СИСТЕМА НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДАЧИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ПОДГОТОВЛЕННОЙ АБРАЗИВНОЙ СТРУИ СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
SYSTEM FOR CONTINUOUS SUPPLY OF PRE-PREPARED ULTRA-HIGH PRESSURE ABRASIVE JET

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к системам непрерывной подачи предварительно смешанной абразивной струи сверхвысокого давления, которая применяется, в частности, для обеспечения непрерывного режима подачи предварительно подготовленной абразивной струи сверхвысокого давления.
Описание предшествующего уровня техники
В 1980-х годах была разработана технология абразивно-струйной резки на основе водной резки. Применение водно-абразивной струи существенным образом улучшило процесс резки материалов по сравнению с применением водной струи без использования абразивного материала. В результате этого, струя водно-абразивной смеси стала широко использоваться в промышленной резке материалов, проходке туннелей, очистке поверхностей, бурении и разведке полезных ископаемых. По способу подачи абразивно-водная струя может быть двух видов: струя предварительно подготовленной водно-абразивной смеси и струя водно-абразивной смеси, подготовленной после начала её подачи. Последний вид струи не позволяет осуществить тщательное перемешивание абразивного материала и сильного потока воды, что, разумеется, сокращает эффективность переноса абразивного материала водной средой. Поэтому, несмотря на одинаковый уровень энергозатрат, приведенный выше вид абразивно-водной струи является значительно менее эффективным, чем струя предварительно подготовленной водно-абразивной смеси с точки зрения производительности и глубины резки материала. Таким образом, исследования, касающиеся струи предварительно подготовленной водно-абразивной смеси, занимают ключевое место среди разработок в области гидроабразивной резки материалов. Однако ключевой проблемой в течение длительного времени при применении струи предварительно подготовленной водно-абразивной смеси остается сложность обеспечения непрерывной подачи абразивного материала.
В известном уровне техники для обеспечения непрерывной подачи абразивного материала при предварительной подготовке водно-абразивной смеси осуществляют переключение между двумя ёмкостями. Такой способ подачи не позволяет полностью избежать остановки машины для выполнения переключения, а также по-прежнему вынуждает уменьшать давление в процессе добавления абразивного материала. Частое отключение высоконапорного соединителя может снизить вероятность безотказной работы и причинить угрозу безопасности, при этом увеличивается количество механических повреждений оборудования, что приводит к снижению в некоторой степени эффективности его эксплуатации.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для преодоления вышеуказанных недостатков в предшествующем уровне техники в настоящем изобретении предлагается система непрерывной подачи струи предварительно подготовленной абразивной смеси под сверхвысоким давлением, которая работает без необходимости уменьшать его уровень.
В настоящем изобретении для решения технических задач используются следующие технические решения. Устройство настоящего изобретения включается в себя ёмкость для воды высокого давления, предохранительный клапан, водораспределительный клапан, при этом ёмкость для воды высокого давления соединяется с водораспределительным клапаном посредством предохранительного клапана, первый, второй и третий водные каналы соединяются, соответственно, с тремя выпускными отверстиями водораспределительного клапана, первый водный канал соединяется с водоприемным отверстием электромагнитного реверсивного клапана через клапан для сброса давления, второй водный канал соединяется со смесительным клапаном через второй запорный клапан, а третий водный канал соединяется через первый запорный клапан c двухканальным коннектором, установленным на верхней части смесительной ёмкости; ёмкость, и загрузочный бункер последовательно соединены в вертикальном положении над смесительной ёмкостью; нижняя сторона клапана канала закреплена на основании смесительной ёмкости, нижняя сторона клапана канала и смесительный клапан, соответственно, соединены с входным и выходным отверстием третьего запорного клапана; источник распространения звука и датчик обнаружения звука закреплены в симметричных положениях на внешней стороне смесительной ёмкости; датчик обнаружения звука подключается к блоку обработки сигналов, а затем последовательно подключается к контроллеру и электромагнитному реверсивному клапану; водоотводное отверстие электромагнитного реверсивного клапана соединяется с гидравлическим двигателем, закрепленным на боковой стороне ёмкости; шестерня на выходном валу гидродвигателя сцепляется со средним зубчатым ремнем рулевой стойки, а верхний и нижний зубчатый ремень рулевой стойки сцепляются, соответственно, со вторым и первым запорными клапанами, имеющими зубчатую передачу; загрузочный бункер и ёмкость соединяются через второй запорный клапан c зубчатой передачей, а ёмкость соединяется с двухканальным коннектором через первый запорный клапан c зубчатой передачей.
По сравнению с предшествующим уровнем техники, в системе непрерывной подачи струи предварительно подготовленной абразивной смеси под сверхвысоким давлением, предлагаемой настоящим изобретением, смесительная ёмкость, ёмкость, и загрузочный бункер последовательно соединены в вертикальном положении, а рулевая стойка используется для рационального и поочередного переключения запорного клапана с зубчатой передачей между смесительной ёмкостью и ёмкостью, а также  запорного клапана с зубчатой передачей между ёмкостью и загрузочным бункером, что позволит обеспечить непрерывную подачу струи предварительно подготовленной абразивной смеси под сверхвысоким давлением без необходимости уменьшать его уровень. Устройство имеет устойчивое выходное давление. В данном устройстве в качестве рабочих элементов применяются гидравлические компоненты, не требуется использовать другие дополнительные источники питания, его конструкция имеет компактный вид, является безопасной и надежной во время эксплуатации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СХЕМ
Настоящее изобретение более подробно описано ниже со ссылкой на варианты его осуществления и сопроводительные схемы.
ФИГ. 1 - схематическое структурное изображение варианта осуществления настоящего изобретения;
ФИГ. 2-1 - аксонометрический вид рулевой стойки в варианте осуществления настоящего изобретения;
ФИГ. 2-2 - вид справа рулевой стойки в варианте осуществления настоящего изобретения, в соответствии с которым запорные клапаны с первой и второй зубчатой передачей и шестерня установлены в рулевой стойке и представлены ниже;
ФИГ. 3 - вид в разрезе смесительной ёмкости в варианте осуществления настоящего изобретения;
ФИГ. 4 - частичный вид в разрезе двухканального коннектора в варианте осуществления настоящего изобретения;
ФИГ. 5 - частичный вид в разрезе нижней стороны клапана канала в варианте осуществления настоящего изобретения;
ФИГ. 6 - вид спереди запорного клапана с первой зубчатой передачей в варианте осуществления настоящего изобретения.
Описание обозначений приведено ниже:
1. Ёмкость для воды высокого давления;
2. Предохранительный клапан;
3. Водораспределительный клапан;
4. Первый водный канал;
5. Второй водный канал;
6. Третий водный канал;
7. Первый запорный клапан;
8. Второй запорный клапан;
9. Смесительный клапан;
10. Двухканальный коннектор;
10-1. Левый прямоугольный канал;
10-2. Правый вертикальный канал;
10-3. Канавка под первое статическое уплотнение;
10-4. Конические первые резьбы;
10-5. Четвертый цилиндрический прилив;
10-6. Пятый цилиндрический прилив;
11. Смесительная ёмкость сверхвысокого давления;
11-1. Верхний корпус;
11-2. Средний корпус;
11-3. Нижний корпус;
11-4. Верхнее коническое резьбовое соединительное отверстие;
11-5. Нижнее коническое резьбовое соединительное отверстие;
12. Нижняя сторона клапана канала;
12-1. Первый цилиндрический прилив;
12-2. Отверстие для ввода абразива;
12-3. Канавка под второе статическое уплотнение;
12-4. Конические вторые резьбы;
12-5. L-образный канал;
12-6. Второй цилиндрический прилив;
12-7. Третий цилиндрический прилив;
13. Третий запорный клапан;
14. Предварительно подготовленная абразивная суспензия;
15. Запорный клапан с первой зубчатой передачей;
15-1. Стержень первого клапана;
15-2. Поворотная первая шестерня;
15-3. Корпус первого клапана;
16. Запорный клапан с второй зубчатой передачей;
17. Ёмкость;
18. Загрузочный бункер;
19. Рулевая стойка;
19-1. Верхний зубчатый ремень;
19-2. Средний зубчатый ремень;
19-3. Нижний зубчатый ремень;
19-4. Основание стойки;
19-5. Зона, где не происходит первое зацепление;
19-6. Зона, где не происходит втрое зацепление;
20. Гидравлический двигатель;
21. Электромагнитный реверсивный клапан;
22. Контроллер;
23. Блок обработки сигналов;
24. Источник распространения звука;
25. Датчик обнаружения звука;
26. Абразивный первый материал;
27. Абразивный второй материал;
28. Опорная рама;
29. Подвесной первый кронштейн;
30. Подвесной второй кронштейн;
31. Клапан для сброса давления;
32. Шестерня;
33. О-образное первое уплотнительное кольцо.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Чтобы сделать цели, технические решения и преимущества настоящего изобретения более понятными, технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения в полном объеме описываются ниже со ссылкой на прилагаемые схемы вариантов осуществления настоящего изобретения. Несомненно, описанные варианты осуществления изобретения не являются исчерпывающими. На основании описанных вариантов осуществления настоящего изобретения, все другие варианты его осуществления, полученные специалистами средней квалификации в данной области техники без применения творческих усилий, подпадают под объем правовой охраны настоящего изобретения.
На ФИГ. 1-6 приведены схематические структурные изображения предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 1 показана система непрерывной подачи струи предварительно подготовленной абразивной смеси под сверхвысоким давлением, которая содержит ёмкость для воды высокого давления 1, предохранительный клапан 2, водораспределительный клапан 3, первый водный канал 4, второй водный канал 5, третий водный канал 6, первый запорный клапан 7, запорный клапан 8, смесительный клапан 9, двухканальный коннектор 10, смесительную ёмкость 11, нижнюю сторона клапана канала 12, третий запорный клапан 13, запорный клапан с первой зубчатой передачей 15, запорный клапан с зубчатой передачей 16, ёмкость 17, загрузочный бункер 18, рулевую стойку 19, гидравлический двигатель 20, электромагнитный реверсивный клапан 21, контроллер 22, блок обработки сигналов 23, источник распространения звука 24, датчик обнаружения звука 25, опорную раму 28, первый подвесной кронштейн 29 второй подвесной кронштейн 30, клапан для сброса давления 31, шестерню 32 и О-образное уплотнительное кольцо.
Смесительная ёмкость 11, первый подвесной кронштейн 29 и второй подвесной кронштейн 30 закреплены на опорной раме 28, при этом смесительная ёмкость 11 закреплена на нижней части опорной рамы 28, а первый подвесной кронштейн 29 и второй подвесной кронштейн 30 установлены на верхней боковой части опорной рамы 28. Гидродвигатель 20 и ёмкость 17, установлены на втором подвесном кронштейне 30. Загрузочный бункер 18 установлен на первом подвесном кронштейне 29.
Ёмкость для воды высокого давления 1 соединяется с водораспределительным клапаном 3 посредством предохранительного клапана 2. Первый 4, второй 5 и третий водный канал 6 соединяются, соответственно, с тремя выпускными отверстиями водораспределительного клапана 3.
Первый 4, второй 5 и третий 6 водный канал используются для приведения в действие гидравлического двигателя 20, выполнения смешивания в смесительном клапане 9, а также, смешивания, соответственно, с первым абразивным материалом 26 в смесительной ёмкости 11.
