專利名稱：用于對(duì)一種破碎設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助程序控制的方法
破碎設(shè)備由一個(gè)電容式儲(chǔ)能器組成，該儲(chǔ)能器在一個(gè)火花間隙上放電到一個(gè)由浸入到一種處理液體里的破碎物料在兩個(gè)電極之間所形成的負(fù)載上。一個(gè)電極處于一個(gè)基準(zhǔn)電位，多數(shù)為接地電位，而另一個(gè)處于火花間隙的電位，也就是說(shuō)電容式儲(chǔ)能器的電位，如果該火花間隙已點(diǎn)著了的話。在破碎過(guò)程中電極中間腔完全處于處理液體里。處理液體大多為水，但對(duì)于特殊的破碎過(guò)程也可以是酒精或油或者是一種過(guò)冷的液化氣體如氮?dú)狻?br> 2002年七月在好萊塢(Hollywood)舉行的電力調(diào)制器會(huì)議(PowerModulator Conference)上W.Frey et al.提出了一篇文章，其標(biāo)題為“對(duì)浸入水里的混凝土的破碎性能的試驗(yàn)結(jié)果”(ExperimentalResults on the Breakdown Behaviour of Concrete Immersed inWafer)。其中敘述了，浸入水中的介電固體的電脈沖破碎的效率如何通過(guò)放電通道從電極尖端通過(guò)固體至接地電極板的傳播特性來(lái)確定。電壓和電流的測(cè)量表明，在破裂之前的相位嚴(yán)格取決于在電極中間范圍里的固體材料的布置。短的放電滯后時(shí)間和低的能量損失只是當(dāng)中間電極腔裝滿了固體材料時(shí)才能觀察到。在此情況下由測(cè)量所計(jì)算出的通道阻抗具有高值。如果放電通道必須要經(jīng)過(guò)一個(gè)水道，那么點(diǎn)火滯后時(shí)間和能耗就升高。與通過(guò)固體材料的一個(gè)放電通道相比，一個(gè)在水里的放電通道顯示出一個(gè)小的通道阻抗，這表明在通道里能量的轉(zhuǎn)換較小。
另外的試驗(yàn)明確表示，在固體材料里的氣泡對(duì)于礦物材料里的放電發(fā)生起到重要作用。
為了能夠以工業(yè)規(guī)模可行地操縱一種破碎設(shè)備，重要的是能夠?qū)ζ溥M(jìn)行控制并調(diào)節(jié)。在一種這樣的設(shè)備里調(diào)整參數(shù)是電極間距和在中間電極腔中的處理液體里的材料裝滿度。調(diào)節(jié)參數(shù)是放電阻抗RE和點(diǎn)火滯后時(shí)間TD。在脈沖發(fā)生器的放電電流i(t)和充電電壓UL的已知的隨時(shí)間的變化曲線中，借助于RE和TD來(lái)調(diào)節(jié)破碎過(guò)程。脈沖發(fā)生器此處例如是一種由電的高功率脈沖技術(shù)已知的馬克斯發(fā)生器(Marx-Generator)。
由試驗(yàn)已知在水里的一種放電的阻抗RE、也就是沒(méi)有破碎物料時(shí)是小的，其數(shù)值處于電阻0.3至0.7Ω。
在破碎物料里一種放電的電阻比較大，它取決于材料地在1.0至4.0Ω之間。如果水和破碎物料的混合物位于中間電極腔里，那么放電電阻就位于上述極值之間。也就是有一個(gè)放電電阻的范圍，在該范圍內(nèi)破碎作業(yè)可實(shí)用地或者最佳地進(jìn)行。
在沒(méi)有破碎物料的水中放電的點(diǎn)火滯后時(shí)間TD是大的。此值大約自1μs始。在破碎物料中放電的點(diǎn)火滯后時(shí)間是小的，參考值為200ns。若水和破碎物料的混合物位于中間電極腔里，那么點(diǎn)火滯后時(shí)間就位于上述極值之間。因而也就有一個(gè)隨時(shí)間變化的點(diǎn)火滯后范圍，由此應(yīng)該得出該點(diǎn)火滯后時(shí)間。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種對(duì)破碎設(shè)備進(jìn)行程序控制的方法，用此方法可以在破碎作業(yè)時(shí)總是被最佳地調(diào)整得相同。
