ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2038150 (13) C1

(51) 6 B02C19/18 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 92015077/33 
(22) Дата подачи заявки: 1992.12.29 
(45) Опубликовано: 1995.06.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Воробьев А.А. и др. Импульсный пробой и разрушение диэлектриков и горных пород. Томск: ТГУ, 1971. 2. Аксель А.Н. и др. Промышленность нерудных неметаллических материалов. Техническая информация. М.: ВНИИЭСМ, вып.5, 1972, с.3. 
(71) Заявитель(и): Волков Эдуард Петрович; Гаврилов Евгений Иванович; Модзолевский Владимир Игорьевич 
(72) Автор(ы): Волков Эдуард Петрович; Гаврилов Евгений Иванович; Модзолевский Владимир Игорьевич 
(73) Патентообладатель(и): Волков Эдуард Петрович; Гаврилов Евгений Иванович; Модзолевский Владимир Игорьевич 

(54) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА 

Использование: при электроимпульсном разрушении твердых тел в строительстве. Сущность изобретения: электрогидравлический способ разрушения твердого тела включает бурение в твердом теле шпуров, которые размещают либо вблизи вершин квадратной ячейки, либо в узлах квадратной сети, причем расстояние H между шпурами не должно превышать 3,6 l, где l - длина разрядного промежутка. Затем на твердое тело одновременно воздействуют симметричными цилиндрическими ударными волнами, которые генерируют электрическими разрядами в жидкости, производимыми в шпурах. Электрические разряды производят с использованием взрывающихся проволочек, а длительность высоковольтного импульса не должна превышать 0,7 H/v, где v - скорость продольной волны звука в твердом теле. 4 з.п.ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электроимпульсному разрушению твердых тел и может быть использовано в строительстве или промышленности строительных материалов.

Известен электрогидравлический способ разрушения твердого тела, включающий помещение твердого тела в жидкость, силовое воздействие на твердое тело ударной волной с давлением на фронте импульса не меньше величины прочности материала твердого тела, причем ударную волну возбуждают высоковольтным искровым электрическим разрядом, осуществляемым в жидкости [1]

Однако этот способ может быть использован только для разрушения отдельных строительных изделий или фрагментов предварительно разрушенных строительных сооружений, а не самих сооружений, так как разрушаемое твердое тело необходимо поместить в ванну, заполненную жидкостью.

Известен также электрогидравлический способ разрушения твердого тела, включающий бурение в твердом теле шпуров, силовое воздействие на твердое тело ударными волнами, генерируемыми высоковольтными электрическими разрядами, осуществляемыми в жидкости, заполняющей шпуры [2]

Этот способ не обеспечивает высокой эффективности разрушения твердых тел, так как генерируемые в твердом теле ударные волны имеют сферическую симметрию, а следовательно, быстрое убывание величины энергии в импульсе с расстоянием от зоны генерации волны (обратно пропорционально расстоянию). Таким образом, при использовании этого способа не представляется возможным ни сформировать в разрушаемом теле зоны с повышенной концентрацией энергии, ни осуществить прогнозирование положения мест откола фрагментов разрушаемого тела.

Задача изобретения разработка электрогидравлического способа разрушения твердого тела с использованием таких источников ударных волн, пространственное размещение которых и условия генерации обеспечили бы при минимальных энергозатратах создание в заданных областях разрушаемого тела зон с высокой концентрацией механической энергии, что повысило бы эффективность разрушения и обеспечило бы возможность прогнозирования мест откола материала.

Для этого в электрогидравлическом способе разрушения твердого тела, включающем бурение в твердом теле шпуров, в каждом из которых создают импульсный высоковольтный электрический разряд в жидкости, воздействующий на тело ударными волнами, согласно изобретению силовое воздействие на твердое тело осуществляют одновременно по крайней мере четырьмя симметричными цилиндрическими ударными волнами в зонах тела, расположенных при вершинах квадратной ячейки, с помощью взрывающихся проволочек, при этом выбирают расстояние между вершинами квадратной ячейки и длительность высоковольтных импульсов, удовлетворяющие соотношениям

H3,6l, <0,7Нv -1, где Н расстояние между вершинами квадратной ячейки, м;

l длина разрядного промежутка, м;

- длительность высоковольтного импульса, с;

v скорость продольной волны звука в теле, м/с.

Целесообразно бурение шпуров осуществлять в вершинах квадратной ячейки.

Выгодно в зонах вершин, внешних по отношению к сторонам квадрата, бурить по два шпура, располагая их симметрично относительно диагоналей, проходящих через его вершины.

Предпочтительно, чтобы одновременно с бурением шпуров производилось бурение скважин в центре квадрата и посередине каждой из его сторон.

