CN1013292B - 液压脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

本液压脉冲发生器包括一个安装在进水管(1)上的液压气动蓄能器(2)，此蓄能器通过第一导管(3)与振荡发生器(4)连接，振荡发生器再通过第二导管(5)与水流转换器(6)连接。水流转换器包括工作喷嘴(7)和排水喷嘴(8)。第二导管(5)至少由两段不同直径的管子(9、10)连接而成，前一段(9)的直径为后一段(10)的直径的两倍。

Description

本发明与采矿业有关，与液压脉冲技术有关，具体地说，与液压脉冲发生器有关。

本发明可用于采矿业和水利工程，以高压脉冲射流破碎岩石，也可用以清洗电站锅炉机组的热力部件。

现有的一种液压脉冲发生器（SU，A，768968）包括一个接通进水管的液压气动蓄能器、一个通过导管与液压气动蓄能器接通的振荡发生器、一个与振荡发生器连接的空心活塞运动控制机构、一个用另一根导管与振荡发生器连通的工作喷嘴。振荡发生器与工作喷嘴之间的导管直径比振荡发生器与液压气动蓄能器之间导管的直径小三分之一，而长度相等。

这种液压脉冲发生器的工作原理是通过排水喷嘴将振荡发生器与液压气动蓄能器之间导管内的水加速，进而将振荡发生器与工作喷嘴之间的管道内水流再次加速，随后在工作喷嘴前将水流减速。

这种装置的水压是在一定管道长径比下形成的，其工作喷嘴前压力不够高，因而降低了效率。此外，由于振荡发生器与工作喷嘴间导管内水压波动，在工作喷嘴前紧接高压脉冲之后会产生低压脉冲，而低压脉冲没有破碎能力，这就降低了高压水流的效率，并给破碎对象浇了多余的水，而这在很多情况下是不希望有的。

现有的另一种液压脉冲发生器（SU.A，1081350），其液压气动蓄能器装在进水管上，并通过导管与振荡发生器连通，振 荡发生器又通过另一根导管与水流转换器接通，水流转换器包括一个工作喷嘴和一个排水喷嘴。振荡发生器装在导管之间，包括一个活塞和一个排水喷嘴。水流转换器有一壳体，壳体内装一个锁闭机构，锁闭机构有两个活塞，用连杆连接，形成活塞座后腔和活塞后腔，其中一个活塞座后腔与工作喷嘴连通，另一活塞座后腔与排水喷嘴连通。工作喷嘴与排水喷嘴直径相同。

这种装置的工作原理是通过振荡发生器排水喷嘴将振荡发生器与液压气动蓄能器间导管内的水加速，通过水流转换器排水喷嘴将振荡发生器与水流转换器间导管内的水流加速，随后将工作喷嘴前的水流减速。

由于水流转换器的工作喷嘴与排水喷嘴直径相等，振荡发生器与水流转换器间的导管截面不变，脉冲的高压振幅不大，所以这种装置的液压采掘效率很低。

本发明的任务是设计一种液压脉冲发生器，可使其高压脉冲振幅得到提高，并通过改进水流转换器来提高液压采掘效率。

本发明提出的解决方法是，将液压脉冲发生器的液压气动蓄能器安装在进水管上，并通过第一根导管与振荡发生器连通，振荡发生器通过第二根导管与水流转换器连通，这第二根导管至少由两段不同直径的管子连接而成，前面一段的直径为后面一段直径的两倍，使水流产生不同的压力振荡相位。

为了在液压脉冲发生器内产生不同压力振荡相位的水流，工作喷嘴与排水喷嘴直径之比最好采取1∶3。

采用至少由两段不同直径的管子接成的第二根导管可积蓄一定量的高压高振荡相位的水，并在水流过排水喷嘴时再次加速低振荡相位 的水。是否采用三倍于工作喷嘴直径的排水喷嘴直径取决于是否有必要将水流速度加快到可能的最大值。

本发明的优点将在下面的实施例和附图中予以说明。附图中有本发明的液压脉冲发生器剖面总图。

液压脉冲发生器包括液压气动蓄能器2，它安装在进水管1上，并用第一导管3与振荡发生器4连通。振荡发生器4通过第二导管5与水流转换器6接通。水流转换器6有工作喷嘴7与排水喷嘴8。第二导管5由两段管子9和10接成，9段直径为10段直径的两倍。工作喷嘴7和排水喷嘴8的直径比为1∶3。振荡发生器4包括一个空心活塞11、空心活塞11的运动控制机构12和排水喷嘴13。水流转换器6安装在管10的端部，其壳体14内有活塞座15和16，形成座间腔17和座后腔18和19。在座后腔18和19内有活塞20和21，相互间用连杆22连接。活塞后腔23和24分别位于活塞21和20外面。活塞后腔23用连接管25与座后腔19连通。活塞后腔24与进水管1连接。

液压脉冲发生器工作原理如下：

进水管1的水源开通后，液压脉冲发生器进入自激振荡状态，每个振荡周期都包括高、低两个振荡相位。在空心活塞11的运动控制机构12将振荡发生器4的空心活塞11推向第二导管5的9段之后，产生低振荡相位。此时第一导管3与第二导管5间的液压联系中断。导管3与振荡发生器4的排水喷嘴13连接。振荡发生器4区内的压力降低。低压波自振荡发生器4沿导管3传播至液压气动蓄能器2，而由此反射来的是接近进水压力的波。通常在振荡发生器4和液压气动蓄能器2之间呈低振荡相位，在空心活塞11的运动控制机构 12的作用下，传播3-4个低压波。每个反射波到达振荡发生器4时，导管3内的水流速度与振荡发生器4区域内的压力便跃升。当空心活塞11上和空心活塞11运动控制机构12内的压力差足以推动活塞时，活塞向导管3移动。排水喷嘴13关闭，导管3和5之间液压连通。低压相振荡结束，导管3内的水流开始高压相振荡。

当水流阻力小的排水喷嘴13关闭时，振荡发生器4区域内的压力升高，并逐渐高于进水压力。此高压波沿导管3向液压气动蓄能器2传播，并沿第二导管5的9段传向9和10段的连接处。当导管3和第二导管5的9和10段长度相等时，波沿导管3传播到达液压气动蓄能器2，并沿第二导管5传播到达9段和10段的连接处。由于第二导管5的9段和10段直径不同而使水流产生一定的减速，从而使压力继续增高。这一压力波从9段与10段连接处向两个方向传播：沿9段向振荡发生器4，沿10段向水流转换器6。因9段与10段直径不同，10段的水流速度大于9段的水流速度，而产生不同压力相振荡的水流。

当来自液压气动蓄能器2的反射波到达振荡发生器4时，空心活塞11在其运动控制机构12的作用下向第二导管5移动，排水喷嘴13打开，导管3和5间的水流中断。导管3内的高压相振荡结束，低压相振荡开始。从9段和10段连接处反射的波在一个方向达到振荡发生器4，由于此时导管3和5之间的液压联系（水流）中断，它在此“碰壁”;在另一个方向到达水流转换器6。此时在9段起点产生低压波，即在沿第二导管5的9段和10段的水一起流向水流转换器6时，来自导管3的水流中断。在水流转换器6的区域内，活塞20和21及连杆22向活塞后腔24方向移动。活塞21抵住活塞 座15。排水喷嘴8关闭，工作喷嘴7打开。工作喷嘴7前的压力达到最大值。活塞20和21及其连杆22移动的原因是，来自9段和10段连接处的已升高压力的反射波到达水流转换器6，通过座间腔17作用于活塞20，其压力大大高于活塞后腔24内的进水压力。因连接管25使两腔水流相通，来自座后腔19和活塞后腔23作用于活塞21上的压力相等。由于排水喷嘴8关闭（小流阻喷嘴），工作喷嘴7打开（大流阻喷嘴，其直径为排水喷嘴8直径的三倍），压力上升至最大值。

此时从工作喷嘴7向破碎对象射出最大振荡幅的高压脉冲水流。

此时，第二导管5的10段开始高压相振荡。由此压力和工作喷嘴7直径决定的最大压力和流速的波沿10段传到9段与10段连接处，在这里与来自振荡发生器4（尽头）的低压零速反射波相遇。两波合成的结果使连接处的水流压力降低到稍高于进水压力，同时水流方向改变。来自高压区（10段）的水流入低压区（9段）。这样，从9段与10段连接处传出一个新波，其水流速度为负值，压力稍高于进水压力。此时从液压气动蓄能器2反射出第一个低压波。当这个波到达振荡发生器4，并沿导管3向液压气动蓄能器2传来第二个低压波时，从9段与10段连接处沿9段向振荡发生器4（尽头）及沿10段向水流转换器6传来负速度波。在第一种情况下，由于水流在尽头路“碰壁”，使压力得到一定程度的增长。这种压力的零速度波传到9段和10段连接处。在第二种情况下，由于传来的波为负流速，使水流转换器6区域内的压力下降至大气压力。这就使活塞20、21和连杆22在活塞后腔24内的进水压力作用下向活塞后腔23方向移动。此时沿9段传播一个大气压力的低正速度或负速度的波 （取决于9段和10段的参数）。这就使10段内的高压相振荡结束，开始低压相振荡。应该指出，此时导管3内的第一个低压波完成了低压相的第一个全行程，即两个导管内的振荡相位在经过等于导管3内的冲击波的双行程的时间之后接近了。导管3内低压相振荡的第二个波到达液压气动蓄能器2时，第二个零速度波沿9段重新传向9段与10段连接处。在10段内低压相振荡的水流第一个大气压波也重新从水流转换器6传来。结果使9段与10段连接处的水流重新获得正速度，因从9段传出高于进水压力的波，从10段传出大气压力波，并且水流开始从第二导管5的9段向10段注入，压力则再次达到稍高于进水压力之值。具有这些参数的波从9段与10段连接处重新传向振荡发生器4及水流转换器6。当到达水流转换器6时，排水喷嘴8前压力增长到高于大气压，从而提高了10段端部的水流速度。此时，从两个方面向振荡发生器4传来冲击波：一个是由液压气动蓄能器2反射（第二个低压相反射波）沿导管3传来的;另一个是从9段与10段连接处沿9段传来的。如果空心活塞11的运动控制机构12调整到在导管3低相位内只能有2个波的工况，则振荡发生器4的空心活塞11向导管3方向移动。排水喷嘴13关闭，导管3内重新恢复高于进水压力的压力，高压相位开始。振荡发生器4区域内的压力增长到大大超过进水压力之值。新的高压波将从振荡发生器4沿导管3和5传播。当此波在导管3内达到液压气动蓄能器2并反射回来时，高于大气压的正速波在9段内达到9段与10段的连接点，并在此处与从排水喷嘴8沿10段已先反射回来的波相遇。结果从9段与10段连接处沿9段与10段传出新的波。在第一种情况下，在接近振荡发生器4时此波“碰壁”，因此时从液压气动蓄能器2反射的 波沿导管3传到，其中的压力振荡高相位结束。在第二种情况下，当此高压新波到达排水喷嘴8时，水流速度更加增大，波的压力下降，但仍大大高于水流转换器6区域内原有的压力（通常高于大气压力）。结果使活塞20和21与连杆22向活塞后腔24移动。活塞20离开活塞座16，活塞21抵达活塞座15。排水喷嘴8关闭，工作喷嘴7打开。这使水流急剧减速，压力骤升至最大值。9段内新的水流振荡高相位开始。水流在最大压力下从工作喷嘴7射向破碎对象。此工作过程不断重复，液压脉冲发生器进入稳定的自激振荡状态。

如果导管3内的低压波数（在低相位内）多于2个，上述过程将继续到这些波从9段与10段连接处“碰壁”之时不发生水流连续性中断为止。

低相位波数增加的同时通过排水喷嘴8的水流速度会增大，工作喷嘴7前的压力也会上升。

这样一来，由直径不同的两段管子9和10接成的第二导管5就能够蓄积一定量的高压相振荡的水，并使通过排水喷嘴8的水流在低振荡相位得到补充加速。这时，9段直径应2倍于10段直径。当9段直径与10段直径之比不是2，而是小于2时，则高压水蓄积量不足。在低压相振荡下9和10段管径取这样的比值，再加之工作喷嘴7和排水喷嘴8直径比为等于1∶3，水的加速将达不到最大可能速度，最终将影响到脉冲的高压振幅，使振幅减小。在另一种情况下，即当9段直径与10段直径之比不等于2，而大于2时，第二导管5将积蓄大量的高压水。在低压相位内的水不能加速到最大可能速度。此时，10段由内压力下降，脉冲的高压振幅下降。因此，只有第二导管5的9和10段保持上述直径比，才能保证蓄积必要的高压相位 水量，并可在低压振荡相位内保证将水流加速到最大可能速度，并得到最大的脉冲高压振幅。

排水喷嘴8的直径是否选用三倍于工作喷嘴7直径，这取决于以下几个因素：一、是否有必要将第二导管5内的水加速到最大可能速度;二、水流转换器6工作的可靠性。如果二者直径之比大于3，则水流加速到超过最大值的速度，此时水流转换器6区域内压力急剧下降。这就不能保证活塞20、21和连杆22的运动和工作喷嘴7的开放。在另一种情况下，二者直径之比小于3，则水流加速后速度不够高，工作喷嘴7打开时脉冲的高压振幅减小。

因此，只有本发明提出的液压脉冲发生器参数可保证通过增大液压脉冲发生器流量来得到最大的脉冲高压振幅，从而提高液压采掘的效率。

本发明提出的上述结构可通过增大脉冲高压振幅和增大水流量来保证提高破碎岩石的效率。

Claims (1)

1、一种液压脉冲发生器包括安装在进水管(1)上的液压气动蓄能器(2)，蓄能器通过第一导管(3)与振荡发生器(4)连接，振荡发生器则通过第二导管(5)与水流转换器(6)连接，水流转换器包括工作喷嘴(7)和排水喷嘴(8)，其特征为：第二导管(5)至少由两段不同直径的管子(9、10)接成，前一段(9)的直径为后一段(10)直径的两倍，以产生不同压相振荡的水流；工作喷嘴(7)与排水喷嘴(8)直径之比为1∶3，以产生不同压相振荡的水流。