Пульсирующий гидромонитор Советский патент 1992 года по МПК E21C45/02 

Изобретение относится к устройствам, создающим пульсирующий поток жидкости и может быть использовано для гидравлического разрушения полезного ископаемого в гидротехническом строительстве, а также при гидравлических исследованиях взаимодействия пульсирующего потока жидкости с разрушаемым массивом. Известен двухствольный импульсный гидромонитор 1, содержащий стволы, шарнирно закрепленные на корпусе, в котором установлен прерыватель потока и поршни, образующие камеры перетока жидкости, сообщающиеся со смежными стволами через выполненные в них дроссельные отверстия и имеющими гидравлическую связь одной из камер перетока с вентилем управления.

Устройство работает следующим образом, если вентиль открыт, то прерыватель потока находится в крайнем положении, когда вентиль закрывают происходит перераспределение усилий, действующих на прерыватель потока, поршень изменяет свое положение и открывает противоположный ствол, за счеттого, что камеры перетока жидкости сообщаются через дроссель со смежными стволами, произойдет повторное перераспределение усилий, действующих на прерыватель потока, и он снова изменит свое положение, далее процесс повторяется и двухствольный импульсный гидромонитор работает в автоколебательном режиме.

Недостатком известного устройства является то, что давление перед насадками не превосходит давления подводимого потока, поскольку неизбежны потери давления проточной части прерывателя потока, К недостаткам данного устройства, и в частности, при его использовании для гидродинамических исследований относится то, что оно работает в автоколебательном режиме, следовательно, с его помощью нельзя управлять формой импульса давления, а также нельзя оценивать влияния каждого отдельного импульса давления на разрушаемый массив.

Известен, также пульсирующий гидро- монит.ор 2, включающий прерыватель потока, гидравлически связанный с подводящей магистралью, гидропневмоак- кумуляторами, струеформирующими стволами и разгонными устройствами в виде поршней со штоками, размещенными в корпусе гидромонитора, имеющих, каждый по дополнительному поршню и гидроцилиндру, уменьшающих или увеличивающих объем внутренних полостей разгонных устройств.

Устройство работает следующим образом.

После того как вентиль управления закрывается, устройство входит в режим автоколебаний. При этом прерыватель потока осуществляет поочередное подключение подводящей магистрали к трубопроводам с разгонными устройствами. Когда поршень разгонного устройства занимает крайнее

положение происходит гидравлический удар, что сопровождается всплеском давления, который попадает в ствол, что способствует повышению эффективности гидроотбойки, Далее процесс повторяется в

другом трубопроводе, при этом происходит возврат первого разгонного устройства в исходное состояние. При помощи масло- станции и системы управления дополнительными штоками, изменяется положение

дополнительных цилиндров управления, что приводит к изменению хода поршней разгонных устройств для изменения амплитуды всплеска давления.

Недостаток данного гидромонитора заключается в том, что он не позволяет добиться повышения производительности гидроотбойки, т.к. момент возникновения всплеска давления в каждом импульсе строг го фиксирован и жестко привязан к его переднему фронту. Кроме того рассматриваемый гидромонитор не может быть использован для проведения гидродинамических исследований особенностей взаимодействия импульсной струи, содержащей всплеск давления, с разрушаемым массивом, поскольку формирует не одиночные импульсы, а работает в автоколебательном режиме.

Целью изобретения является улучшение технологических параметров гидромониторов .- повышение эффективности гидравлической отбойки за счет обеспечения регулирования величины импульсов давления струи.

5 Сущность изобретения заключается в том, что пульсирующий гидромонитор, включающий прерыватель с запорным органом, соединенный со струеформирующим и сбросным стволами, снабжен импульсным

0 клапаном и накопителем, выполненным из корпуса с поршнем, расположенным с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей, а подпоршневая полость накопителя посредством предохранительного кла5 пана соединена с атмосферой, при этом импульсный клапан выполнен из корпуса с дифференциальным поршнем, расположенным с образованием поршневой и штоковой полостей, и из гидропневмоаккумулятора,

причем поршневая полость импульсного

клёпана соединена с гидропневмоаккумулятором, со сбросным стволом и посредством дросселя - с атмосферой, а его штоковая полость соединена со струеформирующим стволом с подпоршневой полостью накопителя.

