Способ аккумулирования сжатого воздуха и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E21F17/10 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при сооружении устройств для хранения и распределения сжатого воздуха по пневматической сети.

Цель изобретения - повышение эффективности работы гидропневмоаккумулятора за счет управления давлением в водоводе.

Поставленная цель достигается тем, что в способе аккумулирования сжатого воздуха в гидропневматическом аккумуляторе, включающем нагнетание и расход сжатого воздуха из пневмокамеры, поддержание в ней давления путем перетока воды между камерами, воду в соединительном водоводе вспенивают потоком сжатого воздуха, при

этом высоту вспененного столба выбирают из условия

Pi yL-IO 5 а расход сжатого воздуха определяют по плотности водовоздушной смеси, которую определяют по формуле

X,f( + L-H).

где vi - плотность водовоздушной смеси, кг/м ;

у - плотность воды в соединительном водоводе, кг/м3;

L- высота вспененного столба воды, м;

VI

О

ел ел ю

00

Н - высота соединительного водовода, м;

Pi - задаваемое давление сжатого воздуха в пневмокамере, МПа;

Р - гидростатическое давление соеди- нительного водовода, МПа.

Кроме того, высоту вспененного столба в водоводе последовательно наращивают на величину

.L-yrU-i

где LHI - величина наращивания вспененного столба, м;

Li-1 - высота вспененного столба перед наращиванием, м.

Поставленная цель достигается так же тем, что в гидропневматическом аккумуляторе, включающем расположенные на разном уровне и соединенные водоводом гидро- и пневмокамеры с изолирующими перемычками, нагнетательный и расходный воздуховоды через перемычку гидрокамеры в соединительный водовод проложен гибкий воздуховод, который снабжен вспени- вателем и механизмом изменения глубины погружения, причем воздуховод закреплен на подвижном органе механизма.

При этом механизм изменения глубины погружения вспенивателя выполнен в виде реверсивной лебедки с закрепленными в кровле гидрокамеры направляющими блоками тягового троса, на котором смонтированы зажимы воздуховода.

Кроме того, последний из направляющих блоков установлен против вертикаль- ноговодовода и снабжен взаимодействующей с гибким воздуховодом отводной рамкой.

Реверсивная лебедка перемещает по направляющим блокам тяговый трос, кото- рый своим движением увлекает гибкий воздуховод в направлении тягового усилия. У блока, размещенного против вертикального водовода, происходит изменение направления движения троса и гибкого воздуховода, разделяемых отклоняющей рамкой.

Вспенивание гидростатического столба жидкости позволяет снизить его вес и давление на находящийся в пневмокамере воздух. Снижением давления водяного столба до уровня давления нагнетания создаются условия для зарядки пневмокамеры. После заполнения всего обьема камеры вспенива- ние соединительного водяного столба прекращают и находящийся в пневмокамере воздух, уменьшаясь в объеме, дожимается до гидростатического давления.

Если необходимо снизить рабочее давление и расход воздуха из пневмокамеры, вспениванием части соединительного водя

0

5

0 5

0

5

0 5

0 5

ного столба давление его снижают до значения Pi (когда позволяет этого достичь объем вытесненной жидкости) и работают, не прекращая вспенивания.

Предлагаемый способ обеспечивает работу гидропневмоаккумулятора на повышенном давлении по отношению к максимально возможному зарядному. При создании такого аккумулятора по известным и заданным величинам Pi (максимально возможное давление сжатого воздуха при зарядке), у И yi определяют возможную высоту вспенивания, а также высоту и давление гидростатического столба.

Зарядку такого аккумулятора ведут при максимальном давлении воздуха в нагнетательном воздуховоде, чтобы эффективно использовать объем пневмокамеры при ее переводе на работу в режиме повышенного давления.

На фиг.1 схематически представлено устройство для осуществления предлагаемого способа аккумулирования; на фиг.2 - направляющий блок с отклоняющей рамкой.

Устройство состоит из пневмокамеры 1, гидрокамеры 2, объем которых ограничен перемычками 3 и 4, соединительного водовода 5, от высоты водяного столба в котором зависит величина гидростатического давления, нагнетательного и заборного воздуховода 6 с задвижкой 7, рудничного воздуховода 8, гибкого воздуховода 9, задвижки 10 с автоматическим регулированием расхода воздуха, вспенивателя 11, привода его вертикального перемещения, включающего реверсивную лебедку 12, направляющие ролики 13, тяговый трос 14 с зажимами 15 гибкого воздуховода 9, отводной рамки 16, окном 17, роликом 18 и направляющим козырьком 19.

