本发明专利技术公开了一种高压脉冲放电破岩装置，属于高电压技术领域，包括依次连接的充电单元、储能与脉冲电流形成单元、脉冲电流传输单元、破碎单元以及时序触发单元，通过分阶段破碎以及时序放电控制使破碎单元冲击波叠加，实现大体积岩石破碎。充电单元将低压工频交流电转化为高压直流电，提供系统所需电能；储能与脉冲电流形成单元用于存储充电单元提供电能，并通过时序触发单元控制电能的释放，形成脉冲电流；脉冲电流传输单元用于将脉冲电流传输至破碎单元；破碎单元利用脉冲电流进行金属丝爆，进行岩石破碎；时序触发单元用于控制储能与脉冲形成单元能量释放时序，实现冲击波的叠加，保证岩石的高效破碎。保证岩石的高效破碎。保证岩石的高效破碎。
【技术实现步骤摘要】
一种高压脉冲放电破岩装置
[0001]本专利技术属于高电压
，更具体地，涉及一种高压脉冲放电破岩装置。
技术介绍
[0002]高压脉冲放电破岩技术是将脉冲功率技术应用于岩石破碎的一种具体方式，通过高电流密度的脉冲电流作用于金属丝，使得金属丝在微秒级的时间内燃烧汽化，并形成等离子体，通过高温等离子体快速地向外膨胀，在极短时间内产生强大的冲击波，冲击波产生的应力强度大于岩石抗拉强度，使得岩石发生破碎。通过分阶段的多次作用，使得岩石发生大体积的破碎。
[0003]爆破方法利用炸药或其它爆炸物瞬间释放的巨大能量破碎岩石，破碎效果好，但是对原岩扰动大，易造成周边岩石破坏，存在施工精度低、破碎块度不均匀、围岩支护困难等缺点。基于切削、冲凿、碾压、研磨等不同机械破岩方式具有技术成熟等优点，但是遇到抗压强度较高的硬岩时，切削破碎等极为困难，刀具磨损、维修量大以及侵入率低已成为制约机械破岩的主要瓶颈。现有的基于脉冲功率技术的破岩设备，存在着机械能转化效率低、冲击波衰减快、难以实现大尺寸岩石破碎等不足。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于或改进需求，本文提出的一种高压脉冲放电破岩装置，以解决现有破岩设备损耗大、精度低、冲击波衰减快以及无法实现大尺寸岩石破碎的技术问题。
[0005]为实现以上目的，本专利技术提供了一种高压脉冲放电破岩装置，包括：充电单元、储能与脉冲电流形成单元、脉冲电流传输单元、破碎单元以及时序触发单元，通过分阶段破碎以及时序放电控制使破碎单元冲击波叠加，实现大体积岩石破碎；
[0006]所述充电单元用于将低压工频交流电转化为高压直流电，提供系统所需电能；
[0007]所述储能与脉冲电流形成单元用于存储充电单元提供的电能，并通过时序触发单元控制电能的释放，形成脉冲电流；
[0008]所述脉冲电流传输单元用于将储能与脉冲电流形成单元产生的脉冲电流传输至破碎单元；
[0009]所述破碎单元利用脉冲电流传输单元传输的脉冲电流进行金属丝爆，将电能转化为机械能，实现岩石的破碎；
[0010]所述时序触发单元用于控制储能与脉冲形成单元能量释放时序，保证岩石的高效破碎。
[0011]优选地，所述充电单元采用串联谐振恒流充电方式，包括低频低压整流电路、逆变器、谐振模块、变压器及高频高压整流电路，所述工频低压交流电依次经所述低频低压整流电路整流、逆变器、谐振模块、变压器及高频高压整流电路进行整流、逆变、谐振升压、再整流后，变换为系统所需的高压直流电。
[0012]优选地，所述储能以及脉冲电流形成单元包括多个储能与脉冲电流形成模块，所述储能与脉冲电流形成模块包括储能电容、续流硅堆、调波电感以及晶闸管开关，其中储能电容用以存储充电单元传输的电流，并通过晶闸管开关控制形成脉冲电流，脉冲电流波形通过储能电容以及调波电感共同调整。续流硅堆反并联与储能电容两端，避免储能电容两端形成反压导致储能电容的损坏。其中为提高冲击波利用效率以及岩石破碎效果，系统能量应在冲击波产生至自由表面反射回原点之前注入。故调波电感以及储能电容应满足以下关系：
[0013][0014]其中，L为调波电感感值，C为储能电容容值，l为破碎电极至自由表面距离，v为岩石的声速。
[0015]优选地，所述脉冲电流传输单元采用同轴电缆结构，为降低系统的杂散电感与杂散电阻，同轴电缆采用多芯线结构。
[0016]优选地，所述破碎单元包括多个破碎模块，所述破碎模块包括连接单元、放电电极、电爆破筒以及钻孔。所述钻孔通过机械钻孔方式产生，所述放电电极以及所述电爆破筒放置在所述钻孔内。所述连接单元实现破碎模块与脉冲电流传输模块的连接。
[0017]优选地，所述放电电极将脉冲电流传输至所述电爆破筒，放电电极采用同轴结构并可重复使用，高压电极与接地电极之间填充聚碳酸酯实现绝缘，为减少电极烧蚀，所述高压电极采用钨铜合金，所述接地电极采用黄铜制成的管体，避免强冲击波损坏电极。
[0018]优选地，所述电爆炸筒包括金属丝以及冲击波传播筒体，所述金属丝在脉冲电流下爆炸并形成等离子体通道，通道膨胀产生冲击波，所述冲击波传播筒体采用聚乙烯材料，其外径与所述钻孔内径一致，将冲击波传输至岩石，减小冲击波衰减，提高岩石破碎效率。
[0019]优选地，所述破碎单元的破碎模块等间距放置于与岩石自由表面(即岩石边缘)平行的表面上。晶闸管开关依次放电，使得相应电爆炸筒金属丝依次爆炸产生冲击波，使得相邻破碎模块产生冲击波干涉作用，提高冲击波强度与岩石破碎效果。在破碎后所述表面与自由表面之间的岩石剥离，所述表面形成新的自由表面，完成一个阶段破碎，下阶段破碎单元放置继续按所述方式放置，通过多阶段破碎方式使得大体积岩石完全地破碎。
