Гидроимпульсатор-накопитель

 

Изобретение относится к гидроимпульсной технике и м.б. использовано в горной промышленности, в гидротехническом строительстве и в энергетике для очистки теплоэнергетических элементов котлоагрегатов электростанций. Цель изобретения - повышение надежности и эффективности гидроотбойки . Гидроимпульсатор-накопитель включает запорный клапан 8 и гидропневмоаккумулятор б, соединенные со струйным разделителем 2. Запорный клапан 9 включает поршень-клапан 9, размещенный в корпусе 10. Запоршневая полость 11 сообщена со вспомогательной магистралью 12, а заседельное пространство 13 - со стволом 14. Посредством последовательно установленных клапанов (К) 20, 28 минимального и максимального давлений газовая полость 17 гидропневмоаккумулятора 6 соединена с емкостью со сжатым газом 37. Для этого заседельные полости 25 и 35 К 20 и К 28 соединены между собой, с гидропневмоаккумулятором 6 и емкостью 37 с газом. Это позволяет при ограниченных габаритных размерах и массе гидропневмоаккумулятора 6 и емкости 37 накапливать большие объемы жидкости высокого давления и получать высокие мощности импульса давления в стволе 14. 1 ил. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„ 384758

А1 дц 4 Е 21 С 45 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

11 о

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4094414/22-03 (22) 14.07.86 (46) 30.03.88. Бюл. № 12 (71) Донецкий политехнический институт (72) Г. М. Тимошенко, В. А. Бугрик, В. М. Оверко, С. А. Селивра и А. Г. Богданов (53) 622. 234.5:622.272 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1274383, кл. Е 21 С 45/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1347566, кл. Е 21 С 45/00, 1985. (54) ГИДРОИМПУЛЬСАТОР-НАКОПИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к гидроимпульсной технике и м.б. использовано в горной промышленности, в гидротехническом строительстве и в энергетике для очистки теплоэнергетических элементов котлоагрегатов электростанций. Цель изобретения — повышение надежности и эффективности гидроотбойки. Гидроимпульсатор-накопитель включает запорный клапан 8 и гидропневмоаккумулятор 6, соединенные со струйным разделителем 2. Запорный клапан 9 включает поршень-клапан 9, размещенный в корпусе 10.

Запоршневая полость 11 сообщена со вспомогательной магистралью 12, а заседельное пространство 13 — со стволом 14. Посредством последовательно установленных клапанов (К) 20, 28 минимального и максимального давлений газовая полость 17 гидропневмоаккумулятора 6 соединена с емкостью со сжатым газом 37. Для этого заседельные полости 25 и 35 К 20 и К 28 соединены между собой, с гидропневмоаккумулятором

6 и емкостью 37 с газом. Это позволяет при ограниченных габаритных размерах и массе гидропневмоаккумулятора 6 и емко- сти 37 накапливать большие объемы жидкости высокого давления и получать высокие мощности импульса давления в стволе 14.

1 ил.

1384758

Изобретение относится к гидроимпульсной технике, в частности к конструкции гидроимпульсаторов, и может быть использовано в угольной и горнорудной промышленности, в гидротехническом строительстве для разрушения угля и горных пород импульсными струями высокого давления, а также в энергетике для очистки теплоэнергетических элементов котлоагрегатов электростанций.

Целью изобретения является повышение надежности устройства за счет улучшения условий работы уплотнительных элементов и повышение эффективности гидроотбойки за счет увеличения мощности импульса.

На чертеже показана принципиальная схема гидроимпульсатора-накопителя.

Предложенный гидроимпульсатор-накопитель содержит установленные на подводящей магистрали 1 струйный разделитель 2, представленный соосно расположенными по20 дающим насадком 3, соединенным с подводящей магистралью 1, и приемным насадком

4, соединенным посредством патрубка 5, на котором установлен гидропневмоаккумулятор 6, с внутренней полостью седла 7 за- 25 порного клапана 8. Запорный клапан 8 включает поршень-клапан 9, размещенный в корпусе 10 с образованием запоршневой полости 11, соединенной вспомогательной магистралью 12 с источником постоянного давления (не показан), в качестве 30 которого использована, например, насосная станция механизированной крепи типа

СНУ вЂ” 9, СНà — 32. Причем давление в подводящей магистрали 1 установлено на 20 — 25Я выше давления во вспомогательной магистрали 12. В нижней части корпуса 10 выпол- 35 нено седло 7, которое с одной стороны через патрубок 5 соединено с приемным насадком

4 и гидропневмоаккумулятором 6, а с другой стороны через заседельное пространство

13 — со стволом 14.

