CN113107574B - 一种无动力脉冲水锤泵发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无动力脉冲水锤泵发生装置，由脉冲波动主发生装置和水锤泵装置组成，主发生装置由高压缸体、触发式空心管柱塞、柱塞触发组件等组成；水锤泵装置由泄水阀、扬水阀、压力罐等组成。将井上水库的蓄水通过管道连接水锤泵的进水管，通过泄水阀和扬水阀的开启和关闭，使井上蓄水的势能转换为动能再转换成压力能，通过出水管接入高压缸体内形成高压力水，将压力水注入低压缸体，驱动柱塞触发组件压缩弹簧，当达到触发组件所需的条件时，主弹簧所蓄的弹簧势能瞬间释放，推动空心管柱塞锤击高压缸体中的高压力水向煤层进行注水，同时高压缸体中的压力水瞬间由水锤泵中压力罐所蓄的压力水补充达到缓慢卸压，完成脉冲波动注水动作。

Description

一种无动力脉冲水锤泵发生装置

技术领域

本发明涉及煤矿除尘技术领域，尤其涉及一种无动力脉冲水锤泵发生装置。

背景技术

尘肺病已成为危害中国煤矿工人健康最严重的职业病，累计确诊病例总量居全国各行业首位，尘肺病年死亡人数远高于同期生产事故人数。统计表明，我国是世界上接触粉尘和患尘肺病人数最多的国家，截止2017年，全国共报告职业尘肺病患者超过80万例，煤工尘肺病占比72.66%，矿井粉尘这一隐形杀手给人民的生命财产安全造成了巨大损害。

矿井有过滤、喷雾、化学、生物等多种防尘措施，但煤层注水始终是抑制矿井粉尘的根本措施。我国煤矿每年以20~50 m的速度向深部延伸，许多矿井已经进入深部开采，70%左右的煤层具有低渗透率、难浸润的特征。目前矿井注水系统一般采用井下静压注水或高压水泵加压注水。静压注水不适用于透气性较差的煤层。采用高压水泵加压注水虽然拓宽了适用范围，对于透气性较差的煤层，注水泵的压力越高，对设备的运行、能耗、维护和管理要求也越高。而且无论静压注水还是高压水泵加压注水，压力水都是在恒定流速下进行，容易因为杂质凝聚或者水质结垢造成孔裂隙喉孔的堵塞，这都不利于低透、难浸煤层的增透浸润。为了增强低透煤层的浸润效果，采用在水中添加表面活性剂等化学方法可以改善水对煤润湿性，但是现场应用过程中，表面活性剂的大量使用会使生产成本不断累加，也容易造成水源污染，极大限制了其推广应用。常规的煤层注水方式已无法满足当前的防尘要求，研发低成本、高效率、绿色节能的煤层注水方式势在必行。

高压脉动注水使煤体产生疲劳破坏，将会产生更多的裂隙和增强煤体的透气性，在一些瓦斯较高的矿井中，不适宜运用电或其他容易引起瓦斯爆炸的方式，所以无动力水锤泵的应用问题引起了广泛的关注，并且现存较多的脉动注水方式在进行一次冲击后，会发生快速卸压的情况，这对高压脉动注水的效果产生了较大的影响，解决快速卸压问题和无动力水锤泵应用问题引起了研究者的广泛关注。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提出了一种无动力脉冲水锤泵发生装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种无动力脉冲水锤泵发生装置，包括：脉冲波动主发生装置和水锤泵辅助发生装置；

其中，脉冲波动主发生装置包括高压缸体、低压缸体和弹簧底座；低压缸体一端与高压缸体固定连接，另一端设置柱塞触发组件，与弹簧底座固定连接，高压缸体和低压缸体缸体连接形成用于容置触发式空心管柱塞的腔体；低压缸体的缸壁上设置低压水进水口；所述弹簧底座内部分别设置用于容置压缩辅助弹簧和主弹簧的腔体，且压缩辅助弹簧与柱塞触发组件接触，主弹簧与触发式空心管柱塞底部接触；弹簧底座底部设置一出水下接头；

