Пульсирующий гидромонитор Советский патент 1988 года по МПК E21C45/00 

77

00

о

СП

2S

Изобретение относится к гидроимпульсной технике, в частности к конструкции пульсирующих гидромониторов и может быть использовано в горнорудной промышленности, в гидротехническом строительстве для разрушения горных пород н угля пульсирующими струями жидкости с повышением давления в импульсе, а также в энергетике для очистки теплоэнергетических элементов котлоагрегатов электростанций.

Целью изобретения является повышение эффективности гидроотбойки за счет регулирования амплитуды высокого давления в импульсе и частоты пульсаций.

На фиг. 1 показан общий вид пульсирующего гидромонитора в разрезе; на фиг. 2 - общий вид гидромонитора в разрезе; на фиг. 3 - общий вид разгонного устройства в разрезе.

Пульсирующий гидромонитор содержит прерыватель 1 потока, гидропневмоаккуму- лятор 2, гидромонитор 3 с трубопроводами 4 и 5, разгонные устройства 6 и 7 с трубопроводами 8 и 9. Прерыватель 1 потока состоит из корпуса 10 с седлами 11 и 12, межсе- лельное пространство 13 которого через внутреннюю полость гидропневмоаккумулятора 2 сообщено с пол водящей магистралью 14, а в заседельных пространствах 15 и 16 расположены жестко связанные между собой щтоком 17 поршни 18 и 19. Кроме того, заседельные пространства 15 и 16 соединены с гидромонитором 3 через внутренние полости тру- бопроводов 4 и 5. Запоршневые полости 20 и 21 сообщены с трубопроводами 4 и 5 переводными трубками 22 и 23 и отделены от полостей 24 и 25 с эластичным элементом (сжатым газом) разделительными диафрагмами 26 и 27, ход которых ограничен с обеих сторон решетками 28, 29 и 30, 31. Одна из запоршневых полостей, например 21, сообщена с атмосферой через вентиль 32 управления. На трубопроводах 4 и 5 около гидромонитора 3 установлены разгонные устройства 6 и 7, выполненные в виде поршней 33 и 34 со штоками 35 и 36, помещенных в корпуса 37 и 38, которые перегородками 39 и 40 разделены на две камеры 41, 42 и 43, 44. Камеры 41 и 42 через внутренние полости трубопроводов 9 и 8 сообщены с подводящей магистралью 14, а камеры 43 и 44 через окна 45 и 46 с внутренними полостями трубопроводов 5 и 4. В камерах 43 и 44 между поршнями 33 и 34 и перегородками 39 и 40 корпусов 37 и 38 установлены регуляторы 47 и 48 хода. Они выполнены в виде порш- ней 49 и 50 со штоками 51 и 52. Штоки 51 и 52 проходят через перегородки 39 и 40 снаружи камер 41 и 42 и соединяются между собой втулками 53 и 54. Гидроцилиндры 55 и 56 установлены на разгонных устройствах 6 и 7 и соединены через втулки 53 и 54 с регулято- рами 47 и 48 хода. Поршни 49 и 50 регуляторов 47 и 48 хода непосредственно контактируют с поршнями 33 и 34 разгонных уст5

с

0 Q 35 40 дс зо 55

ройств 7 и 6. Кроме того, в корпусах 37 и 38 около перегородок 39 и 40 со стороны камер 43 и 44 выполнены отверстия 57 и 58. Гидромонитор 3 состоит из горизонтального шарнира 59 с кольцевыми проточками 60 и 61 и вертикального стояка 62, разделенного перегородкой 63 на две камеры 64 и 65, соединенные через окна 66 и 67 с трубопроводами 3 и 4. На вертикальном стояке 62 установлены вертикальные шарниры 68 и 69 с кольцевыми камерами 70 и 71, которые через радиальные окна 72 и 73 и полости 74 и 75 соединены с камерами 64 и 65 вертикального стояка 62. Вертикальные шарниры 68 и 69 соединены со стволами 76 н 77 с насадками одинакового диаметра. Стволы 76 н 77 жестко скреплены между собой кронштейном 78, к которому подсоединен гидроцилиндр вертикального поворота стволов 76 м 77. Кроме того, следует отметить, что гидравлическое сопротивление переводных трубок 22 и 23 значительно больше гидравлического сопротивления насадков, установленных на стволах 76 и 77 гидромонитора 3.

