Ступенчатый гидроимпульсатор Советский патент 1984 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к сре;и:т1;;;м ;)с1зрушения горного массива 11ульси)у1О1цими струями жидкости повьииенного дпи.Ииии и может найти применение в горнорудной промышленности, гидротехническом строительстве, а также в энергетике для очистки теплоэнергетического оборудования электростанций от продуктов сгорания топлива.

Известен гидроимнульсатор, содержащий гидропневмоаккумулятор, ударный трубопровод, генератор колебаний с рабочей и сбросной насадками, поршнем-клапаном, седлами низкой и высокой стороны, воздушной полостью, подмембранное пространство которой сообш,ено с заседельным пространством высокой стороны через переводную трубку с дросселем, сопротивление которого изменяется в зависимости от направления движения жидкости 1.

Однако данное устройство характеризуется недостаточной степенью повышения давления перед рабочей насадкой.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ступенчатый гидроимпульсатор, включающий основной генератор колебаний, вход которого посредством ударного трубопровода и гидропневмоаккумулятора сообщен с подводящей магистралью, а выход - через трубопровод со входом подпиточного механизма, и дополнительный генератор колебаний, соединенный с помощью ударного трубопровода меньшего диаметра с выходом подпиточного механизма 2.

Недостатком устройства является невозможность обеспечения достаточно высокой производительности гидроотбойки.

Цель изобретения - повышение производительности гидроотбойки за счет увеличения давления в импульсе.

Указанная цель достигается тем, что в ступенчатом гидроимпульсаторе, включающем основной генератор колебаний, вход которого посредством ударного трубопровода и гидропневмоаккумулятора сообщен с подводящей магистралью, а выход - через трубопровод с входом подпиточного механизма, и дополнительный генератор колебаний, соединенный с помощью ударного трубопровода меньшего диаметра с выходом подпиточного механизма, подпиточный механизм сообщен с подводящей магистралью посредством трубопровода с размещенным в нем обратным клапаном, причем запор 1ый элемент обратного клапана расположен с; стороны ударного трубопровода меньше|о диаметра, а диаметр трубопровода, соединяющего Е 1з1ход основного генераторя колебаний с Е ходом подпиточного механизма, равер диаметру ударного трубопровода мень шего диаметра.

Па фиг. 1 изображен ступенчатый гидрои.мпульсатор, разрез; на фиг. 2 - клапан, общий вид.

С/гуне11чат1)1Й i идроимпульсатор включает 1идронневмоаккумуляг(;р 1, установленный на магистральном т1)убопроводе 2, ударный трубопровод, выполненный в виде двух

отрезков, один из которых большего 3, а другой меньше1о 4 диаметров, основной генератор колебаний 5, установленный в месте соединения ударных трубопроводов большего 3 и меньшего 4 диаметров и дополнительный генераюр ко.Юбаний 6, установленный на ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра перед рабочей насадкой 7, а также трубопровод 8, соединяющий подводящую магистраль 2 с выходом основного генератора колебаний 5. Сами генераторы ко5 лебаний 5 и 6 состоят из порщень-клапанов 9 и 10, ход которых ограничен седлами низкой 11 и 12 и высокой 13 и 14 сторон, сбросных насадок 15 и 16, соединенных с полостями 17 и 18, которые через щели между поршень-клапанами 9 и 10 и седлами низкой И и 12 стороны связаны ударными трубопроводами большего 3 и меньшего 4 диаметра, воздушные полости 19 и 20, выполненные в виде разделительных диафрагм 21 и 22 и ограничительных решеток 23 и 24.

5 Поддиафрагменные пространства 25 и 26 воздушных полостей 19 и 20 сообщены как с поршневыми полостями 27 и 28 поршеньклапанов 9 и 10 генераторов колебаний 5 и 6 со стороны седел низкой 11 и 12 стороны, так и с магистральным трубопроводом

0 2 при помощи переводных трубок 29 и 30, а с атмосферой при помощи вентилей управления 31 и 32. Полости 33 и 34 поршеньклапанов 9 и 10 генераторов колебаний 5 и 6 непосредственно сообщены с ударными трубопроводами больщего 3 и меньщего

5 4 диаметров через отверстия 35 и 36 поршень-клапанах 9 и 10, а полости 37 и 38 сообщены с ударными трубопроводами большего 9 и 10 и седлами высокой 13 и 14 сторон. Гидропневмоаккумулятор 1 выполнен в виде разделительной диафрагмы 39, расположенной между полостью 40, заполненной сжатым воздухом, и ограничительной решеткой 41, через которую гидропневмоаккумулятор 1 связан с внутренними полостями ударного трубопровода больше5 го диаметра 3. Внутри трубопровода 8 установлен клапан 42 с седлом 43, имеющим окна 44, и пружиной 45.

