DE3702746C1 - Hydropulsator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydropulsator gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein solcher Hydropulsator ist aus dem SU-Erfinder­ schein Nr. 11 16 161 bekannt. Hydropulsatoren können im Erzbergbau und im Wasserbau zur Zerstörung von Gesteinen durch pulsierende Hochdruckstrahlen sowie in der Energiewirtschaft zur Reinigung von wärme­ energetischen Elementen von Kraftwerks-Kesselanlagen Anwendung finden.

Die Funktion des bekannten Hydropulsators beruht auf der Energiespeicherung im ersten gasbelasteten Druckflüssigkeitsspeicher bis zum Erreichen eines bestimmten Energiebetrags mit nachfolgendem Ausstoß der Flüssigkeit in Form eines pulsierenden Hochdruck­ flüssigkeitsstrahls maximalen Durchsatzes durch den Austrittsstutzen und den Aufsatz. Dieser Hydropulsator ist durch ungenügende Zerstörungsfähigkeit des Flüssig­ keitsstrahls gekennzeichnet, was durch die verzögerte Ausbildung der Hochdruckimpulsvorderflanke bedingt ist, die kein stoßweises Einwirken der zerstörenden Belastung am Abbaustoß, sondern eine stetige Zunahme derselben bewirkt. Dies erklärt sich dadurch, daß bei bestimmten Verhältnissen der Konstruktionsparameter von Sitz und Aufsatz, Sitz und Hauptkolben ein solcher Zustand eintreten kann, bei dem die am Kolben angreifen­ de zusätzliche Kraft infolge der Einwirkung des im Kolbensitzraum vorhandenen Druckes auf einen Quer­ schnittsteil des Hauptkolbens die dabei auftretenden Reibungskräfte nicht in ausreichendem Maße zu kompen­ sieren vermag. Der Hauptkolben geht nur langsam vom Sitz weg, was zur verzögerten Ausbildung der Hoch­ druckimpulsvorderflanke vor dem Aufsatz, d. h. zur langsamen Druckzunahme und demzufolge zur Herabminderung der Effektivität der hydraulischen Gewinnung führt. Darüberhinaus ist es nicht ausgeschlossen, daß der Hauptkolben irgendeine Zwischenstellung einnehmen und in derselben auf Dauer verweilen wird, bei der das Ausströmen der Flüssigkeit durch Sitz und Aufsatz kon­ stant sein und kein Aufladen des ersten gasbelasteten Druckflüssigkeitsspeichers erfolgen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hydro­ pulsator zu schaffen, bei dem eine steile Vorder­ flanke des hydraulischen Impulses zur Zerstörung von Gesteinen gegeben ist und bei dem der Schwingungs­ erzeuger weiter verbessert ist.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch den in Anspruch 1 gekennzeichneten Hydropulsator gelöst.

Zweckmäßigerweise ist im erfindungsgemäßen Hydropul­ sator im deckelseitigen Zylinderraum des Schwingungs­ erzeugegehäuses ein Buchsenwegbegrenzer angeordnet.

Also stellt bei dem erfindungsgemäßen Hydropulsator die mit dem Sitz zusammenwirkende Buchse ein zusätz­ liches Absperrorgan dar, das die Möglichkeit gibt, den Eintrittsstutzen des Schwingungserzeugers vom Hohlraum während der Aufladung des gasbelasteten Druckflüssig­ keitsspeichers zuverlässiger zu trennen. Darüberhinaus unterteilt die Buchse den kolbensitzseitigen Raum in zwei Räume, von denen der Hauptkolbensitzraum ein Innenraum ist, welcher beim Lösen des Hauptkolbens vom Sitz unter einem Druck steht, der dem Druck im Eintrittsstutzen gleich ist.

Dies gewährleistet ein maximales Druckgefälle am Hauptkolben, d. h. die höchste Bewegungsgeschwindigkeit des Hauptkolbens, die durch eine Druckdifferenz zwischen dem Aufladedruck im Eintrittsstutzen und dem Gleichdruck im deckelseitigen Zylinderraum bedingt ist. Der Flüssigkeitszutritt aus dem Eintrittsstutzen in den mit dem Austrittsstutzen verbundenen Hohlraum wird erst dann möglich, wenn der Hauptkolben zur Anlage am Wegbegrenzer der Buchse kommt und diese vom Sitz löst. Dies gewährleistet eine jähe Druck­ zunahme im Austrittsstutzen vor dem Aufsatz, d. h. eine maximale Steilheit der Impulsvorderflanke, wodurch die Zerstörungseffektivität des Flüssigkeitstrahles erhöht, das "Hängenbleiben" des Hauptkolbens ver­ mieden und demnach die Zuverlässigkeit sowie Funktions­ fähigkeit des Hydropulsators verbessert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels derselben unter Bezugnahme auf die beiliegen­ de Zeichnung erläutert, in der die Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Hydropulsators im Schnitt dargestellt ist.