Новизна изобретения заключается в том, что устройство дополнительно снабжено импульсным клапаном и накопителем, выполненным из корпуса с поршнем, расположенным с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей, и из гидропневмо- аккумулятора .соединенного с надпоршневой полостью, а подпоршневая полость накопителя посредством предохранительного клапана соединена с атмосферой, при этом импульсный клапан выполнен из корпуса с дифференциальным поршнем, расположенным с образованием поршневой и штоковой полостей, и гидропневмоаккуму- лятором, причем поршневая полость импульсного клапана соединена с гидропневмоаккумулятором, со сбросным стволом и посредством дросселя - с атмосферой, а его штоковая полость соединена со струеформирующим стволом и с подпоршневой полостью накопителя.

Эти признаки отвечают признакам существенные отличия, так как патентный поиск не выявил аналогичного технического решения.

На чертеже изображен общий вид пульсирующего гидромонитора.

Пульсирующий гидромонитор содержит прерыватель потока 1, импульсный клапан 2, накопитель 3 Прерыватель потока 1 состоит из ксрпуса 4 и поршневой группы 5, образующей в нем полость 6, гидравлически связанную через дроссель 7 со сливом, полость 8, гидравлически связанную через кран 9 со сливом ,и полостью 10, гидравлически связанную, через коммутационную задвижку 11, с центробежным насосом 12, а также со сбросным стволом 13, и через обратный клапан 14, со струеформирующим стволом 15, поршневая группа 5 имеет отверстия 16 и 17, соединяющие полости 6 и 8 с полостью 10 Импульсный клапан 2 состоит из корпуса 18 и дифференциального поршня 19, образующего в корпусе 18 поршневую полость 20, соединенную со сбросным стволом 13 через обратный клапан 21 и с гидропневмоаккумулятором 22 дросселем 23, штоковую полость 24, гидравлически связанную со струеформирующим стволом 15. Накопитель 3 состоит из поршня 25, разделяющего корпус 25 на надпоршневую камеру 27 и подпоршневую камеру 28. Над- поршневая камера 27 гидравлически связана с гидропневмоаккумулятором 29 и с

дополнительным источником гидравлической энергии 30 через редукционный клапан 31, а подпоршневая камера 28 гидравлически связана со струеформирующим стволом 5 15 через импульсный клапан 2 и обратный клапан 32, а также, посредством трубопровода 33 с предохранительным клапаном 34. Манометр 35 установлен для контроля уровня давления в полости 10 прерывателя 1, а

10 манометр 36 установлен для контроля уровня давления на входе в камеру 27.

Перед началом формирования модулированного импульса пульсирующий гидромонитор настроен на стационарный режим

5 работы. При этом поток жидкости с постоянным давлением, создаваемым центробежным насосом 12, через коммутационную задвижку 11 подается в полость 10 прерывателя 1. Поршневая группа 5 прерывателя

0 потока 1 находится в крайнем верхнем положении, корпуса 4. так как кран 9 закрыт и, следовательно, давление в полости 6 прерывателя 1 меньше, чем давление в полости 8. Разность давлений создается за счет потерь

5 давления в отверстии 16, которые возникают при сбросе жидкости из полости 10 прерывателя 1 в атмосферу через отверстие 16 и дроссель 7, в то время как потери давления в отверстии 17, равны нулю поскольку

0 кран 9 закрыт. При таком положении поршневой группы 5 в распределителе 1 струе- формирующий ствол 15 отключен, а сбросной ствол 13 подключен к центробежному насосу 12. Давление в струеформиру5 ющем стволе 15 равно атмосферному, а давление в сбросном стволе 13 примерно равно стационарному давлению, создаваемому центробежным насосом 12. Поток жидкости с этим давлением через обратный

0 клапан 21 попадает в поршневую полость 20 импульсного клапана 2, штоковая полость

24которого через обратный клапан 32 и гидравлически связана со струеформирующим стволом 15, в результате чего давление

5 в штоковой полости 24 импульсного клапана 2 при стационарном режиме работы равно атмосферному, а следовательно, дифференциальный поршень 19 находится в крайнем нижнем положении корпуса 18 импульсного

0 клапана 2 и перекрывает трубопровод 33, который связывает импульсный клапан 2 с поршневым накопителем 3 и с линией нагнетания поршневого насоса 30, что обеспечивает герметичность указанного

5 трубопровода 33 в стационарном режиме работы предлагаемого генератора. Давление в трубопроводе 33 в этом случае определяется уровнем давления настройки предохранительного клапана 34 Поршень

