Разрядных промежутков

разрядный промежуток, что он не успевает нагреваться под действием тока разряда до критических температур, а это позволяет увеличить энергию возбуждения активной среды и таким образом повысить мощность генерируемого лазерного излучения.

1, Г - крупнозернисный песчаник; 2 - мрамор; 3 - мелкозернисный песчаник; 4, 3'-роговик; 5, 2' - кварцит. Разрядный промежуток 10мм

Условия пробоя Разрядный промежуток / , мм Количество образцов (импульсов) Напряжение пробоя Е/пр, кВ Время до пробоя t Пр, МКС Характер разрушения образцов

Рис. 2.17. Гранулометрические характеристики готового продукта при электроимпульсном дроблении кварцевого стекла: Энергия разряда Wo: 1 -220 Дж; 2 - 440 Дж; 3 -510 Дж. Разрядный промежуток 1-20 мм

Нижним пределом величины разрядного промежутка в устройствах дробления, вероятно, следует считать 15-20 мм. В продукте дробления класса -(15-20)+0 мм может быть обеспечена высокая сохранность кристаллов размером 2-5 мм. Уменьшать разрядный промежуток ниже, чем 15-20 мм, нецелесообразно как из-за снижения энергетической эффективности процесса дезинтеграции, так и по той причине, что выделение продукта такого класса возможно и в устройствах измельчения с соответствующим размером классифицирующих отверстий в заземленном электроде.

Разрядный промежуток /,

Способ воздействия Разрядный промежуток

Материалы разрядный промежуток, мм

Форма электродов решающим образом определяет уровень рабочего напряжения, а возможность снизить пробивные градиенты напряжения и за счет этого увеличить разрядный промежуток является прямым путем для снижения энергоемкости разрушения. Практика ЭИ-, да и ЭГЭ-способов дает очевидную рекомендацию - использовать резко неоднородные электрические поля типа острие-плоскость и положительную полярность импульсов напряжения.

СПЕКТРОСКОПИЯ — совокупность методов исследования строения вещества, основанных на резонансном поглощении радиоволн; РАЗМАГНИЧИВАНИЕ — уменьшение остаточной намагниченности ферромагнетика после снятия внешнего магнитного поля; РАЗМЯГЧЕНИЕ — переход вещества из твердого состояния в жидкое при повышении температуры; РАЗРЯД (безэлектродный вызывается либо током смещения, либо является индукционным током, а разрядный промежуток изолирован от электродов; высокочастотный происходит в газе под действием электрического поля; газовый — процесс прохождения электрического тока через газ; дуговой — самостоятельный газовый разряд с большой плотностью тока, при котором основную роль в ионизации играют электроны, возникающие вследствие термоэлектронной эмиссии с разогретого самим разрядом катода, а газ в столбе дуги находится в состоянии плазмы при сравнительно небольшом напряжении между электродами)

ч — схема анемометра с тлеющим разрядом;1 б — схема высокочастотного дугового анемометра; 1 — источник высокого напряжения; 2 - стабилизатор тока; 3 — разрядный промежуток; 4 — прибор, регистрирующий напряжение, приложенное к разрядному промежутку; 5 — генератор высокой частоты; fi — высокочастотный трансформатор.

Особую универсальность способу придает возможность реализации процесса на большой площади забоя, например, при бурении скважин большого сечения. При выборе величины площади забоя разрушения руководствуются критериями технологической целесообразности, а ограничивающие критерии механической прочности конструкции и мощности привода не имеют значения. Большое сечение скважины в полной мере позволяет использовать такой фактор повышения эффективности процесса, как использование увеличенных разрядных промежутков (см. раздел 1.2). Главное значимое ограничение связано с условиями формирования на породоразрушающем инструменте импульсного напряжения требуемых параметров, особенно при использовании в качестве жидкой среды воды. В этих случаях проблема решается за счет использования специальных схем генерирования импульсов с коротким фронтом и специальных приемов улучшения электрических параметров (электрического сопротивления и емкости) породоразрушающих инструментов /11/. Технически возможно собрать в единый технологический блок несколько породоразрушающих инструментов, подключенных к индивидуальным источникам импульсного напряжения, и пропорционально увеличить площадь забоя разрушения.

