Устройство для формирования пульсирующих струй

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПУЛЬСИРУЮЩИХ СТРУЙ, содержащее корпус с напорным liaсадком, соединенный с источником подачи жидкости под давлением, и расположенный в корпусе перед насадком роторный прерыватель с отверстием, периодически сообщающимся с напорнымнасадком, .о т-л и чающееся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности i расширения области применения, роторный прерыватель установлен относительно напорного насадкас образованием между ними камеры свободного формирования струи, сообщенной со сливом.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А

3(51) В 05 В 1 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР, ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3406058/23-05 (22) 11. 03 ° 82, (46) 15. 10. 83. Бкл. )) 38 (72) Б. С. Лобанов (71) Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений (53) 66. 069.83(088. 8) (56) 1. Патент США Р 31 15306, кл. 239 243, опублик. 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

: Р 761012, кл. В 05 В 1/16, 1979 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ

ПУЛЬСИРУЮЩИХ СТРУЙ, содержащее корпус с напорным )(асадком, соединенный с источником подачи жидкости под давлением, и расположенный в корпусе еред насадком роторный прерыватель с отверстием, периодически сообщающимся с напорным насадком, .о т .л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и долговечности и расширения области применения, роторный прерыватель установлен относительно напорного насадка с о6разованием между ними камеры свободного формирования струи, сообщенной со сливом.

10 47523

Изобретение относится к устройствам для формирования пульсирующих струй и может быть использовано в геологоразведочной технике. (в буре нии скважин), горной, строительной и других отраслях промышленности для пневмо- и гидромеханиэации производственных процессов, Известно устройство. для формирования пульсирующих струй, .состоящее из напорных насадков (сопел), соеди- 10 ненных с источником давления:через прерыватель потока рабочей среды, содержащее корпус, внутри которого расположен вращающийся ротор с отверстиями, периодически сообщающими 15 напорные. насадки с источником давления С11.

Однако известное устройство имеет сложную конструкцию, содержит детали, подверженные повышенному механи- 20 ческому износу, что снижает долговечность устройства. Кроме того, резкое перекрытие потока прерывателем вызывает ударные забросы давления в подводящей магистрали, снижающие. надежность работы устройства.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути:и достигаемому эффекту является устройство для формирования пульсирующих струй, содержащее корпус с напорным насадком соединенный с источником подачи жидкости под.давлением, и располо.женный в корпусе перед насадком роторный прерыватель с отверстием,. периодически сообщающимся с напорным ,насадком (2).

Однако известное устройство обеспечивает устойчивое формирование пульсирующих струй без забросов давления в подводящей ма-, "0 гистрали, соединяющей прерыватель потока рабочей среды с источником давления, только в том случае, если . в устройстве содержится не менее двух напорных насадков., так Как при Одном напорном насадке расход рабочей среды через прерыватель изменяется им-,. пульсно от "0 "(при отсечении напорного. насадка от источника давления) до максимума (при соединении напорного 50 насадка с источниксм давления), что вызывает забросы давления в подводящей магистрали устройства, соединяю-: щей прерыватель потока рабочей среды с источником давления. указанные 55 забросы давления вызывают снижение надежности работы и долговечности устройства, а также его подводящей магистрали и подключенного к ней источника давления, кроме того, заб- 60 росы давления могут вызвать волновой;. процесс изменения давления в подводящей магистрали устройства, что ухудшает стабильность рабочих характерисTHK Формируемой устройством пульсирующей струи. Для устранения данно- го недостатка подводящую магистраль устройства необходимо снабжать гасителем колебаний давления типа гидроаккумулятора, ресивера и прочих устройств, введение которых приводит к усложнению конструкции устройства для Формирования пульсирующих струй и существенному увеличению его габаритов, вызывающему большую техническую трудность, связанную с размещением устройства в ограниченных по габаритам пространствах (например, в геологоразведочных скважинах малого диаметра) . Отмеченный недостаток не позволяет использовать известное устройство во многих практических случаях, когда для выполнения различных -технологических процессов требуется только одна пульсирукщая струя, что сужает, область применения известного устройства.

