Гидроимпульсатор-накопитель Советский патент 1988 года по МПК E21C45/00 

со оо

4 СП

00

Изобретение относится к гидроимпульсной технике, в частности к конструкции гид- роимпульсаторов, и может быть использовано в угольной и горнорудной промышленности, в гидротехническом строительстве для разрушения угля и горных пород импульсными струями высокого давления, а также в энергетике для очистки теплоэнергетических элементов котлоагрегатов электростанций.

Целью изобретения является повышение надежности устройства за счет улучшения условий работы уплотнительных элементов и повышение эффективности гидроотбойки за счет увеличения мощности импульса.

На чертеже показана принципиальная схема гидроимпульсатора-накопителя.

Предложенный гидроимпульсатор-нако- питель содержит установленные на подводящей магистрали 1 струйный разделитель 2, представленный соосно расположенными подающим насадком 3, соединенным с подводящей магистралью 1, и приемным насадком 4, соединенным посредством патрубка 5, на котором установлен гидропневмоаккумуля- тор 6, с внутренней полостью седла 7 запорного клапана 8. Запорный клапан 8 включает поршень-клапан 9, размещенный в корпусе 10 с образованием запорщне- вой полости 11, соединенной всцомогатель- ной магистралью 12 с источником постоянного давления (не показан), в качестве которого использована, например, насосная станция механизированной крепи типа СНУ-9, СНГ-32. Причем давление в подводящей магистрали 1 установлено на 20-25% выще давления во вспомогательной магистрали 12. В нижней части корпуса 10 выполнено седло 7, которое с одной стороны через патрубок 5 соединено с приемным насадком 4 и гидропневмоаккумулятором 6, а с другой стороны через заседельное пространство 13 - со стволом 14.

Гидропневмоаккумулятор 6 включает разделительную диафрагму 15, ход которой ограничен решеткой 16, и газовую полость 17, которая соединена трубкой 18 с внутренней полостью седла 19 клапана 20 минимального давления. Клапан 20 минимального давления выполнен в виде поршня-клапана 21, размещенного в корпусе 22 с образованием запорщневой полости 23, соединенной с атмосферой. В запоршневой полости 23 установлена пружина 24, которая настроена на закрытие клапана 20 при снижении давления в газовой полости 17 ниже минимального уровня, т.е. на 3-5% ниже среднего значения. В нижней части корпуса 22 выполнено седло 19, соединенное с одной стороны с газовой полостью 17 гидропневмо- аккумулятора 6, а с другой стороны посредством заседельной полости 25 и трубки 26 - с внутренней полостью седла 27 клапана 28 максимального давления. Последний выполнен в виде поршня-клапана 29, размещенного в корпусе 30 с образованием запоршневой 31 и щтоковой 32 полостей. Запоршне- вая полость 31 посредством канала 33 в

5 поршне-клапана 29 соединена с внутренней полостью седла 27. В штоковой полости 32, соединенной с атмосферой, установлена пружина 34, которая настроена на закрытие клапана 28 при повышении давления в

Q газовой полости 17 и запорщневой полости 31 выше максимального значения, т.е. на 3-5% выше среднего значения. Выполненное в нижней части корпуса 30 седло 27 соединено с одной стороны с заседельной полостью 25 клапана минимального давления

5 20, а с другой стороны через заседель- ную полость 35 и трубку 36 - с емкостью 37 с сжатым газом. Таким образом, емкость 37 с газом соединена с газовой полостью 17 гидропневмоаккумулятора 6 посредством последовательно установленных кла- панов минимального 20 и максимального 28 давлений, заседельные полости 25 и 35 которых соединены между собой, с гидропневмоаккумулятором 6 и емкостью 37 с газом.

5 Гидроимпульсатор-накопитель работает следующим образом.

До момента подвода рабочей жидкости под давлением к подводящей 1 и вспомогательной 12 магистралям разделительная диафрагма 15 гидропневмоаккумулятора 6

0 находящимся в газовой полости 17 под давлением закачки (10-11 МПа) сжатым газом прижата к ограничительной решетке 16, в емкости 37 газ находится под давлением минимального уровня рабочего давления (на 3-5% ниже его среднего значения).