Рабочий процесс в пульсирующем гидромониторе протекает следующим образом.

Когда вентиль 32 управления открыт, а поршни 18 и 19 со щтоком 17 находятся в крайнем правом положении, жидкость из подводящей магистрали 14, проходя через внутренние полости гидропневмоаккумулятора 2, заполняет межседельное пространство 13 корпуса 10 прерывателя 1 потока, проходит щель между поршнем 19 и седлом 11, поступает в заседельное пространство 15, а из него в трубопровод 5, горизонтальный шарнир 59, кольцевую проточку 61, окно 67 вертикального стояка 62, камеру 65 между перегородкой 63 и вертикальным стояком 62, полость 75, окно 73, кольцевую камеру 71 вертикального шарнира 69, ствол 77 с насадкой и выходит через насадку ствола 77 в атмосферу. Кроме того, жидкость из трубопровода 5 по переводной трубке 23 заполняет запоршневую полость 2 поршня 19. Так как вентиль 32 открыт, то давление в этой полости близко к атмосферному. В это же время давление в запоршневой полости 0 тоже близко к атмосферному в результате того, что она сообщена с атмосферой через переводную трубку 22, трубопровод 4 и ствол 76 с насадкой гидромонитора 3. Следовательно, разделительные диафрагмы 26 и 27 полостей 24 и 25 с эластичным элементом прижаты давлением газа к решеткам 28 и 29. Поршень 33 со штоком 35 разгонного устройства 7 и регулятора 47 хода находятся также в крайнем правом положении у перегородки 39 корпуса 37. Камера 43 через окно 45 заполнена жидкостью из трубопровода 5. Объем ее максимальный. В это же время поршень 43 с штоком 36 разгонного устройства 6 находится под действием давления жидкости, поступающей из

подводящей магистрали 14 по трубопроводу 8 в камеру 42, тоже в крайнем правом положении около окна 46 в трубопроводе 4. А регулятор 48 хода находится в крайнем левом положении у перегородки 40. Штокв гидроцилиндров 55 и 56 выдвинуты, разгонные устройства 7 и б подготовлены к приему максимального объема жидкости из трубопроводов 5 и 4. Объем камеры 44 минимальный.

Протекающий при этом в системе переходный процесс характеризуется распространением ударных волн давления между разгонным устройством 6 и гидропневмоакку- мулятором 2 и разгоном жидкости в левой проточной части пульсирующего гидромонитора. Увеличение скорости движения жидкости будет наблюдаться до тех пор, пока

Ввод устройства в режим автоколебаний Ю поршень 34 с штоком 36 будет перемеосуществляется закрытием вентиля 32 управления. При этом в запоршневой полости 21 поршня 19 давление жидкости плавно возрастает до тех пор, пока разделительщаться в камерах 44 и 42. В момент времени, когда поршень 34 с штоком 36 займут крайнее левое положение, т.е. сядет поршень 34 на поршень 50 регулятора 48 хода.

ная диафрагма 27, отжимаясь силой дав- г происходит торможение рабочей жидкости.

ления жидкости от решетки 29, не достигнет решетки 31. После этого давление в запоршневой полости 21 мгновенно возрастает до подводимого, т.е. до давления, равного давлению в трубопроводе 5. В результате этого возникает усилие, перемещающее поршни 18 и 19 с штоком 17 из крайнего правого положения в левое. Жидкость из межседельного пространства 13 прерывателя 1 потока устремляется теперь уже не к стволу

разогнанной в левой проточной части пульсирующего гидромонитора перед насадкой ствола 76. В системе возникает гидравлический удар. Давление в трубопроводе 4 и стволе 76 с насадкой резко возрастает. 20 Волна повышенного давления распространяется от насадки ствола 76 через проточную часть гидромонитора 3 по трубопроводу 4 через проточную часть прерывателя 1 потока к гидропневмоаккумулятору 2,

