Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород

Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радиогерметичную камеру с ультразвуковыми преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия, отличающийся тем, что, с целью расширения измеряемого режимного диапазона электротермомеханического разрушения и повьшения точности определения коэффициента передачи СВЧ-энергйи в горную породу за счет вариации плоскости поляризации электромагнитной волны относительно породы, приспособление ударного действия выполнено в виде пневмоударника, причем последний снабжен коаксиальным волноводом , который установлен внутри пневмоударника с возможностью вращения относительно его продольной оси и к излучателю подключен через внутренний проводник коаксиального волновоi да посредством двух взаимно перпендикулярных стержней, при этом излуча (Л тель выполнен цилиндрическим, а поршень-ударник пневмоударника - в виде С по крайней мере двух подвижных относительно друг друга коаксиальных цилиндров . сгз-оо со К) ел Фиг.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ1 4ИХ

РЕСПУБЛИК %

° °

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

%) ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

I (21) 3555505/22-03 .(22) 22.02..82 (46) 30.04.84. Бюл. ¹. 16 (72) А.Н.Иоскалев, О.В.Явтушенко и В.К.Коробской (71) Институт геотехнической механики

АН УССР (53) 622.243.94(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 891919, кл. Е 21 С 37/18, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР № 901523, кл. Е 21 С 37/18, 1980. (54)(57) 1. СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОТЕРИОИЕХАНИЧЕСКОГО

РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радиогерметичную камеру с ультразвуковыми преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия, о т л и — . чающий с я тем, что, с целью

„.Я0„„1089257 А (д1) Е 21 С 37/18, Ь 01 М 19/00 расширения измеряемого режимного диапазона электротермомеханического разрушения и повышения точности определения коэффициента передачи СВЧ-энергии в горную породу за счет вариации плоскости поляризации электромагнитной волны относительно породы, приспособление ударного действия выполнено в виде пневмоударника, причем последний снабжен коаксиальным волноводом, который установлен внутри пневмоударника с воэможностью вращения относительно его продольной оси и к излучателю подключен через внутренний проводник коаксиального волновода посредством двух взаимно перпендикулярных стержней, при этом излучатель выполнен цилиндрическим, а поршень-ударник пневмоударника — в виде по крайней мере двух подвижных относительно друг друга коаксиальных цилиндров.

1089257

2. Стендпоп. 1, отличаюшийся тем, что, цилиндрический излучатель снабжен диэлектрической пластиной, которая размещена в радиальной плоскости цилиндрического излучателя.

3. Стенд по п. 1, отличаюшийся тем, что коакснальные циЦель изобретения — расширение изб меряемого режимного диапазона электротермомеханического разрушения и повышение точности определения коэффициента передачи СВЧ-энергии в горную породу за счет вариации плоскости

1О поляризации электромагнитной волны относительно породы.

Указанная цель достигается тем, что в стенде для исследования про15 цесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающем генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радио-. герметичную камеру с ультразвуковыми о преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия, приспособление ударного действия выполнено в виде пневмоударника, причем последний

25 снабжен коаксиальным волноводом, который установлен внутри пневмоударника с возможностью вращения относительно его продольной оси и к излучателю подключен через внутренний проводник

30 коаксиального волновода посредством двух взаимно перпендикулярных стержней, при этом излучатель выполнен цилиндрическим, а поршень-ударник пневмоударника — в виде по крайней мере двух подвижных относительно друг друЗ5 га коаксиальмйх цилиндров.

Кроме того, цилиндрический излучатель снабжен диэлектрической пластиной, которая размещена в радиальной плоскости цилиндрического излучателя.

Коаксиальные цилиндры поршня-ударника выполнены различной длины.

Изобретение относится к технике разрушения твердых сред электротермомеханическими органами, в частности к стендам для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород.

Известен стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий в себя электротермомеханич-ский породораэрушающий орган режуще о типа, СВЧ-генератор, фидерный тракт, излучатель, приводы для вращения и подачи бурового става и источник сжатого воздуха P1 ).

Недостатком известного стенда является то, что его конструкция не позволяет изучить совместный процесс воздействия на породу СВЧ-излучения и ударных нагрузок.

Наиболее близким к предлагаемому является стенд для исследования процесса электротермомеханического раз-. рушейия горных пород, включающий генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радиогерметичную камеру с ультразвуковыми преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия P2 ), Недостатком указанного: стенда является то, что на нем затруднительно изучение влияния вариации (например, вращения) плоскости поляризации электромагнитного поля относительно породоразрушающего инструмента на эффективность ввода СВЧ-энергии в горную породу. Недостаточна точность процессов„исследования взаимосвязи режимов разрушения и доли компонентов электротермического и ударного линдры поршня-ударника выполнены различной длины.

4. Стенд по и. 1. о т л и ч а юшийся тем,. что длина стержней кратна нечетному числу четвертей длин волн в волново- де.

2 воздействия на общий процесс разрушения твердой среды.

1089257

При этом длина стержней кратна не-

/ четному числу четвертей длин волн в волноводе.