В перемычке 4 выполнено отверстие 20 для пропуска в гидрокамеру гибкого воздуховода с тяговым тросом и выхода подаваемого на вспенивание водяного столба воздуха.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходя из давления в пневмосети при зарядке или требуемого давления при выводе пневмокамеры на новый режим работы, определяют глубину первоначального погружения вспенивателя, через который нагнетают сжатый воздух в гидростатический столб. Подачу сжатого воздуха производят в объеме, обеспечивающем достижение рассчитанной плотности вспененной массы. Когда давление гидростатического столба станет ниже, чем в пневмокамере, жидкость

начнет вытесняться в гидрокамеру. При зарядке освободившийся объем заполняется воздухом из пневмосети, а при выводе на новый режим работы за счет увеличения объема снижается давление сжатого возду- ха. В режиме стабильной работы давление столба жидкости на глубине погружения вспенивателя снизится, что позволяет погрузить вспениватель на большую глубину.

Глубину последующих погружений вспенивателя определяют по аналогии с первоначальной, принимая в расчетах плотность вспененного столба, полученную в установившемся режиме перетока жидкости. По завершении зарядки подачу сжатого воз- духа во вспениватель прекращают.

Гидростатическое давление в зоне вспенивания соединительного водовода должно отвечать условию Pi у- , т.е. давление нагнетания Pi должно превышать или быть равным давлению водяного столба у L-10 . Пусть воздух в водовод нагнетается под максимальным давлением 0,8 МПА (8 эти), тогда противодействие водяного столба нагнетанию должно быть около 0,75 МПа, что соответствует вспениванию на глубине 75 м.

Приняв плотность вспененного столба, равной 750 кг/м3 по выражению

У1 f-. ( + L - Н) , определяем высоту гидростатического столба 750 кг/м3

1000 кг/м3 Н-0,8 МПа,с u, u -- с--- -- р---h 75 м - Н) или Н

г 99 м, так как ,01 Н МПА.

При этом высота столба жидкости под вспененным столбом будет - L 24 м, а давление столба составит 0,24 МПа жидкости и 0,56 по вспененной массе или в сумме 0,8 МПа (8 ати).

После прекращения вспенивания в пневмокамере давление возрастает до 0,99 МПа или 9,9 ати.

При этом уменьшается объем сжатого воздуха в ней в 9,,24 раза.

Эффективность способа возрастает, ес- лиуправление режимными параметрами вести последовательно со стабилизацией рабочего процесса на промежуточных стадиях. Это достигается благодаря тому, что с изменением плотности массы, располагаемой над вспенивателем, изменяется давление части гидростатического столба,

В период зарядки или вывода аккумулятора на новый режим работы уровень вспенивания гидростатического столба задают по выражению Р/ у L-10 , а при установившемся рабочем режиме это условие принимает вид Ptfyi , где у yi . Для

5

0 5

0

5

0

5

0

5

0

5

сохранения равенства давления жидкостного и вспененного столбов повышают высоту вспенивания или снижают расход воздуха, исходя из равенства Li Предельная высота вспененного столба для рассматриваемого случая определится по этому равенству и составит

yL 1000кгЛА75м 1ПП -ТГ---750 кг/м3 - 1°°М или на 25 м больше разового погружения.

Достигается предельная высота вспенивания последовательным наращиванием водовоздушного столба. При этом соблюдается условие, чтобы суммарное давление вспененного столба и приращенного столба жидкости не превышало давления нагнетания Pi, т .е. на каждо этапе выдерживают равенство LL + у- Lxi. из которого находят высоту наращиваемого столба жидкости для вспенивания.

Для конкретного случая имеем

и1 ЈЦЈги

1000 кг/м3 75 м - 750 кг/м3- 75

18,8м,

1000 кг/м3 Теперь высота вспененного столба составит

18,8 93,8м.

Величина следующего погружения:

U2 ,

а величина вспененного столба La 93,8 +4,7 98,5 м.

Величина третьего наращивания вспененного столба за счет погружения

.1000 кг/м3-75 м-750 кг/м3-98,5м

I wi « -----------------------------------------------

1000 кг/м3 1,2м.

На четвертом погружении прирост вспененного столба составит

.1000 кг/м3. 75 м-750 кг/м3 99,7м ------------

1000 кг/м3 0,23 м,

или ,7 +0,23 99,93 м.