Der Hydropulsator enthält einen ersten gasbelasteten Druckflüssigkeitsspeicher 1, der auf der einen Seite an eine Zuleitung bzw. eine Pumpe (in der Zeichnung nicht abgebildet), auf der anderen Seite aber an den Eintrittsstutzen 2 eines Schwingungserzeugers 3 an­ geschlossen ist. Der Schwingungserzeuger 3 besitzt ein Gehäuse 4, in dem ein Hauptkolben 5 untergebracht ist, der einen Hauptkolbensitzraum 6 und einen deckel­ seitigen Zylinderraum 7 voneinander trennt, der mit einer Gleichdruckquelle 8 in Verbindung steht. Außer­ dem enthält der Hydropulsator auch einen zweiten gas­ belasteten Druckflüssigkeitsspeicher 9, der eine Membran 10 besitzt, wobei in einem vor der Membran liegenden Raum 11 ein Kolben 12 mit Kolbenstange 13 untergebracht ist, der mit dem Hauptkolben 5 zusammenwirkt und im Gehäuse 4 einen kolbenstangenseitigen Zylinderraum 14 bildet, der vom deckelseitigen Zylinderraum 7 des Hauptkolbens 5 durch eine Trennwand 15 getrennt ist und über Bohrungen 16 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Der unter der Membran liegende Raum 11 selber ist mittels eines mit einer Drossel 18 versehenen Überströmrohres 17 mit einem Austrittsstutzen 19 und einem Aufsatz 20 in Verbindung gesetzt. Im Hauptkolben­ sitzraum 6 des Gehäuses 4 des Schwingungserzeugers 3 ist eine Buchse 21 bewegbar angeordnet. In der­ selben ist der Hauptkolben 5 bewegbar aufgenommen, während die Buchse 21 selbst im Gehäuse 4 einen Hohlraum 22 bildet, der mit dem Austrittsstutzen 19 des Schwingungserzeugers 3 in Verbindung steht. Die Buchse 21 besitzt einen Wegbegrenzer 23 des Haupt­ kolbens 5. Überdies ist im deckelseitigen Zylinderraum 7 ein Wegbegrenzer 24 für die Buchse 21 angeordnet, während ein Sitz 25 durch den Eintrittsstutzen 2 auf der Seite des Hauptkolbens 5 und der Buchse 21 ge­ bildet ist. Der erste und zweite gasbelastete Druck­ flüssigkeitsspeicher 1 enthalten jeweils eine Membran 26, die unter Drucklufteinwirkung auf einem Gitter 27 bzw. 28 aufliegt.

Der Hydropulsator arbeitet wie folgt:

Bei Druckzuführung in den deckelseitigen Zylinderraum 7 aus der Gleichdruckquelle 8 bewegt sich der Kolben 12 samt Kolbenstange 13 im vor der Membran liegenden Raum 11 in Richtung des zweiten gasbelasteten Druck­ flüssigkeitsspeichers 9 und kommt dabei außer Wechsel­ wirkung mit dem Hauptkolben 5. Derselbe Gleichdruck bewegt die Buchse 21 und den Hauptkolben 5 in Richtung des Sitzes 25 und drückt diesselben an ihn an. Die Überdeckung des Sitzes 25 durch die Buchse 21 und den Hauptkolben 5 verhindert das Überströmen des Wassers aus dem Eintrittsstutzen 2 des Schwingungserzeugers 3 in den Hauptkolbensitzraum 6 und den Hohlraum 22 und aus ihnen in den Austrittsstutzen 19 mit dem Aufsatz 20. Daher füllt das gesamte aus der Pumpe bzw. der Hauptleitung kommende Wasser den Innenraum des Ein­ trittsstutzens 2 und den Raum vor der Membran des ersten gasbelasteten Druckflüssigkeitsspeicher 1, wobei die Membran 26 vom Gitter 27 weggedrückt wird.

