CN106988743A - 二氧化碳致裂器充装机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳致裂器充装机，属于爆破设备技术领域，包括充装机架、设置在充装机架上的致裂器固定组件、液态二氧化碳充装组件及配套的管路组件和控制箱，关键在于：所述液态二氧化碳充装组件包括具有进液口和出液口的泵体、进液单向阀、出液单向阀、位于泵体内的柱塞、活塞杆伸入泵体内并与柱塞相连的液压油缸，沿所述柱塞轴向设有贯穿柱塞的中空腔，所述进液单向阀设于中空腔内，所述出液单向阀固定于出液口，沿柱塞径向设有与中空腔相通的中间进液口。本发明的有益技术效果是：通过采用液压驱动的方式带动柱塞往复运动，实现对二氧化碳致裂器充装液态二氧化碳，能够为致裂器充装足量液态二氧化碳，保证爆破效果。
Description
技术领域
本发明属于爆破设备技术领域，具体涉及一种能够对二氧化碳致裂器进行充装液态二氧化碳的充装机。
背景技术
目前，随着国家对矿山和采石工场的安全和环保要求越来越高，对爆炸物品监管越来越严。由于二氧化碳致裂器在使用中的灌装只需要1-3分钟，而且从起爆至结束整个过程只需0.4秒，其涨力破碎可达2500T，可有效涨裂中，距凌空面1.2m范围内，岩石硬度＞普氏12度的岩层，涨裂缝隙可达50mm，而且其中的爆破筒可安全重复使用，所以其技术推广使用提至日前议程。由于其技术专业化水平较高，对现场使用时的安全、人员配置有一定的要求，故以往的使用过程中存在致裂器的元部件补给不及时，回收维护不到位，充装检测困难等缺点，严重影响工作效率，从而制约了二氧化碳开采技术的推广使用、造成安全隐患。
为了保证爆裂效果，要求爆裂管中充装的是液体二氧化碳，而且液态二氧化碳所占有的体积不小于97%。这样的前提下。充装二氧化碳必须是在常压、低温（-37℃）或常温（25℃）、高压25MPa以上完成。申请号为201610258004.9的中国发明专利申请公开了一种二氧化碳致裂器集成移动工作站及充装、检修方法，其所公开的充装机构包括依次连接的空压机、输气管、气动增压泵、输液管、快速接头，气动增压泵通过进出液管与储液罐连接；由于采用空压机提供动力并通过气动增压泵向二氧化碳致裂器内充装液态二氧化碳使得充装时压力不够导致二氧化碳致裂器内没有足量的液态二氧化碳，将会大影响爆破效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种二氧化碳致裂器充装机，通过液压油缸提供动力、并专门设计了泵体和柱塞，能够向二氧化碳致裂器内充装足量的液态二氧化碳，保证爆破效果。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种二氧化碳致裂器充装机，包括充装机架、设置在充装机架上的致裂器固定组件、液态二氧化碳充装组件及配套的管路组件和控制箱，关键在于：所述液态二氧化碳充装组件包括具有进液口和出液口的泵体、进液单向阀、出液单向阀、位于泵体内的柱塞、活塞杆伸入泵体内并与柱塞相连的液压油缸，沿所述柱塞轴向设有贯穿柱塞的中空腔，所述进液单向阀设于中空腔内，所述出液单向阀固定于出液口，沿柱塞径向设有与中空腔相通的中间进液口。
本发明的有益技术效果是：1、通过采用液压驱动的方式带动柱塞往复运动，实现对二氧化碳致裂器充装液态二氧化碳，能够为致裂器充装足量液态二氧化碳，保证爆破效果；2、泵体内设有低压储液部分和高压储液部分，低压储液部分保证泵体的工作温度并与环形气体收集腔连通，通过泄气阀及时排出气化的液态二氧化碳，高压储液部分在液压油缸的驱动下被压缩进入二氧化碳致裂器；3、二氧化碳致裂器一端通过压紧组件与充液接头压紧、另一端通过支撑组件实现浮动支撑，整个致裂器固定组件结构简单、便于致裂器的固定、充液和换装。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明二氧化碳致裂器充装机的结构示意图；