Ступенчатый гидроимпульсатор работает следующим образом.

При открытых вентилях управления 31

0 и 32 жидкость, поступающая по переводным трубкам 30 и 29 из магистрального трубопровода 2 в поддиафрагменное пространство 25 и 26 воздущных полостей 19 и 20 основного 5 и дополнительного 6 генераторов колебаний, свободно истекает в атмосферу. Это приводит к тому, что в порщневых полостях 27 и 28 поршень-клапанов 9 и 10 давление близкое к атмосферному. Разделительные диафрагмы 21 и 22 воздушных полостей 19 и 20 прижаты давлением ежатого воздуха в воздушных подостях 19 и 20 к ограничительным реи1еткам 23 и 24, находясь в крайних правых положениях. В это же время давление в полостях 33 и 34 поршень-клапанов 9 и 10 близкое к подводимому ввиду того, что они через отверстия 35 и 36 поршень-клапанов 9 и 10, ударные трубопроводы большего 3 и меньшего 4 диаметров, внутреннюю полость гидропневмоаккумулятора 1 соединены с магистральным трубопроводом 2. При этом возникает перераспределение усилий па поршень-клапанах 9 и 10 между поршневь ми полостями 27, 28 и 33, 34, приводяшее к перемешению поршень-клапанов 9 и 10 в крайние нижние положения до упора в седла низкой 11 и 12 сторон. До того момента, когда поршеньклапаны 9 и 10 переместятся в крайнее нижнее положение, клапан 42 под действием одинакового давления со стороны ударного трубопровода меньшего 4 диаметра и трубопровода 8 находится в крайнем правом положении на седле 43, закрывая окна 44. Сбросные насадки 15 и 16 закрываются, а ударные трубопроводы меньшего 4 и большего 3 диаметра соединяются между собой и рабочая насадка 7 открывается. Жидкость из магистрального трубопровода 2, проходя гидропневмоаккумулятор 1, перемещая разделительную диафрагму 39 от ограничительной решетки 41 и сжимая воздух в полости 40 до тех пор, пока давление с обоих сторон разделительной диафрагмы 39 не будет одинаковым, ударный трубопровод большего 8 диаметра, седло низкой 11 стороны, поршень-клапан 9 основного генератора колебаний 5, шель между поршень-клапаном 9 и седлом высокой 13 стороны, полесть 37, ударный трубопровод меньшего 4 диаметра, седло низкой 12 стороны, поршень клапан 10, ш,ель между поршень-клапаном 10 и седлом высокой 14 стороны, полость 38 истекает через рабочую насадку 7 в атмосферу.

Включение ступенчатого гидроимпульсатора в работу осуществляется следующим образом. В начале закрывается вентиль управления 31. Давление в поддиафрагменной полости 25 плавно повышается до давления в магистральном трубопроводе 2. Во времени это продолжается до тех пор, пока разделительная диафрагма 21, перемещаясь под действием сил разности давлений в поддиафрагменном пространстве 25 и первоначального давления закачки воздуха в воздушной полости 19 от ограничительной решетки 23, не достигнет крайнего левого положения, когда давление с обоих ее сторон будет одинаковым. Давление в поршневой полости 27 поршень-клапана 9 возрастает по такому же закону, становясь в то же время большим, чем в поршневой полости 33 поршеньклапана 9, и, благодаря перепаду давлений на поршень-клапане 9, он перемещается в

