Гидроимпульсатор Советский патент 1982 года по МПК E21C25/60 E21C45/04 

(54) ГИДРОИМПУЛЬСАТОР

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для разрушения горных пород пульсируюш.ими струями жидкости повышенного давления. Известен гидроимпульсатор, включающий гидропневмоаккумулятор, ударный трубопровод, состоящий из двух отрезков различного диаметра, рабочую насадку и генератор колебаний, установленный между отрезками ударного трубопровода 1. Недостатком устройства является малое давление перед рабочей насадкой, полученное при определенном соотношении длин и диаметров отрезков ударного трубопровода, что приводит к снижению производительности гидроотбойника. Наиболее близким к предлагаемому является гидроимпульсатор, включающий гидропневмоаккумулятор, ударный трубопровод с рабочей насадкой, генератор колебаний, установленный между отрезками ударного трубопровода, и дополнительный гидропневмоаккумулятор с разделительной диафрагмой, установленный на ударном трубопроводе перед рабочей насадкой 2 . Недостатком известного устройства является низкое давление перед рабочей насадкой, а также постоянное по амплитуде давление Б импульсе, что приводит к снижению производительности гидроотбойки. Цель изобретения - повышение производительности гидроотбойки за счет увеличения давления перед рабочей насадкой. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, включающем гидропневмоаккумулятор, ударный трубопровод с рабочей насадкой, генератор колебаний, установленный между отрезками ударного трубопровода, и дополнительный гидропневмоаккумулятор с разделительной диафрагмой, установленный на ударном трубопроводе перед рабочей насадкой, дополнительный гидропневмоаккумулятор выполнен из двух телескопических частей, соединенных между собой посредством домкратов, а разделительная диафрагма выполнена гофрированной. На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - гидропневмоаккумулятор, разрез. Гидроимпульсатор включает гидропневмоаккумулятор 1, установленный на магистральном трубопроводе 2, ударный трубопровод, выполненный в виде двух отрезков.

один из которых большего 3, а другой меньшего 4 диаметров, генератор 5 колебаний, установленный в месте соединения ударных трубопроводов большего 3 и меньшего 4 диаметров. Сам генератор 5 колебаний состоит из поршень-клапана 6, ход которого ограничен седлами низкой 7 и высокой 8 стороны, сбросной насадки 9, соединенной с полостью 10, которая через щель между поршнем-клапаном 6 и седлом 7 низкой стороны связана с ударным трубопроводом большего 3 диаметра, воздушной полости 11, выполненной в виде разделительной диафрагмы 12 и ограничительной решетки 13. Поддиафрагменное пространство 14 воздушной полости 11 сообщено как с поршневой полостью 15 поршня-клапана 6 генератора 5 колебаний со стороны седла 7 низкой стороны, так и с магистральным трубопроводом 2 при помощи переводной трубки 16, а с атмосферой - при помощи вентиля 17 управления. На конце ударного трубопровода меньщего 4 и диаметра перед рабочей насадкой 18 установлен дополнительный гидропневмоаккумулятор 19, состоящий из подвижных частей 20 и 21 и разделительной горизонтальной диафрагмы 22. В подвижных частях 20 и 21 гидропневмоаккумулятора 19 имеются ограничительные решетки 23, 24 и 25, 26. Кроме того, подвижная часть 20 соединена с ударным трубопроводом меньшего 4 диаметра, а подвижная часть 21 - с рабочей насадкой 18. Обе подвижные части удерживаются друг относительно друга при помош,и домкратов 27 и 28, при этом на подвижной части 20 жестко укреплены цилиндры 29 и 30 домкратов 27 и 28, а штоки 31 и 32 домкратов 27 и 28 связаны с подвижной частью 21. Поршневая полость 33 поршня-клапана 6 непосредственно сообшена с ударным трубопроводом большего 3 диаметра через отверстия 34 в поршне-клапане 6, а полость 35 сообщена как с ударным трубопроводом меньшего 4 диаметра, так и с ударным трубопроводом большего 3 диаметра через щель между поршнем-клапаном 6 и седлом 8 высокой стороны. Между ограничительными решетками 23, 26 и 24, 25 подвижных частей 20 и 21 с разделительной диафрагмой 22- расположена полость 36 с переменным объемом, заполняющаяся в процессе работы гидроимпульсатора.

Гидроимпульсатор работает следующим образом.