импульсов, так и за счет создания условий для достижения потенциально наивысшей производительности единичного разряда. Это главным образом достигается увеличением разрядных промежутков в пределах допустимого роста уровня рабочего напряжения с реализацией условий для снижения пробивных градиентов. В такой постановке задач ниже будут изложены основные результаты исследований закономерностей электрического пробоя и разрушения горных пород.

Критериальные условия и вероятность пробоя. Критериальный параметр Ak-U/t (см. раздел 1.1), соответствующий равновероятности пробоя в параллельной системе сред и численно равный крутизне фронта косоугольного импульса напряжения, в значительной степени определяется тремя главными факторами: видом горной породы, видом окружающей частицу разрушаемого материала внешней среды, формой импульса напряжения. В меньшей степени Ak зависит от геометрии электродов, величины разрядного промежутка и соотношения размеров разрядного промежутка и разрушаемого твердого тела. Особо отметим роль внешней среды. Важнейшей функцией среды является ограничение возможности развития разряда по поверхности материала, чем создаются благоприятные возможности для внедрения разряда в толщу твердого тела. Чем выше диэлектрические свойства внешней среды, тем проще реализуется процесс внедрения разряда в твердое тело. Наиболее предпочтительными в этом отношении являются минеральные масла и наиболее доступным является дизельное топливо как наиболее дешевое. В меньшей степени, но все же достаточно эффективно процесс реализуется и в воде. При более жестких условиях внедрение разряда в твердое тело достижимо также в вакууме, газовой или парогазовой среде. С ухудшением диэлектрических свойств точка равнопрочности сравниваемых сред смещается влево и численное значение критериального параметра Ak увеличивается. На импульсах с линейным нарастанием напряжения (импульсы косоугольной формы) критериальный параметр Ak тождественен крутизне фронта импульса напряжения, и на основе обширного материала по электрической прочности различных горных пород оценка Ak имеет значения: 200-500 кВ/мкс для системы "горная порода - минеральные масла" и 2000-3000 кВ/мкс для системы "горная порода - вода". Применение данного критерия правомочно в достаточно широком диапазоне разрядных промежутков 10-М О'1 м и для геометрии электродов, свойственных технологическим устройствам разрушения пород. При другой форме импульсов напряжения параметр Ak корректируется коэффициентом, учитывающим форму импульса, в частности, на импульсах напряжения прямоугольной формы с наносекундным фронтом снижается на 20-30%.

Напряжение пробоя. В отношении электрической прочности горных пород и жидкостей применительно к условиям ЭЙ имеются представительные данные /4,6/, полученные в диапазоне изменения экспозиции импульсного напряжения от 10'5 до Ю-7 с (на импульсах прямоугольной формы в пределах до 1 0'8 с), разрядных промежутков до 10-' м (в отдельных случаях до 0.3 м), давления до 150 атм, величины сосредоточенной нагрузки на электрод до 2500 кг/см2 и температуры до 160°С. Исследованный набор горных пород охватывает достаточно широкий диапазон изменения физико-механических свойств горных пород: контактной прочности (64-290 кг/мм2), пористости (1-20.4%), прочности на сжатие (150-3900 кг/см2). Вольт-секундные характеристики пробоя некоторых горных пород и жидких сред на косоугольных импульсах напряжения представлены на рис. 1.16.

значительный потенциал повышения эффективности пробоя и оптимизации энерговыделения в канале разряда. В числе этих мер наиболее эффективными являются увеличение разрядных промежутков (W = I//15-2) и использование специальных схем формирования импульсов, способных повысить к.п.д. передачи энергии в канал разряде не менее чем вдвое /11/. Для примера в табл. 1.5 приведено изменение показателей разрушения уртита с увеличением разрядного промежутка. С увеличением промежутка с 15 до 55 мм производительность разрушения выросла на порядок, энергоемкость - снизилась более чем в 2.5 раза. При значении b = 1.6 энергоемкость разрушения уртита хорошо соответствует зависимости WVf> = S'"'6 •

Физическое толкование зависимостей можно определить следующим образом: увеличением разрядных промежутков можно добиться снижения энергоемкости разрушения, если синхронно увеличивать амплитуду напряжения. На втором этапе оптимизируется величина разрядной емкости. Взяв в качестве опорной зависимости U(S) по рис.2.31в,

