ГЕНЕРАТОР ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к устройствам для создания газовых потоков высокой энергии и может быть использована для непрерывного разрушения горных пород различной крепости импульсным воздействием газовых потоков, формируемых непосредственно в забое и направляемых в основание отделяемого слоя породы или полезных ископаемых в приповерхностной плоскости откоса уступов.
Известен генератор газовых импульсов высокого давления (патент КР №885, МПК Е21В 7/14; Е21С 37/14, опубл. в 2006), включающий корпус, камеру с теплопроводными трубками и теплонагревателями внутри, сообщенной с устройством дозированной подачи воды, соединенным магистралью с распылителем, крышку и сопло. Распылитель выполнен в виде форсунки, соединенной с источником зарядов из воды для синхронной подачи последних к нагревателям.
Недостаток известного генератора газовых импульсов высокого давления, состоит в пониженной надежности работы, обусловленной сложностью управления процессом перехода заряда из воды в газовый поток высокой энергии.
За прототип выбран генератор газовых потоков высокой энергии (патент РФ на полезную модель №169615, Е21В 7/14, опубл. в 2017), включающий корпус, рабочую камеру, сообщенную с источником рабочего агента, крышку, сопло и расходный механизм, который состоит из затвора в виде шарика, размещенного в выхлопном отверстии сопла, и взаимодействующего с ним подвижного в горизонтальной плоскости упора в форме плоского клина, расположенного в прорези фланца и соединенного тягами с электромагнитом и возвратной пружиной, противоположно разнесенных и жестко прикрепленных к корпусу. Диаметр шарика больше диаметра выхлопного отверстия сопла.
Недостаток генератора газовых потоков высокой энергии, выбранного за прототип,
заключается в низкой эффективности и надежности конструкции для устойчивой работы
при быстром чередовании процессов и операций непрерывного разрушения горных пород в наклонной плоскости уступа. Указанные недостатки обусловлены тем, что рабочая камера в процессе эксплуатации может располагаться под различными углами наклона и затвор в виде шарика при импульсном выбросе газовых потоков отклоняется от осевого перемещения, что приводит к нарушению цикличности формирования газового потока высокой энергии. Кроме того, горизонтальное возвратно-поступательное перемещение упора в виде плоского клина имеет точечный контакт с затвором, что требует повышенных показателей прочности клина для предупреждения его изгиба в процессе работы и мощности тягового механизма для его перемещения при открытии выхлопного канала, а возврат упора при закрытии выхлопного канала осуществляется пружиной, которая в процессе эксплуатации теряет эластичность, что требует ее частой замены.
Техническая задача полезной модели - повышение надежности конструкции и эффективности работы устройства.
Поставленная задача решается за счет того, что в генераторе газовых потоков высокой энергии, состоящем из корпуса, рабочей камеры с выхлопным отверстием и соплом в основании и, сообщенной с источником рабочего агента, крышки и расходного механизма, состоящего из затвора в виде шарика, размешенного в выхлопном отверстии и соприкасающегося с упором, соединенным с тяговым устройством, затвор подпружинен и размещен в направляющем стакане, закрепленном в рабочей камере соосно выхлопному отверстию и, выполненном с перепускными окнами, сообщающими рабочую камеру с выхлопным отверстием, а упор выполнен в виде толкателя, соединенного с тяговым устройством с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения в выхлопном отверстии.
Тяговое устройство выполнено в виде двух диаметрально разнесенных соленоидов, установленных в основании корпуса и соединенных между собой планкой, жестко соединенной с толкателем.
Толкатель выполнен в виде стержня, в котором контактная часть выполнена с профилем затвора, например, в виде соединенных крестообразно вертикальных пластин с чашеобразной выемкой наверху.
Стержень выполнен в виде полого цилиндра, диаметр которого меньше диаметра выхлопного отверстия.
Выполнение затвора подпружиненным и размещенным в направляющем стакане, который закреплен в рабочей камере соосно выхлопному отверстию, и выполнен с перепускными окнами, сообщающими рабочую камеру с выхлопным отверстием, создает условия для осевого перемещения затвора при любом положении рабочей камеры и, как следствие, позволяет формировать газовые потоки с заданными параметрами и цикличностью, что повышает эффективность работы генератора.
