CN86108271A - 水力脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

一种水力脉冲发生器，包括一条与充气蓄能器相连接的供水导管，充气蓄能器经导管与振动发生器相连通。振动发生器有一个壳体，其内部装有一空心活塞；活塞在壳体中构成一开式排水腔室和闭式排水腔室，一个具有排水喷嘴的低压腔室和与工作喷嘴相连通的高压腔室；还有一个控制空心活塞运动的装置，该装置制成小导管的形式，该小导管连通高压腔室和开式排水腔室，其长度等于连接充气蓄能器和振动发生器的导管长度的二倍。

Description

本发明涉及采矿技术，特别是涉及水力脉冲发生器。

本发明可以用于采矿工业和水力工程中，利用高压脉冲射流破碎岩石，也可以用于电力工程清洗热电厂的锅炉设备。

已知的水力脉冲发生器包括一个充气蓄能器，它装于供水管路上并通过一根导管与振动发生器相连接。该振动发生器包括一个装有空心活塞的壳体、由活塞在壳体内形成的闭式排水腔室和开式排水腔室、低压腔室和高压腔室、和控制空心活塞运动的装置、该控制装置做成带有分成二个腔室的分离隔膜和一个支撑格的空气帽;其中一个腔室充满了压缩气体，另一个腔室将高压腔室与开式排水空室连通，并通过开关与大气相通。空气帽的所有元件全都制成环形的，环绕在振动发生器圆柱形壳体的周围。低压腔室与排水喷嘴相连，而高压腔室则与工作喷嘴以及与连接充气蓄能器和振动发生器的导管相连接。

水力脉冲发生器的工作是基于充气蓄能器与振动发生器之间导管中的流体通过排水喷嘴时的加速度和接踵而来的工作喷嘴前的液流的减速度的原理。

但是，这种已知装置的液体喷射没有足够的破碎能力，这是由于高压脉冲的前缘滞后形成而导致逐渐地或者平缓地增大施加于采煤工作面上的负荷的缘故，而不是用一种急剧的冲击负荷施加在采煤工作面上。这是因为闭式排水腔室与振动发生器空心活塞的内腔和管路的内腔相连，其中的压力随着低压波的到达不连续地增长，且其数值基本上低于输入压力。空心活塞上的压差范围从大气压开始至低于输入压力为止。在该压差的作用下，空心活塞将相当缓慢地向低压腔室的阀座移动，同时切断了通往排水喷嘴的水流，使其转向工作喷嘴，因而脉冲的前缘延迟，降低了水力破碎的效率。

这种已知装置的另一个缺点是工作喷嘴前水力脉冲压力提高系数低。这同空气室的设置有关，为保证所要求的工作状态，该空气室的参数必须与工作喷嘴的直径和输入压力相适应。当各种因素（空气的泄漏、工作喷嘴直径和输入压力的变化）之间的比例关系改变时就破坏了这种工作状态，即改变了高压振动相与低压振动相之间的比例关系。

因之改变了水力脉冲的压力提高系数，最终降低了水力破碎的效率。

还有一种已知的水力脉冲发生器，它包括一个充气蓄能器，该蓄能器安装在供水导管上并通过导管与振动发生器相连接。振动发生器有一个内装空心活塞的壳体，活塞在壳体内构成闭式排水腔室和开式排水腔室，以及低压腔室与高压腔室，和控制空心活塞运动的装置;该装置做成空气帽的形式，并用隔膜分成二个腔室。其中一个腔室充满了压缩气体;另一个腔室通过变阻节流装置将高压腔室与开式排水腔室相连通，并通过开关与大气相通。

这种已知的水力脉冲发生器的工作同样基于充气蓄能器和振动发生器之间的导管中的液体通过振动发生器排水喷嘴时的加速度、和接踵而来的在水力脉冲发生器工作喷嘴前的液流减速度的原理。

