Устройство для термомеханического бурения горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21C37/14 E21C37/16 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для бурения твердых горных пород.

Цель изобретения - повышение надежности работы при одновременном повышении КПД устройства.

На чертеже показано предлагаемое устройство, общий вид,

Устройство для термомеханического бурения горных пород содер т корпус в виде цилиндра 1 компрессора и цилиндра 2 двигателя, которые установлны соосно и жестко связаны между со бой, при этом их поршни 3 и А соедин ны общим штоком 5, на верхней крьш- ке цилиндра компрессора установлено пусковое приспособление 6 и стандартный топливньй насос 7 высокого давления нажимного типа, на нижней крыш ке - топливный насос 8. Насосы 7 и 8 сообщены с форсунками 9 и 10 трубопроводами 11 и 12. На цилиндре 1 компрессора также установлены впускные клапаны 13 и 14 и выпускные клапаны 15 и 16, соединенные при помощи трубопроводов 17 с ресивером 18 и впускными клапанами 19 и 20 полостей цилиндра 2 двигателя, в средней части которого имеются выхлопные окна 21 и коллектор 22, соединенньй при помощи газопроводов 23 с камерой 24 сгорания, расположенной в нижней части внутренней полости бурово штанги 25 Верхняя часть буровой штанги сочленяется с инерционным поворотным приспособлением 26, которое связано с крышкой цилиндра 2 двигателя при помощи штифтов 27 и муфты свободного хода (не показана), причем штифты размещены в косых пазах 28, выполненных в корпусе поворотного приспособления, В верхней части камеры 24 сгорания размещена топливная форсунка 29, к которой топливо подводится трубопроводом 30, в торцовой части рабочего органа 31 выполнены сверхзвуковые сопла 32.

Устройство работает следующим образом.

Цилиндр 1 компрессора работает по обычной схеме поршневого компрессора и предназначен для подачи сжатого воздуха в цилиндр 2 двигателя, образующего горючую смесь, и для продувки цилиндра 2 двигателя после окончания рабочего цикла. Диаметр поршня цилиндра компрессора значительно б ольше диаметра поршня ци

д 50 5 ЗО ,Q

5

5

линдра двигателя, это обеспечивает достаточность весового заряда горючей смеси при необходимом давлении и температуре, обеспечиваюиц1х ее воспламенение в конце такта сжатия и продувку цилиндра двигателя в конце такта расширения. Среднее давление смеси газов в газопроводе после выхлопных окон 21 определяется суммарной площадью критических сечений сопл 32,

Цилиндр 2 работает по схеме дизельного двигателя с комцрессорной продувкой. Подпорное давление топлива на входе в топливных насосах 7 и 8 создается сжатым воздухом, поступающим из рессивера в топливный бак через редуктор, Б исходном положении до пуска устройства, поршни 3 и 4 со штоком 5 находятся в крайнем верхнем положении и удерживаются в этом положении пусковым приспособлением 6, При спуске толкателя пускового приспособления 6 поршни 3 и 4 со штоком 5 перемещаются вниз, при этом поршень 3 сжимает воздух нижней полости цилиндра компрессора, впускной клапан 14 закрывается, а выпускной 16 открывается, сжатьщ воздух поступает через клапан 20 в нижнюю полость цилиндра 2 двигателя и частично выходит- через окна 21, коллектор 22, га зопровод 23 и камеру 24 сгорания, , После закрытия поршнем 4 выходных окон 21 поступивший воздух из цилиндра 1 компрессора в цилиндр 2 двигателя продолжает сжиматься, при этом клапан 20 закрывается. При полном опускании поршней топливо Из насоса 8 по трубопроводу 12 подается в форсунку 10, впрыскивается в камеру сгорания цилиндра двигателя, смешивается со сжатым воздухом и сгорает, создавая импульс давления продуктов сгорания, который передается на поршень 4 и корпус цилиндра 2 двигателя и далее на буровую штангу 25 и рабочий орган 31, Поршень 4, получив ударный импульс, совместно со штоком 5 и поршнем 3 перемещаются вверх. Продукты сгорания, образовавшиеся в нижней полости цилиндра двигателя, расширяясь, совершают работу по перемещению поршней со штоком вверх и сжатию воздуха верхней полости компрессора, После прохождения поршнем 4 выхлоп ных окон 21 продукты сгорания через окна и газопровод поступают во внут-

