Зарядчик пневматический порционный
PNEUMATIC PORTION CHARGER

Зарядчик пневматический порционный РПЗ-06 (1) относится к горной промышленности и может быть использован для заряжания шпуров и скважин гранулированными взрывчатыми веществами (ВВ).
По принципу действия порционные пневмозарядчики можно разделить на зарядчики с верхней и нижней разгрузкой.
Особенностью зарядчиков с верхней разгрузкой является предварительная интенсивная аэрация гранул ВВ, приводящая их во взвешенное (псевдоожиженное) состояние с последующим разгоном гранул внутри зарядчика и вводом потока аэросмеси с определенной начальной скоростью в зарядный трубопровод. Процесс заряжания характеризуется низкой концентрацией ВВ в потоке аэросмеси, высокой скоростью и дальностью пневмотранспортирования, высокой плотностью заряжания при укладе ВВ в заряд.
Особенностью зарядчиков с нижней разгрузкой является менее интенсивная аэрация гранул ВВ и их выдавливание в зарядный трубопровод частично псевдоожижающим, а частично поршневым воздействием сжатого воздуха без разгона внутри зарядчика. Процесс заряжания характеризуется высокой концентрацией ВВ в потоке аэросмеси, но малой скоростью и дальностью пневмотранспортирования, и низкой плотностью заряжания при укладке ВВ в заряд.
Основными критериями оценки зарядчиков являются их эффективность, безопасность и срок службы.
Показателем эффективности зарядчика является высокая плотность заряжания, которая обеспечивает высокую объемную концентрацию энергии в зарядной полости и, как следствие, высокую эффективность взрыва заряда.
Показателем безопасности является сохранение целостности гранул ВВ до момента укладки ВВ в заряд, отсутствие пыли в составе транспортируемой аэросмеси и избирательного выноса одного или двух компонентов ВВ из состава заряда при его формировании.
Срок службы зарядчика зависит от износостойкости его составных частей и оценивается по продолжительности работы его наиболее изнашиваемых узлов.
Известен зарядчик пневматический порционный, содержащий бункер, предохранительную сетку, пневмоцилиндр с поршнем и штоком, стойку, запорный конус, дозирующую камеру с распределительным цилиндром, соединенную с трубопроводом, дозатор жидких компонентов с форсункой, соединенный с трубопроводом и пневмоцилиндром, кран управления, через воздушный шланг соединенный с пневмоцилиндром, треногу. Предохранительная сетка изготовлена из смеси, содержащей 98,0±1,0 мас. % полиэтилена низкого давления и 2,0±1,0 мас. % концентрата скользящей добавки, который представляет собой смесь, содержащую 6,0±0,5 мас. % олеамида или полиамида и 94,0±0,5 мас. % полиэтилена высокого давления (патент РФ на полезную модель №176140, кл. F42D 1/10, 2018).
Указанное устройство позволяет увеличить срок службы зарядчика за счет повышения износостойкости предохранительной сетки.
Данный зарядчик характеризуется недостаточно активным аэрированием гранулированных ВВ, отсутствием разгона ВВ до определенной начальной скорости перед вводом в трубопровод. Это снижает скорость пневмотранспортирования ВВ и уменьшает плотность заряжания. В результате снижается количество взрывной энергии, сосредотачиваемой в единице объема зарядной полости, ухудшается качество взрывных работ.
Это снижает эффективность зарядчика.
Известно устройство для заряжания шпуров и скважин рассыпными гранулированными взрывчатыми веществами, содержащее корпус с загрузочным патрубком, размещенный в корпусе под загрузочным патрубком соосно с ним стакан с охватывающей его цилиндрической юбкой и сообщенный в своей нижней части с источником сжатого воздуха, а также расположенный на стакане, смонтированный с возможностью перекрытия загрузочного патрубка отсекающий клапан с размещенным в полости стакана подпружиненным штоком. Верхний открытый торец стакана перекрыт крышкой с образованием рабочей полости между крышкой и внутренней поверхностью отсекающего клапана, при этом в нижней части цилиндрической юбки выполнена открытая снизу кольцевая проточка, сообщающая полость стакана через радиальные каналы, расположенные в стенке стакана, с полостью корпуса в верхнем положении отсекающего клапана, причем между крышкой стакана и штоком выполнен дроссельный воздуховод в виде кольцевого зазора, сообщающий полость стакана с рабочей полостью между крышкой стакана и внутренней поверхностью отсекающего клапана (патент РК №18 800, кл. F42D 3/00, 2006).
