Гідроімпульсний пристрій

Гідроімпульсний пристрій, що містить виконавчий орган, який складений зі струменеформуючого ствола, корпусу з вхідним І вихідним отворами і розташованого в ньому поршня, встановленого з можливістю утворення керуючої камери, поршневий накопичувач, у корпусі якого розміщений поршень, яким внутрішня порожнина корпусу розділена на робочу і газову камери, при цьому в газовій камері виконаний обмежувач переміщення поршня, а робоча камера зв'язана за допомогою гідравлічної лінії' зв'язку з вхідним отвором виконавчого органу, підвідну магістраль із встановленими в ній послідовно баластним пдропневмоакумулятором і дроселем, з'єднану з гідра Корисна модель відноситься до гірничодобувної промисловості, зокрема, до пристроїв для руйнування масивів корисних копалин і гірничих порід імпульсним струменем води високого тиску І може бути використана в металургійній промисловості та енергетиці для руйнування МОНОЛІТІВ шлаків, очищення робочо') поверхні теплоенергетичного обладнання. Відомий гідроімпульсний пристрій, що містить виконавчий орган, складений з струме неформуючого ствола і встановленого в корпусі поршняклапана, що ділить порожнину останнього на засідельну камеру і камеру управління, пдропневмоакумулятор, рідинна камера якого зв'язана з підпірною камерою поршневого накопичувана, керуючий клапан, у корпусі якого розміщений ступінчастий поршень-клапан, утворюючий з корпусом напірну, закриваючу, керуючу і скидну порожнини, підвідну влічною лінією зв'язку накопичувача і виконавчого органу, і канал зв'язку для періодичного сполучення керуючої камери поршня виконавчого органу з підвідною магістраллю і лінією скидання за допомогою елемента керування виконавчим органом, який відрізняється тим, що в надпоршневій порожнині корпусу виконавчого органу виконана підпірна камера з обмежувачем переміщення поршня, вхідний і вихідний отвори корпусу виконавчого органу виконані так, що їхні осі паралельні і лежать в одній площині, а в поршні виконавчого органу виконаний наскрізний канал для періодичного з'єднування і перекриття вхідного і вихідного отворів, елемент керування виконавчим органом утворений виконаними в корпусі накопичувача двома скидними отворами, осі яких розташовані в одній площині, виконаним в поршні накопичувача кільцевим каналом для періодичного з'єднування скидних отворів з каналом зв'язку І керуючим отвором, виконаним в стінці корпусу накопичувача, що обмежує робочу камеру останнього, для періодичного сполучення каналу зв'язку з підвідною магістраллю. магістраль, зв'язану з робочою порожниною поршневого накопичувача, засідельною камерою поршня-клапана виконавчого органа, керуючою і напірною порожнинами керуючого клапана, канал зв'язку для періодичного сполучення камери управління поршня-клапана виконавчого органу зі скидною порожниною керуючого кпапана, дросель і баластний гідропневмоакумулятор, які встановлені в підвідній магістралі і виконують роль узгоджуючого елементу, причому напірна порожнина керуючого клапана з'єднана з підвідною магістраллю у точці підключення баластного гідропневмоакумулятора, а дросель встановлений між точкою підключення баластного пдропневмоакумулятора і накопичувачем, при цьому, сполучені між собою рідинна камера пдропневмоакумулятора і підпірна камера накопичувача зв'язані з закриваючою порожниною керуючого S (О (О 6664 клапана, причому означені, камери і порожнина заповнені рідиною підвищеної в'язкості, а поршень-клапан керуючого клапана виконаний з можливістю перекриття його напірної порожнини і утворює з корпусом керуючого клапана додаткову порожнину, за допомогою якої та наскрізного осьового каналу, виконаного у поршні-клапані, камера управління поршня-клапана виконавчого органу має можливість періодичного сполучення з підвідною магістраллю [Патент України №6173, кл. Е21СЗ/20, опубл. 29.12.1994р.]. Недоліками даного пристрою є низька надійність і мала продуктивність, обумовлені нестабільністю вихідних параметрів і низьким коефіцієнтом корисної дії (ККД) пристрою. Нестабільність вихідних параметрів пристрою обумовлена тим, що в рідинній камері гідропневмоакумулятора, підпірній камері накопичувача і закриваючій порожнині керуючого клапана, які сполучені між собою і заповнені рідиною підвищеної в'язкості, мають місце значні коливання тиску рідини, зумовлені достатньо суттєвими змінами об'єму газової" камери гідропневмоакумулятора ізза необхідності прийняття поршневим накопичувачем об'єму робочої рідини за час фази накопичування. Значні коливання тиску зумовлені обмеженим фізичним об'ємом газової камери гідропневмоакумулятора, який має кінцеві, при цьому невеликі, розміри, особливо у пристроїв, які розраховані на застосування в гірничодобувній галузі промисловості. При зміні величини навантаження (діаметра робочого насадку) на гідроімпульсний пристрій, зумовленій зміною умов його застосування (наприклад, зміна фізико-механічних властивостей руйнуючих гірничих порід), а також параметрів потоку робочої рідини (тиску, витрати), яка поступає від джерела енергії, із-за коливань тиску в закриваючій порожнині керуючого клапана, стабільність його роботи буде зрушуватися, тобто стабільність вихідних параметрів процесу руйнування, не буде, забезпечуватись. Низькі надійність і ККД пристрою в цілому обумовлена недоліками конструкції поршняклапана керуючого клапана. Застосування в керуючому клапані трьохступінчастого поршня-клапана зменшує надійність із-за збільшення кількості ущільнень рухомих поверхонь, підвищення вірогідності виникнення заклинювань І, як наслідок цього, припинення роботи даного елементу і пристрою в цілому. Збільшення кількості ущільнень приводить до виникнення внутрішніх перетоків і зовнішніх витоків робочої рідини, що зумовлює зниження об'ємного коефіцієнту корисної дії, і, як наслідок, загального ККД пристрою. Зниження ККД є також наслідком значних витрат енергії із-за гідравлічного опору з'єднуючих ліній між елементами пристрою і скрізного осьового каналу, виконаного у поршні-клапані керуючого клапана. Найближчим аналогом пропонованої корисної моделі є гідроімпульсний пристрій, що містить виконавчий орган, складений із струменеформуючого ствола, корпусу з вхідним і вихідним отворами, осі яких перетинаються і лежать у взаємоперпен 4 дикулярних площинах і розташованого в ньому поршня встановленого з можливістю утворення засідельної і керуючої камер, поршневий накопичувач, в корпусі якого встановлений поршень, яким внутрішня порожнина корпусу розділена на робочу і газову камери, при цьому в газовій камері виконаний обмежувач переміщення поршня, а робоча камера зв'язана з вхідним отвором виконавчого органу за допомогою гідравлічної' лінії зв'язку, елемент керування виконавчим органом виконаний у виді керуючого клапана, у корпусі якого розміщений ступінчастий поршень-клапан, що утворює з корпусом напірну, закривальну, керуючу і скидну порожнини, підвідну магістраль із встановленими в ній послідовно баластним гідропневмоакумулятором і дроселем, що зв'язана з робочою камерою поршневого накопичувача, засідельною камерою поршня виконавчого органу, керуючою і напірною порожнинами керуючого клапана, канал зв'язку для періодичного сполучення керуючої камери поршня виконавчого органу з підвідною магістраллю і лінією скидання у виді скидної порожнини керуючого клапана, причому напірна порожнина керуючого клапана з'єднана з підвідною магістраллю у точці підключення баластного гідропневмоакумулятора , а дросель встановлений між точкою підключення баластного гідропневмоакумулятора і накопичувана, крім того поршень-клапан керуючого клапана виконаний так, що має тільки дві опорні поверхні тертя, а на боковій поверхні його штока виконані канали, якими камера управління поршня-клапана, виконавчого органу періодично з'єднується з підвідною магістраллю [Патент України №58823, кл. Е21СЗ/20, опубл. 