Способ разрушения многокомпонентных изделий
Владельцы патента RU 2526947:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области переработки и утилизации вторичного сырья. Способ разрушения многокомпонентных изделий, состоящих из металлических элементов с прикрепленными к ним изоляционными элементами, включающий создание в них поля механических напряжений, превышающих предел их механической прочности от воздействия мощных ударных волн, источником которых является канал разряда, сформированный в воде между электродами, установленными в корпусе и подключенными к генератору высоковольтных импульсов, отличающийся тем, что для создания поля механических напряжений в изоляционных элементах изделий, превышающих предел их механической прочности, используют разряды с градиентом энергии 0.8-0.9 Дж/мм, которые осуществляют на границе раздела воды и разрушаемых изоляционных элементов. Изобретение позволяет извлекать металлические элементы без повреждений и снизить энергозатраты на процесс разрушения. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области переработки и утилизации вторичного сырья.
Известен способ электроимпульсного разрушения твердых тел. (Усов А.Ф, Семкин Б.В, Зиновьев Н.Т. Переходные процессы в установках электроимпульсных технологий, Л.: Наука,1987, с.6-16). Разрушение твердых тел происходит от воздействия мощных ударных волн, источником которых является канал разряда, сформированный между электродами, подключенными к генератору высоковольтных импульсов. Недостатком указанного технического решения являются высокие энергозатраты на процесс разрушения и повреждаемость металлических деталей многокомпонентных изделий при использовании разрядов с энергией в сотни джоулей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является способ электрогидравлического разрушения твердых тел по патенту RU 2038150. Способ электрогидравлического разрушения твердых тел осуществляют путем создания в твердом теле поля механических напряжений, превышающих предел его прочности от воздействия на него мощных ударных волн, источником которых является канал разряда, сформированный в воде между электродами, установленными в воде и подключенными к генератору высоковольтных импульсов.
Недостатком указанного технического решения является недостаточная сохранность металлических элементов изделия из-за появления на них прижогов, обусловленных их контактом с плазмой канала разряда и относительно высокие энергозатраты, связанные с применением достаточно мощных импульсных разрядов.
Задача - повышение степени сохранности металлических элементов изделий и снижение энергозатрат на процесс разрушения.
В предлагаемом способе разрушения многокомпонентных изделий, состоящих из металлических элементов с прикрепленными к ним изоляционными элементами, создают в них поля механических напряжений, превышающих предел их механической прочности с помощью ударных волн, генерируемых каналом разряда, сформированного между электродами, установленными в корпусе и подключенными к генератору высоковольтных импульсов. Для создания поля механических напряжений, превышающих предел механической прочности в изоляционных элементах, используют разряды с градиентом энергии 0,8-0,9 Дж/мм, которые осуществляют на границе раздела воды и разрушаемых изоляционных элементов.
Возможность разрушения многокомпонентных изделий, состоящих из металлических элементов с прикрепленными к ним изоляционными элементами предлагаемым способом, обусловлена использованием разряда по границе раздела вода-твердое тело-изоляционные элементы, что позволяет исключить протекание через металлические элементы разрядного тока и тем самым предотвратить появление на них прижогов в местах контакта с плазмой канала разряда и создать разряд при меньшей напряженности электрического поля (Семкин Б.В. Электрический взрыв в конденсированных средах. - Томск.: ТПИ, 1979, с.6-16). Это позволяет при значительно меньших, чем в известном способе, энергозатратах осуществить разрушение изоляционных элементов.
Пример конкретного исполнения.
На чертеже приведена схема установки для реализации заявляемого способа. Она содержит дроссель насыщения 1, повысительно-выпрямительное устройство 2 (ВТМ-20/50), генератор высоковольтных импульсов 3, состоящий из конденсаторов 4 и воздушного разрядника 5, рабочую камеру 6, заполненную дистиллированной водой и содержащую систему электродов 7 коаксиальной конструкции, изделие содержащее металлические элементы 8, впаяные в изоляционные элементы 9 в узлах 10.
Для конкретного выполнения заявляемого способа выбирались следующие параметры установки. Емкость каждого конденсатора 4-С=104пФ. Величина межэлектродного промежутка 4 мм. Для варьирования градиента энергии на межэлектродном промежутке изменяют амплитуду импульса от 20 до 25 кВ. В качестве объекта воздействия использованы бракованные изделия электронно-оптических систем кинескопов, состоящие из металлических элементов, объединенные с помощью изоляционных элементов в единную конструкцию. Разрушения изделий проведены в дистиллированной воде с удельным сопротивлением 106 Ом·см.