При открытом вентиле 17 управления жидкость, поступающая по переводной трубке 16 из магистрального трубопровода 2 в поддиафрагменное пространство 14 воздущной полости 11, свободно истекает в атмосферу. Это приводит к тому, что в поршневой полости 15 давление близкое к атмосферному. Разделительная диафрагма 12 воздушной полости 11 прижата давлением воздуха к ограничительной решетке 13, находясь в крайнем правом положении. В это же время давление в полости 33 близко к подводимому ввиду того, что она через отверстия 34 поршя-клапана 6 ударный трубопровод большего 3 диаметра, внутреннюю полость гидропневмоаккумулятора 1 соединена с магистральным трубопроводом 2. Возникает перераспределение усилий на поршне-клапане 6 между поршневыми полостями 15 и 33, приводящее к перемещению порщня-клапана 6 в крайнее нижнее положение до упора в седло 7 низкой стороны. Сбросная насадка 9 заакрывается, а рабочая насадка 18 открывается. Жидкость из магистрального трубопровода 2,

проходя гидропневмоаккумулятор 1, ударный трубопровод больщего 3 диаметра, седло 7 низкой стороны, поршень-клапан 6 генератора 5 колебаний, щель между поршнем-клапаном 6 и седлом 8 высокой стороны, полость 35, заполняет ударный трубопровод меньщего 4 диаметра, гидропневмоаккумулятор 19, полость 36 которого имеет максимальный объем ввиду того, что подвижная часть 21 относительно подвижной части 20 находится в выдвинутом состоя5 НИИ, т. е. в верхнем крайнем положении, отжимая разделительную гофрированную диафрагму 22 от рещеток 23 и 26 к ограничительным решеткам 24 и 25, и истекает через рабочую насадку 18 в атмосферу. ДомJJ краты 27 и 28 находятся в выдвинутом состоянии, т. е. щтоки 31 и 32 находятся в крайнем верхнем положении относительно цилиндров 29 и 30.

Включение гидроимпульсатора в работу осуществляется закрытием вентиля 17 управления. Давление в поддиафрагменной полости 14 плавно повыщается до давления в магистральном трубопроводе 2. Во времени это будет продолжаться до тех пор, пока в поддиафрагменном пространстве 14 разделительная диафрагма 12, перемещаясь под действием сил разности давлений в поддиафрагменном пространстве 14 и первоначального давления закачки воздуха в воздушной полости 11 от ограничительной рещетки 13 не достигнет крайнего левого положения, когда давление с обеих ее сторон будет одинаковым. Давление же в поршневой полости 15 поршняклапана 6 возрастает больше, чем в поршневой полости 33 поршня-клапана, которая через отверстия 34 соединена с ударным

0 трубопроводом большего 3 диаметра и, благодаря перепаду давлений на поршне-, клапане 6, он перемещается в верхнее крайнее положение от седла 7 низкой стороны к седлу 8 высокой стороны, садясь на него.

- Поршень-клапан 6 перекрывает щель между седлом 8 высокой стороны и поршнем-клапаном 6, т. е. отсекает ударный трубопровод меньшего 4 диаметра, гидропневмоаккумулятор 19, полость 36 и рабочую насад-ку 18, и .направляет весь поток жидкости к сбросной насадке 9. Рабочая жидкость из магистрального трубопровода 2, проходя через гидропневмоаккумулятор 1, ударный трубопровод большего 3 диаметра, седло 7 низкой стороны, щель между седлом 7 низкой стороны и поршнем-клапаном 6, полость 10, поступает к сбросной насадке 6 и истекает из нее в атмосферу. А так как сбросная насадка 9 имеет гидравлическое сопротивление, меньшее сопротивления ударного трубопровода меньшего 4 диаметра и рабочей насадки 18, то сопротивление системы уменьшается. Давление жидкости в зоне генератора 5 колебаний снижается, и первая волна пониженного давления распространяется по ударному трубопроводу боль шего 3 диаметра к гидропневмоаккумулятору 1. После того, как эта волна отражается от гндропневмоаккумулятора 1 и подходит к генератору 5 колебаний, давление перед сбросной насадкой 9 и в поршневой полости 33 поршня-клапана 6 несколько возрастает, оставаясь однако меньшим, чем постоянное давление в поршневой полости 15 поршня-клапана 6. Поэтому сбросная насадка 9 остается открытой, и по ударному трубопроводу большего 3 диаметра распространяется следующая волна пониженного давления и т. д. При работе гидроимпульсатора в таранном режиме количество волн давления, пробегающих по ударному трубопроводу большего 3 диаметра в оба конца, в низкой фазе обычно равно 3-5 и зависит от величины постоянного давления в поршневой полости 15 поршня-клапана б. В ударном трубопроводе большего 3 диаметра происходит разгон жидкости до максимально возможной скорости. В это же время в ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра через рабочую насадку 18 вытекает жидкость под давлением, равным давлению закачки воздуха в гидропневмоаккумуляторе 19 при освобождении полости 36 в результате пере мещения разделительной диафрагмы 22 от решеток 24 и 25 к ограничительным решеткам 23 и 26 подвижных частей 20 и 21 гидропневмоаккумулятора 19. Закрытие сбросной насадки 9 и окончание низкой фазы колебаний давления жидкости в ударном трубопроводе большего 3 диаметра происходит тогда, когда давление перед сбросной насадкой 9 и в поршневой полости 33 поршня-клапана 6, возрастающее скачкообразно с каждым приходом отраженной от гидропневмоаккумулятора 1 волны, не станет больше, чем в поршневой полости 15 поршня-клапана 6. Поэтому на поршнеклапане 6 возникает максимальный перепад давления и он с максимально возможной скоростью перемещается в крайнее нижнее положение от седла 8 высокой стороны к седлу 7 низкой стороны. Прекращается доступ потока жидкости к сбросной

насадке 9, и оба ударных трубопровода большего 3 и меньшего 4 диаметров сообщаются между собой. Так как сопротивление заполненного жидкостью, ударного трубопровода меньшего 4 диаметра больше, чем сопротивление ударного трубопровода большего 3 диаметра, то общее сопротивление системы при этом резко возрастает. Происходит гидравлический удар, давление жидкости в зоне генератора 5 колебаний повыщается, и волна этого повышенного давления распространяется по обоим ударным трубопроводам большего 3 и меньщего 4 диаметров. Начинается высокая фаза колебаний потока жидкости в ударном трубопроводе большего 3 диаметра. Поток жидкости, поступая в ударный трубопровод меньшего 4 диаметра, имеет большую скорость по сравнению со скоростью потока жидкости, проходящего в это же время по ударному трубопроводу большего 3 диаметра, ввиду того, что сечение его больше. Таким образом, по обоим ударным трубопроводам большего 3 и меньшего 4 диаметров от генератора 5 колебаний распространяются ударные волны повышенного до одинакового давления, но различной скорости, при этом скорость в ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра больше, чем в ударном трубопроводе большего 3 диаметра. При подходе ударной волны повышенного давления и увеличенной скорости к гидропневмоаккумулятору 19 разделительная диафрагма 22 под действием сил разности давлений в ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра и первоначального давления закачки воздуха в гидропневмоаккумуляторе 19 перемещается от ограничительных решеток 23 и 26 к ограничительным решеткам 24 и 25, увеличивая объем принимаемой жидкости полостью 36. В результате перетока жидкости из ударного трубопровода меньшего 4 диаметра в полость 36 между разделительной диафраг мой 22 и ограничительными решетками 23 и 26 скорость движения жидкости в ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра резко увеличивается, а давление снижается. Возникает отраженная волна пониженного давления и дополнительно увеличенной скорости, которая распространяется к генератору 5 колебаний и рабочей насадке 18, при этом жидкость под пониженным давлением из рабочей насадки 18 истекает в атмосферу. При подходе волны пониженного давления и дополнительно увеличенной скорости к генератору 5 колебаний возникает отраженная волна повышенного давления, распространяющаяся снова по ударному трубопроводу меньшего 4 диаметра к гидропневмоаккумулятору 19. Если в момент подхода этой волны, разделительная диафрагма 22 не достигает ограничительных решеток 24 и 25, т. е. полость 36 полностью не заполнена жидкостью, то происходит дополнительный переток жидкости из ударного трубопровода меньшего 4 диаметра в полость 36 между разделительной диафрагмой 22 и ограничительными решетками 23 и 26. Скорость движения жидкости еше больше увеличивается, достигая максимально возможного значения, возникшая при этом отраженная волна снова распространяется к генератору 5 колебаний и рабочей насадке 18, из которой с этими параметрами истекает в атмосферу. Если в момент прихода отраженной от генератора 5 колебаний волны к гидропневмоаккумулятору 19, разделительная диафрагма 22 которого выстелится по ограничительным решеткам 24 и 25, полость 36 заполнится полностью, то разгон жидкости в ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра прекраш,ается. Сопротивление системы резко возрастает и определяется сопротивлением рабочей насадки 18. Происходит резкое снижение скорости движения жидкости в ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра перед рабочей насадкой 18. Возникает гидравлический удар, и давление перед рабочей насадкой 18 резко повышается до значения в несколько раз большего давления жидкости в магистральном трубопроводе 2. Волна высокого давления и пониженной скорости распространяется по ударному трубопроводу меньшего 4 диаметра и к генератору 5 колебаний. За время волнового процесса в ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра волна повышенного давления, возникшая в результате закрытия сбросной насадки 9 генератора 5 колебаний, распространяется по ударному трубопроводу большего 3 диаметра к гидропневмоаккумулятору 1 и отражается от него в виде волны давления, близкого к давлению в магистральном трубопроводе 2. При подходе этой волны к генератору 5 колебаний в поршневой полости 33 поршня-клапана 6 в резуль тате сложения отраженной от гидропневмоаккумулятора 1 волны и волны давления в ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра давление понижается до значения меньшего давления жидкости в поршневой полости 15. Давление в ней определяется параметрами переводной трубки 16, воздушной полости 1I и гидравлическим сопротивлением вентиля 17 управления и поддерживается благодаря перетоку жидкости из магистрального трубопровода. 