这种装置的缺点与前述装置的缺点相类似。

本发明的目的在于提供一种水力脉冲发生器，在该水力脉冲发生器中，通过改进控制振动发生器空心活塞运动的装置，能够调整水力脉冲的压力提高系数。

本发明的目的是用下述方式解决的。在一个水力脉冲发生器中包括一个充气蓄能器，该蓄能器装在一条供水导管上并通过导管与振动发生器相连;振动发生器有一个壳体，其内部装有一空心活塞，活塞在壳体中形成一开式排水腔室和一闭式排水腔室，一个具有排水喷嘴的低压腔室和一个与工作喷嘴相连通的高压腔室;还有一个控制空心活塞运动的装置。在根据本发明的水力脉冲发生器中，控制空心活塞运动的装置制成小导管的形式，该小导管连通高压腔室与开式排水腔室，其长度等于连接充气蓄能器和振动发生器的导管长度的二倍。

根据本发明，其另一个特征是控制空心活塞运动的装置最好包括一个安装在小导管上的单向阀。

由于对上述的控制空心活塞运动的装置的结构的改进，开式排水腔室中压力变化滞后的实现，不像已知装置那样是借助于空气容积变化所必需的时间，而是借助于冲击波通过小导管所需的时间;由于小导管的选用长度适当，该时间恰好与冲击波沿导管往返走过的时间一致。这就导致作用在空心活塞上的压力差突然变化（在同一时间，一个腔室中的压力升高，另一个腔室中的压力降低），随之活塞从一个位置迅速向另一个位置移动。这又保证了工作喷嘴前的压力脉冲陡度，即提高了破碎采煤工作面的效率，并防止空心活塞在它的一个位置上延迟动作，因而防止了冲击波沿导管的附加的无效行程。在该行程下工作喷嘴或者关闭，或者在接近输入压力下水通过喷嘴流出，就像在已知装置中发生的过程一样。因而其结果是提高了系统的效率和更有力地破碎采煤工作面。

所提出的水力脉冲发生器的开式排水腔室通过小导管合理地与闭式排水腔室相连通，该小导管被三位开关至少分成二个串接的小导管部分，每个部分小导管的长度最好等于连接充气蓄能器和振动发生器的导管长度的二倍，而三位开关又与开式排水腔室相连。

如上所述，通过连接开式排水腔室与闭式排水腔室，有可能在较宽的范围内改变压力脉冲的频率，从冲击系数2到5、压力提高比值为输入压力的1.9至3.2倍的共振到高冲击之间变化，这就使水力破碎效率比现有的装置高1.4～1.6倍。

理想情况下，水力脉冲发生器中的开式排水腔室与闭式排水腔室通过至少二个并联于这二个腔室之间的连通管路彼此连接在一起，每一条连通管路都包括一个与闭式排水腔室相连通的三位开关和一条长度等于连接充气蓄能器和振动发生器的导管长度的二倍的小导管，小导管的第一端与相应的三位开关相连，第二端与开式排水腔室相通。在每一条连接管路中，从第一条到倒数第二条，在小导管的第二端与开式排水腔室之间装有单向阀，每一条上述小导管的这个第二端又与下一个连接管路上的三位开关相连接。

所提出的装置的上述方案，在这个冲击波的数目所必需的低压振动相中，依靠保证沿导管的行程来确保所要求的压力提高比值，即最大可能保证了水力破碎的效率。这可以借助于所提出的控制振动发生器空心活塞移动的系统来达到，该系统能保证从闭式排水腔室到开式排水腔室的低压波只有在这个波通过所有的连接管路之后才能通过。

由上述所知，对控制水力脉冲发生器空心活塞运动的装置所作出的改进，调节了水力脉冲中的压力提高系数，开式排水腔室与闭式排水腔室之间的压差-即作用在活塞上的压差取得了陡变，加速了高压脉冲的形成，提高了高压射流施加在待破碎的障碍物上的冲击力，改善了控制空心活塞运动的装置的可靠性，提高了该发生器的总效率。

下面结合最佳实施例并参照相应的附图对本发明进行更加详细的阐述，其中：

图1是本发明所提出的水力脉冲发生器的二个可替换的实施例的剖视图;