图2是图1是右视图；
图3是本发明二氧化碳致裂器充装机中液态二氧化碳充装组件的结构示意图；
图4是图3中泵体的结构示意图；
图5是本发明二氧化碳致裂器充装机中致裂器固定组件的支撑组件结构示意图；
图6是本发明二氧化碳致裂器充装机中致裂器固定组件的压紧组件结构示意图。
在附图中：
100是充装机架，101是安装板，
200是致裂器固定组件，201是支撑套，202是支撑杆，203是压簧，204是压紧座，204-1是充液通道，205是导向杆，206是连接板，207是压紧板，208是螺杆，209是充液接头，210是手轮，211是限位板，212是球冠形限位头，213是充装密封圈，214是导向套，215是限位挡块，216是定位块，
300是液态二氧化碳充装组件，301是泵体，301-1是进液口，301-2是出液口，301-3是中间连接套，301-4是液态二氧化碳缓冲腔，301-5是柱塞限位套，301-6是柱塞容置腔，301-7是油缸连接座，301-8是活塞杆导向腔，301-9是环形气体收集腔，301-10是连通孔，302是进液单向阀，303是柱塞，303-1是中空腔，303-2是中间进液口，304是液压油缸，305是出液单向阀，306是销轴，307是连接法兰，308是泄气阀，309是保温箱，310是液压站，311是导向环，
400是控制箱，401是压力传感器，
500是管路组件，501是中间接头，502是充液管路，503是放气管路，
A代表二氧化碳致裂器。
具体实施方式
参见附图1和2，本发明提供了一种二氧化碳致裂器充装机，包括充装机架100、设置在充装机架100上的致裂器固定组件200、液态二氧化碳充装组件300及配套的管路组件500和控制箱400。其中液态二氧化碳充装组件300设置在充装机架100的底部，致裂器固定组件200和控制箱400设置在液态二氧化碳充装组件300的上方并且控制箱400设置于致裂器固定组件200的后方。
参见附图1、3和4，上述的液态二氧化碳充装组件300包括具有进液口301-1和出液口301-2的泵体301、进液单向阀302、出液单向阀305、位于泵体301内的柱塞303、活塞杆伸入泵体301内并与柱塞303相连的液压油缸304及配套的液压站310，沿柱塞303轴向设有贯穿柱塞303的中空腔303-1，进液单向阀302设于中空腔303-1内，出液单向阀305设置在出液口301-2，沿柱塞303径向设有与中空腔303-1相通的中间进液口303-2。进液单向阀302螺纹连接于柱塞303的中空腔303-1内。
为合理利用空间，液压站310设置在控制箱400的下方、泵体301的上方，通过配套的液压管路与液压油缸304相连。
进液口301-1通过配套的管路与液态二氧化碳储罐相连。通过液压油缸304带动柱塞303做往复运动，引起泵体301内工作腔的周期变化，进而将液态二氧化碳经出液口301-2及充液管路502进入二氧化碳致裂器A内。由于采用液压驱动使得液压油缸304能够提供高达30MP及以上的压力，使液态二氧化碳能足量充入二氧化碳致裂器A内，从而保证最终的爆破效果。
泵体301包括具有液态二氧化碳缓冲腔301-4的中间连接套301-3、分别固定在中间连接套301-3两端的具有柱塞容置腔301-6的柱塞限位套301-5和具有活塞杆导向腔301-8的油缸连接座301-7，出液口301-2设在柱塞限位套301-5的端部并与柱塞容置腔301-6相通，进液口301-1设在中间连接套301-3，液态二氧化碳缓冲腔301-4的容积大于柱塞容置腔301-6的容积，液压油缸304的活塞杆自由端位于中空腔303-1内并借助销轴306与柱塞303相连，活塞杆与柱塞303的连接端位于液态二氧化碳缓冲腔301-4内。柱塞容置腔301-6即工作腔，通过其容积的变化进液排液从而充装液态二氧化碳。
