Гидроимпульсатор Советский патент 1986 года по МПК E21C25/60 E21C45/04 

f

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для гидравлического разрушения горных пород пульсирующими струями повышенного давления.

Известен гидроимпульсатор, содержащий гидропневмоаккумулятор, ударный трубопровод и генератор колебаний с рабочей и сбросной насадками, поршень-клапан, воздушной полостью и переводной трубкой, которая соединяет воздушную полость с заседельным пространством высокой

СТОрО1-1Ы.

Недостатком этого устройства яв.ляется н изкая частота пульсаций, что н позволяет обеспечить высокую производительность гидроотбойки,

Наиболее близким к предлагаемо1угу является гидроимпульсатор5 включающий генератор колебаний, в корпусе которого размещен поршень-клапан с образованием заседельной и запоршне- вой полостей, рабочую и сбросн то насадки и пе-реводную трубку, сообщающую заседельную полость с подводящим трубопроводом.

Недостатком известного устройства является невысокая разрушающая способность струи жидкости, обусловленная з начительной длительностью формирования импульса давления перед рабочей насадкой вследствие замедленного перемещения порщень-клапана,

Цель изобретения - повышение производительности гидроотбойки путем увеличения частоты пульсаций. . Указанная цель достигается тем, что гидроимпульсатор, включаюший генератор колебаний, в корпусг которого размещен поршень-клапан с образованием заседельной и запоршне- вой полостей, рабочую и сбросн то насадки и переводную трубку сообщающую заседельную полость с подводящим трубопроводом, снабжен дополнительным генератором колебанийj подключек нь1м к подводящему трубопроводу параллельно основному генератору колебаний, при этом запоршневая полость основного генератора колебаний сообщена посредством дополнительной переводной трубки с заседельной полостью дополнительного генератора колебаний.

На чертеже схематически изображен предлагаемый гидроимпульсатор,, разрез.

20

25

572072

Гидроимпульсатор содержит ударные трубопроводы 1 и 2, соединенные с подводящими трубопроводом 3, и генераторы колебаний - основной 4

5 и дополнительный 5. Они включают в себя корпуса 6 и 7 поршень-клапан 8 и 9,,установленные к направляюших 0, 11 и 12, 13, рабочие 14 и 15 и сбросные 16 и 17 насадки различного

10 диаметра, седла высокой 18, 19 и низкой 20, 21 сторон. Элементы поршень- клапанов 8 и 9 и корпусов 6 и 7 образуют камеры высокого 22, 23 к низкого 24, 25 давления, а также

15 заседельные 26, 27 и запоршневые 28, 29 полости. Полости 28 и 29 сообщены с ударными трубопроводами 1 и 2 непосредственно через отверстия 30 и 31 в поршень-клапанах 8 и 9, поэто- Nfy при работе устройства в любой момент времени давление воды в них равно давлению в конечном сечении ударных трубопроводов и 2, примыкающих к генераторам 4 и 5 колебгший. В камерах 22 и 23 высокого давления давление в процессе работы колеблется от повышенного до атмосферного, а в камерах 24 и 25 низкого давления - от пониженного до атмосферного,

30 Полость 26 основного генаратора 4 колебаний посредством переводной трубки 32, длина которой равна удвоенной длине ударного трубопровода 2 до места его соединения с трубо35 проводом 1 и подводящим трубопроводом 3, сообщена с ударным трубопроводом 2 непосредственно у основного генератора 4 колебаний. Однако в некоторых случаях целесообразно соединение полости 26 с полостью 28с Для обеспечения запуска устройства в режим автоколебаний полость 26 основного генератора 4 колебаний посредством вентиля 33 управления имеет возможность сообщаться с ат- мосфедой, полость 28 при помощк переводной трубки 34 соединена с полостью 27 дополнительного генаратора 5 колебаний, а поршень-клапаны 8 и 9 за счет наконечников 35 и 36 имеют большие перекрывающие площади - со стороны седла низкой стороны 20 и 21 по сравнению с площадью тсрцов со стороны седел высокой стороны 18 и 19. Кроме того, седла высокой стороны 18 и 19 соединенЕ) с корпусами 6 и 7 генераторов 4 и 5 колебаний перегородками 37 и 38 с окнами 39

40

45

50

55

3

и 40, которые делят камеры 22 и 23 высокого давления на две камеры, одни из которых доседельные 41 и 42 а другие - заседельные 43 и А4, Они соединяются между собой окнами 39 и 40 в перегородках 37 и 38.

Работа гидроимпульсатора осуществляется следующим образом.

