ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПО ТРУБОПРОВОДУ И/ИЛИ РАЗРУШЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ ПУТЕМ СОЗДАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ НАГРУЗОК НА ПРЕГРАДУ Российский патент 1997 года по МПК B08B9/04 

Предлагаемое изобретение относится к области коммунального хозяйства, химической, машиностроительной, металлургической, горнорудной промышленности. Может быть использовано в строительстве для забивания свай, а в сейсморазведке на суше для создания сейсмических сигналов.

Известны пневматические устройства для создания импульсных нагрузок на преграду, например, для разрушения отложений в трубопроводах [1]
Устройство [1] содержит корпус, разделенный расположенным вдоль его продольной оси дифференциальным поршнем на входную и нагнетательную камеры. Входная камера сообщена с источником сжатого воздуха через воздухопроводящую трубку, проходящую через все устройство и дифференциальный поршень. Поршень и корпус образуют дополнительную камеру, которая сообщается с окружающей средой через предохранительный клапан.

Недостатком устройства является сложность подачи в него сжатого воздуха. Плохие условия закрытия нагнетательной камеры, так как в нее постоянно поступает сжатый воздух из входной камеры, который препятствует перемещению поршня. Плохие условия торможения поршня при рабочем ходе вызывают необходимость устанавливать на фланце поршня амортизаторы. Устройство не может дробить негабаритный камень, разрушать старые фундаменты, излучать сейсмические сигналы на суше.

Известно устройство [2] ближайший аналог, содержащее полый корпус, с выхлопными соплами, рабочую камеру, закрываемую и открываемую подвижным поршнем, каналы подвода сжатого воздуха. В момент срабатывания устройства сжатый воздух выбрасывается из выхлопных реактивных сопел, разрушая отложения вокруг устройства и придавая ему осевое перемещение вперед, а затем, через открытое сопло в передней части устройства, сжатый воздух выбрасывается также вперед и разрушает отложения.

Недостатком устройства является то, что реактивные тяги струй действуют в противоположных направлениях и результирующая сила значительно снижает эффективность устройства по разрушению отложений и продвижению его вперед. Кроме того, устройство имеет ограниченную область применения.

Предлагаемое изобретение предназначено ликвидировать эти недостатки. Это достигается тем, в носовой части пневматического устройства выполнен сквозной осевой канал, сообщающийся в рабочей камерой, в котором установлен подвижный герметизированный боек с наружным кольцевым пояском, размещенным в ограничителе хода бойка. Кинетическая энергия устройства, возникающая от истечения реактивных струй газа, преобразуется в механическую работу бойка, соприкасающегося с преградой и направленную на ее разрушение.

Более подробно сущность изобретения будет описана ниже.

На фиг. 1 показано устройство в исходном состоянии; на фиг. 2 момент его срабатывания; на фиг. 3 и 4 варианты его исполнения.

Устройство для создания импульсных нагрузок на преграду состоит: из корпуса 1, дифференциального поршня 2, снабженного со стороны меньшего диаметра глухим осевым ступенчатым отверстием, состоящим из меньшей ступени 3 и большей ступени 4, канала 5, фланца 6 (фиг. 2). Поршень 2 размещен на штоке 7 под сквозным каналом 8, соединенным с источником сжатого воздуха (на фиг. 1 и 2 не показан).

Шток 7 имеет канал 9 (фиг. 2) и ступень 10.

Поршень 2 и шток 7 образуют управляющую камеру 11 и тормозную камеру 12.

Корпус 1 и поршень 2 образуют гидравлическую камеру 13 с сопловыми отверстиями 14.

В корпусе 1 выполнены выхлопные отверстия 15, закрытые фланцем 6 поршня 2.

Поршень 3 герметизируется кольцами 16 и 17.

К корпусу 1 присоединяется сменная рабочая камера 18 и подведен пневматический рукав 19.

В осевом сквозном канале носовой части рабочей камеры 18 расположен подвижный герметизированный боек 20 с наружным кольцевым пояском 21, размещенным в ограничителе хода бойка 22.

