(54) СПОСОБ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СРЕД
1
Изобретение относится к торному делу, а илленно-к способам термодинамического раз рушенияминеральных сред, в частности горных- пород, сверхзвуковой струей высокотем пературного газа.
Известен способ термодинамического раз рушения горных пород сверхзвуковой струей высокотемпературного газа, который получают сжиганием топливной смеси в камере сгорания и направляют из нее через сопловую насадку на разрушаемую поверхность, при этом на истекающую струю газа накладывают высокочастотные колебания (1).
С помоидью источника высокочастотных колебаний в истекающей струе газа создают упругие стоячие волны, турбулизующее истечение горячих и холодных струй газа, интенсифицируя тем самым теплообмен н процесс разрушения.
Однако поток энергии, подводимой к разрушаемой поверхности, формируется в виде волн с различными амплитудами и фазами, что приводит к значительным энергетическим потерям, обусловленным внутренним трением в газовой струе. Кроме того, на создание колебаний тратится часть энергии самой разрушающей струи.при
положение источника колебаний в виде свободно подвешенной заслонки на пути исключения газовой струи тормозит и снижает ее кинетическую энергию.
Более близким техническим решением к J нзобретению является способ термодинамического разрушения минеральных сред сверхзвуковой струей высокотемпературного газа, который получают сжиганием смеси углеводородного горючего и окислителя в замкнутом объеме камеры сгорания, направляют 0 его через сопловую насадку на разрушаемую поверхность и сообщают истекающей струе газа высокочастотные колебания в продольном направлении
Этот способ, благодаря иному выполнению источника высокочастотных колебаний, позволяет избежать затрат энергии на сообщение колебаний истекающей струе газа.
Однако, как и в первом случае, поток -энергии, подводимый к разрушаемой среде, формируется в виде волн с различными амплитудами и частотами, в результате чего имеют место значительные энергетические затраты за счет внутреннего трения в газовой струе. Поэтому эффективность разрушения остается невысокой.
Цель изобретения заключается в том, чтобы повысить эффективность разрушения за счет увеличения детонационного воздействия газовой струи.;
Эта цель достигается тем,что высокочастотные колебания создают; непосредственно в камере сгорания путел высокочастотных изменений ее объема и вызывают резонансное усиление той из чартот колебаний струи, которая совпадает счастотой изменений объема камеры.,
На фиг. 1 показано схемат(1чно устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - диаграммы, .поясняющие процесс возникновения резонансных незатухающих колебаний в камере сгЬрания.
Устройство для осуществления способа содержит камеру 1 (фиг. 1) сгорания с сопловой насадкой 2 и с форсункой 3 для распыливания горючего.
Внутри камеры 1 сгорания расположен порщень 4, который посредством щтоков 5, выступающих из камеры I, соединен с вибрационным приводом (на чертеже не показан). Камера сгорания снабжена также каналами (на чертеже не показаны) для подвода окислителя.
Горючее, например бензин, и окислитель, в качестве которого используют воздух, подают в пространство камеры сгорания, где они перемешиваются, образуя топливнудо смесь, которую затем воспламеняют.
Режим горения носит вибрационный характер, имеющий щирокий спектр колебаний со случайным распределением различных частот и ам-плитуд, определяемых конструкцией устройства и составом топливной смеси. Для получения детонационного режима горения включают вибрационный привод, воздействующий на поршень 4. Регулируя механические характеристики привода, подбирают частоту колебаний поршня 4, близкую к частоте собственных колебаний частиц разрушаемой породы. Колебания поршня 4 калагаютсл на спектр колебаний газовой струи, истекающей со сверхзвуковой скоростью через сопловую насадку 2 на разрушаемую поверхность. При этом колебания поршня 4 вводят в резонанс с той из частот колебаний струи, которая совпадает с частотой изменений объема камеры 1 сгорания. В результате истекающая газовая струя приобретает ярко выраженный импульсный, динамический, детонационный характер.
Схема возникновения незатухающих коле баний давления в камере сгорания приведена на фиг. 2.
Если в какой-то момент давление в камеpje сгорания изменится на ДР« (фиг. 2,а),
то в результате этого изменится перепад давлений ДР,, на форсунке (фиг. 2,6), причем большему значению ДРк будет соответствовать меньшее ЛР(р и наоборот.
С изменением ДРц изменится расход горючего в камере сгорания на величину Дбг (фиг. 2, в).. Ввиду того, что компоненты топливной смеси, находящиеся в подводящих магистралях, имеют конечную массу, изменение расхода горючего начнется не одновременно с изменением Д1,а спустя некоторое время t., (фиг. 2, г) инерционного запаздывания.
Аналогично, изменение газообразования . 16 в камере сгорания начнется не сразу с изменением расхода горючего, а только по истечении периода Tip преобразования.
Так как камера сгорания имеет определенную емкость, то эффект изменения газообразования скажется на давлении в камере не мгновенно, а лишь спустя время Тц (фиг. 2, д).
Таким образом, после появления первого возмущения давление в камере сгорания не вернется к своему прежнему значению, а отклонится в другую сторону (а).
В результате применения предлагаемого способа удается повысить кинетическую экер - гию струи как за счет передачи энергии от вибрационного привода, так я за счет интенсификации процессу горения топливной .смеси ввиду резонансных явлений.
Формула изобретения
Способ термодинамического разрушения минеральных сред сверхзвуковой струей высокотемпературного газа, который получают сжиганием смеси углеводородного горючего и окислителя в замкнутом объеме камеры сгорания, направляют его через сопловую насадку на разрушаемую поверхность и сообщают истекающей струей газа высокочастотные колебания в продольном направлении, отличающийся тем, что, с целью повыше.ния эффективности разрушения за счет увеличения детонационного воздействия газовой струи, высокочастотные колебания создают непосредственно в камере сгорания путем высокочастотных изменений ее объема и вызывают резонансное усиление той из частот колебаний струи, которая совпадает с частотой изменений объема камеры.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
