Гидроимпульсатор Советский патент 1980 года по МПК E21C25/60 E21C45/04 

(предельных) режимах существенно снижается его КПД, т. к. непроизводительный сброс жидкости через сбросную насадку при этом увеличивается.

Целью настоящего изобретения является увеличение производительности гидроотбойки путем повышения давления на выходе из системы.

Указанная цель достигается тем, что в известном гидроимпульсаторе, содержащем гидропневмоаккумулятор, ударный трубопровод, состоящий из двух отрезков различного диаметра, рабочую насадку и генератор колебаний с поршень-клапаном, ход которого ограничен седлами высокой и низкой стороны, сбросную насадку, воздушную полость, переводную трубку и вентиль управления, генератор колебаний установлен между отрезками ударных трубопроводов, причем диаметр трубопровода, присоединенного к седлу высокой стороны, на одну треть меньше диаметра трубопровода, подсоединенного к седлу низкой стороны, и в 4-5 раз больше дидметра рабочей насадки.

На чертеже изображена принципиальная схема гидроимпульсатора.

Гидроимпульсатор содержит гидропневмоаккумулятор 1, ударный трубопровод, состоящий з двух отрезков большого 2 и малого 3 диаметров, в месте сочленения которых установлен генератор колебаний с порщень-клапаном 4, ход которого ограничен седлами низкой 5 и высокой 6 сторонь, сбросной насадок 7, воздушная полость 8, поддиафрагменное пространство, которое сообщено с поршневой полостью поршеньклапана 4 со стороной седла 5 непосредственно, а с магистральным трубопроводом 9 и атмосферой-соответственио посредством переводной трубки 10 и вентиля управления 11. На свободном конце ударного трубопровода 3 установлена рабочая насадка 12.

Гидроимпульсатор работает следующим образом. Нри открытом вентиле управления И, вода, поступающая по переводной трубке 10 из магистрального трубопровода 9 в поддиафрагменное пространство воздушной полости 8, свободно истекает в атмосферу. Это приводит к тому, что в поршневой полости со стороны седла 5 (полость А) давление остается близким к атмосферному. Поэтому, когда вода поступает из магистрального трубопровода 9 во внутреннюю полость поршень-клапана 4 и давление в поршневой полости со стороны седла 6 (полость В) становится равным подводимому, последний перемещается в крайнее левое положение до упора в седло 5. В результате вода, пройдя через генератор колебаний, заполняет ударный трубопровод 3 и истекает через рабочую насадку 12.

После этого необходимо вентиль управления 11 закрыть, что приведет к росту давления в полости А до подводимого. Равенство давлений в полостях А и В порщень-клапана 4 приводит к перемещению

его в крайнее правое положение до упора

в седло высокой стороны 6. Открывается

доступ воды из трубопровода 2 к сбросной

насадке 7 и прекращается доступ воды в

трубопровод 3. Происходит разгон воды в

ударном трубопроводе 2 до максимально

возможной скорости.

Ввод гидроимпульсатора в режим автоколебаний происходит после снижеция давления в полости А до величины меньщей, чем давление в полости В, путем открывания вентиля управления 11. В дальнейшем давление в полости А остается постоянным

и по величине меньшим, чем подводимое (в магистральном трубопроводе 9).

Как только давление в полости А станет ниже, чем в полости В, поршень-клапан 4 переместится в крайнее левое положение.

Закрывается доступ воды к сбросной насадке 7 и оба ударных трубопровода сообшаются между собой. Начинается высокая; фаза колебаний потока в ударном трубопроводе 2.

Поступая в ударный трубопровод 3 меньшего сечения, поток воды имеет болыцую скорость по сравнению со скоростью потока воды, проходящего в это время по ударному трубопроводу 2, так как сечение последнего больше. Таким образом, по обоим ударным трубопроводам от генератора колебаний распространяются ударные волны повышенного до одинакового давления, но различной скорости, причем скорость в трубопроводе 3 больше, чем в трубопроводе 2,

Когда ударная волна, распространяюшаяся по трубопроводу 3, достигает рабочей

насадки 12, скорость потока уменьшается,

т. к. сопротивление насадки больше, чем сопротивление трубопровода 3. В результате этого, давление снова возрастает и волна этого вторично повышенного давления распространяется от рабочей насадки 12 к генератору колебаний.

В это же время по ударному трубопроводу 2 в сторону гидропневмоаккумулятора 1 распространяется волна предварительно повышенного давления, которая отражается от последнего волной подводимого давлеПИЯ. Когда отраженная от гидропневмоаккумулятора 1 волна подходит к генератору колебаний, давление у последнего снижается и становится меньше, чем давление в полости А поршень-клапана. В результате