图2图示了本发明水力脉冲发生器的第3个实施例。

本发明的几种可能的改型将在下文加以阐述。

参照图1，在本发明所提出的水力脉冲发生器的第1个实施例中包括一个充气蓄能器1，该蓄能器安装在供水管2上，并通过导管3与振动发生器4相连接。振动发生器4包括一个壳体5，壳体内装有导向装置6、7和一个空心活塞8，活塞8包括空心杆9和密封环10。空心活塞8与导向装置6、7以及壳体5一起构成了高压腔室11、低压腔室12以及开式排水腔室13和闭式排水腔室14，即这些腔室的压力形成了使空心活塞8移动的力，以便分别地打开或者关闭从导管3到排水喷嘴15的水流通道。闭式排水腔室14通过空心活塞8中的孔16与空心活塞8的内腔相通，所以在装置工作的任何瞬间腔室14中的水的压力等于导管3中的压力，这一压力的波动范围相对于输入压力即相对于输水管中的压力是从高压到低压。在高压腔室11中，工作过程中的压力在高压到大气压之间波动，而在低压腔室12中，工作过程中的压力则在低压到大气压之间波动。开式排水腔室13经过控制空心活塞8运动的装置与高压腔室11相连通，该控制装置作成小导管17的形式，其长度等于两倍导管3的长度。小导管17装有单向阀18，以便水力脉冲发生器在一定的工作条件下，阻止水从开式排水腔室13泄漏到高压腔室11中去。开式排水腔室13中的压力在高压到大气压之间波动。为了保证装置起动自振，开式排水腔室13经过开关19与大气相通。高压腔室11被隔板20分成前腔室23和后腔室24，后腔室直接与工作喷嘴25相连接，隔板20用作为带有孔22的阀座21。在振动发生器4的壳体5中，在导管3和低压腔室12的一侧设置一阀座26，而空心杆9装有阀27。开式排水腔室13和闭式排水腔室14与相应的开关28相连通。

水力脉冲发生器工作方式如下：

在本发明的第一个实施例中，开关28关闭，单向阀18或者不存在或者处于允许液体沿双向流动的位置。

打开开关19，水从供水管2经过充气蓄能器1和导管3流入振动发生器4，此时闭式排水腔室14充满了从空心活塞8通过孔16流入的水。根据空心活塞8的初始位置，随着向闭式排水腔室14充入水，而使活塞在壳体5的导向装置6和7中移动直至靠住阀座26，以打开工作喷嘴25。水进一步经过空心活塞8和阀座21之间的缝隙、前腔室23、隔板20上的孔口22、后腔室24流入工作喷嘴25，并通过工作喷嘴喷射到待破碎的物体上，同时开式排水腔室13中则充满了从前腔室23沿着控制空心活塞8运动的装置的小导管17来的水，并通过打开的开关19排放到外部。

在自振状态，关闭开关19，水力脉冲发生器即被堵塞。此时开式排水腔室13中的压力等于输入压力，即与闭式排水腔室14中的压力和高压腔室11中的压力相同。考虑到阀27的面积大于阀座21一侧的空心杆9的端面面积，而作用在空心活塞8上各表面上的压力相等，因而产生一个合力使空心活塞8从阀座26移向阀座21，直至空心杆9靠住阀座21为止，这又使水从导管3经低压腔室12流入排水喷嘴15，同时切断了水从导管3到前腔室23、经隔板21的孔口22到后腔室24，进而流至工作喷嘴25的通路。由于排水喷嘴15的出口直径大于工作喷嘴25的直径，因而水力脉冲发生器中的液阻减小，这就导致在振动发生器4内产生水力冲击，且伴随着压力降低，并意味着压力振动的低相开始;因此低压（同输入压力相比）冲击波经导管3向充气蓄能器1的方向传播，而近似等于大气压的冲击波则沿着控制空心活塞8运动的装置的小导管17向开式排水腔室13的方向传播。因而在压力振动的低压相开始的瞬间和其整个持续期间，高压腔室11中的压力接近于大气压，且闭式排水腔室14和低压腔室12中的压力低于输入压力，而开式排水腔室13中的压力则等于压力振动的低压相前的压力（在这种情况下等于输入压力）。