Кроме того, целесообразно создавать импульсные высоковольтные электрические разряды с частотой, равной 10-95 Гц.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что благодаря одновременной генерации по крайней мере четырех ударных волн цилиндрической симметрии, имеющих существенно меньшую степень затухания величины энергии в импульсе по сравнению с ударными волнами сферической симметрии, в зонах твердого тела, расположенных при вершинах квадратной ячейки, осуществлению электрических разрядов в жидкости с использованием взрывающихся проволочек, а также при соблюдении указанных выше ограничений на длительность высоковольтных импульсов и на расстояние между вершинами квадратной ячейки в заданных областях твердого тела образуются зоны цилиндрической кумуляции ударных волн, в которых возникают вторичные волны сжатия, распространяющиеся в направлении, перпендикулярном поверхности тела. В результате отражения вторичных волн от поверхности твердого тела возникают волны разгрузки, которые, взаимодействуя с волнами сжатия, обеспечивают условия для откола поверхностных участков твердого тела.

Дополнительное преимущество предлагаемого способа заключается в возможности отбойки материала одновременно с большой поверхности твердого тела. В этом случае бурение шпуров осуществляют в узлах квадратной сетки, покрывающей ту поверхность тела, которую необходимо отбить.

Еще большее снижение энергозатрат может быть обеспечено бурением в зонах, расположенных при вершинах квадратной ячейки, двух шпуров, расположенных симметрично относительно диагонали, проходящей через соответствующую вершину.

Кроме того, при осуществлении серии высоковольтных электрических разрядов в жидкости с частотой, равной десяткам герц, можно существенно снизить величину разрядного тока генератора при сохранении высокой эффективности разрушения твердого тела.

На фиг. 1 показано расположение шпуров и зоны цилиндрической кумуляции; на фиг.2 вариант расположения шпуров в зонах при вершинах квадратной ячейки.

На фиг.1 и 2 позициями обозначены: разрушаемое твердое тело 1, шпуры 2, электрогидравлические генераторы 3 ударных волн цилиндрической симметрии, фронт первичных ударных волн 4, зоны 5 кумуляции, фронт ударных волн 6, сходящихся к центру квадратной ячейки, скважины 7.

Способ осуществляют следующим образом.

В разрушаемом твердом теле 1, например в стене здания, с помощью перфораторов бурят шпуры 2, размещая их в вершинах квадратной ячейки (в узлах квадратной сетки). Затем в шпурах 2 устанавливают электрогидравлические генераторы ударных волн цилиндрической симметрии и подключают их к выходу генераторов высоковольтных импульсов. Каждый электрогидравлический генератор 3 ударных волн цилиндрической симметрии может быть выполнен, например, в виде двух соосно расположенных электродов, соединенных между собой взрывающейся проволочкой и размещенных внутри цилиндрического корпуса, имеющего электрическую изоляцию по всей внутренней боковой поверхности и заполненного водой или другой диэлектрический жидкостью. Предпочтительно, чтобы отношение расстояния между электродами к диаметру корпуса лежало в интервале значений 30-45. При этом обеспечивается максимальное значение амплитуды генерируемой ударной волны при наименьших габаритах электрогидравлического генератора 3.

После включения генератора высоковольтных импульсов происходит одновременный взрыв проволочек, расположенных в электрогидравлических генераторах 3, а возникшие при этом продольные цилиндрические ударные волны давления одновременно переходят в материал разрушаемого твердого тела. Цилиндрические ударные волны 4 давления, распространяясь со скоростью звука в материале разрушаемого твердого тела, создают в околошпуровых зонах радиальные трещины длиной порядка 2-3 радиусов шпура.

Цилиндрические ударные волны 4, распространяясь радиально, создают в моменты столкновения зоны 5 цилиндрической кумуляции. Для того, чтобы сталкивающиеся ударные волны в пределах всего объема между шпурами имели цилиндрическую симметрию, необходимо, чтобы расстояние Н между шпурами удовлетворяло неравенству

Н 3,6 l, где l длина разрядного промежутка в электрогидравлическом генераторе 3.

При столкновении цилиндрических ударных волн 4 образуются вторичные ударные волны, распространяющиеся в направлении, перпендикулярном поверхности разрушаемого твердого тела. Если же длительность импульса нагружения, равная длительности высоковольтного импульса , удовлетворяет неравенству

<0,7Н/v, где v скорость продольной волны звука в материале твердого тела, то в результате взаимодействия падающей (сжимающей) на свободную поверхность твердого тела ударной волны и отраженной (растягивающей) от свободной поверхности твердого тела ударной волны происходит откол некоторого объема материала в областях, соответствующих столкновению первичных цилиндрических ударных волн из-за воздействия на материал твердого тела растягивающих напряжений (здесь учтено то обстоятельство, что длительность импульса волны давления возрастает по мере удаления ее от зоны генерации и поэтому длительность импульса давления в материале соответствует длительности электрического разряда).

Из-за упругого отражения сталкивающихся первичных ударных волн начиная с момента времени, равного 0,5 Н/v, происходит существенная трансформация формы фронта цилиндрических ударных волн, а именно в направлении центра ячейки фронт ударных волн приобретает заостренную форму. В центре симметрии квадратной ячейки сходятся четыре ударные волны 6, имеющие заостренную форму фронта, формируя центральную кумулятивную зону с максимальной деформацией. Следовательно, в этой области возможен откол максимального количества материала твердого тела.