25поршневого накопителя 3 находится в

крайнем верхнем положении в корпусе 26, так как давление начальной закачки воздуха в гидропневмоаккумуляторе-накопителе 29 меньше уровня давления настройки предохранительного клапана 34, т.е. давление на поршень 25 со стороны надпоршневой полости 27 меньше давления со стороны под- поршневой полости 28, очевидно что при этом давление в трубопроводе 33 и в под- поршневой полости 28 равно давлению настройки предохранительного клапана 34. Давление в поршневой полости 20 импульсного клапана 2 определяется соотношением между гидравлическими сопротивлениями сбросного ствола 13 и управляемого дросселя 23, причем величина этого давления запоминается в гидропневмоаккумуляторе 22, поскольку он связан с поршневой полостью 20 импульсного клапана 2.

Величина стационарного давления, создаваемого центробежным насосом 12, фиксируется манометром 35, а уровень давления, на который настроен редукционный клапан 31, гидравлически связанный с надпоршневой полостью 27, фиксируется манометром 36. В стационарном режиме работы пульсирующего гидромонитора предохранительный обратный клапан 43, гидравлически связанный с импульсным клапаном 2, струеформиругощим стволом 15 и прерывателем 1, открыт, поскольку импульсный клапан 2 закрыт и противодавления в струеформирующем стволе 15 не создается. Работает пульсирующий гидромонитор следующим образом. Для формирования одиночного модулированного импульса необходимо открыть кран 9 при этом упадет давление в полости 8 за счет потерь в отверстии 17, а поскольку гидравлическое сопротивление крана 9 в открытом состоянии меньше гидравлического сопротивления дросселя 7, то давление в полости 8 будет меньше чем давление в полости 6. Тогда сила, действующая на поршневую группу 5 сверху, будет больше, чем сила, действующая на поршневую группу 5 снизу, и поршневая группа 5 начинает перемещаться вниз. При подходе поршневой группы 5 в крайнее нижнее положение, от полости 10 прерывателя 1 отсоединяется сбросной ствол 13 и подсоединяется струеформирую- щий ствол 15. Давление в сбросном стволе 13 падает до атмосферного, а давление в струеформирующем стволе 15 повышается до давления, создаваемого центробежным насосом 12. Уровень этого давления, - давления немодулированной части импульса, регулируется коммутационной задвижкой 11.

Импульс давления из струеформирую- щего ствола 15 распространяется в штоко- вую полость 24 импульсного клапана 2, При этом давление в штоковой полости 24 импульсного клапана 2 повышается до давления, создаваемого центробежным насосом 12, но дифференциальный поршень 19 остается в нижнем положении, поскольку площадь поршневой полости 20 больше

0 площади штоковой полости 24, давление в поршневой полости 20 изменяется медленно, - это обусловлено тем, что хотя после открытия крана 9 обратный клапан 21 закрывается, поскольку давление перед ним

5 падает до атмосферного, но давление у гид- ропневмоаккумулятора 22 изменяется плавно. По мере разрядки гидропневмоаккумулятора 22, через управляемый дроссель 23 сила, действующая на дифференциальный поршень

0 19, со стороны поршневой полости 20, уменьшается. Дифференциальный поршень 19 изменит свое положение в тот момент, когда сила, действующая на его шток, превысит силу, действующую со стороны поло5 сти 20. Данный процесс задержки момента формирования модулирующего всплеска давления по отношению к переднему фронту одиночного импульса зависит от величины гидравлического сопротивления

0 дросселя 23. После открытия ипульсного клапана 2, трубопровод 33, через обратный клапан 32, соединяется со струеформмрую- щим стволом 15. При этом обратный клапан 14 закрывается, предохраняя центробеж5 ный насос 12 от всплеска давления, который возникает за счет вытеснения жидкости из полости 28 через трубопровод 33, импульсный клапан 2, обратный клапан 32 и струе- формирующий ствол 15. Величина всплеска

0 давления определяется уровнем настройки редукционного клапана 31, а необходимый расход обеспечивается за счет разрядки аккумулятора-накопителя 29. В начале работы генератора редукционный клапан 31 на5 строен на уровень, позволяющий получать минимальную величину всплеска давления, а значит и минимальную величину эффективной дальности отбойки. Большая крутизна переднего фронта всплеска

0 модулирующего импульса давления создается за счет того, что полость 10 прерывателя 1 гидравлически связана со штоковой полостью 24 импульсного клапана 2, в результате чего в момент начала движения

