電脈沖碎石裝置研究.pdf

1、巖石破碎是與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)的一種活動(dòng)，如礦床勘探、石油鉆井、地鐵建設(shè)等。碎石的方式有很多種，傳統(tǒng)的破碎方式有物理破碎方法（如機(jī)械破碎）和化學(xué)破碎方法（如炸藥爆破），它們都存在諸多缺點(diǎn)，如機(jī)械作業(yè)工具的嚴(yán)重磨損，爆破作業(yè)的環(huán)境污染大和間斷性。這就需要一些新的更為高效潔凈的破碎技術(shù)。
　　脈沖功率技術(shù)是上世紀(jì)六十年代基于國(guó)防需要逐漸發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)。該技術(shù)是在相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間里儲(chǔ)存能量，然后將能量在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出來(lái)，從而獲得很

2、大的瞬時(shí)功率，即脈沖功率。本文正是基于這項(xiàng)技術(shù)對(duì)碎石方案進(jìn)行了研究。該方法利用馬克斯發(fā)生器產(chǎn)生高電壓、快前沿脈沖，在巖石內(nèi)部形成等離子體通道，通道膨脹而使巖石破碎。這種方法對(duì)環(huán)境污染小、操作簡(jiǎn)單可控、對(duì)人員設(shè)備較為安全，具有實(shí)用價(jià)值。
　　文章首先就傳統(tǒng)破碎方法和電脈沖破碎方法做了介紹，然后給出了該破碎裝置的結(jié)構(gòu)（馬克斯發(fā)生器），對(duì)其進(jìn)行了回路電阻、雜散電感和雜散電容等具體的參數(shù)計(jì)算和部件選型。隨后就本文的主要工作也即該裝置的關(guān)鍵

3、技術(shù)——開關(guān)及其觸發(fā)進(jìn)行了重點(diǎn)分析與設(shè)計(jì)，且給出了詳細(xì)的原理圖。
　　為了獲得這樣的脈沖功率，穩(wěn)定的開關(guān)是前提。開關(guān)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮火花電感、電極燒蝕等因素，所以要選取合適的電極距離和材料。為防止放電時(shí)的金屬濺射物附著在開關(guān)內(nèi)壁造成開關(guān)絕緣性能下降，設(shè)計(jì)了開關(guān)外筒非金屬屏蔽結(jié)構(gòu)。之后分析了開關(guān)的導(dǎo)通過(guò)程。
　　觸發(fā)也是影響裝置性能的關(guān)鍵因素。為隔離高電壓，在觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)中采用了光纖隔離（即電-光、光-電轉(zhuǎn)換）。同時(shí)，在觸發(fā)脈

4、沖出口處還使用了電容-電阻組合，也可以起到隔離作用；脈沖變壓器原副邊沒(méi)有直接的電氣連接，也可以起到隔離作用。文中還對(duì)觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行了性能試驗(yàn)，結(jié)果表明該觸發(fā)電路壽命長(zhǎng)，輸出穩(wěn)定。
　　隨后搭建了實(shí)際的實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行了破碎試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以很好地完成石塊的破碎任務(wù)。放電時(shí)通常將石塊浸泡在絕緣液體中，這樣電脈沖更容易進(jìn)入石塊內(nèi)部使之破碎。該絕緣液體通常選擇水，因?yàn)樗^為經(jīng)濟(jì)，容易獲取，且不污染環(huán)境。其他絕緣液體如變壓器油，石