Кроме того, отраженные от свободных поверхностей твердого тела ударные волны, интерферируя, воздействуют на трещины, возникшие в зонах, прилегающих к шпурам, и способствуют развитию их вплоть до этих поверхностей. Трещины, расположенные в околошпуровых зонах, являются местами концентрации значительных остаточных напряжений. Эти напряжения, взаимодействуя с напряжениями, вызванными ударными волнами последующих электрогидравлических разрядов, способствуют разрушению материала и в ряде случаев заканчивают процесс разрушения, начатый ударными волнами. Развитие трещин до свободных поверхностей разрушаемого твердого тела приводит к его расколу по контуру квадратной ячейки с выбросом частиц материала перпендикулярно поверхности объекта, на которой производилось бурение шпуров.

Для интенсификации процесса разрушения твердого тела, а также для точного прогнозирования зоны разрушения и обеспечения откола материала в заданной плоскости необходимо перед установкой в шпуры электрогидравлических генераторов цилиндрических ударных волн осуществить бурение скважин 7, расположенных в центре квадратной ячейки и посередине каждой из ее сторон.

Скважины 7 расположены в местах столкновения цилиндрических ударных волн, т.е. в местах возникновения наибольших механических напряжений. Поверхности этих скважин являются также дополнительными поверхностями, отражающими продольные ударные волны, а следовательно, и дополнительными зонами, в которых возникают растягивающие напряжения. При наличии скважин 7 происходит разрушение материальных перемычек между каждым шпуром и окружающими его скважинами, т. е. имеет место интенсификация процессов разрушения твердого тела.

Снижение энергозатрат на разрушение твердого тела может быть достигнуто за счет бурения в зонах, расположенных при вершинах квадратной ячейки, двух шпуров (фиг.2), расположенных симметрично относительно диагонали, проходящей через соответствующую вершину квадратной ячейки. Данное техническое решение обеспечивает увеличение фазы сжатия, максимальных радиальных напряжений и удельных энергий.

На практике часто возникает необходимость отделить от разрушаемого объекта какой-либо определенный участок. Предлагаемый способ может быть использован и при решении этой задачи. В этом случае квадратные ячейки, содержащие шпуры и скважины, размещают вдоль контура будущей щели.

Снижение необходимого разрядного тока генератора высоковольтных импульсов может быть обеспечено, если разрушение твердого тела осуществить путем воздействия на него серией высоковольтных электрических разрядов в жидкости с частотой, равной 10-95 Гц. Согласно кинетической концепции прочности разрушение рассматривается как некоторый процесс, протекающий во времени, суть которого сводится к постепенному накоплению повреждаемостей: избыточной плотности точечных дефектов, дислокации, разрывов межатомных связей. В этом случае критерием разрушения является долговечность, т.е. время жизни твердого тела под нагрузкой. При изменении условий нагружения, например при переходе к более сложному, повторно кратковременному, циклическому изменению нагрузки во времени, когда сжимающие напряжения сменяются растягивающими, долговечность уменьшается и на завершающем этапе разрушения начинается прорастание отдельных микротрещин и слияние компланарных трещин в магистральную, разделяющую разрушаемый объект на две части. С увеличением трещиноватости разрушаемого объекта возрастает количество обнаженных поверхностей, т.е. концентраторов энергии, где при отражении падающих ударных волн наступает деформация откола. С каждым импульсом число таких поверхностей возрастает, прочностные характеристики разрушаемого объекта снижаются. В режиме непрерывной генерации серии импульсов каждый предыдущий разряд создает последующему дополнительные плоскости обнажения из-за растрескивания, в результате чего с каждым импульсом все более повышается степень использования энергии волн напряжений и снижается сопротивляемость разрушаемого материала отрыву от строительной конструкции. Генератор импульсов отключают по достижении трещиноватости критического уровня, когда образуется магистральная сквозная трещина скольжения в виде разлома. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА, включающий бурение в твердом теле шпуров, в каждом из которых создают импульсный высоковольтный электрический разряд в жидкости, воздействующий на тело ударными волнами, отличающийся тем, что воздействие на тело осуществляют одновременно по крайней мере четырьмя симметричными цилиндрическими ударными волнами в зонах тела, расположенных при вершинах квадратной ячейки, с помощью взрывающихся проволочек, при этом выбирают расстояние между вершинами квадратной ячейки и длительность высоковольтных импульсов, удовлетворяющие соотношениям

H 3,6l; < 0,7v-1,

где H расстояние между вершинами квадратной ячейки, м;

l длина разрядного промежутка, м;

длительность высоковольтного импульса, с;

v скорость продольной волны звука в теле, м/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что бурение шпуров осуществляют в вершинах квадратной ячейки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зонах вершин, внешних по отношению к сторонам квадрата, бурят по два шпура, располагая их симметрично относительно диагоналей, проходящих через его вершины.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно с бурением шпуров осуществляют бурение скважин в центре квадрата и посередине каждой из его сторон.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что создают импульсные высоковольтные электрические разряды с частотой 10 95 Гц.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru