Исследования в области разрушения горных пород демонстрируют, что использование импульсных водяных струй значительно повышает эффективность подрезки уступов по сравнению с традиционными непрерывными струями. Ключевым преимуществом является снижение удельной энергоемкости процесса разрушения, что делает импульсную технологию более экономичной.
Принцип создания импульсной струи
Наиболее простой метод формирования импульсной струи основан на периодическом перекрытии части сечения ствола монитора. В момент перекрытия поток жидкости тормозится, что вызывает резкий скачок давления в зоне торможения. Это, в свою очередь, приводит к кратковременному, но значительному увеличению скорости истечения воды через оставшееся открытое сечение, создавая мощный импульс.
Конструкции импульсных насадок
На описанном принципе основаны разработки инженеров А.В. Бричкина, В.Б. Потоцкого, В.С. Бондаревского и В.Д. Мороза. Их гидромониторные насадки (рис. 5.1.5) имеют выходное сопло, состоящее из двух соосных патрубков, образующих кольцевой канал. На внутреннем патрубке установлен клапан, который циклически перекрывает этот канал. Замедление потока вызывает гидравлический удар — резкий рост давления, заставляющий жидкость с большой скоростью вырываться через центральный патрубок. Аналогичный принцип используется в конструкции гидроимпульсатора (рис. 5.1.6).
Устройство и работа импульсного водомета
Более сложная и эффективная система — импульсный водомет (рис. 5.1.7). Его работа представляет собой автоматический цикл. Сначала через специальное отверстие (12) ресиверы заполняются сжатым воздухом. Поршень (7) отходит вправо. При подаче воды через патрубок (9) поршень начинает двигаться влево, сжимая воздух в ресиверах. Достигнув крайнего положения, поршень воздействует на золотник (4), который через систему управления открывает заглушку (11), соединяя полость цилиндра с атмосферой.
Под давлением сжатого воздуха поршень резко разгоняется, и его шток (8), перемещаясь по стволу (2), выталкивает накопленный объем воды через насадку (3) мощным импульсом — «выстрелом». Для защиты от удара поршня о насадку предусмотрено тормозное устройство, создающее сопротивление выходу воды при входе штока в ствол. После завершения цикла водомет переходит в автоматический режим работы. Частота выстрелов может превышать 100 в минуту и регулируется производительностью питающего насоса.
Развитие технологии и теория
На принципе использования энергии гидравлического удара в Карагандинском политехническом институте была создана конструкция двухствольного импульсного гидромонитора. В основе технологии лежит инерционный метод: определенный объем воды разгоняется в цилиндрическом стволе до высокой скорости и затем направляется в коническую насадку, формируя струю сверхвысокого давления.
Теоретически, без учета потерь, скорость импульсной струи определяется из условия неразрывности потока. Для ее расчета используется следующая формула:
