Устройство для термомеханического бурения горных пород

 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для бурения твердых горных пород. Цель изобретения - повьшение надежности работы при одновременном повышении КПД устройства. Корпус выполнен в виде соосных цилиндра 1 компрессора и цилиндра 2 двигателя, жестко связанных между собой. Их поршни 3 и 4 соединены общим штоком 5. Выхлопные окна 21 вьтолнены в средней части цилиндра 2 двигателя и сообщены газоопроводом 23 с камерой 24 сгорания. Последняя расположена в нижней части полости буровой штанги (БШ) 25. Верхняя часть БШ 25 связана с инерционным поворотным приспособлением 26, Его корпус жестко связан с крышкой цилиндра 2 двигателя. С последней также кинематически связана БШ 25 посредством штифтов 27, установленных в косых пазах 28. Они выполнены в корпусе инерционного поворотного приспособления 26. Цилиндр 1 компрессора подает сжатый воздух в цилиндр 2 двигателя для образования горючей смеси и последующей продувки. Продукты сгорания через окна 21 поступают в камеру 24 сгорания и далее в забой, термически ослабляя породу. Импульс давления после сгорания смеси в цилиндре 2 воздействует на корпус и БШ 25, которая наносит удары по забою. 1 ил. (Л с 4ik 01 а

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()1)4 Е 21 С 37/14, 37/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4237617/22-03 (22) 28.04.87 (46) 15.12.88. Бюл. Н 46 (71) Специальное конструкторско- технологическое бюро Института геотехнической .механики АН УССР (72) М.С. Мороз и В.С. Демченко (53) 622.243.94 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 815295, кл. E 21 С 37/14) 1980.

Авторское свидетельство СССР й* 810966, кл. Е 21 С 37/14, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горной проьыпленности и предназначено для бурения твердых горных пород. Цель изобретения - повьппение надежности работы при одновременном повышении

КПД устройства. Корпус выполнен в виде соосных цилиндра f компрессора и цилиндра 2 двигателя, жестко связан" ных между собой. Их поршни 3 и 4 соединены общим штоком 5. Выхлопные окна 21 выполнены в средней части цилиндра 2 двигателя и сообщены газопроводом 23 с камерой 24 сгорания.

Последняя расположена в нижней части полости буровой штанги (БШ) 25.

Верхняя часть БШ 25 связана с инерционным поворотным приспособлением

26. EI î корпус жестко связан с крышкой цилиндра 2 двигателя. С последней также кинематически связана БШ 25 посредством штифтов 27, установлен ных в косых пазах 28. Они выполнены в корпусе инерционного поворотного приспособления 26. Цилиндр 1 компрессора подает сжатый воздух в цилиндр 2 двигателя для образования горючей смеси и последующей продувки.

„„SU„„1444516 А I

Продукты сгорания через окна 21 поступают в камеру 24 сгорания и далее в в забой, термически ослабляя породу.

Импульс давления после сгорания смеси в цилиндре 2 воздействует на корпус и БШ 25, которая наносит удары по забою. 1 ил.

14445 16

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для бурения твердых горных пород.

Цель изобретения — повышение на5 дежности работы при одновременном повышении КПД устройства.

На чертеже показано предлагаемое устройство, общий вид, Устройство для термомеханического бурения горных пород содержит корпус в виде цилиндра 1 компрессора и цилиндра 2 двигателя, которые установлены соосно и жестко связаны между собой, при этом их поршни 3 и 4 соедине-15 ны общим штоком 5, на верхней крышке цилиндра компрессора установлено пусковое приспособление 6 и стандартный топливный насос 7 высокого давления нажимного типа, на нижней крьпп- 20 ке — топливный насос 8. Насосы 7 и 8 сообщены с форсунками 9 и 10 трубопроводами 11 и 12. На цилиндре 1 компрессора также установлены впускные клапаны 13 и 14 и выпускные клапаны 25

15 и 16, соединенные при помощи трубопроводов 17 с ресивером 18 и впускными клапанами 19 и 20 полостей цилиндра 2 двигателя, в средней части которого имеются выхлопные окна 21 и 30 коллектор 22, соединенный при помощи газопроводов 23 с камерой 24 сгорания, расположенной в нижней части внутренней полости буровой штанги 25.

Верхняя часть буровой штанги сочленяется с инерционным IIQBopoTHblM приспособлением 26, которое связано с крышкой цилиндра 2 двигателя при помощи штифтов 27 и муфты свободного хода (не показана), причем штифты размещены в косых пазах 28, выполненных в корпусе поворотного приспособления. В верхней части камеры 24 сгорания размещена топливная форсунка 29, к которой топливо подводится

45 трубопроводом 30, в торцовой части рабочего органа 31 выполнены сверхзвуковые сопла 32.

Устройство работает следующим образом.

Цилиндр 1 компрессора работает по обычной схеме поршневого компрессора и предназначен для подачи сжатого воздуха в цилиндр 2 двигателя, образующего горючую смесь, и для продувки цилиндра 2 двигателя после окончания рабочего цикла. Диаметр по1.шня цилиндра компрессора значительно Г>ольше диаметра поршня цилиндра двигат:ля, это обеспечивает достаточность весового заряда горючей смеси при необходимом давлении и температуре, обеспечивающих ее воспламенение в конце такта сжатия и продувку цилиндра двигателя в конце такта расширения. Среднее давление смеси газов в газопроводе после выхлопных окон 2 1 определяется суммарной площадью критических сечений сопл 32.