На фиг. 1 показана общая компоновка стенда; на фиг. 2 — пневмоударник, 5 продольный разр

Стенд включает генератор 1 СВЧэнергии, передающий фидерный тракт 2 с подключенной к нему радиоизмерительной аппаратурой 3, радиогерметичную камеру 4, в которой помещен объект 5 исследования (например, горная поро-. да). На блоке породы закреплены преобразователи 6, подключенные к ультразвуковым генераторам 7. К радиогер- 15 метичной камере 4 пссредством фланца 8 жестко закреплен электротермомеханический пневмоударник 9, внутри которого соосно размещен коаксиальный волновод 10, соединяющий передающий, фидерный тракт 2 с цилиндрическим излучателем 11. Излучатель 11 подключен к коаксиальному волноводу 10 посредством взаимно перпендикулярных стержней 12. Внутри цилиндрического излучателя размещена диэлектрическая плас" тина 13. Коаксиальный волновод совместно с излучателем размещены в .пневмоударнике 10 с возможностью вращения относительно его продольной оси. Пор-ЗО шень-ударник пневмоударника 10 выполнен иэ двух или большего числа скользящих один в другом коаксиальных цилиндров 14 и 15. Последние приводят в движение пневмоэнергией, подавае" мой через распределительный клапан 16,.

Работа стенда осуществляется следующим образом.

Электромагнитная волна ат генератора 1.СВЧ-энергии по передающему 4О фидерному тракту 2 поступает в коаксиальный волновод 10. В последнем распространяется плоская электромаг-. нитная волна типа ТЕМ. Для излучения

СВЧ-энергии на забой волну такого 45 типа необходимо преобразовать в плоскополяризованную волну типа Н„„ . Это достигается благодаря тому, что внут-, ! ренний проводник коаксиального волновода подключен к цилиндрическому из- 50 лучателю 11 двумя взаимно перпендикулярными стержнями 12. В цилиндрическом излучателе формируется плоскополяризованная волна Ни, причем вектор поляризации СВЧ-поля (Е) находит-SS ся в плоскости стержней 12. СВЧ-энергия, переносимая волной Н, в поперечном сечении цилиндрического излучателя распределяется по синусоиде.

Для более точного определения влияния направления плоскости поляризации на эффективность разрушения горных пород, излучаемый на забой поток

СВЧ-мощности должен быть как можно уже,. Это достигается благодаря тому, что в излучателе 11 íà его выходе в плоскости электрической составляющей поля (Е) плоскость поляризации, диаметрально размещена диэлектрическая пластина (например из ситалла).

Электромагнитное поле концентрируется диэлектриком и на забой излучается поток СВЧ-мощности в виде узкого, растянутого в плоскости вектора Е пучка. Длина стержней 12, трансформирующих колебания ТЕМ в тип Н„„ выполнены длиной кратной нечетному числу волн. Этим достигается наиболее высокое значение коэффициента передачи СВЧ-энергии в породу.

Для исследования влияния плоскос" ти поляризации электромагнитного поля на процесс разрушения горных пород коаксиальный волновод 10 и сов- местно с ним цилиндрический излучатель 11 ступенчато или непрерывно (в зависимости от исследуемого процесса) вращают относительно продольной осй (механизм вращения на чертеже не показан). Пневмоударник 9 при этом остается неподвижным. В резуль1 тате этого плоскость поляризации электромагнитного поля ступенчато

{линейная поляризация) или непрерывно (круговая поляризация) изменяется как относительно.породоразрушающего

4 инструмента, так и относительно текстурно-структурного строения горной породы. Таким образом, достигается возможность исследования влияния изменения (ступенчато или непрерывно)

/ плоскости поляризации электромагнитной волны на процесс электротермомеханического разрушения горных пород.

После облучения горкой породы (или одновременно) осуществляют механическое (ударное) нагружение. Для чего через распределительный клапан 16 в пневмоударник 9 подают сжатый воздух, вызывающий возвратно-поступательные движения цилиндров поршня-ударника 14 и 15. Изменяя режимы работы распреде-! лительного клапана 1б механическое нагружение горной породы осуществляют в виде единичных или непрерывных ударных импульсов. За счет того, что

1089257 (Риу.2

Составитель В.Захаров

Редактор Ю.Середа ТехредЖ.Кастелевич Корректор А Ференц

Заказ 2890/29 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 поршень-ударник выполнен в виде двух (или нескольких), скользящих один относительно другого цилиндров 14 и 15 различной длины, при его рабочем ходе в соударение с рабочим инструментом в начальный момент вступает первый, наиболее длинный цилиндр 14, а спустя некоторое время, необходимое для преодоления разницы в длине, в соударения вступает второй цито линдр 15 и т. д. При этом происходит наложение импульсов от отдельных цилиндров и формируется общий ударный импульс, форма и длительность которого зависят от разницы в их длине. Та- 1 ким образом, изменяя количество и длину составляющих элементов поршняударника регулируют время соударения, длительность и форму ударного импульса.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит определить основные параметры (энер= гоемкость и производительность) электротермомеханического разрушения горных пород в зависимости от ориен" тации и режимов изменения (ступенчатого, непрерывного) плоскости поляризации электромагнитного поля при углах изменения ее от 0 до 360, кроме того, определить эффективность .электротермомеханического разрушения горных пород в зависимости от параметров ударного импульса (амплитуды, времени соударения, формы и длительности), 3

При этом изобретение позволит определить в зависимости от ориентации плоскости поляризации величины коэффициентов передачи СВЧ-энергии в горные породы и удельный поток плотности потока СВЧ-мощности.