При этом высота гидростатического столба, определенная из выражения

v Н Pi Xi f (-р- + L-H), будет равна 105 м, з

рабочее давление в пневмокамере может достигать 1,05 при 0,8 МПа в нагнетательном воздухопроводе.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

При необходимости зарядки пневмока- меры 1 от пневмосети 8, давление в которой меньше развиваемого гидростатическим

столбом жидкости соединительного водовода 5 согласно способу в водовод опускают вспениватель 11.Для этого включают реверсивную лебедку 12, которая по направляющим блокам 13 подает в водовод тяговый трос 14с подвешенным на нем вспенивате- лем. Вместе с вспенивателем в водовод опускается присоединенный к нему гибкий воздуховод 9, который зажимами 15 прикреплен к тяговому тросу. Во избежание перегибов, провисаний и повреждений гибкий воздуховод подается в водовод по ролику 18 через окно 17 отводной рамки 16, направляющей козырек 19 которой изменяет направление движения и препятствует контакту с вращающимся блоком. Подачу воздуха в необходимом для вспенивания водяного столба количестве производят через регулируемую задвижку 10. Постоянное давление в гидрокамере 2 поддерживают выводом излишков воздуха через сквозное отверстие 20 в перемычке 4.

Подъем вспенивателя из водовода осуществляют изменением направления вращения барабана реверсивной лебедки, что приводит к наматыванию на него тягового троса и выводу гибкого воздуховода из гидрокамеры через окно 20.

Формулаизобретения 1. Способ аккумулирования сжатого воздуха, включающий нагнетание и отбор сжатого воздуха из пневмокамеры. поддерживание в ней давления путем перетока воды из гидрокамеры в пневмокамеру гидропневмоаккумулятора по соединительному водоводу, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности аккумулирования воздуха за счет управления давлением в водоводе, гидропневмоаккуму- лятора, воду в соединительном водоводе вспенивают потоком сжатого воздуха, при этом высоту вспененного столба выбирают из условия

Pi у.,

где PI - задаваемое давление сжатого воздуха в пневмокамере, МПа;

у- плотность воды в соединительном водоводе, кг/м ;

L - высота вспененного столба воды, м.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что высоту вспенивания в соединительном водоводе последовательно наращивают на величину

L -1.

где U-1 - высота вспененного столба перед наращиванием, м;

У1 - плотность водовоздушной смеси, кг/м.

3. Устройство для аккумулирования сжатого воздуха, включающее расположенные на разном уровне и соединенные водоводом гидро- и пневмокамеры с изолирующими перемычками, нагнетательный и расходный воздухопроводы, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности аккумулирования воздуха за счет управления давлением в водоводе, устройство снабжено гибким воздуховодом со вспенивателем и подвижным органом механизма изменения глубины погружения вспенивателя, при этом воздуховод со вспенивателем и подвижным механизмом проложены через перемычку гидрокамеры в соединительный водовод, причем воздуховод закреплен на подвижном органе механизма.

4. Устройство по п.З, отличающее с я тем, что механизм изменения глубины погружения гибкого воздуховода выполнен в виде реверсивной лебедки с тяговым тросом и закрепленных в кровле гидрокамеры направляющих блоков, причем воздуховод посредством зажимов скреплен с тяговым тросом.

5. Устройство по пп.З и 4, отличающее с я тем, что один из направляющих блоков установлен на оси водовода и снабжен взаимодействующей с гибким воздухопроводом отводной рамкой.

10 2UJB- 9 /4 73 19

фиг. 1

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при сооружении устройств для хранения и распределения воздуха по пневматической сети. Цель изобретения - повышение эффективности работы гидропневмоаккумулятора за счет управления давлением в водоводе. Гидро- пневмоаккумулятор состоит из гидрокамеры (ГК) и пневмокамеры (ПК), оснащенных герметичными перемычками, воздуховодов и водовода. Через перемычку ГК в соединительный водовод проложен гибкий воздуховод с вспенивателем. Воздуховод закреплен на подвижном органе механизма изменения глубины его погружения. В ПК закачивается воздух до ее полной зарядки. Давление в ПК равно при этом высоте столба жидкости между ПК и ГК. Для увеличения полезного объема ПК в водовод через воздуховод и вспениватель подают воздух. Давление в водоводе уменьшается и часть воды из ПК петекает в ГК. Глубина последовательного погружения вспенивателя рассчитывается по формуле. Применение изобретения позволит не изменяя объема ПК увеличить количество воздуха, закачиваемого в нее. 2 с.и. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. Ё