此任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1中所述的工藝步驟來(lái)解決。為了解釋工藝步驟此處應(yīng)用了由


圖1至圖3所構(gòu)成的附圖，也就是
圖1放電電阻-點(diǎn)火滯后時(shí)間的圖表；圖2放電電流i(t)的典型的隨時(shí)間變化的圖表；圖3破碎設(shè)備簡(jiǎn)圖。
放電電阻RE和點(diǎn)火滯后時(shí)間TD表示了破碎設(shè)備的狀態(tài)，也就是說(shuō)必須求出這兩個(gè)參數(shù)，更確切地說(shuō)在每次放電時(shí)或者當(dāng)從放電至放電不會(huì)有大的偏差時(shí)，至少在一個(gè)規(guī)定數(shù)量的相互緊隨著的放電之后估算出。由于為了實(shí)施此方法包括有一個(gè)計(jì)算機(jī)，因此從放電至放電進(jìn)行求值是沒(méi)有問(wèn)題的。
首先在放電時(shí)測(cè)量通過(guò)電極中間腔的電流i(t)隨時(shí)間的變化(見(jiàn)圖2)，也就是說(shuō)自火花間隙擊穿開(kāi)始在馬克斯發(fā)生器上進(jìn)行。在時(shí)刻t1max時(shí)經(jīng)阻尼的電流變化的第一振動(dòng)最大值作為以下公式中的一個(gè)經(jīng)阻尼的余弦振動(dòng)的開(kāi)始i(t-t1max)=I1max·e-(t-t1max)β·cos(ω(t-t1max));]]>對(duì)于t＞t1max阻尼常數(shù)β用通常的數(shù)學(xué)方法由電路分析中而得出
β=RI2LG;]]>其中RI＝RG+RE，(見(jiàn)
圖1，RE代表放電電阻)。經(jīng)阻尼的振動(dòng)的圓頻率同樣也是已知的ω=1LGCS-RI24LG2]]>通過(guò)代數(shù)變換則可以得到一種用于放電電阻RE的表達(dá)式。點(diǎn)火滯后時(shí)間TD由電流隨時(shí)間的變化曲線求出。若放電通道在兩個(gè)電極之間已完全形成，那就產(chǎn)生衰減的振動(dòng)(見(jiàn)圖2)。因而產(chǎn)生兩個(gè)表明破碎設(shè)備狀態(tài)特征的調(diào)節(jié)參數(shù)RE和TD。
用
圖1可以確定瞬時(shí)的實(shí)際位置，并且在必要時(shí)則可以由此輸出控制信號(hào)用于改變調(diào)整參數(shù)，如電極間距和/或材料裝滿度。這兩個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)RE和TD的名義位置在
圖1的“破碎作業(yè)”范圍里在規(guī)定的最小電阻REmin以上。
這兩個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)RE和TD的位置和由此推導(dǎo)出的調(diào)整參數(shù)改變是-若RE＝0，TD＝0，見(jiàn)
圖1，那么有一個(gè)短路。作為由此導(dǎo)出的結(jié)果必須加大電極間距。
-若放電電阻RE位于純處理液體的最小和最大放電電阻REW1和REW2之間，而且點(diǎn)火滯后時(shí)間TD大于在純處理液體里的最小點(diǎn)火滯后時(shí)間TDWmin，那么這就表明在中間電極腔里不再有破碎物料。作為由此得出的結(jié)果是將破碎物料補(bǔ)裝/傾倒到電極中間腔里的處理液體的水里。
-如果發(fā)現(xiàn)，放電電阻RE大于一個(gè)規(guī)定的最小值REmin，而且放電滯后時(shí)間TD小于一個(gè)預(yù)先規(guī)定的最大值TD1，那么作為結(jié)果就不進(jìn)行新的調(diào)整，因?yàn)檫@兩個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)位于名義范圍內(nèi)，即破碎作業(yè)的“綠色范圍”里。
