[发明专利]一种用于电脉冲破岩的磁开关脉冲发生器

说明书

本发明公开了一种用于电脉冲破岩的磁开关脉冲发生器，包括电源、整流滤波模块、储能模块、开关模块、变压器、预击穿模块、磁开关模块和负载；电源给整个脉冲发生器充电，整流滤波模块对电源输入的电压波形进行整流和过滤；开关模块调节脉冲发生器的放电频率；电压经变压器升压、预击穿模块继续升压和上升沿陡化瞬时高脉冲电压击穿负载通道；储能模块储存能量，在预击穿模块击穿负载后经磁开关模块控制其向负载中注入瞬时脉冲能量；磁开关模块具有隔离负载两端的高压和高电流的作用。本发明可根据负载类型灵活选用和设计、可移植性强、破岩能耗效率高等优点。

技术领域

本发明属于高能电脉冲破岩工具和能源领域，尤其涉及一种用于电脉冲破岩的磁开关脉冲发生器。

背景技术

岩石破碎是建筑、道路、桥梁、能源(如煤炭、石油和天然气等)勘探与开发等工程中亟需要解决的问题。目前，最常用的岩石破碎的方法是传统的机械破岩法，但是传统的机械破岩法的成本高且对环境有一定的影响，因此急需提高岩石破碎的效率。随着社会科技的进步，涌现出一些新的破岩方法，如高压水射流破碎岩石、热能破碎岩石、火钻、电子束破碎岩石、激光碎岩、热熔钻进、热能机械能碎岩(热机碎岩)、电脉冲破岩技术、激光碎岩技术等。与其他破岩技术相比电脉冲破岩技术因其具有环保、岩石破碎过程易控制的优点被科学界广泛认可，但目前国内对其研究仍然停留在应用探索阶段。

电脉冲破岩技术源于“闪电”原理；按脉冲放电通道的所处的介质将其分为电破岩和液电破岩。电破岩和液破岩区别在于脉冲电压上升时间的不同；当脉冲电压上升时间小于500ns时，放电通道在岩石内部产生，这时在通道内瞬间集量(约10～100J/cm³)，会产生高温(可达10⁴℃量级)和高压(可达1000～10000MPa量级)，最终通道在高温和高压的作用下产生应力波，当应力波对岩石的作用超过岩石的自身强度时，岩石就被破坏，这种破岩模式为电破岩。当脉冲电压上升时间大于500ns时，会发生液电破岩，此时放电等离子在液体介质中产生一部分瞬时应力波，同时因液体介质产生气泡的溃灭会产生另一部分应力波，当这两部分应力波超过岩石的自身强度时，岩石就发生破坏。两种破岩方式存在一些共同特点：(1)都需要先在介质中开辟出放电通道；(2)在通道生成后，电路中的电能(电荷)瞬时注入介质中；(3)岩石破碎效率和注入通道的能量成正相关。

为了加快高压电脉冲破岩技术的应用和发展，需要结合具体的电脉冲破岩过程设计电脉冲发生装置。但目前鲜有人根据具体的电脉冲破岩机理提出增加电脉冲发生装置能耗效率的方法，这使得设计出来的电脉冲破岩装置的效率相对较低。因此，结合电脉冲破岩的具体过程设计相应的电脉冲发生装置对电脉冲破岩技术的工业应用和推广至关重要。

鉴于此，申请本专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电脉冲破岩的磁开关脉冲发生器，该脉冲发生器先通过瞬时的高压电脉冲在负载(岩石或液体绝缘介质)中开辟出放电通道，然后通过调节开关将存储的一部分能量注入已开辟出的放电通道中，最终实现岩石的高效破碎。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种用于电脉冲破岩的磁开关脉冲发生器，包括：

电源，用于作为脉冲发生器的能量源，提供充电电压；

整流滤波模块，连接在所述电源的输出端，用于对电源输出的充电电压进行整流和过滤；

开关模块，连接在所述整流滤波模块的输出端，用于控制脉冲发生器的放电频率；

储能模块，连接在所述整流滤波模块的输出端，经整流滤波模块整流和过滤后的充电电压对储能模块进行充电，储能模块储能；

变压器，其原绕组连接在所述开关模块的输出端并与所述储能模块并联，用于对电压进行初步升压；

预击穿模块，并联连接在所述变压器的副绕组，用于继续升压和陡化所述变压器初步升压后的电压；