верхнее крайнее положение от сема низкой 11 стороны к сел,1у ()й 13 стороны, садясь на него. Поршень-клапан 9 перекрывает щель между седлом высокой 13 стороны и пори1ень-клапан()м 9, т. е. отсекает ударный трубопровод меньшего 4 диаметра, дополнительный генератор колебаний 6 с рабочей насадкой 7, и направляет весь поток жидкости к сбросной насадке 15. Рабочая жидкость из магистральнога трубопровода 2, проходя гидропневмоаккумулятор I, разделительная диафрагма 39 которого tie опирается на ограничительную ренютку 41, ударный трубопровод большего 3 диаметра, седло низкой 11 стороны, щель между седлом низкой 1 I стороны и поршень-клапаном 9, полость 17, поступает к сбросной насадке 15 и истекает из нее в атмосферу. Так как имеем гидравлическое сопротивление насадки 15 меньше сопротивления ударного трубопровода меньщего 4 диаметра и рабочей насадки 7, то сопротивление системы уменьшается. Происходит гидравлический удар. Давление жидкости в зоне основного генератора колебаний 5 снижается п первая волна этого пониженного давления распространяется по ударному трубопроводу большего 3 диаметра к гидропневмоаккумулятору 1. После того, как эта волпп отразится от гидропневмоаккумулятора I и подойдет к основному генератору колебаний 5, давление перед сбросной насадкой 15 и в поршневой полости 33 поршень-клапана 9 несколько возрастает, оставаясь однако меньше, чем постоянное давление в nopniневой полости 27 поршень-клапана 9. Поэтому сбросная насадка 15 остается открытой, и по ударному трубопроводу больн его 3 диаметра распространяется следующая волна пониженного давления и т. д. При работе основного генератора колебаний 5 в таранном режимее количество волн давления, пробегающих по ударному трубопроводу большего 3 диаметра в оба конца в низкой фазе, обычно равно 3-5 и зависит от величины постоянного давления жидкости в ударном трубопроводе большего 3 диаметра до максимально возможной скорости. В это же время через рабочую насадку 7 из ударного трубопровода меньщего 4 диаметра жидкость, проходя седло низкой 12 стороны, поршень-клапан 10 дополнительного генератора колебаний 6, щель между порщеньклапаном 10 и седлом высокой 14 стороны, полость 38, истекает в атмосферу под давлением ниже подводимого. Как только давление в ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра станет меньше, чем со стороны трубопровода 8, а усилие на клапане 42 со стороны трубопровода 8 больше, то клапан 42 под действием разности усилий переместится из правого крайнего положения в левое, т. е. отойдет от седла 43 и сожмет пружину 45. Жидкость из подводящей магистрали 2 по трубопроводу 8 через окна 44

седла 43, щель между седлом 43 клапаном 42 и стенками трубопровода 8 попадает в ударный трубопровод меньшего 4 диаметра, а из него, пройдя дополнительный генератор к(};1ебаний 6, истекает через рабочую насадку 8 в атмосферу. Это приведет к тому, что давление перед рабочей насадкой 7 и в зоне дополнительного генератора колебаний 6 несколько ниже подводимого давления. Такое же давление будет в поршневой полости 34 юршень-клапана 10 дополнительного генератора колеебаний 6 в виду того, что она через отверстия 36 поршеньклапана 10 соединена с ударным трубопроводом меньшего 4 диаметра, а так как вентиль управления 32 открыт, то давление в ноддиафрагменной полости 26 и поршневой полости 28 поршень-клапана 10 равно атмосферному. Поэтому поршень-клапан 10 остается в крайнем нижнем положении около седла низкой 12 стороны. После перекрытия вентиля управления 32 давление в поддиафрагменном пространстве 26 и поршневой полости 28 дополнительного генератора колебаний 6 увеличивается плавно, повышаясь до давления в магистральном трубопроводе 2. Во времени это будет продолжаться до тех пор, пока разделительная диафрагма 22, перемещаясь под действием сил разности давлений в поддиафрагменном пространстве 26 и первоначального давления закачки воздуха в воздушной полости 20 от ограничительной решетки 24, не достигнет 4 райпего левого положения, когда давление с обои.х ее сторон будет одинаковым. Давление в поршневой полости 28 поршеньклапана 10 возрастает по такому же закопу, становясь в то же время большим, чем в поршневой полости 34 поршень-клапана И), и благодаря перепаду давлений на поршень-кланане 10 он перемещается в верхпсе крайпее положение от седла низкой сторонь 12 к седлу высокой 14 стороны, садясь па него. Поршень-клапан 10 перекрывает щель между седлом высокой 14 стороны и поршень-клапаном 10, т. е. отсекает рабочую насадку 7 от ударного трубопровода меньшего 4 диаметра, и направляет весь поток жидкости к сбросной насадке 16 дополнительного генератора колебаний 6. Рабочая жидкость из магистрального трубопровода 2, проходя трубопровод 8 окна 44, седла 43, П1.ель между седлом 43 и клапаном 42, щель между трубопроводом 8 и клапаном 42, трубопровод меньщего 4 диаметра, седло низкой стороны 12, щель между седлом низкой 12 стороны и поршень-клапаном 10 дополнительного генератора колебаний 6, полость 18, поступает к сбросной насадке 16, п истекает из нее в атмосферу. Так как гидравлическое сопротивление сбросной насадки 16 меньше, чем сопротивление рабочей насадки 7, то сопротивление системы уменьшается. Происходит гидравлический удар, сопровождающийся возникновением низкого давления и увеличенной скорости в трубопроводе меньшего 4 диаметра со стороны дополнительного генератора колебаний 6. Это волна распространяется по 5 трубопроводу меньщего 4 диаметра к основному генератору колебаний 5 и обратному клапану 42. При подходе ее к обратному клапану 42 и основному генератору колебаний 5 в нижнем сечении трубопровода меньшеQ го 4 диаметра возникает отраженная волна давления близкого к давлению в трубопроводе 8 и скорости большей, чем скорость движения жидкости в прищедшей волне низкого давления. Отраженная волна распространяется по трубопроводу меньшего 4