当低压波到达充气蓄能器1受输入压力波作用并从其上反射回来时，沿控制空心活塞8运动的装置的小导管17传播的气压波刚到达其长度的一半。因此，当被充气蓄能器1反射回来的输入压力波到达振动发生器4进而进入闭式排水腔室14的时候，闭式排水腔室14中的压力从低压升至输入压力。相反地，导管17传播的气压波走过了它的全长到达开式排水腔室13，而使得开式排水腔室13中的压力从输入压力降至大气压。因而在工作腔室13和14之间产生一个压力差，该压差作用在空心活塞8上并使其移动靠在阀座26上，从而切断了水到排水喷嘴15的通路，同时打开了水到工作喷嘴25的通路，此时水力脉冲发生器中的阻力增加，产生水力冲击，同时导致压力增加。因此压力振动的低相结束，高相开始。高压（与输入压力相比）波沿导管3向充气蓄能器1的方向及沿小导管17向开式排水腔室13的方向传播。在这一压力作用下，水通过工作喷嘴25喷射到待破碎的物体上。因此，在振动高压相期间，高压腔室11、闭式排水腔室14和工作喷嘴25前的空间将保持高压，而低压腔室12和开式排水腔室13则保持大气压。

当高压波沿导管3传播到达充气蓄能器1并从其上被输入压力波反射回来的时候，沿小导管17传播的波只到达其长度的一半。从充气蓄能器1反射回来的输入压力波到达振动发生器4和闭式排水腔室14的瞬间，腔室14中的压力从高压降至大气压;而沿小导管17传播的高压波则到达开式排水腔室13，使腔室13中的压力从大气压升至高压。由于腔室13和14中的压差作用，使空心活塞8从阀座26向阀座21移动直至靠紧为止，从而切断了水从导管3到工作喷嘴25的通路，并打开了通往排水喷嘴15的通路。因而水力脉冲发生器中的阻力减小，在振动发生器4的区域内产生水力冲击，同时伴有压力降低;从而高压振动相终止，低压振动相重新开始。重复进行这一工作过程，水力脉冲发生器进入稳定的自振状态，其特征为高、低压振动相的持续时间相等。

为了使水力脉冲发生器停止自振，要将开关19打开到足够的开度，这就导致开式排水腔室13和闭式排水腔室14中作用在空心活塞上的压力进行重新分布，产生一个合力使空心活塞8向阀座26移动，直至与其靠紧为止，工作喷嘴25打开，水在输入压力作用下喷射到待破碎的物体上。

在连接高压腔室11和开式排水腔室13的小导管17中产生水力冲击现象，小导管的结构特点允许在较宽的输入压力和工作喷嘴直径范围内使用水力脉冲发生器，这一特点在水力矿井中水力采煤时非常重要。

没有压缩空气室即简化了结构又提高了工作的可靠性。

参看图1所示的本发明所采用的第二个实施例，开式排水腔室13同闭式排水腔室14通过小导管29彼此相连;小导管29被三位开关30分成二个串接的小导管部分31和32，而且每个部分小导管31和32的长度等于连接充气蓄能器1和振动发生器4的导管3长度的二倍;三位开关30位于小导管部分31和32之间并同开式排水腔室13相连。根据三位开关30所处的位置，水可以从闭式排水腔室14流入开式排水腔室13，或者依次通过小导管部分31和32，或者避过小导管部分32。小导管部分31和32可作成结构紧凑的元件，例如作成蛇形管形式以缩小其外廓尺寸。根据水力脉冲所需要的压力提高的系数，所需要的在高压脉冲前缘形成的加速度和待破碎物体的性能，水力脉冲发生器可以制成具有二个以上的串接的小导管部分。

上述改型的水力脉冲发生器的工作方式如下：

水力脉冲发生器的工作过程由彼此相互交替的高压振动相和低压振动相组成。在高压振动相，空心活塞8切断了水从导管3通往排水喷嘴15的通路;反之在低压振动相，该通路则打开。工作状态取决于低压振动相与高压振动相持续时间的比值，工作状态用状态系数n来表示。当这二个相持续时间相等，则n＝1，这相当于水力脉冲发生器的共振状态。如果低压振动相的持续时间比高压振动相的持续时间长2、3、4倍或更多，则n＝2，3，4等等，这相当于该水力脉冲发生器的高冲击工作状态。n值越大，工作喷嘴25前的高压值越大，但振动频率越小。根据使用条件，有时适当地提高高压的程度，甚至不异损失效率，以便保持所需要的水力破碎的水平，例如破碎非常硬的物体;反之，当破碎硬度不大的物体时，应适当地降低工作喷嘴25前的压力，但提高了脉冲频率和发生器总效率。