При открытом вентиле 33 управления вода, поступающая из подводящего трубопровода 3, проходя ударные трубопроводы и 2, поступает к генераторам 4 и 5 колебаний. Ввиду того, что полость 26 основного генератора 4 колебаний при открытом вентиле 33 управления сообщена с атмосферой, вода через отверстия 30 поступает в полость 28 основного генератора 4 колебаний и через отверстие 31 в поршень-клапане 9 в полость 29 дополнительного генератора 5 колебаний, а также по переводной трубке 34 - в полость 27 дополнительного генератора 5 колебаний, что приводит к тому, что в зависимости от предшествующего положения поршень- клапанов 8 и 9, поршень-клапан 8 основного генератора 4 колебаний перемещается до упора в седло низкой стороны 20, перекрывая доступ воды к сбросной насадке 16 и открывая доступ к рабочей насадке 14, а поршень-клапан 9 дополнительного генератора 5 колебаний перемещается под действием усилий, действующих на него со стороны полости 27 и наконечника 35, к седлу высокой стороны 19, закрывая доступ воды к рабочей насадке 15 и открывая доступ воды к сбросной насадке 17. Вода из трубопровода 3, проходя ударные трубопроводы 1 и 2, седла низкой стороны 20 и 21 дальше в основном генераторе 4 колебаний - наконечник 36, поршень- клапан 8, щель межлу седлом высоко- стороны I 8 и поршень-клапаном 8 , досе- дельную камеру 42, окна 40 в перегородке 38, заседельную камеру 44 камеры 22 высокого давления поступает к рабочей насадке 14 и из нее истекает в атмосферу на объект разрушения. В дополнительном генераторе 5 колебаний вода, пройдя щель между седлом низкой стороны 21 и наконечником 35 поршень-клапана 9, камеру 25 низкого давления, поступает к сбросной насадке 7, а из нее исте572074

кает в атмосферу и используется для смыва отбитой горной массы.

, В режим автоколебаний гилрс импуль- сатор включается закрытием венти- 5 ля 33 управления. Это приводит к тому, что давление в полости 26 становится таким же, как и в полости 28. Но так как площадь наконечника,36, перекрытая седлом низкой стороны 20, )0 больше площади свободного торца поршень-клапана 8 со стороны седла высокой стороны 18, при этом равном давлении на все рабочие площади поршень-клапана 8 последний перемещается t5 в крайнее верхнее положение, садясь на седло высокой стороны 18. Открывается доступ воды к сбросной насадке I 6 и одновременно прекращается доступ воды в камеру 22 высокого 0 давления с доседельной 42 и засе- дельной 44 камерами и рабочей насадке 14. Вследствие того, что диаметр сбросной насадки 16 больше, а гидравлическое сопротивление мень5 ше, чем диаметр рабочей насадки 14, гидравлическое сопротивление системы уменьшается. Это вызывает гидравлический удар с понижением давления в зоне основного генератора 4 коле0 баний. Давление в полости 28 уменьшается. Такое же давление находится и в полости 27 дополнительного генератора 5 колебаний. При зтом давлении в полости 29, которая через отверстия 31 сообщена с ударным трубопроводом I и в которой давление равно подводимому, поршень-клапан 9 перемещается из верхнего крайнего положения в нижнее, садясь на седло низкой стороны 2 в направляющих И, 13 корпуса 7 дополнительного генератора 5 колебаний. Открывается доступ воды к рабочей насадке 15 и одновременно прекращается доступ воды

5 в камеру 25 низкого давления к

сбросной насадке 17. Вследствие того, что диаметр рабочей насадки 15 меньше , а гидравлическое сопротивление больше, чем диаметр сбросной насад-

0 ки I7, гидравлическое сопротивление системы увеличивается. Цля основного генератора-4 колебаний начинается низкая фаза колебаний давления и по ударному трубопроводу 2 п сторону со5 соединения ударных трубопроводов I и подводящего трубопровода 3 идет ударная волна пониженног-о (по сравнению с подводимым) 1 я а }епия,

5

0

а по переводной трубке 32 в сторону полости 26 идет ударная волна таких же параметров, Таким образом, на момент начала и на всем протяжении низкой фазы колебаний давление в камере 22 высокого давления близко к атмосферному, в полости 28 и в камере низкого давления 24 равно пониженному, а в полости 26 равно тому давлению, которое предшествует низкой фазе.

Когда волна пониженного давления достигает места соединения двух ударных трубопроводов 1, 2 и подводящего трубопровода 3, в это же время по трубопроводу 1 от генератора 5 колебаний распространяется волна по- вьшенного давления, которая подходи к месту соединения одновременно, . Происходит сложение этих двух волн, давление снижается до подводимого, а скорость движения воды в ударном трубопроводе 1 уменьшается до минимальной величины, при этом скорость движения жидкости в ударном трубопроводе 2 увеличивается до максимално, возможной величины,,Отраженные волны подводимого давления и разной скорости распространяются от места их соединения к генераторам 4 и 5 колебаний. Когда, волна подводимого давления повышенной скорости отражается от места соединения ударных трубопроводов I, 2 и подводящего трубопровода 3, идущая по переводно труёке 32 волна пониженного давлени достигает только половины ее д.тданы. К моменту, когда отраженная .or соединения трубопроводов волна подводимого давления и повышенной скорости идущая по переводной трубке 34, достигает генератора 4 колебаний и, следовательно, полости 28 основного генератора 4 колебаний и полости 27 дополнительного генератора колебаний 5, давление в них повьпиается от пониженного до подводимого, волна пониженного давления проходит всю длину переводной трубки 32, так как ее длина равна удвоенной .длине ударного трубопровода 2 до места сое- динения его с подводяпдам трубопроводов 3, достигает камеры 26 открытия сброса 2 и давление в ней снижается от подводимого до пониженного. В ре зультате этого возникает разность давлений, действующих на поршен:ь- клапан 8, которая перемещает его EI