5 диаметра от обратного клапана 42 и основного генератора колебаний 5 к дополнительному генератору колебаний 6. После того, как эта волна подойдет к дополнительному генератору колебаний 6, давление перед сбросной насадкой 16 и в поршневой полос0 ти 34 поршень-клапана 10 возрастает, оставаясь однако меньше чем давление в поршневой полости 28 порщень-клапана 10 дополнительного генератора колебаний 6. Поэтому сбросная насадка 16 останется открытой и по ударному трубопроводу меньщего 4 диаметра распространяется следующая волна пониженного давления и увеличенной скорости и т. д. При работе дополнительного генератора колебаний 6 в таранном режиме количество волн давления,

0 пробегающих по ударному трубопроводу меньщего 4 диаметра в оба конца в низкой фазе, обычно равно 3-5 и зависит от величины постоянного давления в поршневой полости 28 порщень-клапана 10. Происходит разгон жидкости в ударном трубопрово5 де меньшего 4 диаметра до максимально возможной скорости движения жидкости при подводимом давлении в магистральном трубопроводе 2 к ступенчатому гидроимпульсатору. Закрытие сбросной насадки 15 основного генератора колебаний 5 и окон0 чание низкой фазы колебаний давления жидкости в ударном трубопроводе больщего 3 диаметра происходит тогда, когда давление перед сбросной насадкой 15 и в порщневой полости 23 поршень-клапана ©, возрастающее скачкообразно с каждым приходом отраженной от гидропневмоаккумулятора 1 волны, не станет больше чем в порщневой полости 27 порщень-клапана 9. В результате этого на поршень-клапане 9 возникает максимальный перепад давления и он

0 с максимально возможной скоростью перемешается в крайнее нижнее положение от седла высокой стороны 13 к седлу низкой 11 стороны. Прекращается доступ потока жидкости к сбросной насадке 15 и оба ударных трубопровода большего 3 и меньшего 4

5 диаметров сообщаются между собой. Так как сопротивление заполненного жидкостью ударного трубопровода меньшего 4 диаметра больше, чем сопротивление ударного