柱塞限位套301-5和油缸连接座301-7分借助配套的连接法兰307与中间连接套301-3连接，在法兰连接端面设有密封圈以实现密封连接。
为使泵体301内气化的液态二氧化碳及时排出，在柱塞限位套301-5上设有与柱塞容置腔301-6同轴的环形气体收集腔301-9，环形气体收集腔301-9借助连通孔301-10与液态二氧化碳缓冲腔301-4相通，在柱塞限位套301-5外设有与环形气体收集腔301-9的顶部相通的泄气阀308。通过泄气阀308每隔一段时间排气一次，以及时排出气化的液态二氧化碳。连通孔301-10沿环形气体收集腔301-9的周向设置至少两个，并且至少有一个位于或者接近中间连接套301-3的内壁，以使位于液态二氧化碳缓冲腔301-4上方的气体进入环形气体收集腔301-9内。其余的连通孔301-10使得位于液态二氧化碳缓冲腔301-4内的液态二氧化碳进入环形气体收集腔301-9内对高压储液部分保冷，防止高压储液部分的液态二氧化碳气化。
在柱塞容置腔301-6的内端部与柱塞303间、活塞杆导向腔301-8内端部与活塞杆间分别设有密封组件，上述密封组件包括密封圈和压环。在柱塞容置腔301-6的内端部与柱塞303间还设有导向环311，以实现对柱塞303的稳定导向。
为保证泵体301内的温度、防止泵体301内的液态二氧化碳气化，液态二氧化碳充装组件300整体设置在保温箱309内，在保温箱309内填充有保温材料。
通过管路将液态二氧化碳储罐与进液口301-1相连，液态二氧化碳进入液态二氧化碳缓冲腔301-4内形成低压储液部分，而柱塞303的自由端端面与柱塞容置腔301-6之间形成的密闭空间则形成高压储液部分。柱塞303的移动将高压储液部分的液态二氧化碳进入二氧化碳致裂器A内。液态二氧化碳在流动的过程不可避免的会遇到容积的变化并且吸收热量，所以进入液态二氧化碳缓冲腔301-4内会部分气化，气化的液态二氧化碳在泄气阀308的控制下排出，部分液态二氧化碳气化吸收的能量用来冷却泵体301，以保证泵体301在低温状态下工作，这样就保证了二氧化碳液体状态充入致裂器内，因为致裂器是密闭的，充入液体的过程必须压缩致裂器内残留的气体，所以要保持在高压下才能达到预期的充装效果，通过采用液压油缸304提供充装压力的方式保证了充装压力，从而保证充装重量。
参见附图1、2、5和6，致裂器固定组件200位于液态二氧化碳充装组件300上方，致裂器固定组件200包括固定在充装机架100中安装板101上的支撑组件和压紧组件。
支撑组件用于浮动支撑二氧化碳致裂器A的尾部以配合压紧组件对二氧化碳致裂器A的充装端的压紧。支撑组件包括固定在安装板101下方的支撑套201、底部穿过安装板101并限位在支撑套201内的支撑杆202及设置在支撑杆202与支撑套201间的压簧203。
更具体地，在安装板101的下方固定有与支撑杆202相配合的导向套214，支撑套201与导向套214螺纹连接。支撑杆202上端加工成与二氧化碳致裂器A配合的弧形面，下端加工成直径略小的限位部，压簧304套装在限位部上，支撑套201的底部设有与限位部配合的通孔。限位部的下端面固定有限位挡块215，限位挡块215位于支撑套201的外部。
压紧组件用于压紧二氧化碳致裂器A的充装端、实现与充液管路的连通。压紧组件包括固定在安装板101上方的压紧座204、借助导向杆205与压紧座204相连的连接板206、套装在导向杆205上的压紧板207、与连接板206螺纹连接并与压紧板207相连的螺杆208以及位于两个导向杆205间并设置在压紧座204的凹槽内的充液接头209，在压紧座204内设有与充液接头209相通的充液通道204-1。在充液接头209的端面处设有充装密封圈213以实现二氧化碳致裂器A的充装端与充液接头209的密封。在压紧座204上还固定有定位块216以使得二氧化碳致裂器A快速定位。