作为例子，假设要求水力脉冲发生器处于高冲击工作状态，系数n＝2。为了保证这种工作状态，开关28应打开，三位开关30必须置于这样一个位置，即在该位置下小导管部分31和32彼此相通，开关30的内腔与开式排水腔室13断开。然后打开开关19，让水从供水管2流入水力脉冲发生器，水通过充气蓄能器1、导管3进入振动发生器4，并由空心活塞8的内腔经过空心杆9上的孔16充满闭式排水腔室14。根据上述空心活塞8所处的位置，随着水充入闭式排水腔室14，活塞8在壳体5内的导向装置6和7中移动，直至靠住阀座26并打开工作喷嘴25为止。水经过空心活塞8和阀座21之间的缝隙、前腔室23、隔板20上是孔口22、后腔室24输入工作喷嘴25，并通过工作喷嘴喷射到待破碎的物体上。此外，水从闭式排水腔室14沿小导管29注入开式排水腔室13，并由此经开关19排放到外部。与此同时，来自前腔室23的水推开单向阀18沿小导管17注入开式排水腔室13。

关闭开关19，水力脉冲发生器即开始自动振动，此时开式排水腔室13和闭式排水腔室14中的压力相等。因为阀27的面积大于在阀座21一侧的空心杆9端面的面积，产生的合力将空心活塞8从阀座26向阀座21移动，直至与其靠紧为止。此时，由导管3经低压腔室12通往排水喷嘴15的通道打开，与此同时切断了水从导管3到工作喷嘴25的通道。因为排水喷嘴15的直径大于工作喷嘴25的直径，所以使水力脉冲发生器中的水力阻力减小，从而在振动发生器4内产生水力冲击，并伴随着压力降低。接着低压振动相开始并沿着导管3到充气蓄能器1方向传播低压（与输入压力相比）冲击波。在同一时间，近似等于大气压的压力冲击波沿控制空心活塞8运动的装置的小导管17向开式排水腔室13传播;而沿小导管29即沿小导管部分31、开关30、小导管部分32向开式排水腔室13方向传播的是低压波。因此，在低压相开始的时间和其整个持续期间，高压腔室11中的压力近似等于大气压;在闭式排水腔室14和低压腔室12中的压力低于输入压力，而在开式排水腔室13中的压力则等于低压相前的压力（在这种情况下，近似等于输入压力）。

当从充气蓄能器1向振动发生器4传播第一个被反射的近似等于输入压力的低压波时，向开式排水腔室13传播的低压波将通过小导管31进行传播。所以在开式排水腔室13中的压力将保持不变，即始终近似等于输入压力，这是因为单向阀18阻止水从腔室13到高压腔室11进而通过工作喷嘴25流出的缘故。空心活塞8依然保持靠近阀座21。振动发生器4内的压力与输入压力相比再次降低，第二个低压波（其压力比第一个低压波略高）沿导管3向充气蓄能器1传播。

当近似等于输入压力的第二个低压波已经被充气蓄能器1反射回来进入振动发生器4的时候，正在向开式排水腔室13传播的第一个低压波，在这个时间以前已经通过小导管部分32到达腔室13，这又导致开式排水腔室13降低到低压;当第二个反射波进入闭式排水腔室14时，该腔室中的压力将接近输入压力。因而在腔室13和14中产生一压力差作用于空心活塞8上，使其向阀座26移动直至靠住为止。水通往排水喷嘴15的通路被切断了，与此同时通往工作喷嘴25的通道被打开了。水力脉冲发生器内的阻力增加，产生水力冲击，同时水力脉冲发生器中的压力增加;因此低压振动相终止，高压振动相开始。高压（与输入压力相比）波沿导管3向充气蓄能器1和沿小导管17向开式排水腔室13传播，在该压力作用下水通过工作喷嘴25射向待破碎的物体。此外，这个高压波又通过空心杆9上的孔16和闭式排水腔室14，沿被分成串接的二个小导管部分31和32的小导管29向开式排水腔室13传播。

