generator made to a rated voltage of 500 kV. The reinforcement of reinforced concrete blocks is grounded or has the opposite potential. Electrical breakdown is carried out on the falling part of high voltage pulses at a time to breakdown of 0.25-0.95 μs. As a result of the experiments, the following was established. A single-electrode device allows the destruction of concrete products, but requires a relatively large investment of time for rearrangement. There are problems with centering the electrode that has gone deep into the concrete product. A multi-electrode device with moving electrodes allows for highly efficient destruction of concrete products from its surface. But the electrodes approach the reinforcement at different speeds, and one electrode closes on the reinforcement before the concrete collapses to the same depth under the other. In this case, the destruction stops. The location of the electrodes at an equal distance from the reinforcement avoids electrical breakdowns of the insulation coating of the electrodes and short circuit to the reinforcement. In addition, it creates the possibility of complete destruction of concrete products not only to reinforcement, but also under it without turning over these products.
Наилучшая эффективность разрушения получена при использовании многоэлектродного устройства с зафиксированными между собой электродами. Энергозатраты при этом ниже в 1,6 раза и более. The best fracture efficiency was obtained using a multi-electrode device with fixed electrodes. Energy costs are 1.6 times lower or more.
Пример 4. Бетонные и гранитные блоки имеют вертикальные отверстия диаметром 40 мм и глубиной до 200 мм. Расстояние между соседними отверстиями изменяется в пределах 100 - 300 мм. В два соседних отверстия, заполненных технической водой, на одинаковую глубину от поверхности блока опускается по одному электроду. Электроды выполнены из стальных прутков диаметром 12 мм, покрытых полиэтиленовой изоляцией диаметром 38 мм. На один электрод подают импульсы высокого напряжения, а другой при этом заземлен или имеет противоположный потенциал. При погружении электродов на глубину менее 1/3 расстояния между центрами соседних отверстий происходит полное или частичное перекрытие разрядов по поверхности блоков. Число полностью внедрившихся разрядов незначительно. При соотношении вышеназванных параметров значительно больше 1/3 возникает необходимость резкого повышения энергии высоковольтных импульсов. Оптимальные результаты получены при соотношении 1/3 и несколько выше, т.к. в этом случае число полностью внедрившихся разрядов достигает 90% и более. В предварительно пробуренные отверстия, если их больше двух, может быть установлено несколько высоковольтных электродов и несколько электродов противоположной полярности, расположенных в шахматном порядке. При этом для получения оптимального результата они должны быть опущены в отверстия на глубину не менее 1/3 расстояния между центрами соседних отверстий. Example 4. Concrete and granite blocks have vertical holes with a diameter of 40 mm and a depth of 200 mm. The distance between adjacent holes varies between 100 - 300 mm. One adjacent electrode is lowered into two adjacent holes filled with technical water to the same depth from the surface of the block. The electrodes are made of steel bars with a diameter of 12 mm, coated with polyethylene insulation with a diameter of 38 mm. High voltage pulses are supplied to one electrode, while the other is grounded or has the opposite potential. When the electrodes are immersed to a depth of less than 1/3 of the distance between the centers of adjacent holes, the discharges completely or partially overlap along the surface of the blocks. The number of fully embedded discharges is insignificant. When the ratio of the above parameters is much more than 1/3, there is a need for a sharp increase in the energy of high-voltage pulses. Optimum results were obtained with a ratio of 1/3 and slightly higher, because in this case, the number of fully introduced discharges reaches 90% or more. In pre-drilled holes, if there are more than two, several high-voltage electrodes and several electrodes of opposite polarity arranged in a checkerboard pattern can be installed. Moreover, to obtain the optimal result, they should be lowered into the holes to a depth of not less than 1/3 of the distance between the centers of adjacent holes.