5 происходит самоподхват дифференциального поршня 19 и резкое открытие импульсного клапана 2. При формировании всплеска модулирующего импульса давления, поршень 25 движется вниз и, в тот

момент времени когда он занимает крайнее

положение, расход через струеформирую- щий ствол 15 уменьшается, а обратный клапан 32 открывается. В дальнейшем импульс формируется за счет потоков жидкости, поступающих из полости 10 прерывателя потока 1, от дополнительного источника гидравлической энергии 30. При этом величина давления в струеформирующем стволе 15 повысится по сравнению с начальной фазой его формирования. Это происходит вследствие того, что дополнительный источник гидравлической энергии 30 через открытый импульсный клапан 2 и обратный клапан 21 продолжает нагнетание жидкости в струеформирующий ствол 15.

Для окончания процесса формирования импульса достаточно закрыть кран 9. При этом давление в камере .8 прерывателя потока 1 увеличивается и поршневая группа 5 занимает крайнее нижнее положение, перекрывая струеформирующий ствол 16 и соединяя полость 10 прерывателя потока 1 со сбросным стволом 13, Давление в струеформирующем стволе 15 падает и следовательно оно снижается в штокой полости 24 импульсного клапана 2, а давление в сбросном стволе 13 возрастает по мере накопления жидкости в гидропневмозккумуляторе 22, куда она подается из сбросного ствола 13 через обратный клапан 21. Когда давление жидкости в гидропневмоаккумуляторе 23 возрастет настолько что сила, действующая на дифференциальный поршень 19, будет достаточной для его перемещения в крайнее нижнее положение, импульсный клапан 2 закрывается. Жидкость дополнительного источника гидравлической энергии 30 будет нагнетаться в полость 28. Поршень 25 начинает двигаться вверх, при этом происходит зарядка аккумулятора-накопителя 29 до давления, которое определяется настройкой редукционного клапана 31. После того как поршень 25 достигнет крайнего верхнего положения, давление в трубопроводе 22 будет определяться настройкой предохранительного клапана 34, который будет сбрасывать в атмосферу весь расход жидкости от дополнительного источника гидравлической энергии 30.

Таким образом, пульсирующий гидромонитор возвращается в исходное состояние и может сформировать новый

Составитель В

единичный модулированный импульс давления. Т.к. в процессе работы генератора происходит постоянное подвигание забоя вперед, с целью повышения эффективности

гидроотбойки, необходимо изменение (увеличение) эффективной дальности отбойки, что достигается повышением величины всплеска давления.

Для формирования нового модулиро0 ванного импульса давления, повышающего эффективную дальность отбойки, необходимо редукционный клапан 31 настроить на новый уровень, увеличивающий значение всплеска давления, и открыть кран 9. Тогда

5 давление в полости 8 прерывателя потока 1 упадет и процесс формирования одиночного импульса повторяется.

Применение данного пульсирующего гидромонитора позволит в три раза увели0 чить эффективную дальность гидроотбойки без изменения величины подводимого давления и положения генератора относительно груди забоя.

25

Формула изобретения

Пульсирующий гидромонитор, включающий прерыватель потока с запорным органом, соединенный со струеформирующим и

сбросным стволами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности гидравлической отбойки путем обеспечения регулирования величины импульсовдавле- ния струи, он снабжен импульсным клапаном и накопителем, выполненным из корпуса с поршнем, расположенным с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей, и из гидропневмоаккумулятора, соединенного с надпоршневой полостью, а

подпоршневая полость накопителя посредством предохранительного клапана соединена с атмосферой, при этом импульсный клапан выполнен из корпуса с дифференциальным поршнем, расположенным с образованием поршневой и штоковой полостей, и из гидропневмоаккумулятора, причем поошневая полость импульсного клапана соединена с гидропневмоаккумулятором, со сбросным стволом и посредством дросселя

- с атмосферой, а его штоковая полость соединена со струеформирующим стволом и с подпоршневой полостью накопителя.

янников

Пульсирующий гидромонитор. Использование: гидравлическая отбойка полезных ископаемых. Сущность изобретения: гидро7 35 15 6 - л . монитор содержит прерыватель потока (1), импульсный клапан (2) и накопитель (3). Импульсный клапан (2) выполнен из корпуса

Редактор

Техред М.Моргентал

Заказ 3439ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Корректор М .Андрушенко