当沿导管3传播的高压波到达充气蓄能器1并从此被输入压力波反射回来的时候，沿小导管17传播的波只到达其长度的一半。在输入压力波从充气蓄能器1到达振动发生器4的时候，闭式排水腔室14中的压力从高压下降到输入压力。此时沿小导管17经过单向阀18传播的高压波到达开式排水腔室13，该腔室中的压力从低压上升到高压。由于腔室13和14中的压差作用，使空心活塞8从阀座26向阀座21移动直至靠住为止。从而切断了水从导管3到工作喷嘴25的通路，打开了通往排水喷嘴15的通道;水力脉冲发生器中的阻力减小，在振动发生器4内产生水力冲击并伴随着压力降低。高压振动相终止，低压振动相重新开始，重复进行这一工作过程，水力脉冲发生器进入稳定的高冲击自振状态。

为了结束系统自振状态，应将开关19开到足够的开度。

在只用一个小导管部分31与导管29连接（n＝1，即共振状态），或用二个小导管部分31和32与导管29连接（n＝2，即高脉冲状态）等等，将进行类似的工作过程。在高脉冲工作状态与状态系数n（等于接入的小导管部分的数目）有关的情况下，接入小导管部分的最大数目不应大于5。

水力脉冲发生器的工作状态借助于开关接入任一数量的小导管部分即可改变。如果水力脉冲发生器的使用条件始终固定不变，小导管的各部分可直接相连，不需使用三位开关及其与开式排水腔室13相连接的装置。

所提出的装置的这样一种方案，保证了压力脉冲的频率从共振到脉冲系数为2到5、压力提高1.9至3.2倍的高脉冲之间变化，从而提高了水力破碎的效率。在水力脉冲发生器的这种工作状态下，进行适当的转换时，就能严格保证所要求的冲击力和压力提高的程度。在进行水力破碎时，这就能够根据煤层的硬度更充分的利用水力脉冲发生器的优点。如果破碎脆煤，最好使用共振工作状态（压力提高系数为1.9的高脉冲频率）;而对整块的硬煤，最好使用高脉冲状态（脉冲系数到5，低频，与输入压力相比压力提高3.2倍）。

参看图2所示的本发明的水力脉冲发生器的第三个实施例，其中开式排水腔室13借助于二个并联的连接管路33和34与闭式排水腔室14相连，每条管路都装有与闭式排水腔室14相连的三位开关35，连接管路33包括小导管36，连接管路34包括小导管37，这二个小导管的长度各自等于连接充气蓄能器1和振动发生器4的导管3的长度的二倍。小导管36、37的第一端与相应的三位开关35相连接，第二端则与开式排水腔室13相连接。在这个系统内，在每一条连接管路33、34中从第一条到倒数第二条，在小导管36的第二端和开式排水腔室13之间装有单向阀38，每一条上述的连接管路33上的小导管36的第二端通过导管39与下一个连接管路34上的三位开关35相连。根据连接管路33、34上的三位开关35的位置，水可以从闭式排水腔室14流入开式排水腔室13，或者连续通过小导管36、37，或者绕过小导管37通过小导管36、单向阀38流动。

所提出的这种改型的水力脉冲发生器的工作方式如下：

打开开关28和开关19，当水沿输入导管2经充气蓄能器1、导管3送到振动发生器4的时候，振动发生器4的空心活塞8处于与阀座26相接触的位置。大部分水流通过充气蓄能器1、导管3、空心活塞8的内腔、空心活塞8与阀座21之间的缝隙、前腔室23、隔板20上的孔口22和后腔室24进入工作喷嘴25，并通过工作喷嘴喷射到待破碎的物体上，另一小部分水流通过空心活塞8上的孔16进入闭式排水腔室14，充满连接管路33、34，流过开式排水腔室13，通过开关19排放到外部。在同一时间，水从前腔室23沿小导管17，推开单向阀18进入开式排水腔室13。假设要求水力脉冲发生器处于状态系数n＝2的高脉冲工作状态，为此必须将连接管路33和34上的开关35调整到这样一个位置，即在该位置下小导管36和37彼此串接。