Пример 5. Железобетонный блок помещается в бак с технической водой. Блок выполнен с однослойной арматурой, размещенной на глубине 100 мм от поверхности. Размер каждой ячейки арматуры 50 х 50 мм. Высоковольтный электрод первоначально устанавливают вертикально на угол железобетонного блока. На него подаются импульсы высокого напряжения. Арматура при этом заземлена или имеет противоположный потенциал. При подаче импульсов на высоковольтный электрод его перемещают в горизонтальной плоскости вдоль железобетонного блока с заданной скоростью V = 50 - 60 см/с. Импульсы высокого напряжения подают с частотой в пределах (1 - 1,2)•2V/L, т.е. F = 10 - 12 имп/с, где L - расстояние от высоковольтного электрода до арматуры, см. Эксперименты показали, что это оптимальные пределы. При частоте меньше 2V/L, т.е. в примере конкретного выполнения меньше 10 имп/с, количества импульсов недостаточно для разрушения всего бетона между электродами и арматурой. В результате остаются неразрушенные участки. При частоте больше 1,2 • 2V/L (в примере больше 12 имп/с) происходит переизмельчение бетона, и резко увеличиваются удельные энергозатраты. Example 5. A reinforced concrete block is placed in a tank with industrial water. The block is made with a single-layer reinforcement placed at a depth of 100 mm from the surface. The size of each cell reinforcement is 50 x 50 mm. The high voltage electrode is initially mounted vertically at the angle of the reinforced concrete block. High voltage pulses are fed to it. The fittings are grounded or have the opposite potential. When applying pulses to a high-voltage electrode, it is moved in a horizontal plane along the reinforced concrete block with a given speed V = 50-60 cm / s. High voltage pulses are supplied with a frequency in the range of (1 - 1.2) • 2V / L, i.e. F = 10 - 12 pulses / s, where L is the distance from the high-voltage electrode to the fittings, see. Experiments have shown that these are optimal limits. At a frequency less than 2V / L, i.e. in the example of a specific embodiment, less than 10 pulses / s, the number of pulses is not enough to destroy all the concrete between the electrodes and the reinforcement. As a result, undestroyed areas remain. At a frequency of more than 1.2 • 2V / L (in the example, more than 12 pulses / s), concrete is crushed, and the specific energy consumption sharply increases.
Роль второго электрода (вместо арматуры) может выполнять решетка, на которой размещают бетонный блок, или наложенные на бетонный блок пластины, прутки, вдоль которых перемещают высоковольтный электрод. The role of the second electrode (instead of reinforcement) can be performed by a grating on which a concrete block is placed, or plates and rods superimposed on a concrete block, along which a high-voltage electrode is moved.
Пример 6. Используются блоки гранита с поверхностью 900 х 1200 мм и толщиной 600 мм. На каждый блок гранита, помещенный в металлический бак, устанавливаются два стержневых электрода, покрытых полиэтиленовой изоляцией. В бак наливается техническая вода, уровень которой выше места контакта электродов с гранитным блоком на 100 мм. Один электрод заземляется, а на другой подают импульсы высокого напряжения. После подачи 1 - 3 импульсов электроды перемещают на расстояние, равное половине межэлектродного промежутка. Снова подают импульсы высокого напряжения и снова перемещают электроды. Подобные циклы повторяются до разрушения слоя по всей поверхности блока. Заданные глубины разрушения поверхностного слоя Hз. приведены в табл. 3. Расстояния между разнополярными электродами Lрасч. вычислены по формуле Lрасч. = (6,1 - 6,4)Hз. - 2,4. В табл. 3 приведены результаты для коэффициента 6,1. В последней строке табл. 3 представлены экспериментально полученные глубины разрушения Hэксп.. Сравнение полученных Hз. и Hэксп. показывает их незначительную разницу, особенно при больших межэлектродных промежутках.Example 6. Used blocks of granite with a surface of 900 x 1200 mm and a thickness of 600 mm. For each block of granite placed in a metal tank, two rod electrodes coated with polyethylene insulation are installed. Industrial water is poured into the tank, the level of which is 100 mm higher than the contact point of the electrodes with the granite block. One electrode is grounded, and high voltage pulses are supplied to the other. After applying 1 to 3 pulses, the electrodes are moved a distance equal to half the interelectrode gap. High voltage pulses are applied again and the electrodes are moved again. Such cycles are repeated until the destruction of the layer over the entire surface of the block. The specified depth of destruction of the surface layer H z. are given in table. 3. Distances between bipolar electrodes L calc. calculated by the formula L calc. = (6.1 - 6.4) H s. - 2.4. In the table. 3 shows the results for a coefficient of 6.1. In the last row of the table. Figure 3 shows the experimentally obtained fracture depths H exp. . Comparison of the obtained H z. and H exp. shows their insignificant difference, especially with large interelectrode gaps.