[0020]优选地，所述时序触发单元包括光电转化单元、时序调节单元以及功率放大单元。所述光电转化单元用于将光纤传输的控制光信号转化为电信号，采用光纤进行控制信号传输可以有效避免脉冲放电过程中的强电磁干扰；所述功率放大单元用于将电信号放大转化为于触发信号，实现对晶闸管的触发；所述时序调节单元控制晶闸管开关的导通时间，保证所述电爆炸筒依次爆炸产生冲击波，实现冲击波干涉叠加，提高岩石破碎效果，相邻电爆炸筒的延时时间即时序调节单元控制信号延时时间应满足：
[0021][0022]其中d为相邻电爆炸筒间距，v为岩石的声速。
[0023]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0024]1、本专利技术提供的基于金属丝爆的岩石破碎系统，通过储能电容以及调波电感共同
作用调整电流波形，使得能量在冲击波反射回原点时间内实现能量的注入，提高冲击波能量转化效率，降低系统能量损耗。
[0025]2、本专利技术提供的基于金属丝爆的岩石破碎系统，采用放电电极以及电爆炸筒搭配使用，实现放电电极的重复使用，降低电极损耗以及破岩成本。
[0026]3、本专利技术提供的基于金属丝爆的岩石破碎系统，电爆炸筒中金属丝被聚乙烯材料包围，聚乙烯材料制成的冲击波传播筒体外径与钻孔内径相同，等离子体通道膨胀产生冲击波通过高声刚度的聚乙烯材料传播至岩石，降低冲击波在空气中传播的衰减，提高冲击波对岩石的破碎效果。
[0027]4、本专利技术提供的基于金属丝爆的岩石破碎系统，通过时序触发系统控制晶闸管开关的依次触发，实现冲击波的干涉叠加，提高岩石破碎效果。
[0028]5、本专利技术提供的基于金属丝爆的岩石破碎系统，通过分阶段破碎方式，在上一阶段岩石破碎完成后，破碎单元所在平面成为下阶段岩石破碎的自由表面，如此往复，实现大体积岩石的破碎。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例提供的一种高压脉冲放电破岩装置的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例提供的充电单元的结构示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例提供的储能与脉冲电流形成模块结构示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例提供的破碎模块结构示本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，包括：充电单元、储能与脉冲电流形成单元、脉冲电流传输单元、破碎单元以及时序触发单元；所述充电单元用于将低压工频交流电转化为高压直流电，提供系统所需电能；所述储能与脉冲电流形成单元用于存储充电单元提供的电能，并通过时序触发单元控制电能的释放，形成脉冲电流；所述脉冲电流传输单元用于将储能与脉冲电流形成单元产生的脉冲电流传输至破碎单元；所述时序触发单元用于控制储能与脉冲形成单元能量释放时序，控制破碎单元冲击波产生时间，实现冲击波的叠加；所述破碎单元利用脉冲电流传输单元传输的脉冲电流进行金属丝爆，将电能转化为机械能，实现岩石的破碎，通过分阶段破碎以及时序放电控制使破碎单元冲击波叠加，实现大体积岩石破碎。2.如权利要求1所述的一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述破碎单元包括多个破碎模块，每个破碎模块包括连接单元、放电电极、电爆破筒以及钻孔；所述钻孔通过机械钻孔方式产生，所述放电电极以及所述电爆破筒放置在所述钻孔内，所述连接单元实现破碎模块与脉冲电流传输模块的连接，所述放电电极将脉冲电流传输至所述电爆破筒，所述电爆破筒利用脉冲电流产生金属丝爆，实现岩石破碎。3.如权利要求1所述的一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述时序放电控制为通过所述时序触发单元控制所述破碎模块的电爆炸筒金属丝爆时间，使得电爆炸筒产生冲击波到达相邻破碎模块时，触发所述相邻破碎模块发生金属丝爆产生冲击波，实现冲击波叠加；相邻破碎模块的触发延时时间应满足：其中，d为相邻电爆炸筒间距，v为岩石的声速。4.如权利要求2所述的一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，每个破碎模块等间距放置于与岩石自由表面平行的表面上，采用分阶段方法进行破碎，所述分阶段方法为在破碎后所述表面与自由表面之间的岩石剥离，所述表面形成新的自由表面，完成...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，徐尤来，黄仕杰，赵勇，林福昌，李柳霞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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