77 по трубопроводу 5, а к стволу 76 с насад- 5 установленному на подводящей магистрали кой по трубопроводу 4. Основной поток14. Отражается она от гидропневмоаккужидкости, проходя щель между порщнем мулятора 2 в виде волны давления, близ- 18 и седлом 12, поступает в заседельноекого к давлению в магистрали 14. За время

пространство 16, трубопровод 4, горизон- движения ударной волны к гидропневмо- тальный шарнир 59, кольцевую проточкуаккумулятору 2 и обратно давление жид60, окно 66 вертикального стояка 62, ка- зо кости в запоршневой полости 20 поршня меру 64 между перегородкой 63 и вертикальным стояком 62, полость 74, окна 72, кольцевую камеру 70 вертикального шарнира 68, ствол 76 с насадком и выходит через насадку ствола 76 в атмосферу на объект

18, которая по переводной трубке 22 заполняется из трубопровода 4, вначале плавно возрастает до тех пор, пока разделительная диафрагма 26, отжимаясь давлением жндкости от решетки 28, не достигнет ре- разрушения. В это же время жидкость из 35 шетки 30, а затем скачкообразно до зна- трубопровода 4 поступает через окно 46 в камеру 44, заполняя ее и перемещая поршень 34 с штоком 36 из правого крайнего положения от окна 46 в левое до упора на поршень 50 регулятора 48 хода. Жидкость из камеры 42 корпуса 38 разгонного устройства 6 при перемещении поршня 34 с щтоком 36 в крайнее левое положение до упора на поршень 50 регулятора 48 хода будет вытесняться по трубопроводу 8 в подводящую магистраль 14, а воздух между .с хода к окну 45 в камере 43, засасывая через перегородкой 40 и поршнем 34 будет также отверстия 57 в корпусе 37 воздух из атмосферы, а затем в результате истечения жидкости через насадку ствола 77 в атмосферу плавно снижается до тех пор, пока разделительная диафрагма 27, отжимаясь от т.е. поршень 34 с штоком 36 не сядет на пор- 50 решетки 31, не достигнет решетки 29. В это шень 50 регулятора 48 хода, сопротивлениевремя процесс в трубопроводе 5 затухнет

и давление в нем становится равным атмосферному, а в запоршневой полости 21 оно тоже снижается до атмосферного, но скачкообразно. Давление же перед насадкой стврла

чения давления в трубопроводе 4. В это же время из запоршневой полости 21 жидкость по переводной трубке 23 перетекает в полость трубопровода 5. При этом в запорш- иевой полости 21 в начале поддерживается такое же давление, как и в трубопроводе 5 при движении поршня 33 с штоком 35 под действием давления со стороны камеры 41, соединенной трубопроводом 9 с подводящей магистралью 14 от регулятора 47

через отверстия 58 в корпусе 38 вытесняться в атмосферу. До тех пор, пока поршень 34 с штоком 36 разгонного устройства 6 не достигнет крайнего левого положения.

системы определяется гидравлическим сопротивлением насадка ствола 76 и окна 46. Время, в течение которого жидкость заполняет камеру 44 разгонного устройства 6,

зависит от объема последней, сопротивления 55 76 в начале возрастает до повышенного по

окна 46, а также от первоначальной величины давления в трубопроводе 4, которая равняется разности давления, достаточной

сравнению с давлением в подводящей магистрали 14, а затем постепенно приближается к значению последнего. Жидкость под

для перемещения поршня 34 с щтоком 36 из одного крайнего положения в другое.

Протекающий при этом в системе переходный процесс характеризуется распространением ударных волн давления между разгонным устройством 6 и гидропневмоакку- мулятором 2 и разгоном жидкости в левой проточной части пульсирующего гидромонитора. Увеличение скорости движения жидкости будет наблюдаться до тех пор, пока

поршень 34 с штоком 36 будет переме поршень 34 с штоком 36 будет перемещаться в камерах 44 и 42. В момент времени, когда поршень 34 с штоком 36 займут крайнее левое положение, т.е. сядет поршень 34 на поршень 50 регулятора 48 хода.

происходит торможение рабочей жидкости.

происходит торможение рабочей жидкости.