Гидропневмоаккумулятор 6 включает разделительную диафрагму 15, ход которой ограничен решеткой 16, и газовую полость 17, которая соединена трубкой 18 с внутренней полостью седла !9 клапана 20 минимального давления. Клапан 20 минимального дав- 45 ления выполнен в виде поршня-клапана 21, размещенного в корпусе 22 с образованием запоршневой полости 23, соединенной с атмосферой. В запоршневой полости 23 установлена пружина 24, которая настроена на закрытие клапана 20 при снижении давле- 50 ния в газовой полости 17 ниже минимального уровня, т.е. на 3 — 5оо ниже среднего значения. В нижней части корпуса 22 выполнено седло 19, соединенное с одной стороны с газовой полостью 17 гидропневмоаккумулятора 6, а с другой стороны посред55 ством заседельной полости 25 и трубки 26— с внутренней полостью седла 27 клапана 28 максимального давления. Последний выполнен в виде поршня-клапана 29, размещенного в корпусе 30 с образованием запоршневой 31 и штоковой 32 полостей. Запоршневая полость 31 посредством канала 33 в поршне-клапана 29 соединена с внутренней полостью седла 27. В штоковой полости 32, соединенной с атмосферой, установлена пружина 34, которая настроена на закрытие клапана 28 при повышении давления в газовой полости 17 и запоршневой полости

31 выше максимального значения, т.е. на

3 — 5Я выше среднего значения. Выполненное в нижней части корпуса 30 седло 27 сое. динено с одной стороны с заседельной полостью 25 клапана минимального давления

20, а с другой стороны через заседельную полость 35 и трубку 36 — с емкостью

37 с сжатым газом. Таким образом, емкость 37 с газом соединена с газовой полостью 17 гидропневмоаккумулятора 6 посредством последовательно установленных клапанов минимального 20 и максимального 28 давлений, заседельные полости 25 и 35 которых соединены между собой, с гидропневмоаккумулятором 6 и емкостью 37 с газом.

Гидроимпульсатор-накопитель работает следующим образом.

До момента подвода рабочей жидкости под давлением к подводящей 1 и вспомогательной 12 магистралям разделительная диафрагма 15 гидропневмоаккумулятора 6 находящимся в газовой полости 17 под давлением закачки (10 — 11 МПа) сжатым газом прижата к ограничительной решетке 16, в емкости 37 газ находится под давлением минимального уровня рабочего давления (на 3 — 5Я ниже его среднего значения).

Так как давление в газовой полости 17 и емкости 37 ниже минимального уровня, поршень-клапан 21 клапана 20 минимального давления находится в крайнем нижнем положении, прижат к седлу 19 и изолирует газовую полость 17, где давление закачки от емкости 37, где давление близко к рабочему (25 — 35 МПа), т.е. существенно выше давления закачки. Поршень-клапан 29 клапана

28 максимального давления находится в крайнем верхнем положении, поршень-клапан 9— в произвольном.

Перед включением гидроимпульсатора-накопителя в работу вспомогательная магистраль 12 соединяется в источником постоянного давления и в запоршневой полости 11 начинает действовать высокое давление источника, под действием которого поршеньклапан 9 перемещается вниз и прижимается к седлу 7, изолируя ствол 14 от гидропневмоаккумулятора 6 и приемного насадка 4.

Гидроимпульсатор-накопитель готов к запуску в автоколебательный режим.

Ввод устройства в режим автоколебаний осуществляется подачей рабочей жидкости под давлением, на 20 — 25О превышающим давление во вспомогательной магист1384758

55 рали 12, в подводящую магистраль 1, откуда она поступает к подающему насадку

3 струйного разделителя 2, истекает в виде струи и попадает в приемный насадок 4. где преобразуется в поток высокого давления. Далее через патрубок 5 жидкость поступает под разделительную диафрагму

15 гидропневмоаккумулятора 6 и во внутреннюю полость седла 7. Давление в этих полостях сразу поднимается до давления закачки газа в газовой полости 17, вся жидкость из приемного насадка 4 поступает в гидропневмоакккумулятор 6, объем его газовой полости 17 уменьшается, а давление в ней, патрубке 5 и приемном насадке 4 возрастает. Объем газовой полости небольшой (лишь в 3 — 4 раза превышает объем жидкости, накапливаемой и отдаваемой гидропневмоаккумулятором б за период), и давление в системе быстро возрастает до минимального уровня рабочего давления, а объем газовой полости 17 уменьшается до величины, лишь немного (на 10 — 15Я) превышаюшей объем накапливаемой в фазе зарядки жидкости. После этого дальнейшее повышение давления в газовой полости 17, а следовательно, и внутренней полости седла 19 приводит к тому, что усилие, действующее на поршень-клапан 21 со стороны внутренней полости седла 19, превышает усилие со стороны пружины 24 в запоршне вой полости 23, поршень-клапан 21 перемещается вверх и сообшает газовую полость