-如果已經(jīng)補(bǔ)裝了破碎物料并且接著放電電阻RE從高的值出發(fā)低于一個(gè)最小值REmin，那就重新補(bǔ)裝破碎物料。
為了使破碎設(shè)備經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，總是要用最高的效率η來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。為此必須不斷檢測(cè)了解所述兩個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)RE和TD，以便由此導(dǎo)出對(duì)調(diào)整參數(shù)的一種可能必要的修改，以達(dá)到最好的工作點(diǎn)。通過(guò)對(duì)兩種在放電時(shí)所產(chǎn)生的能量分量進(jìn)行比較而得到它，也就是在直接在馬克斯發(fā)生器里進(jìn)行放電之前存在于存儲(chǔ)器里的能量EG=12CS(mUL)2]]>與進(jìn)入電極中間腔中的、放電電阻為RE時(shí)的放電能量為EF=RE∫TD∞i2(t)dt]]>的、轉(zhuǎn)變成放電火花的能量進(jìn)行比較。(UL是馬克斯發(fā)生器中的分級(jí)放電電壓，m是其分級(jí)數(shù))。由于形成了比值η=EFEG]]>和由此導(dǎo)出的用于改變電極距離的控制信號(hào)并考慮到這兩個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)RE和TD，可以在相互緊隨著放電的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)對(duì)于效率η的最高值，如果該最高值尚未達(dá)到的話。當(dāng)中間電極腔用破碎物料良好裝載時(shí)這就意味著，改變調(diào)整參數(shù)“電極間距”直至達(dá)到ηmax。
圖1中指出了兩個(gè)區(qū)域1和2。如果破碎設(shè)備以其調(diào)節(jié)參數(shù)RE和TD處于破碎區(qū)的另一側(cè)在區(qū)域2里，那么或者是電極間距太大或者脈沖電壓太小，后者例如是因?yàn)轳R克斯發(fā)生器里火花間隙的提前擊穿。若破碎設(shè)備以其調(diào)節(jié)參數(shù)RE和TD處于破碎區(qū)的這一側(cè)在區(qū)域1里，那么電極間距就太小。在這兩個(gè)區(qū)域1和2里必須如此調(diào)整破碎設(shè)備的調(diào)節(jié)參數(shù)，從而使它進(jìn)入破碎作業(yè)區(qū)里。這可以有控制地發(fā)生或者在例外情況下必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。
在電極中間腔里進(jìn)行電動(dòng)破碎時(shí)放電電流i(t)的典型變化表示圖2中，并且還應(yīng)簡(jiǎn)短地總地加以說(shuō)明在預(yù)放電狀態(tài)時(shí)在時(shí)間間隔0＜TD內(nèi)在處理液體里流動(dòng)一個(gè)損失電流、該處理液體大多為水，但也可為其它液體，如油、酒精或液態(tài)氮，但是只是列出一些可用的。放電通道在該時(shí)間間隔內(nèi)通過(guò)一個(gè)所形成的、對(duì)破碎起有效作用的放電通道還沒(méi)有搭接該電極間距。自時(shí)刻TD起有一種這樣的情況。用積分EF=RE∫TD∞i2(t)dt]]>來(lái)表達(dá)從這時(shí)刻起所發(fā)生的能量加入。調(diào)節(jié)參數(shù)RE僅通過(guò)電流測(cè)量來(lái)求得；用此方法就不必用電壓測(cè)量了。
