Пристрій для створення пульсацій напору струменя
Винахід відноситься до пристроїв для створення пульсацій струменя рідини Винахід дозволяє підвищити ефективність динамічного впливу напірного струменя рідини на гірські породи та інші матеріали (з метою їх ослаблення, руйнування, очищення поверхні, зміцнення або ін.) шляхом сполучення струменя пульсаційного режиму та управління частотою пульсацій у широкому діапазоні без істотного погіршення якості струменя. Пристрій для створення пульсацій напору струменя виконано у вигляді колеса з лопатками і кронштейна для закріплення осі колеса до струмеформуючого пристрою, при цьому лопатки мають пружні зв'язки з колесом, а на кронштейні встановлено також гальмо колеса. 2 іл.
Винахід відноситься до пристроїв для створення пульсацій струменя рідини, які можуть бути застосовані для ефективного динамічного впливу на гірські породи з метою їх руйнування та інші матеріали, в тому числі і з іншими цілями (наприклад, з метою зміцнення, очищення поверхні тощо) .
Відомий повітряний пульсатор у складі гідромонітора, що включає стовбур з насадкою та порожнистою трубкою для подачі повітря (А.с. СРСР N 155784, Кл. E 21 C 45/00, 23.01.62).
Така конструкція пульсатора не забезпечує високої частоти пульсацій, заснований на принципі зниження витрати води, що обмежує продуктивність гідровідбійки, і не усуває перешкод "водяної подушки") (на контакті з масивом, що руйнується) впливу пульсацій на процес руйнування.
Відомі переривник струменя, який виконаний у вигляді решітки лопатей, що обертаються (Ляхтер В. І., Дзугаєв В.В., Зайцев О.М. Підвищення ефективності дії гідрострумів, Гідротехнічне будівництво, 1982, N 7, с. 40 - 43). Переривчастий струмінь формується в результаті перетину стаціонарного струменя, що витікає з сопла.металевими лопатками, які укріплені на роторі, що приводиться в обертання електромотором.
Недоліком пристрою є неможливість завдання пульсацій високої частоти, суттєве погіршення якості струменя, а також вибухонебезпечність пристрою (у шахтних умовах).
Близьким до винаходу технічним рішенням є пристрій для створення пульсацій напору, реалізований у складі насадки гідромонітора і виконаний у вигляді зубчастого колеса, яке закріплене на сопі за допомогою кронштейна і встановлено до струменя рідини (А.с. СРСР N 734421, Кл. E 21 C 45/00, 15.05.80). Струмінь рідини приводить колесо в обертання, при цьому окружна швидкість зубчастого вінця колеса близька до швидкості струменя. Таке виконання забезпечує високу частоту пульсацій, вибухобезпечно, але не дозволяє керувати частотою переривання, не змінюючи тиск рідини, і викликає зниження динамічних характеристик струменя через часткове розбризкування його при взаємодії із зубчастим вінцем.
Завданням винаходу є створення пульсатора, що дозволяє підвищити ефективність динамічного впливу струменя на перешкоду, зокрема, стосовно гідроруйнування гірських порід та інших матеріалів шляхом зниження втрат якості струменя та управління частотою пульсацій.
Завдання вирішується наступним чином: для формування пульсуючого струменя використовується колесо з лопатками, що мають пружний зв'язок з колесом, причому жорсткість останньої вибирається так, щоб мінімізувати три потужності струменя при взаємодії її з лопаткою в широкому діапазоні швидкостей обертання колеса, а також гальмівний пристрій (гальмо колеса ), що дозволяє за необхідності змінювати швидкість обертання переривника і варіювати, тим самим, частоту пульсацій струменя.
На фіг. 1 представленасхема пропонованого пристрою, вид збоку, на фіг. 2 - те саме, вид зверху. До струеформирующего пристрою 1 за допомогою кронштейна 2 прикріплена вісь 3, на якій посаджено колесо 4 з лопатками 5, мають пружні зв'язки 6 з колесом (наприклад, у вигляді кручених циліндричних пружин), обмежувач ходу 7, а також регулятор 8 жорсткості пружною , гвинтового типу, для зміни підібгання пружини). До кронштейна 2 також прикріплено гальмівний пристрій 9, що дозволяє прикладати до колеса гальмуючий момент, що може бути реалізовано, наприклад, за допомогою колодки 10, що має механічний подачу приводу, виробленої дистанційним регулятором (умовно не показані).
Пристрій працює наступним чином.
Струмінь рідини з сопла 1, потрапляючи на лопатку 5, відхиляє лопатку з вихідного положення, передаючи при цьому частину своєї енергії пружині 6, яка повідомляє момент обертання колеса 4. Після завершення фази контакту лопатки 5 зі струменем, пружний елемент 6 повертає лопатку у вихідний стан , що фіксується обмежувачем ходу 7. У міру зростання кутової швидкості обертання колеса хід лопатки в контакті зі струменем буде зменшуватися (в системі відліку, пов'язаної з основою лопатки), струмінь при цьому втрачатиме менше своєї енергії при взаємодії з лопаткою. При значних швидкостях обертання (частота переривання струменя 500 - 1000 Гц, при середній кількості лопаток N 2 , (7) де C і f - постійні.
З огляду на лінійний характер наростання Fу з x маємо: (8) де t' = d/V.
Вводячи в (6) момент гальмування Mторм, що штучно створюється з метою зниження кутової швидкості обертання колеса і, відповідно, частоти пульсацій струменя, який визначатимемо як: Mторм= PR, (9) де P - нормальне зусилля, додане до гальмівної колодки; -коефіцієнт тертя; отримаємо остаточно (10) Розглянемо встановилося обертання колеса ( = 0), для простоти приймемо C = 0, тоді з виразу (10) маємо для швидкості: (11) У разі P = 0 формула (II) спрощується до виду (12) Зауважимо, що з (II) також випливає, що V = 0 при (13) Використовуючи (5), можна переписати (12 ) у вигляді (14) Мінімальні втрати потужності струменя відповідатимуть значенню V V0, вимоги до f, що відповідають цій умові, випливають із (14).
Пристрій для створення пульсацій напору струменя, що включає колесо з лопатками, кронштейн для закріплення осі колеса до струеформуючого пристрою, що відрізняється тим, що лопатки мають пружні зв'язки з колесом, при цьому на кронштейні встановлене гальмо колеса.