2 по переводной трубке 16 в поддиафрагменную полость 14, а из нее в поршневую полость 15 и воздушную полость И. Под действием сил разности давлений в поршневых полостях 15 и 33 генератора 5 колебаний поршень-клапан 6 перемешается из нижнего крайнего положения в верхнее, перекрывая шель между поршнем-клапаном 6 и седлом 8 высокой стороны. Доступ жидкости из ударного трубопровода большего 3 диаметра в ударный трубопровод меньшего 4 диаметра прекрашается, а к сбросной насадке 9 - открывается. В течение времени разгона жидкости в ударном трубопроводе большего 3 диаметра в ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра наблюдается затухаюший волновой процесс. После закрытия щели между поршнем-клапаном 6 и седлом 8 высокой стороны в ударном трубопроводе меньшего 4 диаметра возникает волна низкого давления, распространяющаяся к гидропневмоаккумулятору 19. При подходе этой волны разделительная диафрагма 22 гидропневмоаккумулятора 19 под действием сил разности давлений отраженной волны перемещается от ограничительных решеток 24 и 25 к ограничительным решеткам 23 и 26. В результате этого жидкость из полости 36 между разделительной диафрагмой 22 и ограничительными решетками 23 и 26 вытесняется в ударный трубопровод меньшего 4 диаметра и из него через рабочую насадку 18 в атмосферу. Возникает отраженная от гидропневмоаккумулятора 19 волна увеличенной скорости и пониженного давления до давления, равного первоначальному давлению воздуха в гидропневмоаккумуляторе 19. Эта волна распространяется к генератору 5 колебаний и повторно, отражаясь от него, приходит к гидропневмоаккумулятору 19. Если разделительная диафрагма 22 в этот момент времени опирается на ограничительные решетки 23 и 26, т. е. полость 36 имеет нулевой объем, то волновой процесс в системе заканчивается. Начинается низкая фаза колебаний. Оба трубопровода разделены между собой. Процесс работы повторяется. Гидроимпульсатор входит в режим автоколебаний. В процессе работы гидроимпульсатора в автоколебательном режиме при помощи домкратов 27 и 28 можно изменять объем жидкости, принимаемой полостью 36 между разделительной диафрагмой 22 и ограничительными решетками 23 и 26 гидропневмоаккумулятора 19. Благодаря тому, что разделительная диафрагма 22 выполнена гофрированной, она в процессе изменения объема полости 36 остается цельной. Выполнение гидропневмоаккумулятора телескопическим обеспечивает изменение объема, принимаемого гидропневмоаккумулятором при отборе жидкости из ударного трубопровода меньшего диаметра, т. е. увеличение суммарного расхода жидкости перед рабочей насадкой. Это приводит к увеличению скорости потока жидкости в ударном трубопроводе меньшего диаметра до места подключения гидропневмоаккуму лятора и, в конечном итоге, при торможении потока жидкости перед рабочей насадкой к повышению амплитуды повышенного давления. Кроме того, изменение объема между ограничительными решетками и разделительной диафрагмой гидрвпневмоаккумулятора обеспечивает изменение амплитуды повышенного давления, которое осуществляется при помощи домкратов автоматически.

Формула изобретения

Гидроимпульсатор, включающий гидропневмоаккумулятор, ударный трубопровод с рабочей насадкой, генератор колебаний, установленный между отрезками ударного трубопровода, и дополнительный гидропневмоаккумулятор с разделительной диафрагмой, установленный на ударном тру16

бопроводе перед рабочей насадкой, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности гидроотбойки за счет увеличения давления перед рабочей насадкой, дополнительный гидропневмоаккумулятор выполнен из двух телескопических частей, соединенных между собой посредством домкратов, а разделительная диафрагма выполнена гофрированной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

W

Фи2.1

Фиг. 2