1

реннюю полость буровой штанги и дале в камеру сгорания буровой гатанги, пр этом давление в нижней полости lyi- линдра двигателя резко падает, становится ниже давления сжатого воздуха компрессора и ресивера, поэтому воздух, открывая клапан 20, поступает в нижнюю полость цилиндра двигателя, производя его продувку. Про- дувка будет продолжаться до закрытия выхлопных окон 21 при обратном ходе поршней вниз. Во время начального движения поршней вниз, после запуска, воздух из цилиндра t компрес- сора будет одновременно поступать через клапан 19 в верхнюю полость цилиндра 2 двигателя и при опускании поршня А ниже уровня выхлопных окон 21 он будет поступать в буровую штан гу и далее через забой в атмосферу. При движении поршней вверх, после . воспламенения топливовоздушной смеси в нижней полости, продувка верхней полости цилиндра двигателя будет про должаться до закрытия поршнем 4 выхлопных окон 21, а затем воздух будет сжиматься и при достижении верхнего положения поршнями топливньй насос 7 подаст порцию топлива по трубопро- воду 11 в форсунку 9, произойдет впрыск топлива и воспламенение топливовоздушной смеси в верхней полости цилиндра 2 двигателя.

Импульс давления, возникший при вспышке топливовоздушной смеси, вызывает движение поршней вниз, а корпуса устройства вверх, далее циклы возвратно-поступательного движения поршней повторяются автоматически до прекращения подачи топлива и захвата поршня 3 пусковым приспособлени- ем 6. Инерционное поворотное приспособление 26 служит для обеспечения поворотно-враш ательного движения бу- ровой штанги с рабочим органом.

При импульсе давления газов, направленном вниз (поршни в нижнем положении) 5 подпружиненное инерционное поворотное приспособление 26 под действием удара перемещается вниз, одновременно совершая свободный поворот на заданный угол благодаря скольжению своими пазами 28 по штифтам 27, закрепленным на буровой штан

ге 25, при последующем импульсе дав

5

/45

IQ 5 о 5 о

Q .

0

5

16

ления, направленном вверх, штанга с корпусом устройства приподнимаются, а инерщюнное приспособление 26 под воздействием сжатой пружины и импульса давления передвигается вверх и поворачивается совместно с буровой штангой на заданный угол. Сжатый воздух, подаваемьй цилиндром 1 компрессора в цилиндр 2 двигателя, в период его продувок в процессе горения участия не принимает, поэтому га- зоврздушная смесь, проходящая через камеру 24 сгорания, содержит в своем составе значительное количество не связанного кислорода, обеспечивающего сгорание топлива в камере 24 сгорания, подаваемого форсункой 29.

Продукты сгорания из камеры сгорания подводятся к соплам 32, через которые они вытекают с большой скоростью в призабойное пространство, нагревая разрушаемую породу и вынося ее после разрушения из буровой скважины .

Формула изобретения

Устройство для термомеханического бурения горных пород, включающее корпус в виде цилиндров компрессора и двигателя с выхлопными окнами, поршнями, крьш1ками и штоками, систему подачи топлива, буровую штангу c рабочим органом, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения надежности работы при одновременном повьш1ении КПД устройства, оно снабжено камерой сгорания и инерционным поворотным приспособлением, корпус которого жестко связан с крышкой цилиндра двигателя, при этом цилиндры компрессора и двигателя установлены соосно и жестко связаны между собой, их поршни связаны общим штоком, а выхлопные окна выполнены в средней части цилиндра двигателя и сообщены посредством газопро вода с камерой сгорания,«размещенной в буровой штанге, при этом последняя кинематически связана с крьшгкой цилиндра двигателя посредством штифтов, установленных в косых пазах, выполненных в корпусе инерционного поворотного приспособления.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для бурения твердых горных пород. Цель изобретения - повьшение надежности работы при одновременном повышении КПД устройства. Корпус выполнен в виде соосных цилиндра 1 компрессора и цилиндра 2 двигателя, жестко связанных между собой. Их поршни 3 и 4 соединены общим штоком 5. Выхлопные окна 21 вьтолнены в средней части цилиндра 2 двигателя и сообщены газоопроводом 23 с камерой 24 сгорания. Последняя расположена в нижней части полости буровой штанги (БШ) 25. Верхняя часть БШ 25 связана с инерционным поворотным приспособлением 26, Его корпус жестко связан с крышкой цилиндра 2 двигателя. С последней также кинематически связана БШ 25 посредством штифтов 27, установлен- ных в косых пазах 28. Они выполнены в корпусе инерционного поворотного приспособления 26. Цилиндр 1 компрессора подает сжатый воздух в цилиндр 2 двигателя для образования горючей смеси и последующей продувки. Продукты сгорания через окна 21 поступают в камеру 24 сгорания и далее в забой, термически ослабляя породу. Импульс давления после сгорания смеси в цилиндре 2 воздействует на корпус и БШ 25, которая наносит удары по забою. 1 ил. (Л с 4ik 01 а

ВНШ-ШИ Заказ 6471/35 Тираж 459

Произв.-полигр.. пр-тие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное