Пульсирующий гидромонитор

 

Пульсирующий гидромонитор. Использование: гидравлическая отбойка полезных ископаемых. Сущность изобретения: гидро7 35 15 6 - л . монитор содержит прерыватель потока (1), импульсный клапан (2) и накопитель (3). Импульсный клапан (2) выполнен из корпуса

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 С 45/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4848716/03 (22) 09.07,90 (46) 23.09,92. Бюл. М 35 (71) Донецкий политехнический институт (72) Г.M Tèìîøåíêo, В.П,Овсянников, В.Г,Адамов и И.В,Синявский (56) Авторское свидетельство СССР

М 883453, кл. Е 21 С 45/00, 1980, Авторское свидетельство СССР

М 1448057, кл. Е 21 С 45/00, 1987, (54) ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ГИДРОМОНИТОР (57) Пульсирующий гидромонитор. Использование: гидравлическая отбойка полезных ископаемых. Сущность изобретения: гидро,! Ц», 1763668 А1 монитор содержит прерыватель потока (1), импульсный клапан (2) и накопитель (3). Импульсный клапан (2) выполнен из корпуса (18) с дифференциальным поршнем (19) и гидропневмоаккумулятора (22). Накопитель . (3) состоит из корпуса (26) с поршнем (25) и гйдропневмоаккумулятора (29). Поршневая полость (20) импульсного клапана (2) соединена с гидропневмоаккумулятором (22) и через дроссель (23) с атмосферой. Штоковая полость (24) импульсного клапана (2) соеди- . нена со струеформирующим стволом (15) и с подпоршневой полостью (28) накопителя (3), 1 ил.. ф

1763668

ЗО нельзя оценивать влияния каждого отдель- 45 ного импульса давления на разрушаемый массив.

Изобретение относится к устройствам, создающим пульсирующий поток жидкости и может быть использовано для гидравлического разрушения полезного ископаемого в гидротехническом строительстве, а также при гидравлических исследованиях взаимодействия пульсирующего потока жидкости с разрушаемым массивом, Известен двухствольный импульсный гидромонитор (1), содержащий стволы, шарнирно закрепленные на корпусе, в котором установлен прерыватель потока и поршни, образующие камеры перетока жидкости, сообщающиеся со смежными стволами через выполненные в них дроссельные отверстия и имеющими гидравлическую связь одной из камер перетока с вентилем управления.

Устройство работает следующим образом, если вентиль открыт, то прерыватель потока находится в крайнем положении, когда вентиль закрывают происходит перераспределение усилий, действующих на прерыватель потока, поршень изменяет свое положение и открывает противоположный ствол, за счет того, что камеры перетока жидкости сообщаются через дроссель со смежными стволами, произойдет повторное перераспределение усилий, действующих на прерыватель потока, и он снова изменит свое положение, далее процесс повторяется и двухствольный импульсный гидромонитор работает в автоколебательном режиме, Недостатком известного устройства является то, что давление перед насадками не превосходит давления подводимого потока, поскольку неизбежны потери давления проточной части прерывателя потока, К недостаткам данного устройства, и в частности, при его использовании для гидродинамических исследований относится то, что оно работает в автоколебательном режиме, следовательно, с его помощью нельзя управлять формой импульса давления, а также

Известен, также пульсирующий гидромонитор (2), включающий прерыватель потока, гидравлически связанный с подводящей магистралью, гидропневмоаккумуляторами, струеформирующими стволами и раэгонными устройствами в виде поршней со штоками, размещенными в корпусе гидромонитора, имеющих, каждый по дополнительному поршню и гидроцилиндру, уменьшающих или увеличивающих объем внутренних полостей разгонных устройств.

Устройство работает следующим образом.

После того как вентиль управления закрывается, устройство входит в режим автоколебаний. При этом прерыватель потока осуществляет поочередное подключение подводящей магистрали к трубопроводам с разгонными устройствами. Когда поршень разгонного устройства занимает крайнее положение происходит гидравлический удар, что сопровождается всплеском давления, который попадает в ствол, что способствует повышению эффективности гидроотбойки. Далее процесс повторяется в другом трубопроводе, при этом происходит возврат первого разгонного устройства в исходное состояние. При помощи маслостанции и системы управления дополнительными штоками, изменяется положение дополнительных цилиндров управления, что приводит к изменению хода поршней разгонных устройств для изменения амплитуды всплеска давления.

Недостаток данного гидромонитора заключается в том, что он не позволяет добиться повышения производительности гидроотбойки, т.к, момент возникновения всплеска давления в каждом импульсе стро-. го фиксирован и жестко привязан к его переднему фронту. Кроме того рассматриваемый гидромонитор не может быть использован для проведения гидродинамических исследований особенностей взаимодействия импульсной струи, содержащей всплеск давления, с разрушаемым массивом, поскольку формирует не одиночные импульсы, а работает в автоколебательном режиме.

Целью изобретения является улучшение технологических параметров гидромониторов,— повышение эффективности гидравлической отбойки за счет обеспечения регулирования величины импульсов давления струи, Сущность изобретения заключается в том, что пульсирующий гидромонитор, включающий прерыватель с запорным органом, соединенный со струеформирующим и сбросным стволами, снабжен импульсным клапаном и накопителем, выполненным из корпуса с поршнем, расположенным с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей, а подпоршневая полость накопителя посредством предохранительного клапана соединена с атмосферой, при этом импульсный клапан выполнен из корпуса с дифференциальным поршнем, расположенным с образованием поршневой и штоковой полостей, и из гидропневмоаккумулятора, причем поршневая полость импульсного

1763668 клапана соединена .с гидропневмоаккуму- дополнительным источником гидравличелятором, со сбросным стволом и посредст- ской энергии 30 через редукционный клапан вом дросселя — с: атмосферой, à его 31, а подпоршневая камера 28 гидравличештоковая полость соединена со струефор- ски связана со струеформирующим стволом мирующим стволом с подпоршневой поло- 5 15 через импульсный клапан 2 и обратный клапан 32, а также, посредством трубопроНовизна изобретения заключается в вода 33 с предохранительным клапаном 34. том, что устройство дополнительно снабже- Манометр 35 установлен для контроля уровно импульсным клапаном и накопителем, ня давления в полости 10 прерывателя 1, а выполненным из корпуса с поршнем, распо- 10 манометр 36 установлен для контроля уровложенным с образованием надпоршневой и ня давления на входе в камеру 27. подпоршневой полостей, и из гидропневмо- Перед началом формирования модулиаккумулятора, соединенного с надпоршне- рованного импульса пульсирующий гидровой полостью, а подпоршневая полость монитор настроен на стационарный режим накопителя посредством предохранитель- 15 работы. Приэтомпотокжидкостиспостоянного клапана соединена с атмосферой, при ным давлением, создаваемым центробежэтом импульсный клапан выполнен из кор- ным насосом 12, через коммутационную пусас дифференциальным поршнем, распо- задвижку 11 подается в полость 10 прерыложенным с образованием поршневой и вателя t. Поршневая группа 5 прерывателя штоковой полостей, и гидропневмоаккуму- 20 потока 1 находится в крайнем верхнем полятором, причем поршневая полость им- ложении, корпу а 4, так как кран 9 закрыт и, пульсного клапана соединена с следовательно,давлениевполости6прерыгидропневмоаккумулятором, со сбросным вателя 1 меньше, чем давление в полости 8, стволом и посредством дросселя — с атмос- Разность давлений создается за счет потерь ферой, а его штоковая полость соединена со 25 давления в отверстии 16, которые возникаструеформирующим стволом и с подпорш- ют при сбросе жидкости из полости 10 преневой полостью накопителя, рывателя 1 в атмосферу через отверстие 16

Эти признаки отвечают признакам "су- и дроссель 7. в то время как потери давле- щественныеотличия",таккакпатентныйпо- ния в отверстии 17, равны нулю поскольку иск не выявил аналогичного технического 30 кран 9 закрыт. При таком положении поршрешения. невой группы 5 в распределителе 1 струеНа чертеже изображен общий вид пуль- формирующий ствол 15 отключен, а сирующего гидромонитора. сбросной ствол 13 подключен.к центробежПульсирующий гидромонитор содер.- ному насосу 12. Давление в струеформиружитпрерывательпотока I,импульсный кла- 35 ющем стволе 15 равно атмосферному, а пан 2, накопитель 3. Прерыватель потока1 давление в сбросном стволе 13 примерно состоит из ксрпуса 4 и поршневой группы 5, равно стационарному давлению, создаваеобразующей в нем полость 6, гидравлически мому центробежным насосом 12. Поток связанную через дроссепь 7 со сливом, по- жидкости с этим давлением через обратный лость 8, гидравлически связанную через 40 клапан21попадаетвпоршневуюполость20 кран 9 со сливом,и полостью 10, гидравли- импульсного клапана 2, штоковая полость чески связанную, через коммутационную 24 которого через обратный клапан 32 и задвижку 11, с центробежным насосом 12, а гидравлически связана со струеформируютакже со сбросным стволом 13, и.через об- щим стволом 15, в результате чего давление ратный клапан 14, со струеформирующим 45 в штоковой полости 24 импульсного клапана стволом 15, поршневая группа 5 имеет от- 2 при стационарном режиме работы равно верстия 16 и 17, соединяющие полости 6 и атмосферному, а следовательно, дифферен8 с полостью 10. Импульсный клапан 2 со- циальный поршень l9 находится в крайнем стоит из корпуса 18 и дифференциального нижнем положении корпуса 18 импульсного шнев поршня 19, образующего в корпусе 18 пор- 50 клапана 2 и перекрывает трубоп о 33 вую полость 20, соединенную со сброс- который связывает импульсный клапан 2 с ным стволом 13 через обратный клапан21 и поршневым накопителем 3 и с линией нас гидропневмоаккумулятором 22 дросселем гнетания поршневого насоса 30, что обеспе, штоковую полость 24, гидравлически чивает герvòè÷H0 тичность указанного связанную со струеформирующим стволом 55 трубопровода 33 в стационарном режиме