螺杆208的顶部连接有手轮210，螺杆208的底部加工成球冠形并借助限位板211限位在压紧板207的限位槽内，或者在螺杆208的底部固定有球冠形限位头212并借助限位板211限位在压紧板207的限位槽内，使得螺杆208旋转而压紧板207不旋转，螺杆208与连接板206螺纹配合使得螺杆208下降进而带动压紧板207沿导向杆206向下移动从而将二氧化碳致裂器A压紧在充液接头209上。
参见附图1、2和6，上述的管路组件500包括固定在充液通道204-1的末端的中间接头501、两端分别与出液口301-2和中间接头501相连的充液管路502、一端与中间接头501相连、另一端与大气相通的放气管路503。在充液管路502、放气管路503上还配套设置有阀门。
参见附图1和2，控制箱400固定在充装机架100上并位于致裂器固定组件200的后方，用于控制液态二氧化碳充装组件300以及显示充装状态，在中间接头501上固定有压力传感器401，当压力传感器401检测到二氧化碳致裂器A内压力到达指定压力值后液态二氧化碳充装组件300停止工作。
本发明的二氧化碳致裂器充装机具体使用时操作过程如下：
1、将二氧化碳致裂器A放置于致裂器固定组件200上，二氧化碳致裂器A的充装端被定位块216限位后，即可通过旋转手轮210以使压紧板207将二氧化碳致裂器A的充装端压紧在充液接头209上，二氧化碳致裂器A的另一端随着充装端的压紧被支撑组件浮动支撑；
2、按动控制箱400上的控制按钮，启动液态二氧化碳充装组件300：通过液压油缸304驱动柱塞303往复运动使泵体301内的液态二氧化碳通过充液管路502和充液接头209进入二氧化碳致裂器A内。液压油缸304中的活塞杆收缩，此时液态二氧化碳从液态二氧化碳缓冲腔301-4内经中间进液口303-2、进液单向阀302进入高压储液部分，此时进液单向阀302处于打开状态、出液单向阀305处于关闭状态（即进液单向阀302允许液态二氧化碳从液态二氧化碳缓冲腔301-4进入高压储液部分，出液单向阀305不允许充液管路502中的液态二氧化碳反向进入高压储液部分）。然后液压油缸304的活塞杆伸出，活塞杆带动柱塞303压缩高压储液部分的液态二氧化碳、当达到一定压力时通过充液管路502进入二氧化碳致裂器A内（此时进液单向阀302处于关闭状态、出液单向阀305处于打开状态）；
3、当压力传感器401检测到二氧化碳致裂器A内压力值达到指定值后，反馈信号给控制箱400，并通过对应的指示灯提示已充装完成；
4、打开阀门通过放气管路503将管路内的液态二氧化碳释放到大气中，然后旋转手轮210解除对二氧化碳致裂器A压紧；
5、从充装机架100上移走充装好的二氧化碳致裂器A，充装完毕。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种二氧化碳致裂器充装机，包括充装机架（100）、设置在充装机架（100）上的致裂器固定组件（200）、液态二氧化碳充装组件（300）及配套的管路组件（500）和控制箱（400），其特征在于：所述液态二氧化碳充装组件（300）包括具有进液口（301-1）和出液口（301-2）的泵体（301）、进液单向阀（302）、出液单向阀（305）、位于泵体（301）内的柱塞（303）、活塞杆伸入泵体（301）内并与柱塞（303）相连的液压油缸（304），沿所述柱塞（303）轴向设有贯穿柱塞（303）的中空腔（303-1），所述进液单向阀（302）设于中空腔（303-1）内，所述出液单向阀（305）设置在出液口（301-2），沿柱塞（303）径向设有与中空腔（303-1）相通的中间进液口（303-2）。