трубопровода большего диаметра 3 диаметра и сбросной насадки 15, то общее сопротивление системы при этом резко возрастает. Происходит гидравлический удар, давление и скорость движения жидкости в нижнем сечении ударного трубопровода меньшего 4 диаметра резко повышается, при этом обратный клапан 42 закрывается, садясь на седло 43. Возникшая первая волна дополнительно возросших давления и скорости распространяется по трубопроводу меньшего 4 диаметра к дополнительному генератору колебаний 6. При подходе ее к дополнительному генератору колебаний 6 в конечном сечении трубопровода меньшего 4 диаметра, поршневой полости 34 и полости 18 происходит скачкообразное увеличение давления, при этом скорость истечения жидкости в атмосферу из трубопровода меньшего 4 диаметра через седло низкой 21 стороны, ш.ель между поршень-клапаном 10 дополнительного генератора колебаний 6 и седлом низкой 12 стороны, полость 18 и сбросную насадку 16, увеличивается. Возникает первая отраженная волна увеличенного давления и возросшей скорости движения жидкости в верхнем сечении трубопровода меньшего 4 диаметра у дополнительного генератора колебаний б, которая распространяется по трубопроводу меньшего 4 диаметра к нижнему сечению трубопровода меньшего 4 диаметра у основного генератора колебаний 5 и обратного клапана 4. При подходе к обратному клапану 42 и основному генератору колебаний 5 в нижнем сечении трубопровода меньшего 4 диаметра возникает вторая волна. Ее возникновение сопровождается уменьшением давления и увеличением скорости движения жидкости в нижнем сечении трубопровода меньшего 4 диаметра по сравнению с давлением и скоростью движения жидкости в первой волне. Вследствие уменьшения давления в нижнем сечении трубопровода меньшего 4 диаметра происходит открытие обратного клапана 42. Это приводит к дополнительному увеличению расхода жидкости в нижнем сечении трубопровода меньшего 4 диаметра за счет перетока жидкости из трубопровода 8 через окна 44 седла 43, ш,ель между седлом 43 и клапаном 42, щель между трубой трубопровода. 8 и клапаном 42 в трубопровод меньшего 4 диаметра. Сформировавшаяся, в результате этого, волна давления и скорости распространяется по трубопроводу меньшего 4 диаметра к дополнительному генератору колебаний 6. В момент прихода ее .к дополнительному генератору колебаний 6 возникает вторая отраженная волна, характеризующаяся дальнейшим скачкообразным ростом давления и скорости движения жидкости в трубопроводе меньщего 4 диаметра. При этом давление в поршневой полости 34 дополнительного генератора колебаний 6 становится таким же как и в трубопроводе

меньшего 4 диаметра, за счет соединения ее через отверстия 36 с внутренней полостью трубопровода меньшего 4 диаметра. Это приводит к перераспределению давлений в поршневых полостях 34 и 28 дополнительного генератора колебаний 6, обеспечивающее переброс поршень-клапана 10 из крайнего верхнего положения в нижнее до упора в седло низкой 12 стороны. Сбросная насадка 16 закрывается, а рабочая насадка 7 открывается. Жидкость из подводящей магистрали 2, проходя внутренние полости гидропневмоаккумулятора 1,ударный трубопровод большего между поршень-клапаном 9 основного генератора колебаний 5 и седлом высокой 13 стороны, полость 37, попадает в ударный трубопровод меньшего 4 диаметра, а из него через седло низкой 12 стороны, поршень-клапан 10 дополнительного генератора колебаний 6, щель между поршнем-клапаном 10 и седлом высокой 14 стороны, полость 38 поступает к рабочей насадке 7, а из нее истекает в атмосферу. Так как гидравлическое сопротивление рабочей насадки 7 значительно больше, чем гидравлическое сопротивление сбросной насадки 16, то в системе возникает гидравлический удар. Скбрость движения жидкости в верхнем сечении трубопровода меньшего 4 диаметра уменьшается, а давления уве-. личивается. Волна высокого давления и пониженной скорости распространяется к рабочей насадке 7 и по трубопроводу меньшего 4 диаметра к основному генератору колебаний 5. Истекающая из рабочей насадки 7 жидкость высокого давления осуществляет разрушение забоя. Волна, распространяющаяся по трубопроводу меньшего 4 диа.метра, в момент подхода к основному гснератору колебаний 5 и обратному клапану 42 преобразуется в волну пониженного давления, величина которой больше подводимого, и нулевой скорости движения жидкости в нижнем сечении трубопровода меньп его 4 диаметра. Это происходит вследствие того, что на момент прихода волны высокого давления со стороны дополнительного генератора колебаний 6 к основному генератору колебаний 5 поршень-клапан 9 основного генератора колебаний 5 за счет перераспределения давления в поршневых полостях 33 и 27 перемещается из крайнего нижнего положения в верхнее до упора в седло высокой 13 стороны, при этом сбросная насадка 15 открывается, а трубопроводы меньшего 4 диаметра и большего 3 диаметра отсоединяются. Основной генератор колебаний 5 подготовлен к повторному циклу разгона жидкости в ударном трубопроводе большего 3 диаметра.