Первый водный канал 4 соединяется с водоприемным отверстием электромагнитного реверсивного клапана 21 через клапан для сброса давления 31, второй водный канал 5 соединяется со смесительным клапаном 9 через второй запорный клапан 8, третий водный канал 6 соединяется через первый запорный клапан 7 c двухканальным коннектором 10, установленным на верхней части смесительной ёмкости 11.
Ёмкость 17 и загрузочный бункер 18 последовательно соединены в вертикальном положении над смесительной ёмкостью 11. Нижняя сторона клапана канала 12 закреплена на основании смесительной ёмкости 11, нижняя сторона клапана канала 12 и смесительный клапан 9, соответственно, соединены с входным и выходным отверстием третьего запорного клапана 13.
Источник распространения звука 24 и датчик обнаружения звука 25 закреплены в симметричных положениях на внешней стороне смесительной ёмкости 11. Блок обработки сигналов 23 соединен с датчиком обнаружения звука 25 и контроллером 22, контроллер 22 соединен с электромагнитным реверсивным клапаном 21, водоотводное отверстие электромагнитного реверсивного клапана 21 соединяется с гидравлическим двигателем 20. Верхний зубчатый ремень 19-1, средний зубчатый ремень 19-3 рулевой стойки 19 сцепляются, соответственно, с поворотной шестерней на запорном клапане, имеющем вторую зубчатую передачу 16, шестерней 32 на выходном валу гидравлического двигателя 20, с первой поворотной шестерней 15-2 на запорном клапане, имеющем первую зубчатую передачу 15.
Загрузочный бункер 18, установленный на первом подвесном кронштейне 29, и ёмкость 17, установленная на втором подвесном кронштейне 30, соединены через запорный клапан с второй зубчатой передачей 16, а ёмкость 17, соединена с правым вертикальным каналом 10-2 двухканального коннектора 10 через запорный клапан с первой зубчатой передачей 15.
Как показано на ФИГ. 2-1 и 2-2, рулевая стойка 19 включает в себя верхний зубчатый ремень 19-1, средний зубчатый ремень 19-2, нижний зубчатый ремень 19-3 и основание стойки 19-4. Основание стойки 19-4 образуется за счёт верхнего, среднего и нижнего участка, которые расположены под прямым углом между собой, при этом верхний и нижний участок надежно соединены с верхней и нижней стороной среднего участка за счёт боковых элементов на концах верхнего и нижнего участка, соответственно.
Верхний и нижний участок находятся на определенном расстоянии параллельно друг другу. Противоположные поверхности верхнего и нижнего участка, соответственно, имеют верхний 19-1 и нижний зубчатый ремень19-3, а также первую верхнюю 19-5 и вторую нижнюю зону 19-6, в которых не происходит зацепление. Верхняя первая 19-5 и вторая нижняя зоны 19-6 расположены, соответственно, по бокам на свободных концах верхнего и нижнего участка. Средний зубчатый ремень 19-2 расположен на поверхности среднего участка, обращенной в том же направлении, что и поверхность нижнего участка, имеющего нижний зубчатый ремень 19-3.
Конкретная длина верхнего 19-1 и нижнего зубчатого ремня 19-3, соответственно, на верхнем и нижнем участке, а также соотношения значений этих длин к первой верхней  19-5 и второй нижней зоне 19-6, соответственно, задаются таким образом, чтобы запорный клапан с второй зубчатой передачей 16 находился прямо на верхней зоне 19-5, когда запорный клапан с первой зубчатой передачей 15 войдет в зацепление с нижней зубчатой лентой 19-3 и таким же образом, чтобы запорный клапан с первой зубчатой передачей 15 находился прямо на второй нижней зоне 19-6, когда запорный клапан с второй зубчатой передачей 16 войдет в зацепление с нижней зубчатой лентой 19-1.
Для достижения такого соответствия при выполнении хода движения первая верхняя 19-5 и вторая нижняя зона 19-6, верхний зубчатый пояс 19-1 и нижний зубчатый пояс 19-3 в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения могут быть спроектированы одинаковой длины.