Кроме того, известное устройство имеет недостаточно высокую надеж— ность и долговечность, особенно при работе на загрязненной рабочей среде (например, при использовании в качестве рабочей среды промывочной жидкости,, применяемой при бурении скважин), вследствие повышенного механического износа контактных. Рабочих поверхностей торцового золотника и перекрываемых им выходных отверстий прерывателя, а также вследствие возможности заедания или полного заклинивания золотника при попадании в торцовой зазор различного рода загрязнений. Вместе с тем, известное устройство имеет сложную и дорогостоящую конструкцию, что обусловлено, сложностью изготовления вцсокоточноiro и сложного по конструкции золотникового прерывателя потока рабочей среды. Белью изобретения является повышение надежности и долговечности, а также расширение области применения устройства.

Указанная цель достигается тем, что н устройстве для формирования пульсирующих струй, "содержащем корпус с напорным насадком, соединенный с источником подачи жидкости под давлением, и расположенный в корпусе перед насадком роторный прерыватель с отверстием, периодически сообщающимся с напорным. насадком, роторный прерыватель установлен относительно напорного насадка с образованием между ними камеры свободного формирования струи, сообщенной.со сливом.

На чертеже представлен один из возможных вариантов выполнения предлагаемого устройства, общий вид.

Устройство содержит корпус 1, соединенный с источником подачи рабочей реды.(жидкости, сжатого воздуха) 1047523 прд давлением (насосом, компрессором, аккумулятором и прочим устройством), по меньшей мере один напорный насадок 2 и расположенный в корпусе.1 перед насадком 2 ротдрный прерыва- !.

- тель (ротор) 3, приводимый во вращение валом 4. В роторном прерывателе.

3 выполнено по меньшей мере одно от-.верстие 5 с воэможностью периодического сообщения с насадком 2 в процессе вращения прерывателя. Между роторные прерывателем 3 и насадком 2: находится камера б свободного формирования струи, сообщакщаяся штуцером

7 со сливом. Рабочая среда (жидкость,, сжатый воздух) подводится к прерыва- 35 телю 3 через канал 8, выполненный в вале 4, или через боковой канал, выполненный в корпусе 1. Вал 4 снабжен упорным подшипником 9 и уплотнением

1.0 ., 20

Для обеспечения формирования на- выходе отверстий 5 компактных струй с высокой концентрацией кинетической энергии, способствующей павы«. шению КПД устройства, отверстия 5 в роторном прерывателе 3 могут быть выполнены в виде конфузорных (сужаю-.щихся) струеформирующих питакщих насадков (сопел), как показано на чертеже.. Напорный насадок 2 может иметь различную конфигурацию (например, цилиндрическую, коническую, с цилиндрическим участком на входе и коническим — на, выходе и т.п.; круглую, эллипсную, прямоугольную и т.п. — в поперечном сечении) в зависимости от предъявляемых к устройству технических и конструктивно-технологических, требований, Для обеспечений преобразования кинетической энергии струй, формируемых насадками 5, в "0 потенциальную энергию давления в приемных насадках 2 с наименьшими поте рями энергии входные участки насадка могут быть выполнены с коническим . асширением — т;е. в виде диффузорнЫс 45 приемных сопел (как показано на чер- .теже). При необходимости формирования пульсирующих струй на некотаром удалении от устройства последнее снабжается дополнительными,(выносны-: ми) рабочими насадками 11, подклю50 чаемьми подводящими трубопроводами (например, шлангами) 12 к приемнЫм . насадкам 2.

Насадки (сопла) 5 и 2 могут:-быть. расположены эксцентрично относительно оси вращения прерывателя 3, как показано на чертеже. Вместе.с тем, при необходимости (например,для удобства размещения в устройстве нескольких напорных насадков 2, которые исходя из предъявляемых к. устройству технических, конструктивных

|и технологических требований должны. располагаться под углом к оси устройства:.для снижения осевого габарИ- 65 та устройства и т.п.) насадки 5 и 2 могут быть установлены.под углом 0-180 к оси вращения прерывателя

З.или (если оси.сопел 5 и."2 не пересекаются с осью вращения прерывателя 3) к прямой, проходящей параллель но указанной оси вращения и пересекакщейся с. осью соответствующего сопла -(5 или 2). Для обеспечения более полной передачи энергии из сопла

5 в сопло 2 указанные сопла в их совмещенном положении устанавливаются соосно. Вместе с тем, в ряде практи. ческих случаев возможно исполнение устройства с несоосным. расположением сопел 5 и 2 в их совмещенном положении.