В это же время обратный клапан 42 закрывается, садясь на седло 43. Трубопровод 8 отсоединяется от трубопровода меньшего 4 диаметра. Образовался тупик, от которого и происходит отражение волны

даБ,1сння. B(J3HHKiiiaji отраженная волна пониженного давления и нулевой скорости Д1 ижения жидкости рас11рост)аняется но трубоироводу vieHbiHcro 4 диаметра к донолнительному генератору колебаний 6. При подходе ее к рабочей насадке 7 происходит cнижei иe давления и уменьшение скорости истечения жидкости из рабочей насадки 7. Возникает отраженная волна нониженного давления (однако больше подводимого) и уменьшенной скорости, которая распространяется по трубопроводу меныиего 4 диаметра к основному генератору колебаний 5 и обратному клапану 42 (тупику). В момент подхода ее к тупику давление в нижнем сечении трубопровода меньшего 4 диаметра уменьшается и становится ниже подводимого. Скорость движения жидкости по-прежнему равна нулю. Обратный клапан 42 поддействием разности давлений со стороны трубопровода меньшего 4 диаметра и трубопровода 8 открывается, при этом происходит переток жидкости из трубопровода 8 в трубопроводы меньшего 4 диаметра. Давление в начальном сечении становится равным подводимому. Волна подводимого давления и увеличенной скорости движения жидкости распространяется по трубопроводу меньшего 4 диаметра к рабочей насадке 7. В момент подхода этой волны к рабочей насадке 7 возникает отраженная волна, давление и скорость движения жидкости уменьшается. Происходит перераспределение сил давления на поршень-клапане 10 дополнительного генератора колебаний 6 со стороны

|1()р11 неных полостей 28 и 34, под действием которых юршень-клапан 10 дополнительно|о генератора колебаний 6 перемешается из крайнего нижнего положения в верхнее до упора в седло высокой 14 стороны. Рабочая насадка 7 закрывается, а сбросная насадка 16 через полость 18, шель между поршеньклапаном 10 и седлом низкой 14 стороны, подключается к ударному трубопроводу меньшего 4 диаметра.

Процесс работы повторяется, система входит в режим автоколетаний.

Для вывода системы из режима автоколебаний необходимо открыть вентили управления 31 и 32, что обеспечит уменьшение давлений в поддиафрагменных пространствах 25 и 26, поршневых полостях 33 и 34, которые через отверстия 35 и 36 соединены с внутренними полостями трубопроводов меньшего 4 и большего 3 диаметров, обеспечит переброс поршень-клапанов 9 и 10 генераторов колебаний основного 5 и дополнительного 6 из верхних положений в нижнее. Это приведет к тому, что сбросные насадки 15 и 16 закроются, а рабочая насадка 7 и трубопровод меньшего 4 диаметра откроются и обеспечится гидравлическое соединение магистрального трубопровода 2 через ударный трубопровод большего 3 диаметра, ударный трубопровод меньшего 4 диаметра с рабочей насадкой 7.

Предложенное устройство позволяет повысить производительность гидроотбойки за счет увеличения давления в импульсе. 32 J4 фиг.1

СТУПЕНЧАТЫЙ ГИДРОЙМПУЛЬСАТОР, включающий основной генератор колебаний, вход которого посредством ударного трубопровода и гидропневмоаккумулятора сообщен с подводящей магистралью, а выход через трубопровод с входом подпиточного механизма, и дополнительный генератор колебаний, соединенный с помощью ударного трубопровода меньшего диаметра с выходом подпиточного механизма, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности гидроотбойки за счет увеличения давления в импульсе, подпиточный механиз.м сообщен с подводящей магистралью посредством трубопровода с размещенным в нем обратным клапаном, причем запорный элемент обратного клапана расположен со стороны ударного трубопровода меньшего диаметра, а диаметр трубопровода, соединяющего выход основного генератора колебаний с входом подпиточного механизма, равен диаметру ударного трубопровода меньщего диаметра. (Л