关闭开关19，水力脉冲发生器即开始自振，开式排水腔室13和闭式排水腔室14中的压力彼此平衡。但是因为阀27的面积大于阀座21一侧的空心杆9的端面积，因而形成一个合力使空心活塞8从阀座26向阀座21移动，直至靠紧阀座21为止。此时水从导管3经低压腔室12到排水喷嘴15的通路打开，与此同时，水从导管3到工作喷嘴25的通道切断。因为排水喷嘴15的直径大于工作喷嘴25的直径，所以水力脉冲发生器中的水力阻力减小。这就引起在振动发生器4内产生水力冲击，并伴有压力降。这意味着低压振动相开始，低压（与输入压力相比）冲击波沿导管3向充气蓄能器1传播。在同一时间，近似等于大气压的压力冲击波沿控制空心活塞8运动的装置的小导管17向开式排水腔室13传播;而来自闭式排水腔室14的低压冲击波经三位开关35传入连接管路33、小导管36和39、三位开关35到连接管路34、小导管37传到开式排水腔室13。因而在低压相开始的一瞬间和整个持续期间，高压腔室11中的压力保持近似等于大气压，闭式排水腔室14和低压腔室12中的压力低于输入压力，而开式排水腔室13中的压力等于压力振动的低相前的压力（在这种情况下近似等于输入压力）。

当从充气蓄能器1反射回来的基本上等于输入压力的第一个反射波向振动发生器4传播的时候，向开式排水腔室13传播的低压波沿连接管路33传播;所以开式排水腔室13中的压力不变，将保持接近于输入压力，因为安装在控制空心活塞8运动的装置上的小导管17上的单向阀18阻止水从腔室13流入高压腔室11，进而通过工作喷嘴25流出。空心活塞8仍旧处于靠近阀座21的位置，振动发生器4内的压力重新降至低于输入压力。第二个低压波将沿导管3向充气蓄能器1传播，第二个波的压力稍高于第一个波的压力。这个波进入连接管路33的入口，而第一个低压波通过小导管39进入连接管路34的入口。近似等于输入压力的第二个反射波从充气蓄能器1到达振动发生器4的时候，向开式排水腔室13传播的第一个低压波通过三位开关35，小导管37和连接管路34到达该腔室13。因此，开式排水腔室13中的压力将降至低压;随着第二个反射波的到达，闭式排水腔室14中的压力将接近于输入压力。腔室13和14中产生的压力差作用在空心活塞8上，使其从阀座21向阀座26移动，直至靠住为止。水通向排水喷嘴15的通路被切断，与此同时，通往工作喷嘴25的通道被打开。水力脉冲发生器中的阻力增加，这就引起了水力冲击，同时水力脉冲发生器中的压力增加，低压振动相结束，高压振动相开始。在同一时候，第二个低压波通过三位开关35连接管路33中的小导管36经小导管39到达第二条连接管路34的入口。同时，高压波（与输入压力相比）沿导管3向充气蓄能器1、沿控制空心活塞8运动的装置上的小导管17向开式排水腔室13传播。基本上在这一压力作用下，水通过工作喷嘴25射向待破碎的物体。此外，这个高压波经空心杆9上的孔16、闭式排水腔室14、沿连接管路33向开式排水腔室13方向传播。如众所知，在每一个振动周期只有一个高压波通过导管3，因为接踵而来的波都不能保证足够地提高水力脉冲压力，反而降低了水力脉冲发生器的效率。所以，当沿导管3传播的高压波到达充气蓄能器1并从此被输入压力波反射回来的时候，沿小导管17和连接管路33传播的波只到达小导管17和小导管36长度的一半，这时从充气蓄能器1开始传播的输入压力波刚好到达振动发生器4，闭式排水腔室14中的压力从高压降至输入压力。沿小导管17和连接管路33传播的高压波经单向阀18和38到达开式排水腔室13，腔室13中的压力从低压升至高压，从而促使水力脉冲的压力系数增加。由于腔室13和14中的压力差作用在空心活塞8上，使其从阀座26向阀座21移动，直至靠紧阀座21为止。于是切断了水从导管3到工作喷嘴25的通路，同时打开了通往排水喷嘴15的通道。水力脉冲发生器中的水力阻力减小，从而导致振动发生器4内产生低压水力冲击。高压振动相结束，低压振动相重新开始。重复进行这些工作过程，水力脉冲发生器进入稳定的高脉冲的自振工作状态。