Der Luftdruck über der Membran 26 und der Wasserdruck vor derselben nehmen stetig zu. Es findet die Auf­ ladung des gasbelasteten Druckflüssigkeitsspeichers 1 statt, die so lange andauert, bis der Druck im Eintrittsstutzen 2 und im ersten gasbelasteten Druck­ flüssigkeitsspeicher 1 bis auf einen Wert zunimmt, bei dem die Kraft, die durch die Einwirkung desselben auf einen Flächenteil des Hauptkolbens 5 bedingt ist, welcher der freien Fläche des Sitzes 25 gleich ist, größer als die Kraft geworden ist, die durch die Einwirkung des Gleichdruckes im deckelseitigen Zylinder­ raum 7 auf die gesamte Fläche des Hauptkolbens 5 be­ dingt ist. Sobald die auf den Hauptkolben 5 auf der Seite des Eintrittsstutzens 2 und des ersten gasbe­ lasteten Druckflüssigkeitsspeichers 1 wirkende Kraft größer als die Kraft geworden ist, die auf den Haupt­ kolben 5 auf der Seite des deckelseitigen Zylinder­ raumes 7 einwirkt, geht der Hauptkolben 5 vom Sitz 25 weg. Hierbei wird der Hauptkolbensitzraum 6 mit dem Eintrittsstutzen 2 in Verbindung gesetzt, und der Aufladedruck beginnt, auf die gesamte Fläche des Hauptkolbens 5 einzuwirken. Deswegen nimmt die auf den Hauptkolben 5 auf der Seite des Eintritts­ stutzens 2 wirkende Kraft jäh zu, wodurch die Be­ wegung desselben beschleunigt wird. Der Hauptkolben 5 wirkt am Ende seiner Bewegung mit dem Wegbegrenzer 23 der Buchse 21 zusammen und löst die Buchse 21 vom Sitz 25 ab, wodurch der Eintrittstutzen 2 mit dem Hauptkolbensitzraum 6 und dem Hohlraum 22 in Verbindung gesetzt wird. Der auf die Fläche der Buchse 21 wirkende Aufladedruck erhöht die Bewegungsgeschwindigkeit des Hauptkolbens 5, indem er die Buchse 21 und den Haupt­ kolben 5 bis zum Wegbegrenzer 24 in Gehäuse 4 ver­ schiebt.

Seit dem Augenblick des Ablösens der Buchse 21 vom Sitz 25 setzt die Entladungsphase des ersten gas­ belasteten Druckflüssigkeitsspeichers 1 ein. Das Wasser fängt impulsartig an, durch den Aufsatz 20 des Austrittsstutzens 19 auf das zu zerstörende Objekt auszufließen. In demselben Augenblick füllt Wasser, indem es durch das Überströmrohr 17 mit Drossel 18 fließt, den vor der Membran liegenden Raum 11. Der Druck in demselben steigt dabei praktisch momentan bis auf einen Wert an, der dem Luftdruck im zweiten gasbelasteten Druckflüssigkeitsspeicher 9 gleich ist, und darauf wird die Druckzunahme langsamer und hängt nun vom Wasserdurchsatz durch die Drossel 18 sowie von der Geschwindigkeit ab, mit der die Membran 10 die Luft komprimiert. Da die Fläche des Kolbens 12 um ein Mehrfaches größer als die Fläche der Kolben­ stange 13 ist und der kolbenstangenseitige Zylinder­ raum 14 mit der Atmosphäre in Verbindung steht, so bewegt sich der Kolben 12 samt Kolbenstange 13 bei Aufbau eines Druckes im vor der Membran liegenden Raum 11, bis die Kolbenstange 13 mit dem Hauptkolben 5 zusammenzuwirken beginnt.

Während des Entladens des ersten gasbelasteten Druck­ flüssigkeitsspeichers 1 nimmt der Druck im Eintritts­ stutzen 2 allmählich ab, im deckelseitigen Zylinder­ raum 7 aber bleibt er unverändert, während der Druck im vor der Membran liegenden Raum 11 des zweiten gas­ belasteten Druckflüssigkeitsspeichers 9 allmählich zunimmt. Dies führt dazu, daß ein Augenblick eintritt, da die auf den Hauptkolben 5 über die Kolbenstange 13 aus dem vor der Membran liegenden Raum 11 wirkende Kraft größer als die Kraft wird, die auf den Haupt­ kolben 5 auf der Seite des Hauptkolbensitzraumes 6 ein­ wirkt, und es beginnt die Bewegung des Hauptkolbens 5 in Richtung des Sitzes 25.