15.08.2003р.]. Даний пристрій має низьку надійність і малу продуктивність, які обумовпені конструкцією керуючого клапана, нестабільністю вихідних параметрів і низьким ККД пристрою в цілому. Використання у складі елементу керування керуючого клапана зі ступінчастим поршнемклапаном визначально знижує надійність пристрою, із-за утворення двох опорних поверхонь тертя, що підвищує імовірність заклинювання рухомого поршня-клапана і, як наслідок цього, приводить до зупинки роботи даного елементу і пристрою в цілому. Низький ККД пристрою зв'язаний із втратою енергії потоку робочої' рідини у каналах, виконаних на бічній поверхні штока поршня-клапана керуючого клапана, які мають вузький прохідний перетин і, як наслідок цього, значні гідравлічні опори і в проточних каналах з'єднувальних ліній. Крім того, наявність двох опорних поверхонь тертя приводить до виникнення внутрішніх перетоків і зовнішніх витоків робочої рідини, що у свою чергу, приводить до зниження об'ємного ККД і, як наслідок, загального ККД пристрою. Нестабільність вихідних параметрів, обумовлена тим, що формування керуючого сигналу на вщкриття-закриття виконавчого органу відбувається за допомогою керуючого клапана, що вносить у систему гідроімпульсного пристрою значні збурювання у виді коливань тиску рідини, що в сукупності з інерційністю рухомого поршня-клапана керую 5 чого клапана знижує швидкодію при спрацьовуванні поршня виконавчого органу. Поршень виконавчого органу розміщень і виконаний таким чином, що формує течію потоку робочої рідини через проточну частину виконавчого органу з зміною напрямку під прямим кутом, що значно впливає на збурювання потоку, утворення розвитої турбулентності і виникнення кавітації, що, в остаточному підсумку, приводить до порушення поверхонь деталей і суцільності потоку, із-за чого різко знижується руйнуючу здатність імпульсного струменя і знижує продуктивність пристрою. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення гідроімпульсного пристрою, в якому за рахунок введення нових елементів, зміни конструкції окремих вузлів і взаємозв'язку між елементами забезпечується стабілізація вихідних параметрів, збільшення об'ємного І загального ККД, підвищення надійності роботи пристрою, що дозволяє підвищити продуктивність пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в гідроімпульсному пристрої' який містить виконавчий орган, складений зі струменеформуючого ствола, корпусу з вхідним І вихідним отворами і розташованого в ньому поршня, встановленого з можливістю утворення керуючої камери, поршневий накопичувач, у корпусі якого розміщений поршень, яким внутрішня порожнина корпусу розділена на робочу і газову камери, при цьому в газовій камері виконаний обмежувач переміщення поршня, а робоча камера зв'язана за допомогою гідравлічної лінії зв'язку з вхідним отвором виконавчого органу, підвідну магістраль із встановленими в ній послідовно баластним гідропневмоакумулятором і дроселем, з'єднану з гідравлічною ЛІНІЄЮ зв'язку накопичувача і виконавчого органу, і канал зв'язку для періодичного сполучення керуючої камери поршня виконавчого органу з підвідною магістраллю і лінією скидання за допомогою елементу керування