5 Так как давление в газовой полости 17 и емкости 37 ниже минимального уровня, поршень-клапан 21 клапана 20 минимального давления находится в крайнем нижнем положении, прижат к седлу 19 и изолирует гаQ зовую полрсть 17, где давление закачки от емкости 37, где давление близко к рабочему (25-35 МПа), т.е. существенно выше давления закачки. Поршень-клапан 29 клапана 28 максимального давления находится в крайнем верхнем положении, поршень-клапан 9 -

5 в произвольном.

Перед включением гидроимпульсатора-накопителя в рйботу вспомогательная магистраль 12 соединяется в источником постоянного давления и в запорщневой полости 11 начинает действовать высокое давление ис0 точника, под действием которого поршень- клапан 9 перемещается вниз и прижимается к седлу 7, изолируя ствол 14 от гидропневмоаккумулятора 6 и приемного насадка 4. Гидроимпульсатор-накопитель готов к запусг ку в автоколебательный режим.

Ввод устройства в режим автоколебаний осуществляется подачей рабочей жидкости под давлением, на 20-25% превыща- ющим давление во вспомогательной магистрали 12, в подводящую магистраль 1, откуда она поступает к подающему насадку 3 струйного разделителя 2, истекает в виде струи и попадает в приемный насадок 4. где преобразуется в поток высокого давления. Далее через патрубок 5 жидкость поступает под разделительную диафрагму 15 гидропневмоаккумулятора 6 и во внутреннюю полость седла 7. Давление в этих полостях сразу поднимается до давления закачки газа в газовой полости 17, вся жидкость из приемного насадка 4 поступает в гидропневмоакккумулятор 6, объем его газовой полости 17 уменьшается, а давление в ней, патрубке 5 и приемном насадке 4 возрастает. Объем газовой полости небольшой (лишь в 3-4 раза превышает объем жидкости, накапливаемой и отдаваемой гидро- пневмоаккумулятором б за период), и давление в системе быстро возрастает до минимального уровня рабочего давления, а объем газовой полости 17 уменьшается до величины, лишь йемного (на 10-15%) превышающей объем накапливаемой в фазе зарядки жидкости. После этого дальнейшее повышение давления в газовой полости 17, а следовательно, и внутренней полости седла 19 приводит к тому, что усилие, действующее на поршень-клапан 21 со стороны внутренней полости седла 19, превышает усилие со стороны пружины 24 в запоршне- вой полости 23, поршень-клапан 21 перемещается вверх и сообщает газовую полость 17 через трубки 18, 26, 36 и заседельные полости 25 и 35 с емкостью 37 со сжатым газом, объем которой в 10 и более раз превы- щает объем накапливаемой в фазе зарядки жидкости. Теперь повышение давления в системе происходит значительно медленнее. Вся жидкость из приемного насадка 4 поступает под разделительную диафрагму 15, и на такую же величину уменьшается объем газовой полости 17, газ в ней частично сжимается, а большая часть его через трубки 18, 26, 36 и открытые клапаны 20 и 28 перетекает в емкость 37, и в ней также происходит сжатие газа практически на такую же величину, как и в полости 17, т.е. происходит накопление полостями 17 и 37 с газом энергии, подводимой к гидроимпульса- тору-накопителю - фаза зарядки. Это продолжается до тех пор, пока гидропневмо- аккумулятор 6 не накопит такой объем жидкости, что давление в нем, которое плавно повышается, превысит максимальный уровень рабочего давления (на 3-5% выше среднего уровня). При этом усилие, действующее вниз на поршень-клапан 29 клапана 28 максимального давления со стороны за- порщневой полости 31, начинает превышать действующее на него вверх усилие со стороны пружины 34, расположенной в што- ковой полости 32, где атмосферное давление. Под действием этой разности усилий поршень-клапан 29 перемещается вниз до

упора в седло 27 и изолирует газовую полость 17 от емкости 37. Объем газовой п.олости 17 в это время (после приема гидропнев- моаккумулятором 6 накапливаемого объема

