岩石破碎是与人类生产生活密切相关的一种活动,如矿床勘探、石油钻井、地铁建设等。碎石的方式有很多种,传统的破碎方式有物理破碎方法(如机械破碎)和化学破碎方法(如炸药爆破),它们都存在诸多缺点,如机械作业工具的严重磨损,爆破作业的环境污染大和间断性。这就需要一些新的更为高效洁净的破碎技术。脉冲功率技术是上世纪六十年代基于国防需要逐渐发展起来的一种技术。该技术是在相对长的时间里储存能量,然后将能量在极短的时间内释放出来,从而获得很大的瞬时功率,即脉冲功率。本文正是基于这项技术对碎石方案进行了研究。该方法利用马克斯发生器产生高电压、快前沿脉冲,在岩石内部形成等离子体通道,通道膨胀而使岩石破碎。这种方法对环境污染小、操作简单可控、对人员设备较为安全,具有实用价值。文章首先就传统破碎方法和电脉冲破碎方法做了介绍,然后给出了该破碎装置的结构(马克斯发生器),对其进行了回路电阻、杂散电感和杂散电容等具体的参数计算和部件选型。随后就本文的主要工作也即该装置的关键技术——开关及其触发进行了重点分析与设计,且给出了详细的原理图。为了获得这样的脉冲功率,稳定的开关是前提。开关在设计时应考虑火花电感、电极烧蚀等因素,所以要选取合适的电极距离和材料。为防止放电时的金属溅射物附着在开关内壁造成开关绝缘性能下降,设计了开关外筒非金属屏蔽结构。之后分析了开关的导通过程。触发也是影响装置性能的关键因素。为隔离高电压,在触发电路的设计中采用了光纤隔离(即电-光、光-电转换)。同时,在触发脉冲出口处还使用了电容-电阻组合,也可以起到隔离作用;脉冲变压器原副边没有直接的电气连接,也可以起到隔离作用。文中还对触发系统进行了性能试验,结果表明该触发电路寿命长,输出稳定。随后搭建了实际的实验装置,进行了破碎试验。试验结果表明,该方法可以很好地完成石块的破碎任务。放电时通常将石块浸泡在绝缘液体中,这样电脉冲更容易进入石块内部使之破碎。该绝缘液体通常选择水,因为水较为经济,容易获取,且不污染环境。其他绝缘液体如变压器油,石块浸泡在其中,在电脉冲作用下更容易破碎,但是变压器油价格较贵,如果有泄漏,对环境污染较大,不易降解。电脉冲破碎方式的局限之一在于破碎大块岩石的时候需要很高电压和很大能量的马克斯发生器,这就需要使用大规模的电容器组,从而为触发的同步性带来了要求。重复频率运行是另一个要求。如果能够做到不使用浸泡液体,直接在空气中放电破碎,将大大节约水资源,也将非常方便。这是今后需要探索研究的地方。