виконавчим органом, згідно корисної моделі в надпоршневій порожнині корпусу виконавчого органу виконана підпірна камера с обмежувачем переміщення поршня, вхідний і вихідний отвори корпусу виконавчого органу виконані так, що їхні осі паралельні і лежать в одній площині, а в поршні виконавчого органу виконаний наскрізний канал, для періодичного з'єднування і перекриття вхідного і вихідного отворів, елемент керування виконавчим органом утворений виконаними в корпусі накопичувача двома скидними отворами, осі яких розташовані в одній площині, виконаним в поршні накопичувача кільцевим каналом для періодичного з'єднування скидних отворів з каналом зв'язку, і керуючим отвором, виконаним в стінці корпусу накопичувача, що обмежує робочу камеру останнього, для періодичного сполучення каналу зв'язку з підвідною магістраллю Гідроімпульсний пристрій пояснюється кресленнямГідроімпульсний пристрій містить у собі виконавчий орган 1, який складений зі струменеформуючого ствола 2 з робочим насадком 3 встановленого з зовнішньо) сторони корпусу 4. У корпусі 4 виконавчого органу 1 встановлений поршень 5. В надпоршневій порожнині корпусу 4 виконана підпі 6664 6 рна камера 6 з обмежувачем 7 переміщення поршня 5, а в подпоршневій порожнині - керуюча камера 8. Поршень 5 має наскрізний канал 9, який забезпечує періодичне з'єднування і перекриття виконаних у корпусі 4 вхідного і вихідного отворів 10 і 11 відповідно, осі яких паралельні і лежать в одній площині. При цьому вхідний отвір 10 має більший діаметральний розмір, ніж вихідний отвір 11 для попереднього заповнення робочою рідиною порожнини А, утвореної наскрізним каналом 9 і стінками корпусу 4. У стінці корпусу 4 виконавчого органу 1 на рівні крайньої нижньої точки ходу поршня 5 виконаний захисний отвір з'єднаний з атмосферою, який служить для попередження утворення вакуумного простору в подпоршневій порожнині під час руху поршня 5 уверх. Виконавчий орган 1 за допомогою гідравлічної лінії зв'язку 12 зв'язаний з корпусом 13 поршневого накопичувача 14. У корпусі 13 розміщений поршень 15, що ділить внутрішню порожнину поршневого накопичувача 14 на робочу камеру 16 і газову камеру 17. У газовій камері 17 поршневого накопичувача 14 виконаний обмежувач 18 переміщення поршня 15. Корпус 13 поршневого накопичувача 14 містить елемент керування виконавчим органам 1, який утворений: двома скидними отворами 19 і 20, виконаними у корпусі 13, осі яких розміщені в одній площині, керуючим отвором 21, виконаним в стінці корпусу 13, що обмежує робочу камеру 16 поршневого накопичувача 14 та розміщеним праворуч від площини скидних отворів 19, 20 і кільцевим каналом 22, виконаним по периметру поршня 15. Для забезпечення стабільності вихідних параметрів здійснюються такий вибір лінійних розмірів поршня 15 поршневого накопичувача 14 і розташування кільцевого каналу 22, скидних отворів 19, 20 і керуючого отвору 21, при яких у крайньому лівому положенні поршня 15 забезпечується з'єднання керуючої камери 8 поршня 5 виконавчого органу 1 за допомогою каналу 23 зв'язку з робочою камерою 16 поршневого накопичувача 14. При цьому скидні отвори 19, 20 перекриті бічною поверхнею поршня 15, що ізолює канал 23 зв'язку від скидання робочої рідини з керуючої камери 8 поршня 5 виконавчого органу 1. У крайньому правому положенні поршня 15 поршневого накопичувача 14 відбувається з'єднання скидних отворів 19, 20 кільцевим каналом 22, що забезпечує з'єднання керуючої камери 8 поршня 5 виконавчого органу 1 за допомогою каналу 23 зв'язку зі скиданням. При цьому керуючий отвір 21 перекритий бічною поверхнею поршня 15 поршневого накопичувача 14, що ізолює канал 23 зв'язку від робочої камери 16. У положеннях