жидкости) очень мал (10-15% накапливаемого объема жидкости), и дальнейишй прием жидкости под разделительную диафрагму 15 сопровождается быстрым ростом давления в гидропневмоаккумуляторе б, приемQ ном насадке 4, патрубке 5 и в нутренней полости седла 7. Возрастание давления на выходе приемного насадка 4 происходит за счет того, что увеличивается расход жидкости, сливаемой в атмосферу со струйного разделителя 2, уменьшается расход через приемный насадок 4 и, следовательно, потери на нем. В период роста давления в системе и, в частности, в газовой полости 17 клапан 28 максимального давления остается по-прежнему закрытым, так как увеличивается давление и в запоршневой полости 31, сооб шающейся с газовой полостью 17 через канал 33, прижимающее поршень-клапан 29 к седлу 27 в этот период. Через незначительное время давление в приемном насадке 4, гидропневмоаккумуляторе 6 н внутренней по5 лости седла 7 повышается до давления в подводящей магистрали 1, т.е. на 20-25% выше давления во вспомогательной магистрали 12 и запоршневой полости 11. В результате усилие, действующее вверх на клапан 9 со стороны внутренней полости

0 седла 7, начинает превышать усилие, действующее со стороны запоршневой полости 11 вниз. Под действием этой разности усилий поршень-клапан 9 быстро пере.ме- щается вверх до упора в выступ корпуса 10 и сообщает гидропневмоаккумулятор 6 и

5 приемный насадок 4 через патрубок 5 и заседельное пространство 13 со стволом 14. Так как подводимый к гидроимпульсатору- накопителю расход ограничен, давление в стволе 14 и патрубке 5 начинает падать

Q ниже давления в гидропневмоаккумуляторе 6. Под действием этой разности давлений разделительная диафрагма 15 перемешается влево и вытесняет жидкость в патрубок 5 и далее в ствол 14 и поддерживает в них давление, близкое к давлению в гидропневмоаккумуля5 торе 6, обеспечивая повышенный в сравнении с подводимым расход через ствол 14. Поскольку объем газовой полости 17 мал, давление в ней при выдаче жидкости из гидропневмоаккумулятора 6 падает очень быстро и становится ниже максимального

0 уровня рабочего давления, после чего усилие на порщень-клапан 29 со стороны пружины 34 начинает превышать усилие со стороны запорщневой полости 31, и поршень- клапан 29 перемещается вверх от седла 27, клапан 28 максимального давления откры- вается и газовая полость 17 сообщается с е.м- костью 37 большого объема. Суммарный объем газовых полостей 17 и 37 теперь значительно возрастает, и падение давления

при выдаче жидкости гидропневмоаккуму- лятором 6 происходит значительно медленнее. Происходит фаза разрядки - газовая полость 17 и емкость 37 со сжатым газом посредством разделительной диафрагмы 15 сообщают системе накопленную ими энергию. Таким образом, накопление энергии в фазе зарядки и отдача ее в фазе разрядки производятся газовой полостью 17 гидропневмо- аккумулятора 6 совместно с емкостью 37, в которой находится основной объем сжатого газа, первоначально находящегося под рабочим давлением (25-35 МПа) и занимающего небольшой геометрический объем, по сравнению с устройством-прототипом, где такой же объем сжатия газа находится только в газовой полости гидропневмоаккумулятора под давлением закачки (10-11 МПа), которое в несколько раз ниже рабочего. Это позволяет при ограниченных габаритных размерах и массе гидропневмоаккумулятора 6 и емкости 37 накапливать больщие объемы жидкости высокого давления, т.е. больщие количества энергии, и получать высокие мощности импульса давления в стволе 14. Следовательно, соединение емкости 37 с газом посредством последовательно установленных клапанов минимального 20 и максимального 28 давлений с газовой полостью 17 гидропневмоаккумулятора 6 обеспечивает создание в стволе 14 импульсов давления высокой мощности, что повышает эффективность гидроотбойки.

Фаза разрядки продолжается до тех пор, пока гидропневмоаккумулятор 6 не отдаст весь накопленный им в фазе зарядки объем жидкости (с момента открытия клапана 20 минимального давления). К этому моменту давление в гидропневмоаккумуля- торе 6, медленно снижаясь, становится ниже минимального уровня рабочего давления, и действующее вниз на поршень-клапан 21 со стороны пружины 24 усилие начинает превышать усилие со стороны заседельной полости 25. В результате поршень-клапан 21 перемещается вниз до посадки на седло 19, клапан 20 минимального давления закрывается и вновь изолирует газовую полость 17 от емкости 37. Объем газовой полости 17 со сжатым газом вновь резко сокращается, и дальнейщая отдача жидкости гидропневмо- аккумулятором 6 сопровождается быстрым снижением давления в нем, патрубке 5, за- седельном пространстве 13 и стволе 14. Через сравнительно небольщой промежуток времени это давление становится ниже давления во вспомогательной магистрали 12 и запоршневой полости 11. Под действием возникшей разности давлений поршень-клапан 9 перемещается вниз до посадки на седло 7.