острийными электродами, так и соединительными элементами. Отличия носят более количественный, чем качественный характер. Во-первых, учитывая размеры блока и отделяемых фрагментов и связанную с этим потребность в повышенных значениях энергии единичного разряда, допускается возможность увеличения разрядных промежутков, вплоть до дециметров с повышением уровня рабочих напряжений до 500-600 кВ. Во-вторых, при множественности разрядных промежутков (пар острийных промежутков), учитывая эффекты снижения многоимпульсной прочности, допускается интервал 5-10 = d/l = 5-10. В-третьих, распределение электродов с разрядными промежутками и классифицирующих продукт разрушения ячеек не имеет четко выраженной направленности (линейный или замкнутый щелевой промежуток). Электроды распределяют по поверхности блока, максимально используя возможность улучшения условий разрушения за счет дополнительных свободных поверхностей (например, боковые поверхности цилиндрических блоков искусственной слюды). Таким образом, основные параметры выделенных областей ЭИ-дезинтеграции могут быть определены следующим образом:

В многостадиальном устройстве дробления (рис.4.2а), представляющем систему щелевых зазоров, установленных один под другим, измельчаемый материал поступает из секции в секцию под действием собственного веса. Конфигурация щели может быть самой различной (прямая, кольцевая, фигурная). Последовательное (стадиальное) дробление материала в секциях камеры с уменьшающейся величиной щелевого зазора позволяет реализовать условия энергетической (соответствие энергетического режима разряда крупности разрушаемых кусков материала) и технологической (своевременный вывод из процесса полезного минерала по мере его раскрытия во избежание переизмельчения) оптимизации процесса. При достаточной длине щелевого зазора при загрузке в камеру материала широкого класса крупности имеет место автоматическая его классификация по крупности и распределение по стадиям дробления. Этому также способствует наличие отверстий в направляющих пластинах электродной конструкции и установка разрядных промежутков отдельных секций (стадий) со смещением от вертикали с тем, чтобы перепускать часть продукта и мелочи мимо разрядных щелевых зазоров.

В многостадиальном ЭИД-аппарате электродные устройства отдельных стадий обычно подключаются к независимым источникам импульсного напряжения, параметры которых позволяют изменять энергетический режим воздействия в соответствии с крупностью материала на данной стадии дробления. В устройствах со щелевыми разрядными промежутками в определенном диапазоне изменения величины разрядных промежутков возможен режим автоматического распределения разрядов по секциям устройства даже при параллельном их включении, по физической сущности одинаковый с распределением разрядов по площади забоя в многоэлектродном буровом наконечнике (см. раздел 1.1 и рис. 1.2). Рабочий процесс начинается с последней стадии дробления (самой нижней), где уровень напряжений пробоя частиц материала минимальный; и до тех пор, пока в ней не произойдет полного раздробления материала, не может произойти перехода разрядных процессов в выше расположенную секцию. Условие реализации данного процесса: Umm,H = иж,к, где индексы н, к соответствуют начальной и конечной стадиям дробления, a mm, ж соответствуют частицам материала (твердое тело) и жидкости. Наибольшие возможности реализации процесса в электродных системах с концентраторами поля, где различие в величине разрядных промежутков на начальной и конечной стадиях не столь значительно по сравнению с различием размеров классифицирующей щели. Все это обеспечивает требуемый режим перепуска продукта из секции в секцию без завала.

Параметры электродной системы Расстояние между концентраторами И, мм (число разрядных промежутков)

Как следует из приведенных результатов измерений, определяющее влияние на электрические параметры электродной системы при одинаковом значении длины электродной системы оказывает лишь величина промежутков в щелевом зазоре. Изменение расстояния между концентраторами (а, значит, и числа разрядных промежутков) при данной геометрии концентраторов (5кл/8р ~ 1.2) не сказывается заметно на величине F электродной системы, хотя тенденция снижения F с ростом числа концентраторов просматривается (при изменении числа концентраторов вдвое снижение F находится в пределах 5%). При сопоставлении значений F для электродных систем ПКПК-700 и ПКПК-450 (при отличающейся незначительно геометрии Su/Sp равен 1.2 для ПКПК-700 и 1.7 для ПКПК-450) четко прослеживается обратная пропорциональная зависимость геометрического фактора от длины щелевого зазора и соответствие численных значений Fyd (удельный геометрический фактор на единицу длины) при корректирующем пересчете на одинаковое значение размера классифицирующей щели.