17 через трубки 18, 26, 36 и заседельные гголости 25 и 35 с емкостью 37 со сжатым газом, объем которой в 10 и более раз превышает объем накапливаемой в фазе зарядки жидкости. Теперь повышение давления в системе происходит значительно медленнее. Вся жидкость из приемного насадка 4 поступает под разделительную диафрагму

15, и на такую же величину уменьшается объем газовой полости 17, газ в ней частично сжимается, а большая часть его через трубки 18, 26, 36 и открытые клапаны 20 и 28 перетекает в емкость 37, и в ней также происходит сжатие газа практически на такую же величину, как и в полости 17, т.е. происходит накопление полостями 17 и 37 с газом энергии, подводимой к гидроимпульсатору-накопителю — фаза зарядки. Это продолжается до тех пор, пока гидропневмоаккумулятор 6 не накопит такой объем жидкости, что давление в нем, которое плавно повышается, превысит максимальный уровень рабочего давления (на 3 — 5Я выше среднего уровня). При этом усилие, действующее вниз на поршень-клапан 29 клапана

28 максимального давления со стороны запоршневой полости 31, начинает превышать действующее на него вверх усилие со стороны пружины 34, расположенной в штоковой полости 32, где атмосферное давление. Под действием этой разности усилий поршень-клапан 29 перемещается вниз до

45 упора в седло 27 и изолирует газовую полость

17 от емкости 37. Объем газовой полости

17 в это время (после приема гидропневмоаккумулятором 6 накапливаемого объема жидкости) очень мал (10 — 15 Д накапливаемого объема жидкости), и дальнейший прием жидкости под разделительную диафрагму

15 сопровождается быстрым ростом давления в гидропневмоаккумуляторе б, приемном насадке 4, патрубке 5 и внутренней Нолости седла 7. Возрастание давления на выходе приемного насадка 4 происходит за счет того, что увеличивается расход жидкости, сливаемой в атмосферу со струйного разделителя 2, уменьшается расход через приемный насадок 4 и, следовательно, потери на нем. В период роста давления в системе и, в частности, в газовой полости 17 клапан

28 максимального давления остается по-прежнему закрытым, так как увеличивается давление и в запоршневой полости 31, сообщающейся с газовой полостью 17 через канал

33, прижимающее поршень-клапан 29 к седлу

27 в этот период. Через незначительное время давление в приемном насадке 4, гидропневмоаккумуляторе 6 и внутренней полости седла 7 повышается до давления в подводящей магистрали 1, т.е. на 20 — 25О выше давления во вспомогательной магистрали 12 и запоршневой полости 11. В результате усилие, действующее вверх на поршеньклапан 9 со стороны внутренней полости седла 7, начинает превышать усилие, действующее со стороны запор ш невой полости 11 вниз. Под действием этой разности усилий поршень-клапан 9 быстро перемещается вверх до упора в выступ корпуса 10 и сообщает гидропневмоаккумулятор 6 и приемный насадок 4 через патрубок 5 и заседельное пространство 13 со стволом 14.

Так как подводимый к гидроимпульсаторунакопителю расход ограничен, давление в стволе 14 и патрубке 5 начинает падать ниже давления в гидропневмоаккумуляторе 6.

Под действием этой разности давлений разделительная диафрагма 15 перемешается влево и вытесняет жидкость в патрубок 5 и далее в ствол 14 и поддерживает в них давление, близкое к давлению в гидропневмоаккумуляторе 6, обеспечивая повышенный в сравнении с подводимым расход через ствол 14.

Поскольку объем газовой полости 17 мал, давление в ней при выдаче жидкости из гидропневмоакку мул ятора 6 падает очень быстро и становится ниже максимального уровня рабочего давления, после чего усилие на поршень-клапан 29 со стороны пружины 34 начинает превышать усилие со стороны запоршневой полости 31, и поршеньклапан 29 перемешается вверх от седла 27, клапан 28 максимального давления открывается и газовая полость 17 сообщается с емкостью 37 большого объема. Суммарный объем газовых полостей 17 и 37 теперь значительно возрастает, и падение давления

1384758 при выдаче жидкости гидропневмоаккумулятором 6 происходит значительно медленнее. Происходит фаза разрядки — газовая полость 17 и емкость 37 со сжатым газом посредством разделительной диафрагмы 15 сообщают системе накопленную ими энергию.