15. Нк а опитель 3 состоит из поршня 25, работы предлагаемого генератора. Давлеразделяющего корпус 25 на надпоршневую ние в трубопроводе 33 в этом случае опрекамеру 27 и подпоршневую камеру 28. Над- деляется уровнем давления настройки поршневая камера 27 гидравлически свя- предохранительного клапана 34. Поршень зана с гидропневмоаккумулятором 29 и с 25 поршневого накопителя 3 находится в

1763668

10

25

35

50 крайнем верхнем положении в корпусе 26, так как давление начальной закачки воздуха в гидропневмоаккумуляторе-накопителе 29 меньше уровня давления настройки предохранительного клапана 34, т.е. давление на поршень 25 со стороны надпоршневой полости 27 меньше давления со стороны подпоршневой полости 28, очевидно что при этом давление в трубопроводе 33 и в подпоршневой полости 28 равно давлению настройки предохранительного клапана 34.

Давление в поршневой полости 20 импульсного клапана 2 определяется соотношением между гидравлическими сопротивлениями сбросного ствола 13 и управляемого дросселя 23, причем величина этого давления "запоминается" в гидропневмоаккумуляторе

22, поскольку он связан с поршневой полостью 20 импульсного клапана 2;

Величина стационарного давления, создаваемого центробежным насосом 12, фиксируется манометром 35, а уровень давления, на который настроен редукционный клапан 31, гидравлически связанный с надпоршневой полостью 27, фиксируется манометром 36. В стационарном режиме работы пульсирующего гидромонитора предохранительный обратный клапан 43, гидравлически связанный с импульсным клапаном 2, струеформирующим стволом 15 и прерывателем 1, открыт, поскольку импульсный клапан 2 закрыт и противодавления в струеформирующем стволе 15 не создается.

Работает пульсирующий гидромонитор следующим образом. Для формирования одиночного модулированного импульса необходимо открыть кран 9 при этом упадет давление s полости 8 за счет потерь в отверстии 17, а поскольку гидравлическое сопротивление крана 9 в открытом состоянии меньше гидравлического сопротивления дросселя 7, то давление в полости 8 будет меньше чем давление в полости 6. Тогда сила, действующая на поршневую группу 5 сверху, будет больше, чем сила, действую- 4 щая на поршневую группу 5 снизу, и поршневая группа 5 начинает перемещаться вниз. При подходе поршневой группы 5 в крайнее нижнее положение, от полости 10 прерывателя 1 отсоединяется сбросной ствол 13 и подсоединяется струеформирующий ствол 15. Давление в сбросном стволе

13 падает до атмосферного, а давление в струеформирующем стволе 15 повышается до давления, создаваемого центробежным 5 насосом 12, Уровень этого давления, — давления немодулированной части импульса, регулируется коммутационной задвижкой

11.

Импульс давления иэ струеформирующего ствола 15 распространяется в штоковую полость 24 импульсного клапана 2, При этом давление s штоковой полости 24 импульсного клапана 2 повышается до давления, создаваемого центробежным насосом

12, но дифференциальный поршень 19 остается в нижнем положении, поскольку площадь поршневой полости 20 больше площади штоковой полости 24, давление в по рш невой полости 20,измен я ется медленно, — это обусловлено тем, что хотя после открытия крана 9 обратный клапан 21 закрывается, поскольку давление перед ним падает до атмосферного, но давление у гидропневмоаккумулятора 22 изменяется плавно.

По мере разрядки гидропневмоаккумулятора

22, через управляемый дроссель 23 сила, действующая на дифференциальный поршень

19, со стороны поршневой полости 20, уменьшается. Дифференциальный поршень

19 изменит свое положение в тот момент, когда сила, действующая на его шток, превысит силу, действующую со стороны полости 20, Данный процесс задержки момента формирования модулирующего всплеска давления по отношению к переднему фронту одиночного импульса зависит от величи-. ны гидравлического сопротивления дросселя 23. После открытия ипульсного клапана 2, трубопровод 33, через обратный клапан 32, соединяется со струеформирующим стволом15, При атом обратный клапан