破碎設(shè)備例如通過(guò)一種馬克斯發(fā)生器來(lái)驅(qū)動(dòng)，圖3概略表示了。馬克斯發(fā)生器由一個(gè)電容式儲(chǔ)能器Cs組成，它在放電時(shí)與一個(gè)雖小但卻不可避免的電感LG(發(fā)生器電感)和一個(gè)同樣也不可避免的電阻RG(發(fā)生器電阻)起作用。這兩個(gè)相互并不接觸的實(shí)點(diǎn)表示火花間隙。這些框入的串聯(lián)起來(lái)的電氣構(gòu)件這里就表示馬克斯發(fā)生器，圖中右邊在其上面連接有負(fù)載。該負(fù)載RE是在所述兩個(gè)完全浸入到處理液體里的電極之間的空腔，破碎物料就位于該空腔里。
權(quán)利要求
1.對(duì)一種破碎設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助程序控制的方法，此設(shè)備由一個(gè)電容性儲(chǔ)能器組成，該儲(chǔ)能器在一個(gè)火花間隙上放電到一個(gè)負(fù)載上，該負(fù)載由浸入在一種處理液體里的位于兩個(gè)電極之間的破碎物料構(gòu)成，其中一個(gè)電極處于一個(gè)基準(zhǔn)電位上，而另一個(gè)電極處于火花間隙的電位上，而且電極中間腔完全在處理液體里，此方法包括以下步驟A.在至少一次放電時(shí)通過(guò)以下來(lái)確定電的運(yùn)行參數(shù)測(cè)量和記錄放電電流i(t)隨時(shí)的變化；由放電電流i(t)的變化從開(kāi)始直至有衰減的振動(dòng)變化來(lái)確定點(diǎn)火滯后時(shí)間TD；由電流曲線的衰減求出放電電阻RE，B.通過(guò)對(duì)這兩個(gè)直接求出的運(yùn)行參數(shù)與二者的各義位置的區(qū)域相比較，并推導(dǎo)出一個(gè)控制或調(diào)節(jié)信號(hào)用于修改過(guò)程狀態(tài)，更確切地說(shuō)如果RE＝0，TD＝0，那么在電極中間腔里有一個(gè)短路-必須加大電極間距；如果放電電阻RE位于純處理液體的最小和最大放電電阻、REW1和REW2之間，而且點(diǎn)火滯后時(shí)間TD大于在該純處理液體里的最小點(diǎn)火滯后時(shí)間TDWmin，那就將破碎物料補(bǔ)裝到中間電極腔里，若放電電阻RE大于一個(gè)規(guī)定的最小值REmin，而且點(diǎn)火滯后時(shí)間TD小于一個(gè)規(guī)定的最大值TD1，若是這樣，就不要干預(yù)，如果已經(jīng)補(bǔ)裝了破碎物料并且接著放電電阻RE從高值出發(fā)低于一個(gè)最小值REmin，那就補(bǔ)裝破碎物料，C.找出最好的工作點(diǎn)，也就是說(shuō)通過(guò)對(duì)一次放電時(shí)緊接著在放電之前加入儲(chǔ)能器里的能量EG=12Cs(mUL)2]]>與在負(fù)載里轉(zhuǎn)化的能量EF=RE∫TD∞i2(t)dt]]>進(jìn)行比較，通過(guò)形成比值關(guān)系η=EFEG]]>并由此導(dǎo)出的控制信號(hào)用于改變電極間距，如果η的最大值尚未達(dá)到的話。
全文摘要
由一個(gè)馬克斯發(fā)生器和與之連接的兩個(gè)電極組成一個(gè)破碎設(shè)備，電極頂尖相互之間具有一個(gè)可調(diào)整的間距，此設(shè)備用于對(duì)斷裂的固體物料進(jìn)行電動(dòng)式的破碎。為此電極中間腔完全位于一種處理液體里。當(dāng)馬克斯發(fā)生器的火花間隙擊穿時(shí)就在電極中間腔里形成一個(gè)放電通道。一個(gè)這樣的完全顯現(xiàn)出來(lái)的放電通道產(chǎn)生的時(shí)刻To和該放電通道的電阻RE形成了兩個(gè)用來(lái)控制破碎設(shè)備的調(diào)節(jié)參數(shù)RE、TD。
文檔編號(hào)B02C19/18GK1741855SQ200480002635
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月25日
發(fā)明者W·弗賴, W·韋特 申請(qǐng)人:卡爾斯魯厄研究中心股份有限公司