Выполнение упора в виде толкателя различной конфигурации, в котором контактная часть выполнена с профилем затвора, соединенного с тяговым устройством с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения в выхлопном отверстии, а также выполнение тягового устройства в виде двух диаметрально разнесенных соленоидов, установленных в основании корпуса и соединенных между собой планкой, жестко связанной с толкателем, позволяет за счет увеличения площади контакта и осевого воздействия на затвор повысить надежность конструкции и срок эксплуатации тягового устройства в процессе быстрочередующейся подачи газовых потоков высокой энергии на забой.
Генератор газовых потоков высокой энергии иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид в разрезе, в исходном положении с закрытым затвором; на фиг. 2 - то же, в рабочем положении, с открытым затвором; на фиг. 3 изображен толкатель в двух проекциях.
Генератор газовых потоков высокой энергии состоит из корпуса 1, в котором размещены полости 2 для нагревающих элементов, рабочей камеры 3 с крышкой 4, выхлопным отверстием 5 и соплом в основании 6, и расходного механизма. В крышке 4 установлен штуцер 7 для подачи рабочего агента в виде распыленной воды или атмосферного воздуха, сообщенный с соответствующим источником рабочего агента (на рис. не показан). Сопло выполнено в виде патрубка 8 с фланцем 9, в котором выполнена диаметральная прорезь, и соосно прикрепленного к основанию 6. Расходный механизм состоит из затвора в виде шарика 10, соприкасающегося с упором, соединенным с тяговым устройством. Шарик 10 размещен в направляющем стакане 11 и пружиной 12 перекрывает выхлопное отверстие 5. Направляющий стакан 11 закреплен в рабочей камере 3 соосно выхлопному отверстию 5 и выполнен с перепускными окнами 13, сообщающими рабочую камеру 3 с выхлопным отверстием 5. Упор выполнен в виде толкателя 14, расположен в выхлопном отверстии 5 и соприкасается с шариком 10 с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения. Тяговое устройство выполнено в виде двух диаметрально разнесенных соленоидов 15, установленных вдоль корпуса 1 в основании 6, параллельные штоки 16 которых соединены между собой планкой 17. Планка 17 размещена в диаметральной прорези во фланце 9 и жестко соединена с толкателем 14. Толкатель 14 (см. фиг. 3) выполнен в виде двух пересекающихся пластин с шаровым сегментом 18 в верхнем торце, охватывающим часть шарика 10.
Генератор газовых потоков высокой энергии работает следующим образом. В исходном состоянии шарик 10 под действием пружины 12 плотно закрывает выхлопное отверстие 5. Через штуцер 7 в рабочую камеру 3, герметично закрытую крышкой 4, поступает рабочий агент (распыленная вода или сжатый воздух), создавая заданное избыточное давление. Затем включаются соленоиды 15 и синхронно штоками 16 перемещают планку 17 с толкателем 14 вверх по вертикали. Толкатель 14 шаровым сектором 18 поднимает шарик 10, который перемещается в направляющем стакане 11, сжимает пружину 12 и открывает выхлопной канал 5. Из рабочей камеры 3 газовые потоки высокой энергии через перепускные окна 13 и выхлопной канал 5 устремляются в патрубок 8 и далее к забою. После выхлопа газового потока из рабочей камеры 3, соленоиды 15 штоками 16 перемещают планку 17 с толкателем 14 вниз, при этом шарик 10 под действием пружины 12 опускается и перекрывает выхлопное отверстие 5. Далее цикл подготовки и формирования газовых потоков высокой энергии повторяется.
Использование генератора газовых потоков высокой энергии предлагаемой конструкции позволит повысить надежность устройства, в частности, работоспособность затвора камеры, что имеет важное значение для бесперебойной работы непрерывного разрушения горных пород при быстром чередовании процессов и операций в наклонной плоскости откоса.
Кроме того, предлагаемая конструкция генератора позволит с большей надежностью автоматизировать процесс образования и доставки газовых потоков высокой энергии непосредственно к забою, например, в пробуренные шпуры, то есть к основанию отделяемого слоя породы или полезных ископаемых в приповерхностной плоскости откоса уступов, в том числе высоких уступов.