Боек 20 снабжен коронкой 23.

На фиг. 1 показан также трубопровод 24 и отложения 25.

На фиг. 3 и 4 показаны устройства, связанные между собой единым изобретательским замыслом с предыдущим устройством.

Пневматическое устройство разрушения отложений по фиг. 3 состоит из корпуса 1, в носовой части которого выполнен осевой канал в котором установлен подвижный боек 2 с наружным кольцевым пояском 3, герметизированный кольцом 4. Боек 2 проходит через перфорированный ограничитель хода 5, который жестко закреплен за носовую часть корпуса 1. Боек 2 снабжен резцовой коронкой 6. В корпусе 1 размещен также шток 7 с каналом 8, поршнем 9, через решетку 10 закрепленный с корпусом 1.

На штоке 7 установлен подвижный затвор в виде стаканообразной гильзы 11 с отверстием 12, герметизированный кольцами 13 и 14.

На фиг. 3 показаны также трубопровод 15 и отложения 16.

Устройство по фиг. 4 состоит из корпуса 1 с каналом 2 и перегородкой 3 с отверстием 4. В корпусе 1 установлен подвижный затвор в виде поршня катушечной формы, состоящей из штока 5, поршня-катушки 6 и 7, герметизированных кольцами 8 и 9. В носовой части поршня катушечной формы выполнен осевой канал 10 с большерасходным отверстием 11. В канале 10 установлен подвижный боек 12 с наружным кольцевым пояском 13, герметизированный кольцом 14. Боек 12 проходит через ограничитель хода 15, который жестко закреплен за носовую часть поршня-катушки 7. На бойке 12 закреплена резцовая коронка 16.

Устройство по фиг. 1 и 2 работает следующим образом.

По пневматическому рукаву 19 сжатый воздух поступает в канал 6 штока 7 и, далее, в управляющую камеру 11, где воздействует на дно глухого отверстия с меньшей ступенью 3 и перемещает поршень 2 вправо до упора в уплотнительное кольцо 16. При этом открываются каналы 5 и 9, и сжатый воздух поступает в тормозную камеру 12 и рабочую камеру 18, в которой воздействует на торец бойка 20 и выдвигает его вперед на величину L₂, определяемую ограничителем 22, в который упирается поясок 21. При этом коронка 23 упирается в отложения 25. Устройство предварительно помещено в трубопровод 24, заполненный жидкостью (водой), с отложениями 25.

При заполнении всех полостей устройства сжатым воздухом оно готово к работе. При этом происходит следующее. В связи с тем, что диаметр D₂ поршня 2 больше диаметра D₁, то сила, воздействующая на поршень 2 со стороны рабочей камеры 18, больше чем суммарная сила слева, действующая в тормозной камере 12 и управляющей камере 11.

Поршень 2 начинает движение влево, происходит перекрытие канала 5 штоком 7 и канала 9 поршнем 2. Одновременно происходит разуплотнение кольца 16, и сжатый воздух рабочей камеры 18 начинает резко воздействовать на всю площадь фланца 6 поршня 2. Сила, действующая на поршень 2, резко возрастает, в поршень 2 начинает ускоренное движение влево, выдавливая жидкость (воду) из сопловых отверстий 14 и открывая выхлопные окна 15.

Сжатый воздух рабочей камеры 18, выбрасываясь наружу, через окна 15, выполненные под углом к продольной оси устройства, порождает мощный реактивный импульс, который суммируется с гидравлическим импульсом. Одновременно с этим в рабочей камере 18 исчезает сила, действующая на торец бойка 20. Кинетическая энергия устройства преобразуется в механическую работу разрушения отложений 25, за счет удара устройства в поясок 21 бойка 20 с коронкой 23 (фиг. 2).

Поршень 2 тормозится в левом крайнем положении за счет сжатия воздуха в тормозной камере 12 и, дополнительно, за счет сжатия воздуха в управляющей камере 11. После выброса сжатого воздуха из рабочей камеры 18 сила, действующая на поршень 2 справа, исчезает и, за счет камер 12 и 11, поршень 2 возвращается в исходное положение до герметизации его кольцом 16 и открытия каналов 5 и 9. Снова происходит заполнение рабочей камеры 18 сжатым воздухом через канал 5.