разогнанной в левой проточной части пульсирующего гидромонитора перед насадкой ствола 76. В системе возникает гидравлический удар. Давление в трубопроводе 4 и стволе 76 с насадкой резко возрастает. Волна повышенного давления распространяется от насадки ствола 76 через проточную часть гидромонитора 3 по трубопроводу 4 через проточную часть прерывателя 1 потока к гидропневмоаккумулятору 2,

установленному на подводящей магистрали 14. Отражается она от гидропневмоакку18, которая по переводной трубке 22 заполняется из трубопровода 4, вначале плавно возрастает до тех пор, пока разделительная диафрагма 26, отжимаясь давлением жндкости от решетки 28, не достигнет ре- шетки 30, а затем скачкообразно до зна- хода к окну 45 в камере 43, засасывая через отверстия 57 в корпусе 37 воздух из атмосферы, а затем в результате истечения жидкости через насадку ствола 77 в атмосферу плавно снижается до тех пор, пока разделительная диафрагма 27, отжимаясь от решетки 31, не достигнет решетки 29. В это время процесс в трубопроводе 5 затухнет

чения давления в трубопроводе 4. В это же время из запоршневой полости 21 жидкость по переводной трубке 23 перетекает в полость трубопровода 5. При этом в запорш- иевой полости 21 в начале поддерживается такое же давление, как и в трубопроводе 5 при движении поршня 33 с штоком 35 под действием давления со стороны камеры 41, соединенной трубопроводом 9 с подводящей магистралью 14 от регулятора 47

сравнению с давлением в подводящей магистрали 14, а затем постепенно приближается к значению последнего. Жидкость под

изменяющимся давлением от повышенного до подводимого истекает через насадку ствола 76 в атмосферу на объект разрушения. После окончания перераспределения давлений в запоршневых полостях 20 и 21 происходит перемещение поршней 18 и 19 с штоком 17 прерывателя 1 потока из крайнего левого положения в правое.

Процесс повторяется и система входит ,15токолебательный режим работы.

Вывод системы из режима автоколебаний осуществляется открытием вентиля 32 управления, что приводит к постоянному поддержанию давления в запоршневых полостях 21, близкого к атмосферному, и нахождению поршней 18 и 19 со штоком 7 прерывателя 1 потока в крайнем правом

11:ПОЖеНИИ.

в указанном автоколебательном режиме работы пульсирующего гидромонитора регуляторы 47 и 48 хода находились в крайних правом и левом положениях соответственно. Поршни 49 и 50 упирались в перегородки 39 и 40 камер 43 и 44 корпусов 37 и 38 разгонных устройств 7 и 6. Объем жидкости, принимаемый камерами 43 и 44, максимальнием щтоком 33 и 34 с штоками 35 и 36 разгонных устройств 7 и 6, будет через поршни 49 и 50 с штоками 51 и 52 и втулки 53 и 54 передаваться штокам гидроцйлиндров 55 и 56. Амплитуда высокого давления в импульсе снизится, а частота пульсации давления повысится. В случае, когда штоки гидроцилиндров 55 и 56 будут полностью вдвинуты, регуляторы 47 и 48 хода займут крайние левое и правое положение в камерах 10 43 и 44, прижав поршни 33 и 34 к отверстиям 45 и 46 соответственно. Объем камер 43 и 44 уменьшится до нуля, т.е. станет минимальным. Повышение амплитуды высокого давления в импульсе не будет, давление в стволах будет ниже подводимого, а частота пульсаций давления будет максимальна.

Формула изобретения

Пульсирующий гидромонитор, включаю- 20 щий гидропневмоаккумулятор, прерыватель потока, стволы с насадками, гидроцилиндры управления, маслостанцию, систему управления, разгонные устройства в виде поршней со штоками, установленными в корпусе и образующими поршневую и штоковую

15

г - - - -- -,,. , ,j J , „. -

ный. Это обеспечивает максимальную ампли- - камеры, разделенные перегородкой, отличаютуду высокого давления в импульсе при мини-щийся тем, что, с целью повышения эфмальной частоте пульсаций давления, кото-фективности гидроотбойки за счет регулирорая определяется в основном временем за-вания амплитуды высокого давления в имполнения камер 43 и 44 разгонных у ; г-пульсе и частоты пульсаций, гидромонитор