水锤泵辅助发生装置包括压力罐、泄水阀、扬水阀及水锤泵泵体；其中，所述水锤泵泵体固定于水锤泵底座上，水锤泵泵体包括第一水锤泵泵体和第二水锤泵本体，水锤泵底座端部设置进水管，沿进水管延伸方向上设置两个进水口，其中第一进水口套置于第一水锤泵泵体内，第一水锤泵泵体顶端固定设置一泄水阀结构，泄水阀结构内设置泄水阀，泄水阀和泄水阀结构之间通过泄水阀弹簧进行连接；第二进水口套置于第二水锤泵泵体内，第二水锤泵泵体顶端固定设置压力罐，压力罐侧壁设置贯通的出水管接口；扬水阀套置于第二进水口内，第二进水口上设置扬水阀结构，通过扬水阀弹簧将扬水阀与扬水阀结构连接；

高压缸体和压力罐之间通过管道联通。

其中，高压缸体和低压缸体之间、低压缸体和弹簧底座之间、压力罐和第二水锤泵泵体之间、第二水锤泵泵体和水锤泵底座之间、第一水锤泵泵体和泄水阀结构之间均通过螺栓进行固定连接。

其中，高压缸体和低压缸体之间、低压缸体和弹簧底座之间、压力罐和第二水锤泵泵体之间、第二水锤泵泵体和水锤泵底座之间、第一水锤泵泵体和泄水阀结构之间连接的位置均设置密封圈进行密封。

其中，弹簧底座外侧套置一脉冲波动主发生装置底座，脉冲波动主发生装置底座通过螺栓紧固，与弹簧底座进行固定。

其中，柱塞触发组件包括框架结构、圆柱杆螺栓、弹簧阀和圆柱挂圈；所述框架结构提供支撑圆柱杆螺栓的空间，所述圆柱挂圈与所述圆柱杆螺栓通过螺纹配合的方式进行连接；所述弹簧阀固定设置于所述触发式空心管柱塞外壁，且在移动过程中受所述圆柱挂圈限制，由正常状态转变为压缩状态及弹出状态。

其中，主弹簧和压缩辅助弹簧设置为一主四辅弹簧结构，且四个压缩辅助弹簧对称设置。

区别于现有技术，本发明提供了一种无动力脉冲水锤泵发生装置及方法，主要适用于瓦斯含量较高、透气性较差煤层进行注水除尘。本装置通过间接性的强力冲击，缓慢卸压，使煤体产生疲劳破坏，增强煤层的透气性，达到更好的煤层脉动注水效果。不仅可以有效减少开采过程中产生的煤尘，防止环境恶化，而且可以防止瓦斯爆炸和煤尘爆炸，保障安全生产，同时保护煤矿工人的身体健康。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明提供的一种无动力脉冲水锤泵发生装置的结构示意图。

图2是本发明提供的一种无动力脉冲水锤泵发生装置中水锤泵辅助装置的结构示意图。

图3是本发明提供的一种无动力脉冲水锤泵发生装置中触发式空心管柱塞触发结构的结构示意图。

图4是本发明提供的一种无动力脉冲水锤泵发生装置中中泄水阀结构示意图。

图5是本发明提供的一种无动力脉冲水锤泵发生装置中扬水阀结构示意图。

图6是本发明提供的一种无动力脉冲水锤泵发生装置的外观示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参阅图1和图6，本发明提供了一种无动力脉冲水锤泵发生装置，包括：脉冲波动主发生装置和水锤泵辅助发生装置；

其中，脉冲波动主发生装置包括高压缸体1、低压缸体5和弹簧底座8；低压缸体5一端与高压缸体1固定连接，另一端设置柱塞触发组件6，与弹簧底座8固定连接，高压缸体1和低压缸体5缸体连接形成用于容置触发式空心管柱塞2的腔体；低压缸体5的缸壁上设置低压水进水口4；所述弹簧底座8内部分别设置用于容置压缩辅助弹簧7和主弹簧9的腔体，且压缩辅助弹簧7与柱塞触发组件6接触，主弹簧9与触发式空心管柱塞2底部接触；弹簧底座8底部设置一出水下接头11；

如图2所示，水锤泵辅助发生装置包括压力罐12、泄水阀15、扬水阀17及水锤泵泵体；其中，所述水锤泵泵体固定于水锤泵底座23上，水锤泵泵体包括第一水锤泵泵体21和第二水锤泵本体24，水锤泵底座23端部设置进水管19，沿进水管19延伸方向上设置两个进水口，其中第一进水口套置于第一水锤泵泵体21内，第一水锤泵泵体21顶端固定设置一泄水阀结构20，泄水阀结构20内设置泄水阀15，泄水阀15和泄水阀结构20之间通过泄水阀弹簧16进行连接；第二进水口套置于第二水锤泵泵体24内，第二水锤泵泵体24顶端固定设置压力罐12，压力罐12侧壁设置贯通的出水管接口14；扬水阀17套置于第二进水口内，第二进水口上设置扬水阀结构22，通过扬水阀弹簧18将扬水阀17与扬水阀结构22连接；本发明设置两个出水口，其中，泄水阀出口13位于第一水锤泵泵体21顶端，出水管接口为本发明的高压水输出口，位于第二水锤泵泵体24的中部；泄水阀15、扬水阀17的结构如图4和图5所示。

高压缸体1和压力罐12之间通过管道联通。

其中，高压缸体1和低压缸体5之间、低压缸体5和弹簧底座8之间、压力罐12和第二水锤泵泵体24之间、第二水锤泵泵体24和水锤泵底座23之间、第一水锤泵泵体21和泄水阀结构20之间均通过螺栓3进行固定连接。

其中，高压缸体1和低压缸体5之间、低压缸体5和弹簧底座8之间、压力罐12和第二水锤泵泵体24之间、第二水锤泵泵体24和水锤泵底座23之间、第一水锤泵泵体21和泄水阀结构20之间连接的位置均设置密封圈进行密封。

其中，弹簧底座8外侧套置一脉冲波动主发生装置底座10，脉冲波动主发生装置底座10通过螺栓紧固，与弹簧底座8进行固定。

如图3所示，柱塞触发组件6包括框架结构25、圆柱杆螺栓27、弹簧阀28和圆柱挂圈26；所述框架结构25提供支撑圆柱杆螺栓27的空间，所述圆柱挂圈26与所述圆柱杆螺栓27通过螺纹配合的方式进行连接；所述弹簧阀28固定设置于所述触发式空心管柱塞2外壁，且在移动过程中受所述圆柱挂圈26限制，由正常状态转变为压缩状态及弹出状态。

其中，主弹簧9和压缩辅助弹簧7设置为一主四辅弹簧结构，且四个压缩辅助弹簧7对称设置。

将井上水库的蓄水通过管道连接水锤泵的进水管19，沿进水管19的水流至泄水阀15附近时，从井面流向井下所形成的水流冲力使泄水阀15迅速关闭，水流突然停止流动，使井上蓄水的势能转换为动能再转换成压力能，于是管内水的压力将会升高，将扬水阀17冲开，一部分水即进入压力罐12中并通过出水管接口14沿出水管接入高压缸体1，在高压缸体1内形成高压力水。随后，由于进水管19中压力降低，泄水阀15在静重作用下自动落下，回复到开启状态，同时压力罐12中的压缩空气促使扬水阀17关闭，整个过程遂又重复进行。将压力水通过低压缸体5的低压水进水口4注入，低压水在低压缸体5内蓄积，在低压缸体5内蓄积到一定程度时，低压水由触发式空心管柱塞2上的圆孔流入触发式空心管柱塞2内，低压水会驱动柱塞触发组件6和触发式空心管柱塞2压缩辅助弹簧7和主弹簧9，当柱塞触发组件6受低压水向下运动时，触发式空心管柱塞2中的弹簧阀划过柱塞触发组件6的上端，此时受低压水驱动的柱塞触发组件6会继续向下运动，继续压缩辅助弹簧7，同时柱塞触发组件6的上端会卡住弹簧阀带动触发式空心管柱塞2一起向下运动，不断压缩主弹簧9，由弹簧底座8卡住无法继续下移，低压水继续由低压缸体5流入驱动触发式空心管柱塞2，使触发式空心管柱塞2继续下移，此时触发式空心管柱塞2下方圆孔与由柱塞触发组件6和弹簧底座8所组成的泄压通道相重合，触发式空心管柱塞内2的低压水会快速流出进行卸压，主弹簧9所蓄积的弹簧势能转变为向上的动能，推动触发式空心管柱塞2上移，弹簧阀伸缩转变，进而触发式空心管柱塞2可顺利通过柱塞触发组件6的上端，主弹簧9所蓄的弹簧势能会瞬间释放，推动触发式空心管柱塞2锤击高压缸体1中的高压力水，高压缸体1的出口通过注水管路向煤层进行注水，同时将产生的强压力波传至煤层，由于触发式空心管柱塞2上移导致低压缸体5进行卸压，柱塞触发组件6受辅助弹簧7的推力向上弹击，届时锤击动作完成时，高压缸体1中的高压力水释放之后，高压缸体1中会形成低压状态，高压缸体1中的压力水瞬间由水锤泵中压力罐12所蓄的高压力水补充达到缓慢卸压，触发式空心管柱塞2会发生向下移动，此时柱塞触发组件6的向上弹击，恢复到动作初始状态，完成一次高压脉冲煤层注水动作。利用稳压泵改变进入水锤泵辅助装置的压力，进而可以改变高压缸体1的水压可以改变无动力脉冲水锤泵发生装置产生的脉冲波动注水强度；改变通过低压水进水口4进入低压缸体5的压力水的流量，可以改变无动力脉冲水锤泵发生装置产生的脉冲波动注水的频率。