Таким образом, накопление энергии в фазе зарядки и отдача ее в фазе разрядки производятся газовой полостью 17 гидропневмоаккумулятора 6 совместно с емкостью 37, в которой находится основной объем сжатого газа, первоначально находящегося под рабочим давлением (25 — 35 МПа) и занимающего небольшой геометрический объем, по сравнению с устройством-прототипом, где такой же объем сжатия газа находится только в газовой полости гидропневмоаккумулятора под давлением закачки (10 — 11 МПа), которое в несколько раз ниже рабочего. Это позволяет при ограниченных габаритных 1 размерах и массе гидропневмоаккумулятора 6 и емкости 37 накапливать большие объ- 20 емы жидкости высокого давления, т.е. большие количества энергии, и получать высокие мощности импульса давления в стволе 14.

Следовательно, соединение емкости 37 с газом посредством последовательно установленных клапанов минимального 20 и максимального 28 давлений с газовой полостью 17 гидропневмоаккумулятора 6 обеспечивает создание в стволе 14 импульсов давления высокой мощности, что повышает эффективность гидроотбойки.

Фаза разрядки продолжается до тех пор, пока гидропневмоаккумулятор 6 не отдаст весь накопленный им в фазе зарядки объем жидкости (с момента открытия клапана 20 минимального давления). К этому моменту давление в гидропневмоаккумуляторе 6, медленно снижаясь, становится ниже минимального уровня рабочего давления, и действующее вниз на поршень-клапан 21 со стороны пружины 24 усилие начинает превышать усилие со стороны заседельной полости 25. В результате поршень-клапан 21 40 перемещается вниз до посадки на седло 19, клапан 20 минимального давления закрывается и вновь изолирует газовую полость

17 от емкости 37. Объем газовой полости 17 со сжатым газом вновь резко сокращается, 45 и дальнейшая отдача жидкости гидропневмоаккумулятором 6 сопровождается быстрым снижением давления в нем, патрубке 5, заседельном пространстве 13 и стволе 14.

Через сравнительно небольшой промежуток времени это давление становится ниже дав- gp ления во вспомогательной магистрали 12 и запоршневой полости 11. Под действием возникшей разности давлений поршень-клапан 9 перемещается вниз до посадки на седло 7.

Установленные между газовой полостью 55

17 и емкостью 37 клапаны минимального

20 и максимального 28 давлений имеют достаточно высокую надежность работы как с точки зрения их износа, поскольку они работают в среде сжатого газа без абразивных частиц, так и с точки зрения их динамики.

Закрытие и открытие клапанов 20 и 28 протекает с положительной обратной связью, т.е. по мере перемещения поршней-клапанов 21 и 29 увеличивается перемещающее их усилие. Например, при закрытии клапана

28 максимального давления, когда поршеньклапан 29 перемещается вниз к седлу 27, он уменьшает проходное сечение щели между седлом 27 и поршнем-клапаном 29 и увеличивает ее сопротивление. Это приводит к уменьшению расхода воздуха из газовой полости 17 в емкость 37, вследствие чего происходит более быстрое повышение давления в газовой полости 17, а также в соединенной с ней запоршневой полости 31. В результате возрастает действующее вниз на поршень-клапан 29 усилие, что вызывает более быстрое его перемещение вниз и более быстрое уменьшение сечения щели между седлом 27 и поршнем-клапаном 29, а это, в свою очередь, приводит к возрастанию перемещающего вниз поршень-клапан 29 усилия.

Аналогичная картина наблюдается и при открытии и закрытии клапана 20 минимального давления. Высокая чувствительность клапанов 20 и 28 (реагирование на изменения давления в пределах 5О) обеспечивается их малыми габаритными размерами и массой, так как от этих клапанов не требуются большие проходные сечения, поскольку они работают на сжатом воздухе, плотность которого почти на три порядка меньше плотности воды, а объемные расходы требуются такие же, как и через запорный клапан 8.

После посадки поршня-клапана 9 на седло 7 ствол 14 отсоединяется от патрубка 5, гидропневмоаккумулятора 6 и приемного насадка 4. Процесс работы повторяется, и гидроимпульсатор-накопитель входит в автоколебательный режим.

Формула изобретения

Гидроимпульсатор-накопитель, содержащий размещенный в корпусе поршеньклапан с заседельной полостью и соединенные с корпусом ствол, гидропневмоаккумулятор, струйный разделитель и подводящую магистраль, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности гидроотбойки, он снабжен емкостью с газом и последовательно установленными клапанами минимального и максимального давлений, заседельные полости которых соединены между собой, с гидропневмоаккумулятором и с емкостью с газом, причем штоковая полость клапана максимального давления и поршневая полость клапана минимального давления соединены с атмосферой.