Устройство для термического разрушения горных пород пульсирующими струями высокотемпературного газа Советский патент 1979 года по МПК E21C21/00 E21B7/14 

1

Изобретение относится к устройству для термического разрушения горных пород пульсирующими струями высокотемпературного газа и может использоваться для бурения скважин и поверхности обработки пород.

Известно устройство для термического разрушения горных пород пульсирующими струями высокотемпературного газа, получаемого в результате сжигания смеси горючего с окислителем. Оно имеет камеру сгорания, периодически сообщаемую через клапан с полостью, которая соединена с магистралями подвода горючего и окислителя и является собственно форкамерой для предварительного смещения горючего и окислителя М Клапан открывается, когда давление в камере сгорания становится ниже давления смеси в форкамере. В момент восплменения топливной смеси в камере сгорания клапан закрывается и продукты сгорания выбрасываются через сопло, осуществляя разрушение породы. Таким

образом получается пульсирующая сверхзвуковая струя.

В этом устройстве клапан, перекрывающий подачу топливной смеси, расположен на границе форкамеры и камеры сгорания в зоне высоких температур, что приводит к его подгоранию и быстрому износу. В результате надежность устройства в работе снижается.

Кроме того, подпружиненный клапан, как механическая система, обладает инерционностью, что ограничивает частоту пульсации. Так, например, в известном устройстве частота пульсаций не превышает 2 О Гц и не может регулироваться в процессе работы, хотя такая необходимость существует в зависимости от типа буримых пород.

Наиболее близким к изобретению является устройство для термического разрушения горных пород пульсирующими струями .высокотемпературного газа, включающее работающую на смеси горючего и окислителя камеру сгорания с con- 3 лом для истечения образующихся продук тов сгорания и приспособление для придания истечению струй пульсирующего характера| имеющее сообщаемую с рабочим пространством камеры сгорания емкость и соединенную с магистралью подвода горючего 2j. В этом устройстве приспособление для придания пульсирующего характера истечению струй представляет собой фор камеру для смещения горючего и окисли теля, периодически сообщаемую с камер сгорания посредством клапанов. Для повышения срока службы устройства каналы, соединяющие смесительную форкаме- ру с камерой сгорания, выполнены из ряда коленообразных участков, в которы размещены клапаны с возможностью зак рывания под собственным весом. Однако в известном устройстве также отсутствует возможность регулирования частоты пульсаций истечения газовых струй. Цель изобретения - обеспечить регулирование частоты пульсаций газобыл струй. Это достигается тем, что емкость указанного приспособления выполнена с регулируемым объемом и сообщена с рабочим пространством камеры сгорания через магистраль подвода горючего. При этом приспособление для придания истечению струй пульсирующего характера выполнено в виде цилиндра с подвижно установленным в нем поршнем разделяющим его пространство на две емкости, одна из которых соединена с Магистралью подвода горючего, а другая заполнена сжатым газом.На чертеже дана принципиальная схем предлагаемого устройства. Устройство для термического разрушения горных пород включает камеру 1 сгорания с завихритслем 2 для окислителя и форсункой 3 для распыливания горючего на входе и с соплом 4 для ис течения образующихся продуктов сгорания на выходе. Окислитель подается в рабочее прсгстранство камеры 1 сгорания по каналу буровой штанги или по ма гистрали (не показаны) . Магистраль 5 подвода горючего соединена с форсункой 3 к сообщена трубкой 6 с емкостью 7 регулируемого объема, которая расположена в цилиндре 8 И ограничена его поршнем 9. Емкость 10 цилиндра 8 заполнена сжатым газом, воздействующим на поршень 9. 724 На магистрали 5 подвода горючего установлены вентили 11, 12 и 13, при этом вентиль 13 расположен на параллельном участке 14 магистрали 5. Устройство работает следующим образом. При его запуске открывают сначала вентиль 13 на участке 14 магистрали 5 и закрывают вентили 11 и 12. Одно- временно в камеру 1 сгорания открьшается доступ окислителя. В камере 1 сгорания по мере поступления в нее горючего и окислителя образуется топливная смесь, которую любым известным способом воспламеняют, после чего вьгоодят устройство на рабочий режим. В результате стенки .камеры 1 сгорания нагреваются до температуры, значительно превышающей температуру воспламенения топливной смеси. Затем открывают вентили 11 и 12 и закрывают вентиль 13. Горючее из магистрали 5 по трубке 6 поступает в емкость 7 цилиндра 8. Возн икающие в камере 1 сгорания пульсации давления через каналы форсунки 3 распространяются в магистраль 5 и емкость 7 цилиндра 8, где усиливаются за счет сжатия газа в емкости 10. Увеличение амплитуды пульсации давления объясняется тем, что декремент затухания колебаний давления в жидкости значительно превышает таковой в газах;.. Регулирование частоты пульсации горения топливной смеси достигае-гся путем перемещения поршня 9, что вызывает изменение объемов емкости 7 и 10. Регулирование может производиться в процессе работы устройства в широком диапазоне частот. Формула изобретения 1. Устройство для термического разрушения горных пород пульсирующими струями высокотемпературного газа, включающее работающую на смеси Горючего и окислителя камеру сгорания с соплом для истечения образующихся продуктов сгорания и приспособление для придания истечению струй пульсирующего характера, имеющее сообщаемую с рабочим пространством камеры сгорания емкость и соединенную с магистралью подвода горючего, отличающееся тем, что, с целью регулирования частоты пульсаций, емкость указанного 569 приспособления выполнена с регулируемым объемом и сообщена с рабочим пространством камеры сгорания через магистраль подвода горючего. 2. Устройство по п. 1, отличаю щ е е с я тем, что приспособление для придания истечению струй пульсирующего характера выполнено в виде цилиндра с подвижно установленным в нем порш нем, разделяющим его пространство на 26 две емкости, одна из которых соединена с магистралью подвода горючего, а другая заполнена сжатым газом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 473О12, кл.Е 21 С 21/00, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 524913, кл. Е 21 С 21/ОО, 1975.