Как показано на ФИГ. 3, смесительная ёмкость 11 имеет корпус, который выполнен за счёт последовательного соединения верхнего 11-1, среднего 11-2 и нижнего корпусов 11-3. Верхний 11-1 и нижний корпус 11-2, соответственно, имеют верхнее 11-4 и нижнее 11- 5 коническое резьбовое соединительное отверстие на их соответствующих концах. Верхний корпус 11-1, средний корпус 11-2 и нижний корпус 11-3 выполнены в виде цельной конструкции за счёт динамической экструзии. Суживающиеся участки верхнего 11-1 и нижнего корпуса 11-2 выполнены посредством горячего центробежного литья согласно размерам верхнего 11-4 и нижнего 11-5 конического резьбового соединительного отверстия.
Как показано на ФИГ. 5, нижняя сторона клапана канала 12 имеет форму трехступенчатых цилиндрических приливов. L-образный канал 12-5 расположен на нижней стороне клапана канала 12 и выходит наружу из боковой части третьего нижнего цилиндрического прилива 12-7. Два симметричных отверстия для ввода абразива 12-2 выполнены на цилиндрической поверхности верхнего первого цилиндрического прилива 12-1 и соединены с L-образным каналом 12-5.
Вторые конические резьбы 12-4 выполнены на цилиндрической поверхности двухступенчатого второго цилиндрического прилива 12-6. Нижняя сторона клапана канала 12 устанавливается на дно смесительной ёмкости 11 посредством зацепления, которое происходит между вторыми коническими резьбами 12-4 и нижним коническим резьбовым соединительным отверстием 11-5.
Канавка под второе статическое уплотнение 12-3 выполнена на верхнем участке поверхности второго цилиндрического прилива 12-6, уплотнительная деталь для канавки под второе статическое уплотнение 12-3 выполнена в форме О-образного второго уплотнительного кольца.
Как показано на ФИГ. 4, двухканальный коннектор 10 имеет форму двухступенчатой выемки. Левый прямоугольный канал 10-1 и правый вертикальный канал 10-2 предусмотрены в двухканальном коннекторе 10. Левый прямоугольный канал 10-1 проходит во внутрь от конца нижнего четвертого цилиндрического прилива 10-5 и выходит наружу из боковой части верхнего пятого цилиндрического прилива 10-6.
Правый вертикальный канал 10-2 в вертикальном направлении проходит через двухканальный коннектор 10, а ёмкость 17, соединена с правым вертикальным каналом 10-2 через запорный клапан с первой зубчатой передачей 15. Первые конические резьбы 10-4 выполнены на поверхности четвертого нижнего цилиндрического прилива 10-5. Двухканальный коннектор 10 устанавливается на верхнюю часть смесительной ёмкости 11 посредством зацепления, которое происходит между первыми коническими резьбами 10-4 и верхним коническим резьбовым соединительным отверстием 11-4.
Канавка под первое статическое уплотнение 10-3 выполнена на нижнем участке поверхности четвертого цилиндрического прилива 10-5, уплотнительная деталь для канавки под первое статическое уплотнение 10-3 выполнена в форме О-образного первого уплотнительного кольца 33.
Как показано на ФИГ. 6, запорный клапан с первой зубчатой передачей 15 состоит из первого корпуса 15-3 и первого стержня 5-1, которые соединены резьбой и могут крутиться с помощью винта относительно друг друга.
Первая поворотная шестерня 15-2 закреплена на переднем конце стержня первого клапана 15-1 и зацепляется с нижним зубчатым ремнем 19-3 рулевой стойки 19. Запорный клапан с второй зубчатой передачей 16 и запорный клапан с первой зубчатой передачей 15 имеют одинаковую конструкцию.