У данного устройства недостаточно высокие эффективность, безопасность и срок службы при эксплуатации.
Аэрация гранул ВВ и их разгон перед вводом в зарядный трубопровод производится по многовекторной схеме. Вначале сжатый воздух истекает из открытой снизу кольцевой проточки вертикально вниз, подхватывает гранулы ВВ, перемещает их к стенкам корпуса, поднимает вверх и сводит кольцевой поток к центру, ударяя гранулы о цилиндрическую юбку. При этом часть гранул дробится. Затем дробленые и недробленые гранулы опускаются вниз, замыкая торообразное их перемещение.
При этом сжатый воздух, истекающий из кольцевой проточки, вновь подхватывает гранулы, донасыщает их сжатым воздухом и разгоняет их внутри камеры, ударяя о цилиндрическую юбку. Степень дробления гранул при этом увеличивается.
Одновременно с процессом торообразного перемещения и дробления гранул о цилиндрическую юбку происходит отвод части потока аэросмеси в выходной патрубок, соединенный с транспортным трубопроводом. В результате в трубопровод выносится порция ВВ, в хвостовой части которой доминирует дробленая и пылевидная фракции.
Пылевидная фракция в составе ВВ представляет собой особо опасное вещество, которое во много раз чувствительнее к механическим и электростатическим воздействиям, чем целые гранулы. Пыль, подвергаясь одновременно трению, удару и электризации при укладке в заряд, может воспламениться и стать инициатором детонации ВВ. А транспортный трубопровод с пневмотранспортируемой по нему пылевидной фракцией в составе гранулированных ВВ является хорошим проводником детонации, способным передать взрывной импульс из зарядной полости к зарядчику, от чего может сдетонировать ВВ, находящееся в его приемной воронке.
Дробление гранул сопровождается и другим негативным явлением, снижающим эффективную работу зарядчика, а именно расслоением ВВ на составные компоненты. Поскольку превратившиеся в пыль компоненты обладают различными удельными весами и парусностью, они укладываются в заряд не одновременно, а с отставанием или с опережением друг от друга. В результате стехиометрический состав заряда изменяется, нарушается его кислородный баланс, изменяется ход и результаты термического разложения заряда при взрыве. Это ухудшает качество взрывных работ и эффективность зарядчика, увеличивает количество ядовитых газов, образующихся при взрыве, снижает безопасность зарядчика.
Другим аспектом проблемы является пыление в виде избирательного выноса наименее массивных частиц из состава заряда. Не обладая должной инерционной массой частицы наиболее легких компонентов ВВ не успевают отделиться от сжатого воздуха при изменении его направления в зарядной полости на обратное и выносятся выхлопом в призабойное пространство. Это увеличивает стехиометрический дисбаланс заряда, снижает мощность взрыва и увеличивает выход ядовитых газов.
Еще одним недостатком устройства является его непродолжительный срок эксплуатации.
Многократно повторяющиеся циклы включения-выключения зарядчика совершаются с ударом отсекающего клапана о загрузочный патрубок, что ведет к преждевременному износу запорного механизма, состоящего из отсекающего клапана с цилиндрической юбкой и приводом подъема-опускания клапана.
Интенсивному изнашиванию подвергается клапан с юбкой, что объясняется их грибообразной формой, в которой шляпкой является головная часть в виде конуса, сопряженного своим основанием с ножкой в виде цилиндрической юбки. Подобная конструкция имеет наиболее ослабленную часть на сопряжении основания конуса с цилиндром юбки. Это место становится концентратором напряжений, возникающих от погрешностей центровки клапана относительно загрузочного патрубка. Причиной погрешностей становятся технологические отклонения при изготовлении отдельных деталей и их монтаже. Наиболее существенным является отклонение продольных осей загрузочного патрубка и отсекающего клапана, зависимое от класса обработки деталей и закладываемых допусков на ходовую или скользящую посадку. Децентровка клапана относительно загрузочного патрубка становится причиной неплотного примыкания клапана к посадочному месту и образованию зазора. Дожатие клапана до совмещения осей и перекрытия зазора ведет к искривлению, вызывает вначале упругие, а со временем остаточные деформации в наиболее слабом месте, а именно в сопряжении клапана с цилиндрической юбкой.
Усилению напряжений, передаваемых в зону сопряжения, способствует и одностороннее попадание гранул ВВ в зазор под раздавливание. При дожатии клапана сопротивление раздавливаемых гранул ВВ усиливает боковое отклоняющее воздействие на клапан, которое передается в зону сопряжения как напряжение сжатия с одной стороны цилиндрической юбки и напряжение растяжения с другой ее стороны. Частота и знакопеременность изгибающих напряжений в зоне сопряжения ведут к преждевременному износу и поломке узла запорного механизма, что снижает срок службы зарядчика.
Задачей изобретения является усовершенствование конструкции зарядчика с верхней разгрузкой, обеспечивающего целостность гранул ВВ в процессе их аэрации и разгона.
Технический результат - повышение эффективности и безопасности зарядчика, увеличение его срока службы за счет повышения износостойкости наиболее нагруженных элементов конструкции.
Технический результат достигается тем, что у зарядчика пневматического порционного, содержащего корпус с загрузочным патрубком, размещенный в корпусе под загрузочным патрубком соосно с ним стакан с охватывающей его цилиндрической юбкой и сообщенный в своей нижней части с источником сжатого воздуха, а также расположенный на стакане, смонтированный с возможностью перекрытия загрузочного патрубка отсекающий клапан с размещенным в полости стакана подпружиненным штоком, верхний открытый торец стакана перекрыт крышкой с образованием рабочей полости между крышкой и внутренней поверхностью отсекающего клапана, при этом в нижней части цилиндрической юбки выполнена открытая снизу кольцевая проточка, сообщающая полость стакана через радиальные каналы, расположенные в стенке стакана, с полостью корпуса в верхнем положении отсекающего клапана, между крышкой стакана и штоком выполнен дроссельный воздуховод в виде кольцевого зазора, сообщающий полость стакана с рабочей полостью между крышкой стакана и внутренней поверхностью отсекающего клапана, верхняя часть корпуса которого выполнена конической, согласно изобретению, отсекающий клапан снабжен демпферной вставкой, установленной по линии контактирования с загрузочным патрубком, а корпус отсекающего клапана под демпферной вставкой имеет коническую форму с вершиной конуса, обращенной к цилиндрической юбке.
Демпферная вставка выполнена из пластика АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) или полиамида 6, или их композиций.
Демпферная вставка размещена в L-образной проточке, выполненной с внешней стороны корпуса отсекающего клапана и имеет форму кольца с конической внешней поверхностью.
Угол конусности кольца равен углу конусности верхней части отсекающего клапана и составляет не более 90°.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен зарядчик в положении загрузки, продольный разрез; на фиг. 2 - зарядчик в положении разгрузки; на фиг. 3 -демпферная вставка.
Зарядчик содержит корпус 1, загрузочный патрубок 2, приемную воронку 3, выгрузочный патрубок 4, транспортный трубопровод 5, стакан 6 с радиальными отверстиями 7 и внутренней полостью 8, патрубок подачи сжатого воздуха 9, сервокран 10, кнопку дистанционного управления 11, отсекающий клапан 12 с цилиндрической юбкой 13, крышку 14, рабочую полость 15, шток 16, возвратную пружину 17, кольцевая проточка 18, дроссельный воздуховод 19.
Внутренняя полость 8 стакана 6 соединена воздуховодом 20 с сервокраном 10.
Верхняя часть корпуса отсекающего клапана 12 выполнена конической. Отсекающий клапан 12 снабжен демпферной вставкой 21, установленной по линии контактирования с загрузочным патрубком 2, а корпус отсекающего клапана 12 под демпферной вставкой 21 имеет коническую форму 22 с вершиной конуса, обращенной к цилиндрической юбке 13.
Демпферная вставка 21 выполнена из пластика АБС (акрилонитрилбутадиенстирола), или полиамида 6, или их композиций.
Демпферная вставка 21 размещена в L-образной проточке, выполненной с внешней стороны корпуса отсекающего клапана 12 и имеет форму кольца с конической внешней поверхностью.
Угол конусности кольца равен углу конусности верхней части отсекающего клапана и составляет менее 90°.
Зарядчик работает следующим образом.
Патрубок 9 присоединяют к источнику сжатого воздуха. В приемную воронку 3 засыпают гранулированное ВВ, которое через загрузочный патрубок 2 заполняет дозирующую камеру корпуса 1.
Конец транспортного трубопровода 5 вставляют в шпур или скважину и нажимают кнопку дистанционного управления 11. Срабатывает сервокран 10, пропуская сжатый воздух из патрубка 9 в воздуховод 20. Сжатый воздух через дроссельный воздуховод 19 поступает в рабочую полость 15, поднимая клапан 12, который перекрывает загрузочный патрубок 2 и открывает радиальные отверстия 7, совмещающиеся с кольцевым зазором 18. При этом мощный кольцеобразный поток сжатого воздуха истекает вертикально вниз, подхватывает гранулы ВВ, аэрирует их, распределяясь между гранулами, и, приводя их в псевдоожиженное состояние, перемещает их к стенкам корпуса 1. Затем поднимает вверх и сводит кольцевой поток к центру. Благодаря конической форме 22 отсекающего клапана на его сопряжении с юбкой 13 поток аэросмеси огибает сопряжение, поворачивая вниз без аэродинамичного удара о цилиндрическую юбку 13. Этим из процесса аэрации гранул ВВ исключается зона их интенсивного дробления.
Затем аэросмесь кольцевым потоком направляется вниз и вторично попадает в зону действия сжатого воздуха, истекающего из кольцевого зазора 18. Гранулы ВВ подвергаются повторному аэрированию сжатым воздухом, который заполняет межгранульное пространство, удаляя одну гранулу от другой. Благодаря этому, а также динамике действия сжатого воздуха, истекающего из кольцевого зазора 18, происходит разгон гранул и ввод их в выгрузочный патрубок 4, а из него в транспортный трубопровод 5 с определенной начальной скоростью.
До полной выгрузки ВВ из зарядчика гранулы могут совершить несколько торообразных оборотов внутри зарядчика.
Таким образом, выполнение корпуса отсекающего клапана 12 под демпферной вставкой 21 конической формы 22 и сопряжение этой части клапана 12 с юбкой 13 позволяет устранить узел интенсивного дробления гранул в зарядчике.
Отсутствие пылевидной фракции в составе ВВ, укладываемого в заряд, способствует хорошему отделению гранул, обладающих высокой инерцией движения, от сжатого воздуха, меняющего свое направление на обратное. Гранулы укладываются в заряд с высокой плотностью благодаря деформации в укладываемом слое без нарушения стехиометрического состава, без пыления и избирательного выноса какого-либо компонента из состава заряда.
Транспортный трубопровод, в который перестает поступать пылевидная фракция ВВ, теряет способность передавать детонацию и не может стать проводником взрывного импульса, направленного от зарядной полости к зарядчику.
Все это позволяет улучшить качество взрывных работ, повысить эффективность и безопасность зарядчика.
Предлагаемые конструктивные решения позволяют увеличить и срок службы зарядчика.
Изменение формы корпуса отсекающего клапана позволяет не только изменить аэродинамику процесса аэрирования ВВ, но и усилить сопротивление этой части запорного механизма разрушающим воздействиям, что дает возможность превратить этот наиболее нагруженный элемент зарядчика в жесткую конструкцию, не подверженную деформациям, и позволяет продлить срок службы запорного механизма и самого зарядчика.
В предлагаемом зарядчике изменен режим работы запорного механизма. Смягчение удара клапана 12 о загрузочный патрубок 2 и его надежное перекрытие достигается независимо от их несоосности и без проявления боковых искривляющих нагрузок. Наличие L-образной проточки, выполненной в отсекающем клапане по линии его соприкосновения с загрузочным патрубком 2, помещение в нее демпферной вставки 21 из пластика АБС или полиамида 6, или их композиций, позволяет закрыть зазор, образуемый от несоосности, и демпфировать удар клапана о загрузочный патрубок. Этому способствуют эластичность материала, отлично поглощающая ударные нагрузки и восстанавливающая свою форму на 100% после их снятия.
Форма клапана 12 и свойства материала вставки 21, препятствуют попаданию гранул ВВ под раздавливание. При подъеме клапан активно вытесняет гранулы ВВ из зоны его соприкосновения с загрузочным патрубком. Благодаря остроугольной форме конической части корпуса клапана и внешней поверхности вставки 21 вектор смещения гранул при подъеме клапана 12 направлен в сторону от зоны его соприкосновения с загрузочным патрубком 2. Благодаря этому обстоятельству, а также материалу вставки 21, обладающему минимальным трением к ВВ и металлу, при подъеме клапана гранулы, находящиеся в зоне посадочного места клапана 12, скатываются внутрь корпуса 1, что исключает их защемление и раздавливание при перекрытии клапаном загрузочного патрубка 2. Это предотвращает появление боковой искривляющей нагрузки на клапан 12, замедляет изнашиваемость запорного механизма и увеличивает срок службы зарядчика.
Таким образом, представленные отличительные признаки предлагаемого изобретения обладают необходимым функциональным содержанием, позволяющим решить поставленную задачу, повысить эффективность и безопасность зарядчика, и увеличить его срок службы.