Установленные между, газовой полостью 17 и емкостью 37 клапаны минимального 20 и максимального 28 давлений имеют доста0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

точно высокую надежность работы как с точки зрения их износа, поскольку они работают в среде сжатого газа без абразивных частиц, так и с точки зрения их динамики. Закрытие и открытие клапанов 20 и 28 протекает с положительной обратной связью, т.е. по мере перемещения поршней-клапанов 21 и 29 увеличивается перемещающее их усилие. Например, при закрытии клапана 28 максимального давления, когда порщень- клапан 29 перемещается вниз к седлу 27, он уменьщает проходное сечение щели между седлом 27 и поршнем-клапаном 29 и увеличивает ее сопротивление. Это приводит к уменьшению расхода воздуха из газовой полости 17 в емкость 37, вследствие чего происходит более быстрое повышение давления в газовой полости 17, а также в соединенной с ней запорщневой полости 31. В результате возрастает действующее вниз на порщень-клапан 29 усилие, что вызывает более быстрое его перемещение вниз и более быстрое уменьшение сечения щели между седлом 27 и порщнем-клапаном 29, а это, в свою очередь, приводит к возрастанию перемещающего вниз поршень-клапан 29 усилия. Аналогичная картина наблюдается и при открытии и закрытии клапана 20 минимального давления. Высокая чувствительность клапанов 20 и 28 (реагирование на изменения давления в пределах 5%) обеспечивается их малыми габаритными размерами и массой, так как от этих клапанов не требуются большие проходные сечения, поскольку они работают на сжатом воздухе, плотность которого почти на три порядка меньше плотности воды, а объемные расходы требуются такие же, как и через запорный клапан 8. После посадки поршня-клапана 9 на седло 7 ствол 14 отсоединяется от патрубка 5, гидропневмоаккумулятора 6 и приемного насадка 4. Процесс работы повторяется, и гидроимпульсатор-накопитель входит в автоколебательный режим.

Формула изобретения Гидроимпульсатор-накопитель, содержащий размещенный в корпусе поршень- клапан с заседельной полостью и соединенные с корпусом ствол, гидропневмоаккумулятор, струйный разделитель и подводящую магистраль, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности гидроотбойки, он снабжен емкостью с газом и последовательно установленными клапанами минимального и максимального давлений, заседельные полости которых соединены между собой, с гидропневмоаккумуля- тором и с емкостью с газом, причем што- ковая полость клапана максимального давления и поршневая полость клапана минимального давления соединены с атмосферой.

Изобретение относится к гидроимпульсной технике и м.б. использовано в горной промышленности, в гидротехническом строительстве и в энергетике для очистки теплоэнергетических элементов котлоагрегатов электростанций. Цель изобретения - повышение надежности и эффективности гидроотбойки. Гидроимпульсатор-накопитель включает запорный клапан 8 и гидропневмоакку- мулятор б, соединенные со струйным разделителем 2. Запорный клапан 9 включает поршень-клапан 9, размещенный в корпусе 10. Запоршневая полость 11 сообщена со вспомогательной магистралью 12, а заседельное пространство 13 - со стволом 14. Посредством последовательно установленных клапанов (К) 20, 28 минимального и максимального давлений газовая полость 17 гидропнев- моаккумулятора 6 соединена с емкостью со сжатым газом 37. Для этого заседель- ные полости 25 и 35 К 20 и К 28 соединены между собой, с гидропневмоаккумулятором 6 и емкостью 37 с газом. Это позволяет при ограниченных габаритных размерах и массе гидропневмоаккумулятора 6 и емкости 37 накапливать большие объемы жидкости высокого давления и получать высокие мощности импульса давления в стволе 14. 1 ил. I (Л