Способ осуществляют следующим образом. Изделие закрепляют в рабочей камере, в которую заливают дистиллированную воду. Электроды 7 размещают на поверхности изоляционных элементов 9 в узлах 10, где они соединены с металлическими элементами 8 и затем включают установку. При этом происходит зарядка конденсаторов 4 генератора высоковольтных импульсов 3 до напряжения пробоя воздушного разрядника 5. При срабатывании воздушного разрядника 5 происходит разряд конденсаторов 4 в системе электродов 7 коаксиальной конструкции с градиентом энергии 0.8, 0.85, 0.9 Дж/мм и образованием канала разряда по границе раздела воды и разрушаемых изоляционных элементов 9. Генерируемые каналом разряда ударные волны вызывают разрушение изоляционных элементов 9 в узлах 10 изделия. При этом металлические элементы 8 полностью освобождаются от изоляционных элементов 9 при полной сохранности всех металлических деталей. В таблице представлены результаты экспериментов.
Из таблицы следует, что в случае использования разрядов с градиентом энергии 0.8-0.9 Дж/мм на границе раздела воды и разрушаемых изоляционных элементов 9 в узлах 10 происходит эффективное разрушение изоляционных элементов 9, сопровождающееся полным отделением кусков изоляции от металлических деталей. При тщательном осмотре металлических элементов 8 под микроскопом механических дефектов, а также прижогов не обнаружено, а извлеченные металлические элементы полностью соответствуют ГОСТу и могут быть повторно использованы в производстве.
Вне этого предела способ не эффективен, т.к. при использовании разрядов с градиентом энергии менее 0.8 Дж/мм, например 0.6 Дж/мм, хотя и происходит разряд между электродами, но энергии, выделенной в канале разряда, при этом недостаточно для эффективного разрушения изоляционных элементов изделия, поэтому полного отделения изоляции от металлических элементов не наблюдается. На ряде из них остаются кусочки изоляции. При еще меньших градиентах энергии, например, 0.36 Дж/мм разрушение изолятора не происходит из-за недостаточной интенсивности гидродинамических возмущений. Использование разрядов с градиентом энергии более 0.9 Дж/мм энергетически невыгодно и, кроме того, на некоторых металлических элементах имеют место механические дефекты, обусловленные деформацией.
Таким образом, осуществление способа разрушения многокомпонентных изделий, в данном случае узлов электронно-оптических систем наиболее целесообразно, когда градиент энергии разрядов составляет 0.8-0.9 Дж/мм. Вне этого предела способ либо вообще не выполним, либо не эффективен из-за появления механических дефектов на металлических элементах и достаточно высоких энергозатрат.
Разрушение изоляционных элементов изделий по способу-прототипу неприемлемо из-за высоких энергозатрат и повреждения металлических элементов изделий мощными динамическими воздействиями при разрядах с градиентом энергии, в десятки раз превышающих заявляемый режим.
Наиболее перспективное применение данного способа - переработка отходов и непригодных для эксплуатации электрорадиоламповых изделий с целью возврата в производство металлов, стекла и керамики, а также деталей, пригодных для повторного применения.
Способ разрушения многокомпонентных изделий
| Таблица | |||||
| № п/п | Амплитуда импульса, кВ | Энергия импульса, Дж | Градиент энергии, Дж/мм | Результат воздействия | Примечание |
| 1 | 17 | 1,45 | 0,36 | Изоляция не разрушена. | |
| 2 | 22 | 2,42 | 0,6 | Нет полного отделения | |
| металлических элементов от | |||||
| изоляции. | |||||
| 3 | 25 | 3,20 | 0,8 | Изоляция разрушена. Металлические элементы полностью | Предлагаемый способ |
| отделены от изоляции и не имеют дефектов. | |||||
| 4 | 26 | 3,8 | 0,85 | Изоляция разрушена. Металлические элементы полностью | Предлагаемый способ |
| отделены от изоляции и не имеют дефектов. | |||||
| 5 | 27 | 3,64 | 0,9 | Изоляция разрушена. Металлические элементы полностью | Предлагаемый способ |
| отделены от изоляции и не имеют дефектов. | |||||
| 6 | 30 | 4,5 | 1,13 | Эффективное разрушение изоляции. На некоторых | |
| металлических элементах | |||||
| механические дефекты. | |||||
| 7 | 32 | 5,1 | 1,3 | Эффективное разрушение изоляции. Дефекты на всех | |
| металлических элементах |
Способ разрушения многокомпонентных изделий, состоящих из металлических элементов с прикрепленными к ним изоляционными элементами, включающий создание в них поля механических напряжений, превышающих предел их механической прочности от воздействия мощных ударных волн, источником которых является канал разряда, сформированный в воде между электродами, установленными в корпусе и подключенными к генератору высоковольтных импульсов, отличающийся тем, что для создания поля механических напряжений в изоляционных элементах изделий, превышающих предел их механической прочности, используют разряды с градиентом энергии 0.8-0.9 Дж/мм, которые осуществляют на границе раздела воды и разрушаемых изоляционных элементов.