Принцип работы и ход технологического процесса описаны ниже:
Поток воды, который попадает под высоким давлением в ёмкость высокого давления 1, разделяется на три водных канала водораспределительным каналом 3. Первый водный канал 4 соединяется с водоприемным отверстием электромагнитного реверсивного клапана 21 через клапан для сброса давления 31, второй водный канал 5 соединяется со смесительным клапаном 9 через второй запорный клапан 8, третий водный канал 6 соединяется через первый запорный клапан 7 к левому прямоугольному каналу 10-1 двухканального коннектора 10, установленного на верхней части смесительной ёмкости 11.
Нижняя сторона клапана канала 12 закреплена на основании смесительной ёмкости 11, нижняя сторона клапана канала 12 и смесительный клапан 9, соответственно, соединены с входным и выходным отверстием третьего запорного клапана 13.
Вода под высоким давлением в третьем водном канале 6 подается в смесительную ёмкость 11 через первый запорный клапан 7 по левому прямоугольному каналу 10-1 двухканального коннектора 10 для получения потока воды под сверхвысоким давлением, которая подает первый абразивный материал 26, оседающий на ней смесительной ёмкости 11.
Затем поток воды под сверхвысоким давлением, с помощью которой подается первый абразивный материал 26, поступает в L-образный канал 12-5 нижней стороны клапана канала 12 через отверстия 12-2, входит в смесительный клапан 9 через третий запорный клапан 13 и перемешивается с потоком воды высокого давления во втором водном канале 5 в смесительном клапане 9 для получения предварительно подготовленной абразивной суспензии 14.
В соответствии с сигналом датчика обнаружения звука 25 устанавливается, является ли среда между источником распространения звука 24 и датчик его обнаружения 25 водой высокого давления 1 или первым абразивным материалом 26, с целью определения высоты первого абразивного материала 26, который оседает в смесительной ёмкости 11.
После того, как уровень первого абразивного материала 26, оседающего в смесительной ёмкости 11, по высоте опустится до уровня ниже высоты источника распространения шума 24, блок обработки сигналов 23 подает сигнал контроллеру 22 о включении через электромагнитный реверсивный клапан 21 путем применения гидравлического двигателя 20, рулевой стойки 19 для последовательного отключения второго запорного клапана 16 между ёмкостью 17, и загрузочным бункером 18, а также для переключения первого запорного клапана 15 между смесительной емкостью 11 и ёмкостью 17. Следовательно, второй абразивный материал 27, находящийся в ёмкости 17, естественным образом попадает в смесительную ёмкость 11, затем рулевая стойка 19 приводится в действие для последовательного выключения первого запорного клапана 15 между смесительной ёмкостью 11 и ёмкостью 17, а также переключения второго запорного клапана 16 между емкостью 17, и загрузочным бункером 18, для подачи потока второго абразивного материала 27 в ёмкость 17.
Повторное выполнение вышеописанного процесса позволяет обеспечить непрерывную подачу второго абразивного материала 27 в смесительную ёмкость 11. В случае выявления того, что уровень оседающего первого абразивного материала 26 по высоте окажется выше уровня высоты источника распространения шума 24, контроллер 24 подает сигнал о включении через электромагнитный реверсивный клапан 21 путем применения гидравлического двигателя 20, рулевой стойки 19 для последовательного отключения первого запорного клапана 15 между смесительной ёмкостью 11 и ёмкостью 17, а также для переключения второго запорного клапана 16 между ёмкостью 17, и загрузочным бункером 18.
Вариант осуществления настоящего изобретения позволяет достичь непрерывной подачи предварительно подготовленной абразивной смеси посредством вышеупомянутого процесса. Устройство, предлагаемое настоящим изобретением, является безопасным и надежным, а также имеет высокий коэффициент полезного действия.
Выше приведены только предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, что никоим образом не направлено на ограничение сферы его применения. Любая простая модификация или эквивалентное изменение, внесенное в предшествующие варианты осуществления настоящего изобретения в соответствии с его технической сущностью, подпадает под объем правовой охраны.