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

5S

207 6

Kpaflfiee положение до упора в седло низкой стороны 20. Прекращается доступ воды к сбросной насадке 6, и одновременно открывается доступ к рабочей насадке 14. Сопротивление системы увеличивается, что вызызает гидравлический удар, сопровождающийся ростом давления. Оканчивается низкая сфера колебаний давления, и начинается высокая фаза. По уда1эному

Трубо-ПрОВОДУ 2 в сторону СОеДИН12НИЯ

трубопроводов и по переводной Т15уб- ке 32 в сторону камеры 26 открытия сброса распространяется волна повышенного давления. Под этим же давлением вода истекает через рабочую насадку 4. Таким образом, на протяжении высокой фазы в камере 22 зысо- кого давления, а также в полости 28 и перед рабочей насадкой 14 сохраняется повышенное давление, при этом в полости 26 и камере 24 низкого давления - давление пониженное и близкое к атмосферному.

До момента перемещения поршень- клапана 8 из верхнего крайнего положения от седла высокой стороны 8 в крайнее нижнее положение к седлу низкой стороны 20 отраженная во.пна подводимого давления и пониженной скорости от места соединения трубопроводов подходит к дополнительному генератору 5 колебаний. Давление в полости 29 понижается от повьшенного до подводимого, а в полости 27 - от пониженного до подводимого, .Давления с обеих сторон поршень- клапана 9 выравниваются, но так как площадь наконеч1шка 35, перекрытая седлом низкой стороны 21, больше площади свободного торца поршень- клапана 9 со стороны седла высокой стороны 19, то при этом поршень-клапан 9 перемещается из нижнего пэло- жения от седла низкой стороны 21 в верхнее крайнее положение к сед.пу высокой стороны 19. Открывается доступ воды к сбрасываемой насадке 17 из ударного трубопровода 1 через камеру 23 высокого давления, досе- дельную камеру 41, заседельную камеру 43, соединенные через окна 39 в перегородке 37, и к рабочей насадке 5, Гидравлическое сопротивленш системы уменьшается. Это вызывает гидравлический удар с понижением давления в зоне дополнитель1 ого генерато.ра 5 колебаний. Начинается никая фаза колебаний давления.

Когда волна пониженного давления идущая по ударному трубопроводу 1, и повьппенного давления, идущая по ударному трубопроводу 2, достигают ме.ста соединения трубопроводов и отражаютсяF- от него в виде волн подводимого давления и повышенной скорости для ударного трубопровода 1 и пониженной скорости для ударного трубопровода 2, волна повьппенного давления, идущая по переводной трубке 32, достигает только половины ее длины. Давление в полости 28 и по- лости 27 повышенное. Это обеспечива удержание поршень-клапана 8 у седла низкой стороны 20, а поршень-клапана 9 - у седла высокой стороны 19.

К моменту прихода отраженных от места соединения трубопроводов волн подводимого давления, но пониженной и повьшзенной скорости .к генераторам 4 и 5 колебаний, давление в камерах закрытия сброса 28 и открытия сбро- са 27 снижается от повьшгенного до подводимого. Волна повышенного давления, -идущая по переводной трубке 32, достигает полости 26, и давление в ней повьшхается от подводимо- го давления до повышенного. В результате перераспределения давления ,на поршень-клапане 8 основного не- нератора 4 колебаний происходит перемещение поршень-клапана 8 от седла низкой стороны 20 к седлу высокой стороны 18, т.е. из нижнего крайнего положения в верхнее. Открывается доступ воды к сбросной насадке 16. Давление в зоне основного генератора 4 колебаний снижается и становится ниже подводимого. Такое же давление становится и в камерах 28 и 27, которые соединены между собой переводной трубкой 34. Это приводит к тому, что поршень-клапан 9 в результа- те перераспределения давления на нем в полостях 27 и 29 перемещается из верхнего крайнего положения в нижнее садясь на седло низкой сторонь: 21. Прекращается доступ жидкости к сбросной насадке 17, и открывается доступ к рабочей насадке 15. Сопротивление системы для основного генератора 4 колебаний уменьшается, а для дополнительного 5 - увеличивается. Процес работы повторяется. Система входит в устойчивый режим автоколебаний, характеризующийся равенством во времени низкой и высокой фаз. Для вывода системы из режима автоколебаний достаточно открыть вентиль 33 управления.

Предлагаемое устройство позволя- ет повысить производительность гидроотбойки путем увеличения частоты пульсаций.

Редактор С. Лисина

Составитель Н, Клочков

Техред Л.Олейник Корректор Е, Рошко

Заказ 4890/26 Тирана 470 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по дeлa изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35,, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

.