відмінних від крайніх, поршень 15 поршневого накопичувача 14 одночасно перекриває як скидні отвори 19, 20, так і керуючий отвір 21, що ізолює канал 23 зв'язку, керуючу камеру 8 поршня 5 виконавчого органу 1 від робочої камери 16 і скидання. Гідравлічна лінія зв'язку 12 робочої камери 16 поршневого накопичувана 14 і вхідного отвору 10 виконавчого органу 1 взаємозв'язана з підвідною 6664 магістраллю 24, у якій послідовно встановлені баластний гідропневмоакумулятор 25 і дросель 26. Робоча рідина подасться до пристрою через підвідну магістраль 24. Далі через дросель 26 потрапляє у робочу порожнину 16 поршневого накопичувана 14 та камеру А поршня 5 виконавчого органу 1. В місцях дотику рухомих та нерухомих деталей пристрою, установлені ущільнюючі елементи, які запобігають виникнення перетоків робочої' рідини між камерами чи порожнинами через щілини, а також витоки робочої' рідини назовні. Площа поршневої поверхні поршня 5 у підпірній камері 6 виконавчого органу 1 виконана більшою площі штокової поверхні в керуючій камері 8. Пристрій працює таким чином До запуску пристрою в роботу в газову камеру 17 поршневого накопичувача 14 і підпірну камеру 6 виконавчого органу 1 від зовнішнього джерела нагнітається інертний газ. Тиск газу в газовій камері 17 задає режим роботи гідроімпульсного пристрою по тиску робочої рідини в імпульсі. При цьому поршень 15 поршневого накопичувача 14 займає крайнє праве положення, тим самим, з'єднуючи керуючу камеру 8 поршня 5 виконавчого органу 1 зі скиданням через канал 23 зв'язку, два скидних отвори 19, 20 і кільцевий канал 22 та від'єднує її від підвідної магістралі 24. Поршень 5, у цей момент, за, рахунок тиску стиснутого газу в підпірній камері 6, притискається до нижньої частини корпусу 4 виконавчого органу 1 таким чином, що повністю ізолює вихідний отвір 11 і частково перекриває вхідний отвір 10. При цьому камера А, утворена наскрізним каналом 9 і стінками корпусу 4 виконавчого органу 1, має доступ до підвідної магістралі 24. Після запуску зовнішнього джерела енергіїнасоса (на рисунку не показаний) робоча рідина по підвідній магістралі 24 через дросель 26 надходить у камеру А поршня 5 виконавчого органу 1. Заповнення камери А відбувається практично миттєво, після чого потік спрямовується в робочу камеру 16 поршневого накопичувача 14, де тиск рідини зростає до тиску, рівного тиску газу в газовій камері 17. Далі тиск рідини в робочій камері 16 починає декілька перевищувати тиск газу в газовій камері 17 і поршень 15 поршневого накопичувача 14 починає рухатися. При руху поршня 15 вліво газ у газовій камері 17 стискується і, внаслідок цього, внутрішня енергія газу зростає, тобто відбувається процес накопичування енергії". Пристрій починає працювати в режимі накопичування рідини в поршневий накопичувач 14. Режим накопичування (що становить близько 90% від часу циклу роботи пристрою) продовжується до моменту досягнення поршнем 15 крайнього лівого положення, упору його в обмежувач 18 у корпусу 13 поршневого накопичувача 14 і зупинки. При цьому відбувається відкриття керуючого отвору 21 і з'єднання керуючої камери 8 поршня 5 виконавчого органу 1 через канал 23 зв'язку з підвідною магістраллю 24, при цьому скидні отвори 19, 20 перекриті бічною поверхнею поршня 15 поршневого накопичувача 14. Весь потік робочої 8 рідини, що підводиться до пристрою, спрямовується в керуючу камеру 8 під поршень 5 виконавчого органу 1. Тиск у керуючій камері 8 стрибкоподібно збільшується до величини підведеного. У результаті цього зусилля на поршень 5 виконавчого органу 1 зі сторони керуючої камери 8 перевищує зусилля зі сторони підпірної камери 6 і поршень 5 переміщається уверх. При