Устройство для формирования струи жидкости

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для гидравлического разрушения горных пород. Задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства, формирование более компактной струи жидкости и увеличение ее динамического давления. Для этого в устройстве для формирования струи разгонный канал выполнен в виде тороидальной камеры, формирующей внутренний вращающийся поток. Образующая плоскость камеры расположена между входным и выходным каналами и перпендикулярна направлению движения основного потока. Входное отверстие тороидальной камеры ориентировано в сторону входного канала. Оси входящего и выходящего каналов совмещены с геометрической осью тороидальной камеры и потоком вращения. Техническим результатом изобретения является снижение турбулентности потока и повышение гидродинамического давления струи. 3 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для гидравлического разрушения горных пород.

Известны устройства для формирования струи жидкости [1, с.60; 2, с.135], включающие подводящий канал с установленным в нем успокоителем турбулентных пульсаций потока, входной канал, разгонный канал в виде конуса и выходной канал в виде цилиндрического патрубка для истечения сформированной струи жидкости.

Недостатком данного типа устройств является высокая турбулентность потока жидкости движущегося в жестких стенках разгонного канала и, как следствие, - высокая турбулентность струи, истекающей в воздушную среду, и ее быстрое разрушение.

Известно устройство для формирования струи жидкости [4], включающее подводящий канал, входной канал с успокоителем потока, разгонный канал в виде конуса и выходной канал. Входной, разгонный и выходной каналы образуют одну ступень. Ствол гидромонитора собирается из нескольких ступеней, а выходной канал последний ступени формирует диаметр истекающей струи.

Недостатком известного устройства является его большая длина, что усложняет его эксплуатацию в ограниченных подземных условиях и приводит к потерям энергии за счет возрастающей площади контакта жидкости с внутренней поверхностью каналов.

Известно устройство [1, рис.43] насадка Волжского В.М. и Подолянко Н.И., включающее подводящий канал, входной канал, разгонный канал в виде конуса и выходной канал. В выходном канале установлен циркуляционный насос для снижения сопротивления выходящего потока жидкости, формирующего струю.

Недостатком известного устройства является то, что циркуляционный насос устанавливают после разгонного канала. В обычных насадках жидкость после разгонного канала попадает в короткий выходной канал и через него истекает в воздушную среду, а ее сопротивление значительно ниже, чем сопротивление жидкости в более длинном циркуляционном насосе. Поэтому установка циркуляционного насоса в выходном канале снижает компактность и дальнобойность формируемой струи.

За прототип принято устройство для формирования струи жидкости [2, с.135], включающее подводящий канал с успокоителем, входной канал, разгонный канал в виде конуса и выходной канал для истечения струи.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы устройства, формирование более компактной струи жидкости и увеличение ее динамического давления.

Решение поставленной задачи достигается тем, что разгонный канал выполнен в виде тороидальной камеры, формирующей внутренний вращающийся поток, причем ее образующая плоскость расположена между входным и выходным каналами и перпендикулярна направлению движения основного потока, а входное отверстие тороидальной камеры ориентировано в сторону входного канала, при этом оси входящего и выходящего каналов совмещены с геометрической осью тороидальной камеры и вращающегося потока.

Работа устройства для формирования струи жидкости поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен разрез устройства на виде сбоку, на фиг.2 - вид спереди, фиг.3 - эпюры скоростей потока жидкости в каналах устройства и схема изменения скорости потока при движении в разгонном канале.

Устройство для формирования струи жидкости (фиг.1) включает подводящий 1, входной 2, разгонный 3 и выходной 4 каналы. В подводящем канале 1 установлен успокоитель 5, а разгонный канал 3 выполнен в виде тороидальной камеры 6, расположенной между входным 2 и выходным 4 каналами с образующей плоскостью П-П, расположенной перпендикулярно направлению движения потока вдоль оси 0-0. Входное отверстие 7 в тороидальную камеру 6 ориентировано в сторону входного канала 2. Оси входного 2 и выходного 4 каналов совмещены с геометрической осью 0-0 тороидальной камеры 6, что задает соосность всех потоков с истекающей струей 8.

Подготовка устройства к работе осуществляется следующим образом. Под давлением жидкости Р_ст в подводящем канале 1 (фиг.1) поток движется через успокоитель 5 со скоростью u_о и гасит внутреннюю турбулентность. Поток жидкости через входной канал 2 проходит в разгонный канал 3 через входное отверстие 7, заполняет тороидальную камеру 6.

Работа устройства по формированию струи 8 осуществляется после заполнения жидкостью тороидальной камеры 6. Поток, проходя по входному каналу 2, не может зайти во входное отверстие 7, т.к. тороидальная камера 6 заполнена несжимаемой жидкостью, вращающейся со скоростью u_в. Двигаясь вдоль границ входного отверстия 7, образованного тороидально вращающейся жидкостью, поток сжимается и увеличивает осевую составляющую скорости движения u_во и соответственно снижает поперечную составляющую скорости движения u_вп. Увеличение осевой скорости движения потока происходит постепенно от величины u_во=u_o в точке (·)1, в дальнейшем u_во=0,72 u_в в точке (·)2, и до u_во=u_в в точке (·)3, после которой жидкость попадает в выходной канал 4 и истекает из него в виде струи 8, движущейся с конечной скоростью u_в.

В предлагаемом устройстве сжатие потока жидкости и ускорение его движения происходят в жидких подвижных стенках промежуточного канала, а не вдоль жестких стенок как у аналогов и прототипа, в результате которых снижается турбулентность потока и повышается гидродинамическое давление струи.

Литература

1. Цяпко Н.Ф., Чапка А.М. Гидроотбойка угля на подземных работах. - М.: Госгортехиздат, 1960.

2. Охрименко В.А., Куприн А.И., Ищук И.Г. Подземная гидродобыча угля. - М.: Недра, 1974.

3. Шавловский С.С. Основы динамики струй при разрушении горного массива. - М.: Недра, 1974.

4. А.с. 1580011. Устройство для формирования струи жидкости. / Бартышев А.В., Плетнев О.Н., Стефанюк Б.М., Стрельников А.Н., Хазов В.Н.

Устройство для формирования струи жидкости, включающее подводящий канал с успокоителем, входной канал, разгонный канал и выходной канал для истечения струи, отличающееся тем, что разгонный канал выполнен в виде тороидальной камеры, формирующей внутренний вращающийся поток, причем ее образующая плоскость расположена между входным и выходным каналами и перпендикулярна направлению движения основного потока, а входное отверстие тороидальной камеры ориентировано в сторону входного канала, при этом оси входящего и выходящего каналов совмещены с геометрической осью тороидальной камеры и потоком вращения.