Сжатый воздух рабочей камеры 18 воздействует на торец бойка 20 и выдвигает его вперед до упора коронки 23 в отложения 25. Если же коронка 23 предварительно была уперта в отложения, то устройство переместится назад на величину L₂, которая больше величин L₁. В противном случае в момент срабатывания устройство будет бить по коронке 23.

Цикл работы окончен.

В связи с разной прочностью отложений 25 запасенная энергия на реактивный импульс изменяется за счет сменных объемов 18.

Если устройство поставить вертикально коронкой 23 вниз на преграду, то при подаче в него сжатого воздуха оно будет подниматься вверх на величину L₂, выдавливая боек 20 и поднимаясь по нему. В этом случае величина запасенной потенциальной энергии будет определяться величиной L₂ и массой поднятой части устройства. Суммируя реактивный импульс с дополнительно появившейся энергией, устройство будет более резко ударять по бойку 20 и коронке 23. Это можно использовать при разрушении негабаритных камней в горнорудной промышленности, дроблении старых фундаментов и пр. Если вместо коронки поставить плиту, то через плиту можно забивать сваи, например, в море, где дизель-молот использовать сложно, а компрессор на судне всегда имеется.

При установке плиты на суше импульс будет передаваться внутрь земли, что может быть использовано для изучения строения земли методом сейсмической разведки.

Устройство по фиг. 3 работает следующим образом.

По каналу 8 сжатый воздух подают в стаканообразную гильзу 11 (на фиг. 3 и 4 источник сжатого воздуха и рукав высокого давления не показаны). Гильза 11, перемещаясь вправо, уплотняется кольцом 13. По отверстию 12 сжатый воздух поступает внутрь корпуса 1 (в рабочую камеру). Воздействуя на торец бойка 2, перемещает его до упора пояска 3 в ограничитель хода 5. Если резцовая головка 6 предварительно упиралась в отложения 16, то устройство бойком 2 будет отодвинуто назад и займет положение, показанное на фиг. 3.

Как только закончится процесс заполнения рабочей камеры сжатым воздухом, гильза 11 начинает движение влево. Начало движения зависит от диаметра D₁ поршня 9 и наружного диметра D₂ гильзы 11 по кольцу 13. Чем больше разница этих диаметров, тем раньше начнется движение гильзы 11 (диаметр D₁ поршня 9 всегда меньше диаметра D₂ гильзы 11 по кольцу 13). Происходит разгерметизация кольца 13. В работу вступает дополнительная площадь гильзы 11 по диаметру D₃, и действие сжатого воздуха рабочей камеры создает дополнительную силу перемещения гильзы 11 влево. Гильза 11 резко открывает рабочую камеру. Сжатый воздух, вырываясь наружу, воздействует на отложения трубопровода 15, разрушая их, и создает реактивный импульс. Давление в рабочей камере резко снижается, сила, действующая на торец бойка 2, исчезает.

Все устройство, кроме бойка 2, резко перемещается вперед, приобретая кинетическую энергию, которая затем преобразуется в механическую работу разрушения отложений 16 резцовой коронки 6. Это происходит в момент удара носовой части корпуса 1 в кольцевой поясок 3 бойка 2. Удар, через резцовую коронку 6, передается отложениям 16. При этом происходит долбящее и скалывающее воздействие. Таким образом, воздействие сжатого воздуха на отложения 16 усиливается механической работой резцовой коронки 6.

Гарантией этой работы является зазор L₂ между носовой частью корпуса 1 и пояском 3. При этом расстояние L₂ меньше расстояния L₁, так как удар будет производиться по резцовой головке 6, что может приводить к уменьшению надежности работы ограничителя хода 5 и головки 6. Чтобы жидкость (вода), находящаяся в трубопроводе 15 и проникшая внутрь ограничителя хода 15 не мешала перемещению пояска 3, ограничитель хода 15 выполнен перфорированным.

