3. Основные термины и определения

Струя воды сверхвысокого давления - сформированная при помощи специальных средств тонкая (диаметром до 1 мм) непрерывная струя воды, давлением более 200 МПа.

Многоступенчатое сжатие воды – схема получения потребного давления воды при помощи преобразователей сверхвысокого давления, реализованных на принципе последовательного сжатия жидкости (повышения давления) в его модулях (ступенях).

Преобразователь сверхвысокого давления – выполненный по модульному принципу агрегат, состоящий из гидромультипликаторов, включающий модули первой и второй ступеней сжатия, и предназначенный для преобразования гидравлической энергии рабочей жидкости (воды высокого давления), поступающей от модуля преобразователя давления первой ступени сжатия, в гидравлическую энергию воды сверхвысокого давления (более 200 МПа).

Модуль преобразователя давления первой ступени сжатия осуществляет преобразование энергии масла низкого давления в энергию воды высокого давления, а модуль второй ступени сжатия служит для преобразования энергии воды высокого давления в энергию воды сверхвысокого давления.

Гидромультипликатор – агрегат, конструктивно представляющий собой толстостенный гидроцилиндр, состоящий из камер высокого и низкого давления, разделённых между собой системой уплотнений, оснащенный всасывающим и нагнетательным клапанами, системой управления и контрольно-регулировочной аппаратурой.

Бесконтактное щелевое уплотнение - уплотнение, характеризующееся отсутствием непосредственного контакта между уплотняемыми поверхностями - поршнем и уплотняющим узлом (гильзой), т.е. плунжер размещается с регламентированным зазором в гильзе. Уплотняющий эффект, ограничивающий неизбежные утечки рабочей жидкости, достигается за счет возникновения гидравлического сопротивления при течении через микронный зазор вязкой жидкости.

Бесконтактное щелевое уплотнение с запирающей жидкостью - уплотнение, снижение утечек через регламентированные зазоры которого достигается за счет подвода к уплотнению запирающей (более вязкой) жидкости, например, машинного масла.

Импульсный механизм подачи запирающей жидкости – устройство, предназначенное для подачи запирающей жидкости к бесконтактному щелевому уплотнению.

4. Краткие теоретические положения

Для повышения эффективности гидроструйного резания крепких горных пород по щелевой схеме при гидромеханическом способе разрушения применительно к проходческим комбайнам, целесообразно использовать преобразователи сверхвысокого давления, реализующие принцип многоступенчатого сжатия (рис. 4.1).

Работа преобразователя сверхвысокого давления заключается в следующем. Камера высокого давления мультипликатора перовой ступени сжатия заполняется водой, поступающей от подпиточного водяного насоса. Масло под давлением из гидросистемы приводного насосного блока проходит по трубопроводу и соответствующим каналам в поршневую полость мультипликатора и вызывает рабочий ход поршня и жестко скрепленного с ним плунжера, который вытесняет воду из камеры высокого давления. Вода высокого давления через нагнетательный клапан по гидромагистрали поступает в поршневую полость мультипликатора второй ступени. При подаче давления в поршневую полость мультипликатора плунжер вытесняет воду из камеры сверхвысокого давления через нагнетательный клапан к струеформирующему устройству.

Следует отметить, что гидромультипликаторы последней ступени сжатия (рис. 4.2) оснащаются бесконтактным щелевым уплотнением с запирающей жидкостью.

Рис. 4.1. Схема преобразователя давления двухступенчатого сжатия воды

Работа бесконтактного уплотнения с запирающей жидкостью, выполненного в виде гребешковой гильзы (см. рис. 4.2), осуществляется следующим образом (рис. 4.3). При рабочем ходе плунжера 2 (движение вправо) давление в рабочей камере 6 возрастает и достигает максимального значения . Под действием давления с помощью импульсного механизма подачи 7 возрастает и давление запирающей жидкости (минерального масла), поступающей в первую, со стороны рабочей камеры 6, камеру противодавления 3. Под действием давления в силу вязкости воды и наличия зазоров происходят ее утечки объемом . При этом одна их часть протекает по регламентированному зазору между плунжером 2 и гильзой 5, а вторая, смешиваясь с запирающей жидкостью, попадает через каналы 4 в камеры противодавления 3. Там, воздействуя на стенки корпуса мультипликатора 1 и внешнюю стенку гильзы 5, жидкость стремиться сжать гильзу, что уменьшает натяг в паре «гильза–корпус». Таким образом, пройдя последовательно через зазоры, сверления и кольцевые каналы, образованные плунжером, гильзой и корпусом, жидкость (утечки) уходит в слив.

а
б

Рис. 4.2. Гидромультипликатор второй ступени сжатия:

а – конструктивная схема с указанием основных размеров; б - узлы и детали преобразователя давления: 1- корпус; 2 – дифференциальный поршень; 3 – гребешковая гильза; 4 - дистанционная втулка; 5 – шпильки; 6 – блок клапанов; 7 – штуцер для контроля объема утечек; 8 – заглушки; 9 – плавающее кольцо дифференциального поршня

Рис. 4.3. Схема бесконтактного щелевого уплотнения сверхвысокого давления с запирающей жидкостью:

1 – корпус мультипликатора; 2 – плунжер; 3 – камеры противодавления; 4 – каналы; 5 – гребешковая гильза; 6 – рабочая камера мультипликатора; 7 – импульсный механизм подачи запирающей жидкости; 8 – проставка

Импульсный механизм подачи (см. рис. 4.3) выполнен в виде разделителя сред и представляет собой толстостенный цилиндр, внутри которого располагается подвижная перегородка с образованием двух полостей: водяной и масляной. Первая полость соединялась через обратный клапан с камерой сверхвысокого давления мультипликатора, а вторая - с модулем приводного насосного блока.

Комплект оборудования для резания горных пород струями воды сверхвысокого давления может размещаться как на проходческом комбайне с гидромеханическим исполнительным органом, так и автономно в горной выработке.

Комплект высоконапорного оборудования, размещаемый на комбайне, включает в себя следующие основные узлы (рис. 4.4): струеформирующее устройство 1, источник воды высокого давления (первая ступень сжатия) 2 и преобразователь сверхвысокого давления (вторая ступень сжатия) 3, встроенный в режущую корону 4 проходческого комбайна 5.

В качестве источника воды высокого давления (первой ступени сжатия) могут использоваться как насосы высокого давления, так преобразователи давления с приводным насосным блоком. При этом они могут размещаться как на раме комбайна, так и автономно в горной выработке (см. рис. 4.4).

Рис. 4.4. Схема компоновки проходческого комбайна с гидромеханическим исполнительным органом, оснащенным встроенными в режущую коронку гидромультипликаторами второй ступени сжатия преобразователя сверхвысокого давления

Следует отметить, что исходные данные, необходимые для расчета гидромультипликатора, должны задаваться с учетом закономерностей взаимодействия струи воды сверхвысокого давления с породным массивом, поэтому методика его расчета предусматривает два этапа.