[发明专利]一种高压脉冲放电破岩装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于高电压技术领域，更具体地，涉及一种高压脉冲放电破岩装置。

背景技术

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。

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。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明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。

为实现以上目的，本发明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；

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；

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。

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。

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：

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。