Далее, гильза 11 тормозится в левой части, сжимая воздух у поршня 9, и возвращается в исходное состояние этим давлением. Цикл работы окончен. Снова идет заполнение рабочей камеры сжатым воздухом. Устройство снова отодвигается назад, занимая исходное положение для разгона и удара по бойку 2. Заполнение рабочей камеры сжатым воздухом может происходить и по зазору между штоком 7 и гильзой 11.

Устройство по фиг. 4 работает следующим образом.

Сжатый воздух, по каналу 2, поступает в камеру, образованную штоком 5, поршнем-катушкой 6, перегородкой 3 и корпусом 1 (управляющая камера). Воздействуя на поршень-катушку 6, сжатый воздух перемещает весь поршень катушечной формы влево до упора поршня-катушки 7 в корпус 1 с герметизацией кольца 9.

По отверстию 4 идет заполнение рабочей камеры, образованной перегородкой 3, корпусом 1, штоком 5 и поршнем-катушкой 7. Одновременно сжатый воздух по большерасходному отверстию 11 воздействует на торец бойка 12 и выдвигает его вперед до упора пояска 13 в ограничитель хода 15. Срабатывание устройства происходит аналогично описанному выше. В связи с тем, что D₂ > D₁, поршень катушечной формы начинает перемещаться вправо. Происходит открытие рабочей камеры, сжатый воздух, вырываясь наружу, производит разрушение отложений и порождает реактивный импульс. Сила, действующая на торец бойка 12, исчезает. Носовая часть поршня катушечной формы производит удар по пояску 13 и бойка 12 и, далее, через резцовую коронку 16, по отложениям.

Торможение поршня катушечной формы осуществляется сжатым воздухом в управляющей камере поршнем-катушкой 6. Далее, воздухом управляющей камеры, поршень катушечной формы возвращается в исходное состояние. Цикл работы окончен.

Отличительной особенностью этого устройства является то, что поршень катушечной формы имеет первоначальное направление движения, совпадающее с направлением от реактивного импульса, а выброс сжатого воздуха с направлением от реактивного импульса, а выброс сжатого воздуха из рабочей камеры происходит рядом с резцовой головкой, что повышает общий эффект разрушения отложений.

Таким образом, предложенные варианты устройства повышают эффективность разрушения отложений, особенно крепкого (карбонатного) типа, что в итоге повышает и производительность работ. Автоматически действующие затворы закрытия и открытия рабочих камер делают процесс разрушения отложений плотностью автоматизированным.

Устройство может работать и в вертикальном положении. При подаче сжатого воздуха в рабочую камеру оно будет приподниматься на бойке, а в момент срабатывания своим весом производит удар по бойку и, далее, по коронке или плите.

Источники информации
1. Авт. св. СССР N 1549622, B 08 B, 23.06.87 (Слез Л.Г. и Тюрин Ю.И. Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода).

2. Авт. св. СССР N 1622035, B 08 B, 08.12.87. (Плискановский С.Т. и др. Устройство для очистки полого изделия) прототип.

Использование: в различных областях промышленности. Сущность изобретения: пневматическое устройство для создания импульсных нагрузок на преграду, содержит полый корпус, закрываемую и открываемую подвижным затвором рабочую камеру, каналы подвода сжатого воздуха. В носовой части устройства выполнен сквозной осевой канал, сообщающийся с рабочей камерой. В канале установлен подвижный герметизированный боек с наружным кольцевым пояском, размещенным в ограничителе хода бойка. 4 ил.

Пневматическое устройство для перемещения по трубопроводу и/или разрушения отложений путем создания нагрузок на преграду, содержащее полый корпус с выхлопными соплами, рабочую камеру, закрываемую и открываемую подвижным поршнем, каналы подвода сжатого воздуха, отличающееся тем, что в носовой части устройства выполнен сквозной осевой канал, сообщающийся с рабочей камерой, в котором установлен подвижный герметизированный боек с возможностью ограничения его хода.