Исследования проведены на гранитных (табл. 3), бетонных и граносиенитных блоках при Lрасч. до 40 см. Результаты экспериментов наиболее оптимальны, когда при определении Lрасх. по формуле Lрасч. = k • Hз. - 2,4 коэффициент k = 6,1 - 6,4. При k < 6,1 в экспериментах получено Hэксп. значительно меньше Hз., а при k > 6,4 Hэксп. больше Hз.. Кроме того, при k > 6,4 для обеспечения электрического пробоя необходимо увеличение импульсного напряжения, что в свою очередь приводит к увеличению энергозатрат, т.к. в формулу расчета энергии единичного импульса напряжение входит во второй степени.The studies were conducted on granite (table. 3), concrete and granosyenite blocks at L calc. up to 40 cm. The experimental results are most optimal when when determining L flow. according to the formula L calc. = k • H s - 2.4 coefficient k = 6.1 - 6.4. For k <6.1, the experiments obtained H exp. significantly less than H z , and for k> 6.4 H exp. more than H z. . In addition, at k> 6.4, to ensure electrical breakdown, an increase in the pulse voltage is necessary, which in turn leads to an increase in energy consumption, since In the formula for calculating the energy of a single pulse, voltage is included in the second degree.
Claims (6)
F=(1-1,2)•2V/L, 1/c,
где V - скорость перемещения высоковольтного электрона, см/с;
L - расстояние от торца высоковольтного электрода до арматуры, см,
причем арматура или противоположный электрод заземлены или имеют противоположный потенциал.5. The method according to claim 1, characterized in that one high-voltage electrode is moved along a concrete or reinforced concrete product at a constant speed, while simultaneously supplying high voltage pulses to it with a frequency
F = (1-1.2) • 2V / L, 1 / s,
where V is the velocity of the high-voltage electron, cm / s;
L is the distance from the end of the high-voltage electrode to the fittings, cm,
moreover, the armature or the opposite electrode is grounded or have the opposite potential.
Lpacч = (6,1:6,4)H3 - 2,4, см,
где Lpacч - расстояние между разнополярными электродами, см;
H3 - заданная глубина разрушения, см.6. The method according to any one of paragraphs. 1, 2 and 5, characterized in that for a given depth of destruction of the surface layer, the distance between the bipolar electrodes is selected from the condition
L pack = (6.1: 6.4) H 3 - 2.4, cm,
where L pacch is the distance between bipolar electrodes, cm;
H 3 - a given depth of destruction, see
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97118216A RU2142562C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method of electric pulse breakage of rocks and artificial materials |
| PCT/JP1998/004964 WO1999022900A1 (en) | 1997-11-04 | 1998-11-02 | Apparatus and method for breaking solid insulator with electric pulse |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97118216A RU2142562C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method of electric pulse breakage of rocks and artificial materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97118216A RU97118216A (en) | 1999-08-10 |
| RU2142562C1 true RU2142562C1 (en) | 1999-12-10 |
Family
ID=20198678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97118216A RU2142562C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method of electric pulse breakage of rocks and artificial materials |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2142562C1 (en) |
| WO (1) | WO1999022900A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103111391A (en) * | 2012-01-13 | 2013-05-22 | 黄强 | High energy liquid detonation blob blasting agricultural-material scattering backup device |
| RU2524101C2 (en) * | 2011-03-23 | 2014-07-27 | Николай Данилович Рязанов | Electric pulse well drilling and electric pulse drill tip |
| RU2526947C1 (en) * | 2013-05-13 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Multicomponent product destruction method |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2420358B (en) | 2004-11-17 | 2008-09-03 | Schlumberger Holdings | System and method for drilling a borehole |
| US9416594B2 (en) | 2004-11-17 | 2016-08-16 | Schlumberger Technology Corporation | System and method for drilling a borehole |