його руху уверх відбувається відкриття вихідного отвору і 1 І з'єднання робочої камери 16 поршневого накопичувача 14 з атмосферою через гідравлічну лінію зв'язку 12, вхідний отвір 10, наскрізний канал'9, вихідний отвір 11, струм енеформуючий ствол 2 і робочий насадок 3. Тиск у робочій камері 16 декілька знижується, поршень 15 поршневого накопичувача 14 починає рухатися вправо, витісняючи з робочої камери 16 накопичений об'єм робочої рідини через струменеформуючий ствол 2 до робочого насадку 3, який формує, імпульсний струмінь. При цьому відбувається перекриття керуючого отвору 21 бічною поверхнею поршня 15 поршневого накопичувача 14. Лінійні розміри основних вузлів і розташування скидних отворів 19, 20 і керуючого отвору 21 виконані таким чином, щоб забезпечити перекриття керуючого отвору 21 тільки після упора поршня 5 виконавчого органа 1 в обмежувач 7 і його зупинки, що відповідає повному відкриттю вихідного отвору 11. У результаті цього керуюча камера 8 поршня 5 виконавчого органа 1 і канал 23 зв'язку гідравлічно Ізолюються, як від підвідної магістралі 24, так і від скидання, що, в остаточному підсумку, фіксує поршень 5 виконавчого органу 1 у крайньому верхньому положенні. Пристрій Переводиться в режим пострілу. Сформований імпульсний струмінь за рахунок енергії, накопиченої газом у газовій камері 17, і високої швидкості поршня 15 поршневого накопичувача 14 має значно підвищений, у порівнянні з підвідною, витрату рідини. Під час пострілу і протікання імпульсного струменя робоча рідина із підвідної магістралі 24 повністю надходить у порожнину баластного гідропневмоакумулятора 25. До моменту, закінчення імпульсу, тобто до моменту досягнення поршнем 15 поршневого накопичувача 14 крайнього правого положення керуюча камера 8 поршня 5 виконавчого органу 1 з'єднується зі скиданням через канал 23 зв'язку, скидні отвори 19, 20 і кільцевий канал 22. Тиск у керуючій камері 8 стрибкоподібне знижується до атмосферного, що приводить до руху поршня 5 виконавчого органу 1 униз під дією тиску стиснутого газу в підпірній камері 6. Поршень 5 виконавчого органу 1 перекриває повністю вихідний отвір 11 і частково вхідний отвір 10, що ізолює струменеформуючий ствол 2 і робочий насадок 3 від потоку робочої рідини. Пристрій переводиться в режим накопичування. Тиск у робочій камері 16 збільшується та починає декілька перевищувати тиск газу в газовій камері 17. Поршень 15 поршневого накопичувача 14 починає рухатися вліво. Цикл роботи пристрою повторюється. Застосування пропонованого гідроімпульсного пристрою в порівнянні з найближчим аналогом забезпечує наступні переваги. 9 6664 Підвищується надійність, стабільність у роботі та об'ємний і загальний ККД пристрою за рахунок спрощення виконання елементу керування. Крім того, підвищення ККД зв'язане зі зниженням втрат енергії на подолання гідравлічних опорів ліній і каналів зв'язку, загальна довжина і кількість яких у пропонованому пристрою значно знижені. Підвищення продуктивності пристрою досягається також за рахунок виконання замикаючого елементу виконавчого органу по золотниковому 13 17 14 22 Комп'ютерна верстка Д. Шеверун Ю типу, виконання вхідного і вихідного отворів в одній площині і попереднього заповнення передствольного простору (камери А) робочою рідиною, що дозволяє домогтися більш прямолінійного і менш збуреного плину потоку робочої рідини через проточну частину виконавчого органу та усуває розвиток турбулентності і виникнення кавітації. В остаточному підсумку, підвищується компактність струменя, що різко збільшує руйнуючу здатність імпульсного струменя, як органу руйнування. 19 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Киш - 42, 01601