14 закрывается, предохраняя центробежный насос 12 от всплеска давления, который возникает за счет вытеснения жидкости из полости 28 через трубопровод 33, импульсный клапан 2, обратный клапан 32 и струеформирующий ствол 15, Величина всплеска давления определяется уровнем настройки редукционного клапана 31, а необходимый расход обеспечивается за счет разрядки аккумулятора-накопителя 29. В начале работы генератора редукционный клапан 31 настроен на уровень, позволяющий получать минимальную величину всплеска давления, а значит и минимальную величину эффективной дальности отбойки, Большая крутизна переднего фронта всплеска модулирующего импульса давления создается за счет того, что полость 10 прерывателя 1 гидравлически связана со штоковой полостью 24 импульсного клапана 2, в результате чего в момент начала движения происходит самоподхват дифферен циал ьного поршня 19 и резкое открытие импульсного клапана 2, При формировании всплеска модулирующего импульса давления, поршень 25 движется вниз и, в тот момент времени когда он занимает крайнее

1763668

25 Формула изобретения

Заказ 3439 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 положение, расход через струеформирующий ствол 15 уменьшается, а обратный клапан 32 открывается. В дальнейшем импульс формируется эа счет потоков жидкости, поступающих из полости 10 прерывателя потока 1, от дополнительного источника гидравлической энергии 30. При этом величина давления в струеформирующем стволе

15 повысится по сравнению с начальной фазой его формирования. Это происходит вследствие того, что дополнительный источник гидравлической энергии 30 через открытый импульсный клапан 2 и обратный клапан 21 продолжает нагнетание жидкости в струеформирующий ствол 15.

Для окончания процесса формирования импульса достаточно закрыть кран 9. При этом давление в камере,8 прерывателя потока.1 увеличивается и поршневая группа 5 занимает крайнее нижнее положение, перекрывая струеформирующий ствол 16 и соединяя полость 10 прерывателя потока 1 со сбросным стволом 13, Давление в струеформирующем стволе 15 падает и следовательно оно снижается в штокой полости 24 импульсного клапана 2, а давление в сбросном стволе 13 возрастает по мере накопления жидкости в гидропневмоаккумуляторе

22, куда она подается из сбросного ствола

13 через обратный клапан 21. Когда давление жидкости в гидропневмоаккумуляторе

23 возрастет настолько что сила, действующая на дифференциальный поршень 19, будет достаточной для его перемещения в крайнее нижнее положение, импульсный клапан 2 закрывается. Жидкость дополнительного источника гидравлической энергии 30.будет нагнетаться е полость 28.

Поршень 25 начинает двигаться вверх, при этом происходит зарядка аккумулятора-накопителя 29 до давления, которое определяется настройкой редукционного клапана 31.

После того как поршень 25 достигнет крайнего верхнего положения, давление в трубопроводе 22 будет определяться настройкой предохранительного клапана

34, который будет сбрасывать в атмосферу весь расход жидкости от дополнительного источника гидравлической энергии 30.

Таким образом, пульсирующий гидромонитор возвращается в исходное состояние и может сформировать новый

Составитель В

Редактор Техред М.Морг единичный модулированный импульс давления. Т.к, в процессе работы генератора происходит постоянное подвигание забоя вперед, с целью повышения эффективности

5 гидроотбойки, необходимо изменение (увеличение) .эффективной дальности отбойки, что достигается повышением величины всплеска давления.

Для формирования нового модулиро10 ванного импульса давления, повышающего эффективную дальность отбойки, необходимо редукционный "клапан 31 настроить на новый уровень, увеличивающий значение всплеска давления, и открыть кран 9. Тогда

15 давление в полости 8 прерывэтеля потока 1 упадет и процесс формирования одиночного импульса повторяется.

Применение данного пульсирующего гидромонитора позволит в три раза увели20 чить эффективную дальность гидроотбойки без изменения величины подводимого давления и положения генератора относительно груди забоя.

Пульсирующий гидромонитор, включающий прерыватель потока с запорным органом, соединенный со струеформирующим и

30 сбросным стволами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности гидравлической отбойки путем обеспечения регулирования величины импульсовдавления струи, он снабжен импульсным клапа35 ном и накопителем, выполненным из корпуса с поршнем, расположенным с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей, и из гидропневмоаккумулятора, соединенного с надпоршневой полостью. а

40 подпоршневая полость накопителя посредством предохранительного клапана соединена с атмосферой, при этом импульсный клапан выполнен из корпуса с дифференциальным поршнем, расположенным с обра45 зованием поршневой и штоковой полостей, и из гидропневмоаккумулятора, причем поошневая полость импульсного клапана соединена с гидропневмоэккумулятором, со сбросным стволом и посредством дросселя

50 — с атмосферой, а его штоковэя полость соединена со струеформирующим стволом и с подпоршневой полостью накопителя. .Овсянников ентал Корректор М .Андрушенко