Цилиндр 2 работает по схеме дизельного двигателя с компрессорной продувкой ° Подпорное давление топлива на входе в топливных насосах 7 и

8 создается сжатым воздухом, поступающим из рессивера в топливный бак через редуктор. Б исходном положении, до пуска устройства, поршни 3 и 4 со штоком 5 находятся в крайнем верхнем положении и удерживаются в этом положении пусковым приспособлением 6.

При спуске толкателя пускового приспособления 6 поршни 3 и 4 со штоком

5 перемещаются вниз, при этом поршень 3 сжимает воздух нижней полости цилиндра компрессора, впускной клапан 14 закрывается, а выпускной 16 открывается, сжатый воздух поступает через клапан 20 в нижнюю полость цилиндра 2 двигателя и частично выходит. через окна 21, коллектор 22, газопровод 23 и камеру 24 сгорания.

После закрытия поршнем 4 выходных окон 21 поступивший воздух из цилиндра 1 компрессора в цилиндр 2 двигателя продолжает сжиматься, при этом клапан 20 закрывается. При полном опускании поршней топливо из насоса

8 по трубопроводу 12 подается в форсунку 10, впрыскивается в камеру сгорания цилиндра двигателя, смешивается со сжатым воздухом и сгорает, создавая импульс давления продуктов сгорания, который передается на поршень

4 и корпус цилиндра 2 двигателя и далее на буровую штангу 25 и рабочий орган 31. Поршень 4, получив ударный импульс, совместно со штоком 5 и поршнем 3 перемещаются вверх. Продукты сгорания, образовавшиеся в нижней полости цилиндра двигателя, расширяясь, совершают работу по перемещению поршней со штоком вверх и сжатию воздуха верхней полости компрессора.

После прохождения поршнем 4 выхлопных окон 21 продукты сгорания через окна и газопровод поступают во внутз 1 4 !4 /б 5 реннюю полость буровой штанги и далее в камеру сгорания буровой штанги, при этом давление в нижней полости цилиндра двигателя резко падает, становится киже давления сжатого возду5 ха компрессора и ресивера, поэтому воздух, открывая клапан 20, поступает в нижнюю полость цилиндра двигателя, производя его продувку. Продувка будет продолжаться до закрытия выхлопных окон 21 при обратном ходе поршней вниз. Во время начального движения поршней вниз, после запуска, воздух из цилиндра 1 компрессора будет одновременно поступать через клапан 19 в верхнюю полость цилиндра 2 двигателя и при опускании поршня 4 ниже уровня выхлопных окон

21 он будет поступать в буровую штан- 20 гу и далее через забой в атмосферу.

При движении поршней вверх, после воспламенения топливовоздушной смеси в нижней полости, продувка верхней полости цилиндра двигателя будет про- у5 должаться до закрытия поршнем 4 выхлопных окон 21, а затем воздух будет сжиматься и при достижении верхнего положения поршнями топливный насос

7 подаст порцию топлива по трубопро- З0 воду 11 в форсунку 9, произойдет впрыск топлива и воспламенение топливовоздушной смеси в верхней полосГ ти цилиндра 2 двигателя.

Импульс давления, возникший при

35 вспышке топливовоздушной смеси, вызывает движение поршней вниз, а корпуса устройства вверх, далее циклы возвратно-поступательного движения поршней повторяются автоматически до прекращения подачи топлива и захвата поршня 3 пусковым приспособлением 6. Инерционное поворотное приспособление 26 служит для обеспечения поворотно-вращательного движения бу 45 ровой штанги с рабочим органом.

При импульсе давления газов, направленном вниз (поршни в нижнем поло. женин), подпружиненное инерционное поворотное приспособление 26 под

50 действием удара перемещается вниз, одновременно совершая свободный поворот на заданный угол благодаря скольжению своими пазами 28 по штифтам 27, закрепленным на буровой штан55

re 25, при последующем импульсе дав16

4 ления, направленном вверх, штанга с корпусом устройства приподнимаются, а инерционное приспособление 26 под воздействием сжатой пружины и импульса давления передвигается вверх и поворачивается совместно с буровой штангой на заданный угол. Сжатый воздух, подаваемый цилиндром 1 компрессора в цилиндр 2 двигателя, в период его продувок в процессе горения участия не принимает, поэтому газовоздушная смесь, проходящая через камеру 24 сгорания, содержит в своем составе значительное количество не связанного кислорода, обеспечивающего сгорание топлива в камере 24 сгорания, подаваемого форсункой 29.

Продукты сгорания из камеры сгорания подводятся к соплам 32, через которые они вытекают с большой скоростью в призабойное пространство, нагревая разрушаемую породу и вынося ее после разрушения из буровой скважины.

Формула и з обретения

Устройство для термомеханического бурения горных пород, включающее корпус в виде цилиндров компрессора и двигателя с выхлопными окнами, поршнями, крышками и штоками, систему подачи топлива, буровую штангу с 1 рабочим органом, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения надежности работы при одновременном повышении К?Щ устройства, оно снабжено камерой сгорания и инерционным поворотным приспособлением, корпус которого жестко связан с крьппкой цилиндра двигателя, при этом цилиндры компрессора и двигателя установлены соосно и жестко связаны между собой, их поршни связаны общим штоком, а выхлопные окна выполнены в средней части цилиндра двигателя и сообщены посредством газопровода с камерой сгорания, .размещенной в буровой штанге, при этом последняя кинематически связана с крьппкой цилиндра двигателя посредством штифтов, установленных в косых газах, вьг полненных в корпусе инерционного поворотного приспособления.

ВНИИПИ Заказ 6471/35 Тираж 459 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Укгород, ул. Проектная, 4