为使系统停止自振，应将开关19打开到足够的开度。

当接入连接管路34时（即n＝1，共振状态），或者借助于开关35串接连接管路33和34（状态系数n＝2的高脉冲状态）等等，将进行类似的工作过程。在后一种情况，脉冲系数n将等于串入的连接管路的数目，串入管路的数目最好不大于5。

水力脉冲发生器的工作状态借助于三位开关接入任一数量的连接管路即可改变。如果水力脉冲发生器的使用条件始终固定不变，连接管路各部分之间可以直接相连，而不需要使用三位开关及其与连接管路之间的连接件。

本发明可以同任何具有开式排水腔室与闭式排水腔室-即封闭机构的水力传动腔室的振动发生器结构一起使用。

由上述可知，所提出的装置不同于已知的装置，在低压振动相期间，连接管路中的高压波与低压波之间不会相互干扰。在每一条依次连接的管路中，在第一个低压波之前存在一个与高压振动相相应的压力，或者存在一个由于逆流高压波的相互作用而得到的压力，其值总是大于任何低压波的值。因此，保证了只有当第一个低压波通过各并联连接管路之后低压相才结束，从而提供了所要求的工作模式和压力升高的数值，由此获得最高的水力破碎效率。

Claims (4)

1、一种水力脉冲发生器，包括一个安装在供水管(2)上并通过导管(3)与振动发生器(4)相连通的充气蓄能器(1)，该振动发生器有一个壳体(5)，其内部装有一空心活塞(8)，该活塞在壳体(5)中构成一开式排水腔室(13)和一闭式排水腔室(14)、一个具有排水喷嘴(15)的低压腔室(12)和一个与工作喷嘴(25)相连通的高压腔室(11)，还包括一个控制空心活塞(8)运动的装置，本发明的特征在于控制空心活塞(8)运动的装置制成小导管(17)的形式，该小导管连通高压腔室(11)和开式排水腔室(13)，其长度等于连接充气蓄能器(1)和振动发生器(4)的导管(3)长度的二倍。

2、按照权利要求1所述的水力脉冲发生器，其特征在于控制空心活塞（8）运动的装置包括一个装在小导管（17）上的单向阀（18）。

3、按照权利要求1或2所述的水力脉冲发生器，其特征在于开式排水腔室（13）通过小导管（29）与闭式排水腔室（14）相连通，该小导管被三位开关（30）至少分成二个串接的小导管部分（31、32），每个小导管部分（31、32）的长度等于连接充气蓄能器（1）和振动发生器（4）的导管（3）长度的二倍，三位开关（30）与开式排水腔室（13）相连。

4、按照权利要求1或2所述的水力脉冲发生器，其特征在于开式排水腔室（13）与闭式排水腔室（14）通过至少二个并联于这二个腔室之间的连通管路（33、34）彼此相连，每一条连通管路都包括一个与闭式排水腔室（14）相连通的三位开关（35）和一条长度等于连接充气蓄能器（1）和振动发生器（4）的导管长度二倍的小导管（36、37），小导管（36、37）的第一端与相应的三位开关（35）相连，第二端与开式排水腔室（13）相通，在每一条连接管路（33、34）中，从第一条到倒数第二条，在小导管（36）的第二端与开式排水腔室（13）之间装有单向阀（38），每一条上述连接管路（33）的小导管（36）的这个第二端与下一个连接管路（34）上的三位开关相连接。

Images