Для данного варианта исполнения устройства в целях снижения потерь энергии, вызываемых несоосностью сопел, необходимо сопло 2 устанавливать относительно сопла 5 таким образом, чтобы в момент схожцения (совмещения) сопел 5 и 2 их оси пересекались в центре начального сечения (в центре входного торцового отверстия) сопла 2. Сопла 5 могут быть выполнены непосредственно в теле роторного прерывателя 3 (как показано на чертеже) или.в виде съемных насадков (как показанные на чертеже насадки 2 ), устанавливаемых s прерывателе 3..

Для обеспечения. изменения (регулировки) рабочих характеристик формируемых устройстйом пульсирукщих струй, необходимого, например, для производственных и эксплуатационных регулировок устройства или для перена= стройки устройства при смене выполняемых им производственных технологических операций, устройство может быть снабжено коплектом сменных насадков 2, 5 и 11,отличающихся геомет1Фческими размерами, а насадки. 2 и 5 могут быть выполнены с возможностью регулирования расстояния между их торцами.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая среда по каналу 8 в вале

4 подается от источника давления к соплу 5, Одновременно ротор 3 природится во вращение при помощи вала !

4. Благодаря наличию камеры 6 низкого давления, соединенной со сливом, IP на сопле 5 образуется перепад дав ления, под действием которого рабочая среда вытекает из сопла 5 в ви-. де напорной струи. Формируемая соплом

5 струя совершает вместе с ротором

3 вращательное движение, в процессе которого сопло 5 периодически (при каждом обороте ротора) сходится и расходится с соплом 2.

При схождении сопел 5 и 2 струя попадает в торцовое отверстие сопла

2, что сопровождается возрастанием давления и расхода в сопле 2, с фор1047523

25 мированием на выходе последнего напорной струи. При расхождении осей сопел 5 и 2 формируемая соплом 5. струя отходит от торцового отверстия сопла 2, что сопровождается падением давления и расхода в сопле 2 с 5 прекращением формирования на выходе последнего напорной струи. В результате, при вращении ротора 3 с соплом 5 на выходе насадка 2 формируется пульсирующая струя. При этом 10 величина амплитуды изменения давления, расхода и мощности в струйном пульсирующем потоке на выходе насадка 2 определяется величиной давления и расхода в питающем сопле 5, геомет- 5 рией соплового аппарата устройства, величиной гидравлического сопротивления канала трубопровода 12 и свойствами используемой рабочей среды, а частота пульсации струи — числом оборотов ротора 3 в единицу времени и числом питающих сопел 5 в роторе.

Рабочая среда, не попадающая в сопла

2, сливается иэ камеры б через слив. ной штуцер 7.

Выполнение в устройстве камеры . свободного формирования струи между роторным прерывателем и напорным на садком, сообщенной со сливом, позволяет создать качественно новое устройство для формирования пульсирующих струй, в котором, в отличие от прототипа, содержащего гидростатический прерыватель потока, применен гидродинамический прерыватель, исключающий механический контакт прерывателя с напорным насадком, что способствует повышению надежности и долговечности устройства. Кроме того, использование гидродинамического прерывателя позволяет расширить область применения устройства за счет обеспечения возможности работы устройства с одним рабочим насадком, достигаемой благодаря тому,. что в предлагаемом устройстве рабочий насадок не имеет прямой гидравлическОй связи с подводящей линией, Указанная связь в предлагаемом устройстве размыкается камерой свободного формирования струи, исключающей воэможность забросов давления в подводящей линии в момент ее отключения от рабочей насадки прерывателем потока, благодаря чему обеспечивается. защита источника подачи жидкости, подводящей магистрали устройства и прерывателя от силовых ,импульсов давления, формируемых пре.рывателем. Вместе с тем, применение в устройстве прерывателя с гидродинамическим принципом действия позволяет упростить конструкцию и изготовление устройства и снизить его стоимость благодаря отсутствию в конструкции предлагаемого устройства достаточно сложных высокоточных сопряженных деталей с прямым механическим контактом, имеющих место в прототипе.

Прй широком промышленном внедрении предлагаемого устройства может быть получен существенный экономический эффект эа счет повышения надежности и долговечности, снижения стоимости и расширения области применения устройства.

104 7523

Составитедь В.Ляпина

Редактор С.Тимохина ТехредМ.Гергель - Корректор И. Эрдейи

Заказ 7804/7 Тираж б89 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент ., г.Ужгород, ул.Проектная,4