разности давлений в полостях А и В, поршень-клапан 4 перемещается в крайнее правое положение. Доступ воды из трубопровода 2 в трубопровод 3 прекращается, а сбросная насадка 7 открывается. Оканчивается высокая фаза колебаний давления в ударйом трубопроводе 2 и начинается низкая. К гидропневмоаккумулятору 1 распространяется первая волна пониженного давления. После того как эта волна отразится от гидропневмоаккумулятора и поДойдет к генератору колебаний, давление перед сбросной насаДкбй 7 в полосТй В несколько возрастает, оставаясь однако меньшим, чем постоянное давление в полости А поршень-клапана 4. Поэтому сбросная насадка 7 остается открытой и по ударному трубопроводу 2 распространяется следуюш;ая волна пониженного давления и т. п. При работе гидроимпульсатора в таранном режиме количество волн давления, пробегаюш.их по ударному трубопроводу 2, в оба конца в низкой фазе обычно равно 3-5 и зависит от величины постоянного давления в полости А поршень-клапана 4. Закрытие сбросной насадки 7 и окончание низкой фазы колебаний давления воды в ударном трубопроводе 2 происходит тогда, когда давление перед сбросной насадкой 7 и в полости В поршень-клапана 4, возрастаюш,ее скачкообразно с каждым приходом отраженной от гидропневмоаккумулятора 1 волны, пе станет больше, чем в полости А.

В течение низкой фазы в трубопроводе 2, он гидравлически не связан с трубопроводом 3. Поэтому колебания потока в обоих трубопроводах не влияют друг на друга.

Состояние потока в ударном трубопроводе 3 в непосредственной близости к генератору колебаний на момент начала низкой фазы зависит от соотношения длин обоих трубопроводов. Если эти длины одинаковы, то в момент открытия сбросной насадки 7, т. е. в момент начала низкой фазы, к генератору колебаний по ударному трубопроводу 3 от рабочей пасадки 12 подходит волна повышенного давления и встречает тупик. Скорость гасится до нуля. Так как скорость движения потока в подошедшей волне имеет вектор, направленный в сторону рабочей насадки 12, то ее снижение до нуля приводит к снижению давления. Волна этого сниженного давления распространяется снова к рабочей насадке 12. Когда волна достигает последней, истечение через нее воды под повышенным давлением прекраш,ается. Давление снижается и к генератору колебаний идет волна этого сниженного давления и скорости, имеющие направление в сторону рабочей насадки. В течение низкой фазы между насадками 12 и генератором колебаний пробегает такое же количество ударных волн как и в трубопроводе 2 между генератором колебаний и гидроиневмоаккумулятором 1.

Если длина ударного трубопровода 3 больше, чем ударного трубопровода 2, то картина колебаний потока в первом из них несколько отличается от рассмотренной. В этом случае в момент отк)ртия сбросной насадки 7, т. е. в момент начала низкой фазы колебаний потока в ударном трубопроводе 2, в ударном трубопроводе 3 происходит отрыв потока от генератора колебаний. В результате образуется разрыв сплошности потока. Давление снижается ниже атмосферного и волна этого давления распространяется к насадке 12 и встречается с волной повышенного давления, которая движется от насадки 12 к генератору колебаний. Место встречи этих волн зависит от соотношения длин трубопроводов 2 и 3. В результате встречи этих воли образуется новая ударная волна, и когда она достигает насадки 12 перед последней давление снижается от повышенного до атмосферного. По всей длине ударного трубопровода 3 устанавливается атмосферное давление. Длительность суш,ествования перед насадкой 12 повышенного давления, как и в первом случае определяется продолжительностью высокой фазы в ударном трубопроводе 2. И, наконец, если длина ударного трубовода 3 меньше, чем трубопровода 2, то за время высокой фазы колебаний между генератором и рабочей иасадкой 12 успевает пробежать несколько волн повышенного давления. Причем, максимально повышенное давление перед рабочей насадкой будет суш,ествовать только в течение части высокой фазы, т. е. в течение времени потребного для пробега ударной волны от насадки к генератору колебаний и обратно. После этого, давление перед рабочей насадкой 12 устанавливается близким к значению давления, которое возникает в начале высокой фазы в зоне генератора колебаний, т. е. к тому давлению, которое было бы перед рабочей насадкой, если бы трубопровод 3 отсутствовал.

Когда оканчивается низкая фаза колебаний в ударном трубопроводе 2, т. е. поршень-клапан 4 перемеш,ается в крайнее левое положение, сбросная насадка 7 закрывается. Начинается высокая фаза колебаний. Оба трубопровода гидравлически сообш,аются между собой. Процесс работы повторяется. Гидроимпульсатор входит в режим автоколебаний.

Формула изобретения

1.Гидроимпульсатор, содержаш,ий гидропневмоаккумулятор, ударный трубопровод, состояш,ий из двух отрезков различного диаметра, рабочую насадку и генератор колебаний с поршень-клапаном с седлами высокой и низкой стороны сбросной насадкой, воздушной полостью и вентилем управления, отличаюш,ийся тем, что, с целью увеличения производительности гидроотбойки путем повышения давления на выходе из системы, генератор колебаний установлен между отрезками ударного трубопровода.

2.Устройство по п. 1, отличаюш,еес я тем, что диаметр трубопровода, подсоединенного к седлу высокой стороны, на одну треть меньше диаметра трубопровода, подсоединенного к седлу низкой стороны и в 4-5 раз больше диаметра рабочей насадки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 594322, кл. Е21С 25/60, 06.12.77.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2473071/22-03, кл. Е 2,1С 45/00, 13.04.77..

11

Ъ

2