| WO2009026647A1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-03-05 | The University Of Queensland | Method and apparatus for breaking solid materials |
| JP5051724B2 (en) * | 2008-12-10 | 2012-10-17 | 黒崎播磨株式会社 | Structure dismantling method |
| CN102698918B (en) * | 2012-01-13 | 2015-01-21 | 黄强 | High-energy liquid-explosion material throwing stand-by device |
| CN102696314B (en) * | 2012-01-13 | 2015-04-22 | 黄强 | High-energy liquid blasting farm-oriented material throwing device and throwing method |
| JP6399344B2 (en) * | 2014-09-30 | 2018-10-03 | 太平洋セメント株式会社 | Method for grinding carbon fiber-containing material |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2083824C1 (en) * | 1995-06-13 | 1997-07-10 | Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете | Rock crushing method |
| JP3103019B2 (en) * | 1995-07-26 | 2000-10-23 | 日立造船株式会社 | Destruction device and destruction method of destructible object |
-
1997
- 1997-11-04 RU RU97118216A patent/RU2142562C1/en not_active IP Right Cessation
-
1998
- 1998-11-02 WO PCT/JP1998/004964 patent/WO1999022900A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Семкин Б.В. и др. Основы электроимпульсного разрушения горных пород и искуственных материалов. - М.: Наука, 1995, с. 7-11, 20-23, 34-62, 220 -224. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2524101C2 (en) * | 2011-03-23 | 2014-07-27 | Николай Данилович Рязанов | Electric pulse well drilling and electric pulse drill tip |
| CN103111391A (en) * | 2012-01-13 | 2013-05-22 | 黄强 | High energy liquid detonation blob blasting agricultural-material scattering backup device |
| CN103111391B (en) * | 2012-01-13 | 2015-07-29 | 黄强 | Material for agriculture stand-by provision is shed in the quick-fried fixed point explosion of High-energy liquid |
| RU2526947C1 (en) * | 2013-05-13 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Multicomponent product destruction method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1999022900A1 (en) | 1999-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2123596C1 (en) | Method for electric-pulse drilling of wells, and drilling unit | |
| RU2142562C1 (en) | Method of electric pulse breakage of rocks and artificial materials | |
| RU2083824C1 (en) | Rock crushing method | |
| CN108222839A (en) | Multi-electrode electric crushing drill bit and electric crushing experimental device | |
| JPH09174552A (en) | Method and apparatus for pulverizing composite material made from elastic material combined with metal material | |
| RU82764U1 (en) | PULSE DRILLING TIP | |
| Boev et al. | Electropulse technology of material destruction and boring | |
| RU97118216A (en) | ELECTRIC PULSE METHOD OF DESTRUCTION OF ROCKS AND ARTIFICIAL MATERIALS | |
| WO2020234202A1 (en) | Drill head for electro-pulse-boring | |
| Inoue et al. | Pulsed electric breakdown and destruction of granite | |
| RU2409735C1 (en) | Electric pulse drill head | |
| Boev et al. | Destruction of granite and concrete in water with pulse electric discharges | |
| CN208089227U (en) | Multi-electrode electric crushing drill bit and electric crushing experimental device | |
| RU2441127C1 (en) | Electropulse rock-breaking device | |
| RU69152U1 (en) | PULSE DRILL BIT | |
| RU2721147C1 (en) | Electric pulse drill bit | |
| RU2167991C2 (en) | Method and device for electromechanical drilling of holes | |
| RU81258U1 (en) | DEVICE FOR DESTRUCTION OF THE SURFACE LAYER OF PRODUCTS FROM ARTIFICIAL MATERIALS AND NATURAL STONE | |
| RU182477U1 (en) | ELECTRIC HYDRAULIC DRILL HEAD | |
| RU2231593C1 (en) | Method of breaking ice cover | |
| RU2468205C1 (en) | Electric pulse method of rock slabs cutting | |
| CN86104470A (en) | The method and apparatus of fragmenting substance by discharge of pulsed electrical energy | |
| JPH10212891A (en) | Electric crushing method | |
| RU2445430C1 (en) | Electropulse drilling rig | |
| RU2427711C1 (en) | Device for undercutting slabs of rock with electric discharges |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20110525 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131105 |