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳致裂器充装机，其特征在于：所述泵体（301）包括具有液态二氧化碳缓冲腔（301-4）的中间连接套（301-3）、分别固定在中间连接套（301-3）两端的具有柱塞容置腔（301-6）的柱塞限位套（301-5）和具有活塞杆导向腔（301-8）的油缸连接座（301-7），所述出液口（301-2）设在柱塞限位套（301-5）的端部并与柱塞容置腔（301-6）相通，所述进液口（301-1）设在中间连接套（301-3），所述液态二氧化碳缓冲腔（301-4）的容积大于柱塞容置腔（301-6）的容积，所述液压油缸（304）的活塞杆自由端位于中空腔（303-1）内并借助销轴（306）与柱塞（303）相连，活塞杆与柱塞（303）的连接端位于液态二氧化碳缓冲腔（301-4）内。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳致裂器充装机，其特征在于：所述柱塞限位套（301-5）和油缸连接座（301-7）分别借助配套的连接法兰（307）与中间连接套（301-3）连接，在法兰连接端面设有密封圈。
4.根据权利要求2所述的二氧化碳致裂器充装机，其特征在于：在柱塞限位套（301-5）上设有与柱塞容置腔（301-6）同轴的环形气体收集腔（301-9），所述环形气体收集腔（301-9）借助连通孔（301-10）与液态二氧化碳缓冲腔（301-4）相通，在柱塞限位套（301-5）外设有与环形气体收集腔（301-9）相通的泄气阀（308）。
5.根据权利要求2所述的二氧化碳致裂器充装机，其特征在于：在柱塞容置腔（301-6）的内端部与柱塞（303）间、活塞杆导向腔（301-8）内端部与活塞杆间分别设有密封组件，所述密封组件包括密封圈和压环。
6.根据权利要求1所述的二氧化碳致裂器充装机，其特征在于：所述液态二氧化碳充装组件（300）设置在保温箱（309）内，在保温箱（309）内填充有保温材料。
7.根据权利要求1-6任一项所述的二氧化碳致裂器充装机，其特征在于：所述致裂器固定组件（200）位于液态二氧化碳充装组件（300）上方，致裂器固定组件（200）包括固定在充装机架（100）中安装板（101）上的支撑组件和压紧组件。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳致裂器充装机，其特征在于：所述支撑组件包括固定在安装板（101）下方的支撑套（201）、底部穿过安装板（101）并限位在支撑套（201）内的支撑杆（202）及设置在支撑杆（202）与支撑套（201）间的压簧（203）；所述压紧组件包括固定在安装板（101）上方的压紧座（204）、借助导向杆（205）与压紧座（204）相连的连接板（206）、套装在导向杆（205）上的压紧板（207）、与连接板（206）螺纹连接并与压紧板（207）相连的螺杆（208）以及位于两个导向杆（205）间并设置在压紧座（204）的凹槽内的充液接头（209），在压紧座（204）内设有与充液接头（209）相通的充液通道（204-1），充液通道（204-1）的另一端借助配套的管路与出液口（301-2）相连。
9.根据权利要求8所述的二氧化碳致裂器充装机，其特征在于：所述螺杆（208）的顶部连接有手轮（210），所述螺杆（208）的底部加工成球冠形或固定有球冠形限位头（212）并借助限位板（211）限位在压紧板（207）的限位槽内。
10.根据权利要求8所述的二氧化碳致裂器充装机，其特征在于：所述管路组件（500）包括固定在充液通道（204-1）的末端的中间接头（501）、两端分别与出液口（301-2）和中间接头（501）相连的充液管路（502）、一端与中间接头（501）相连、另一端与大气相通的放气管路（503）。
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