ройств 7 и 6 жидкостью. Штоки гидроцилинд-,Q снабжен дополнительными гидроцилиндрами

ров 55 и 56 выдвинуты. Если теперь вдвинуть штоки гидроцилиндров 55 и 56 наполовину, то через втулки 53 и 54 и штоки 51 и 52 поршни 49 и 50 регуляторов 47 и 48 хода переместятся в камерах 43 и 44, уменьшив при этом ход поршней 33 и 34 с штоками 35 и 36 разгонных устройств 7 и 6, а также принимаемый объем жидкости, в данном случае наполовину, процесс, протекающий в системе, будет аналогичен указанному, при этом вся нагрузка, связанная с перемеще35

управления, которые установлены на корпусе разгонных устройств, и дополнительными штоками и поршнями, которые расположены в корпусе между основными поршнями разгонных устройств и перегородкой, при этом в корпусе разгонных устройств выполнены отверстия, в которых расположены дополнительные штоки, а концы их жестко соединены между собой и установлены с возможностью взаимодействия со штоками дополнительных гидроцилиндров.

нием щтоком 33 и 34 с штоками 35 и 36 разгонных устройств 7 и 6, будет через поршни 49 и 50 с штоками 51 и 52 и втулки 53 и 54 передаваться штокам гидроцйлиндров 55 и 56. Амплитуда высокого давления в импульсе снизится, а частота пульсации давления повысится. В случае, когда штоки гидроцилиндров 55 и 56 будут полностью вдвинуты, регуляторы 47 и 48 хода займут крайние левое и правое положение в камерах 0 43 и 44, прижав поршни 33 и 34 к отверстиям 45 и 46 соответственно. Объем камер 43 и 44 уменьшится до нуля, т.е. станет минимальным. Повышение амплитуды высокого давления в импульсе не будет, давление в стволах будет ниже подводимого, а частота пульсаций давления будет максимальна.

Формула изобретения

Пульсирующий гидромонитор, включаю- 0 щий гидропневмоаккумулятор, прерыватель потока, стволы с насадками, гидроцилиндры управления, маслостанцию, систему управления, разгонные устройства в виде поршней со штоками, установленными в корпусе и образующими поршневую и штоковую

5

, ,j J , „. -

- камеры, разделенные перегородкой, отличаюснабжен дополнительными гидроцилиндрами

управления, которые установлены на корпусе разгонных устройств, и дополнительными штоками и поршнями, которые расположены в корпусе между основными поршнями разгонных устройств и перегородкой, при этом в корпусе разгонных устройств выполнены отверстия, в которых расположены дополнительные штоки, а концы их жестко соединены между собой и установлены с возможностью взаимодействия со штоками дополнительных гидроцилиндров.

БО 66 6i4 6Z ВЗ 65 Шиг.

Изобретение относится к гидроимпульсной технике и м.б. использовано для разрушения горных пород пульсирующими струями жидкости. Цель - повышение эффективности гидроотбойки за счет регулирования амплитуды высокого давления в импульсе и частоты пульсаций. Устройство содержит прерыватель потока 1, гидропневмоаккумулятор 2, гидромонитор 3, сообш,енный с подводящей, магистралью 14. Система управления имеет основные и дополнительные гидроцилиндры 55, 56 управления. Разгонные устройства 6 и 7 выполнены в виде поршней 33 и 34 со штоками 35 и 36. В корпусе каждого разгонного устройства 6 и 7 установлены дополнительные поршни 49 и 50. Последние расположены между основными поршнями 33, 34 и перегородками 39, 40. Около последних выполнены отверстия. Поршни 49 и 50 посредством дополнительных штоков 53, 54 соединены со штоками дополнительных гидроцилиндров 55 и 56. Перемещая дополнительные поршни 49, 50 гидроцилиндрами 55, 56, уменьшают или увеличивают объем внутренних полостей разгонных устройств 6 и 7. При этом меняются частота и амплитуда импульса. 3 ил. с 5S (/)