Die Buchse 21 bleibt dabei an den Wegbegrenzer 24 ange­ drückt, weil der Druck an deren Stirnfläche auf der Seite des Hauptkolbensitzraumes 6 noch höher als der Gleichdruck im deckelseitigen Zylinderraum 7 ist. Sobald aber der Hauptkolben 5 an den Sitz 25 ange­ drückt ist, wird der Druck in den Raumen 6 und 22 nahe dem atmosphärischen, und unter der Einwirkung des im deckelseitigen Zylinderraum 7 vorhandenen Gleichdruckes bewegt sich auch die Buchse 21 bis zur Anlage am Sitz 25. Damit endet der Entladevorgang des ersten gasbelasteten Druckflüssigkeitsspeichers 1, und der Prozeß der erneuten Aufladung desselben setzt wieder ein.

Während des Aufladens wird Wasser aus dem vor der Membran liegenden Raum 11 über das Überströmrohr 17 mit Drossel 18 durch die Druckluft des zweiten gasbe­ lasteten Druckflüssigkeitsspeichers 9 in den Austritts­ stutzen 19 und aus diesem über den Aufsatz 20 in die Atmosphäre verdrängt. Sobald die Membran 10 das Gitter 28 erreicht hat, nimmt der Druck im vor der Membran liegenden Raum 11 bis auf den atmosphärischen ab, und der Kolben 12 mit Kolbenstange 13 bewegt sich unter der Gleichdruckeinwirkung im deckelseitigen Zylinder­ raum 7 in Richtung des zweiten gasbelasteten Druck­ flüssigkeitsspeichers 9, wobei seine Kolbenstange 13 mit dem Hauptkolben 5 außer Wechselwirkung kommt.

Danach wiederholt sich der Arbeitsvorgang. Die im vorstehenden beschriebene Ausführung der erfindungs­ gemäßen Einrichtung gewährleistet eine Erhöhung der Effektivität bei der Zerstörung von Gesteinen dank einer steileren Impulsvorderflanke, einer erhöhten Schlagstärke des Flüssigkeitsstrahls und einer zuver­ lässigeren Funktion des Hydropulsators.

Claims (2)

1. Hydropulsator mit einem ersten gasbelasteten Druck­ flüssigkeitsspeicher (1), der mit dem Eintrittsstutzen (2) eines Schwingungserzeugers (3) in Verbindung steht, welcher ein Gehäuse (4) besitzt, in dem ein Haupt­ kolben (5) einen Hauptkolbensitzraum (6) von einem deckelseitigen mit einer Gleichdruckquelle (8) in Ver­ bindung stehenden Zylinderraum (7) trennt, wobei der Hauptkolben (5) mit einem eintrittsseitigen Sitz (25) zusammenwirkt, mit einem zweiten gasbelasteten Druck­ flüssigkeitsspeicher (9) mit Membran (10), in dessen vor der Membran liegendem Raum (11) ein Kolben (12) mit Kolbenstange (13) untergebracht ist, der mit dem Hauptkolben (5) zusammenwirkt und einen kolbenstangen­ seitigen Zylinderraum (14) begrenzt, welcher vom deckelseitigen Zylinderraum (7) des Gehäuses (4) des Schwingungserzeugers (3) durch eine Trennwand (15) getrennt ist und mit der Atmosphäre in Verbindung steht, wobei der vor der Membran liegende Raum (11) mittels eines mit einer Drossel (18) versehenen Über­ strömrohres (17) mit einem Austrittsstutzen (19) des Schwingungserzeugers (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptkolbensitzraum (6) des Gehäuses (4) des Schwingungserzeugers (3) eine Buchse (21) bewegbar angeordnet ist, in der der Hauptkolben (5) des Schwingungserzeugers (3) bewegbar untergebracht ist und die im Gehäuse (4) einen mit dem Austritts­ stutzen (19) in Verbindung stehenden Hohlraum (22) bildet, wobei bei Andrücken des Hauptkolbens (5) und der Buchse (21) an den Sitz (25) das Überströmen von dem Eintrittsraum in den Hauptkolbensitzraum (6) und den Hohlraum (22) verhindert ist, und daß die Buchse (21) einen Wegbegrenzer (23) des Hauptkolbens (5) enthält.

2. Hydropulsator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im deckelseitigen Zylinderraum (7) des Gehäuses (4) des Schwingungserzeugers (3) ein Wegbegrenzer (24) der Buchse (21) angeordnet ist.