实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种无动力脉冲水锤泵发生装置，其特征在于，包括：脉冲波动主发生装置和水锤泵辅助发生装置；

其中，脉冲波动主发生装置包括高压缸体（1）、低压缸体（5）和弹簧底座（8）；低压缸体（5）一端与高压缸体（1）固定连接，另一端设置柱塞触发组件（6），与弹簧底座（8）固定连接，高压缸体（1）和低压缸体（5）缸体连接形成用于容置触发式空心管柱塞（2）的腔体；低压缸体（5）的缸壁上设置低压水进水口（4）；所述弹簧底座（8）内部分别设置用于容置压缩辅助弹簧（7）和主弹簧（9）的腔体，且压缩辅助弹簧（7）与柱塞触发组件（6）接触，主弹簧（9）与触发式空心管柱塞（2）底部接触；弹簧底座（8）底部设置一出水下接头（11）；

水锤泵辅助发生装置包括压力罐（12）、泄水阀（15）、扬水阀（17）及水锤泵泵体；其中，所述水锤泵泵体固定于水锤泵底座（23）上，水锤泵泵体包括第一水锤泵泵体（21）和第二水锤泵本体（24），水锤泵底座（23）端部设置进水管（19），沿进水管（19）延伸方向上设置两个进水口，其中第一进水口套置于第一水锤泵泵体（21）内，第一水锤泵泵体（21）顶端固定设置一泄水阀结构（20），泄水阀结构（20）内设置泄水阀（15），泄水阀（15）和泄水阀结构（20）之间通过泄水阀弹簧（16）进行连接；第二进水口套置于第二水锤泵泵体（24）内，第二水锤泵泵体（24）顶端固定设置压力罐（12），压力罐（12）侧壁设置贯通的出水管接口（14）；扬水阀（17）套置于第二进水口内，第二进水口上设置扬水阀结构（22），通过扬水阀弹簧（18）将扬水阀（17）与扬水阀结构（22）连接；

高压缸体（1）和压力罐（12）之间通过管道联通。

2.根据权利要求1所述的无动力脉冲水锤泵发生装置，其特征在于，高压缸体（1）和低压缸体（5）之间、低压缸体（5）和弹簧底座（8）之间、压力罐（12）和第二水锤泵泵体（24）之间、第二水锤泵泵体（24）和水锤泵底座（23）之间、第一水锤泵泵体（21）和泄水阀结构（20）之间均通过螺栓（3）进行固定连接。

3.根据权利要求2所述的无动力脉冲水锤泵发生装置，其特征在于，高压缸体（1）和低压缸体（5）之间、低压缸体（5）和弹簧底座（8）之间、压力罐（12）和第二水锤泵泵体（24）之间、第二水锤泵泵体（24）和水锤泵底座（23）之间、第一水锤泵泵体（21）和泄水阀结构（20）之间连接的位置均设置密封圈进行密封。

4.根据权利要求1所述的无动力脉冲水锤泵发生装置，其特征在于，弹簧底座（8）外侧套置一脉冲波动主发生装置底座（10），脉冲波动主发生装置底座（10）通过螺栓紧固，与弹簧底座（8）进行固定。

5.根据权利要求1所述的无动力脉冲水锤泵发生装置，其特征在于，柱塞触发组件（6）包括框架结构（25）、圆柱杆螺栓（27）、弹簧阀（28）和圆柱挂圈（26）；所述框架结构（25）提供支撑圆柱杆螺栓（27）的空间，所述圆柱挂圈（26）与所述圆柱杆螺栓（27）通过螺纹配合的方式进行连接；所述弹簧阀（28）固定设置于所述触发式空心管柱塞（2）外壁，且在移动过程中受所述圆柱挂圈（26）限制，由正常状态转变为压缩状态及弹出状态。

6.根据权利要求1所述的无动力脉冲水锤泵发生装置，其特征在于，所述主弹簧（9）和压缩辅助弹簧（7）设置为一主四辅弹簧结构，且四个压缩辅助弹簧（7）对称设置。

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