ГИДРОМОНИТОРНАЯ НАСАДКА Российский патент 2001 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к обработке поверхности изделий струей жидкости высокого давления.

Известна насадка гидромонитора [Патент RU N 648734, МКИ E 21 C 45/00. Насадка гидромонитора. - 1979], выполненная в виде двух, образующих кольцевой канал, соосно расположенных патрубков и клапана, предназначенного для пульсирующего истечения жидкости и гидравлического удара, причем в стенках патрубков выполнены каналы и отверстия, расположенные ярусами и образующие эжекторы, а клапан расположен на периферии наружного патрубка.

Недостатком данного устройства является его низкая производительность, обусловленная воздействием на материал только осевым потоком, что приводит к обработке небольшой площади поверхности материала, а также достаточная сложность изготовления данной насадки с обеспечением заданных выходных характеристик.

Прототипом изобретения является гидромониторная насадка для бурового долота [Патент RU N 20121471, МКИ 5 E 21 B 10/18. Насадка гидромонитора. - 1994] , суть которого заключается в том, что в промычном канале бурового долота корпус насадки выполнен из эластичного материала, причем промывочные каналы выполнены в виде частей окружности равных радиусов, соединенных касательными, при этом корпус насадки может быть выполнен из маслостойкой резины.

Недостатком данного изобретения является ее низкая производительность, обусловленная воздействием на материал только осевым потоком, что приводит к обработке небольшой площади поверхности материала. Кроме того, конструкция насадки не позволяет надежно фиксировать сопло в корпусе насадки.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности обработки поверхности изделий за счет увеличения площади захватываемой поверхности материала, что значительно снижает необходимые затраты энергии на обработку, а также обеспечение надежности работы гидромониторной насадки.

Поставленная задача решается тем, что гидромониторная насадка, содержащая корпус с соплом, размещенным на его переднем торце, снабжена вторым соплом, размещенным на боковой поверхности корпуса, причем ось выходного отверстия первого сопла в плоскости его переднего торца смещена от оси вращения корпуса на расстояние Δ = (D/d₀)d мм, где D - внутренний диаметр корпуса насадки, d₀ - диаметр конического отверстия, d - диаметр выходного отверстия, и наклонена к оси вращения корпуса под углом α = 5-30^o, а ось выходного отверстия второго сопла наклонена к оси вращения корпуса в сторону его переднего торца под углом β = 50-80^o. На боковой поверхности корпуса выполнено не менее двух сопел. Сопла могут быть выполнены в виде сменных сопловых головок с внешней конической поверхностью, имеющей меньшее основание переднего торца, и установленных в соответствующие ответные отверстия корпуса, при этом соосно коническому(им) отверстию(ям) в корпусе на боковой поверхности выполнено цилиндрическое(ие) отверстие(я) с диаметром не менее максимального диаметра сопловой головки, снабженное заглушкой.

Сущность изобретения поясняется фигурами, где на фиг. 1 представлена гидромониторная насадка, а на фиг. 2 - схема воздействия на материал истекающих потоков из сопловых головок, расположенных на торцевой поверхности и боковой поверхности корпуса.

Гидромониторная насадка содержит корпус 1 с двумя сопловыми головками, первая сопловая головка 2 размещена на его переднем торце 3, а вторая сопловая головка 4 размещена на боковой поверхности корпуса 5, при этом ось выходного отверстия первого сопла 2 в плоскости его переднего торца 3 смещена от оси вращения корпуса 1 на расстояние Δ = (D/d₀)d мм, где D - внутренний диаметр корпуса насадки, d₀ - диаметр конического отверстия, d - диаметр выходного отверстия, и наклонена к оси вращения корпуса под углом α = 5-30^o, а ось выходного отверстия второго сопла 4 наклонена к оси вращения корпуса 1 в сторону его переднего торца 3 под углом β = 50-80^o. Сменные сопловые головки 2 и 4, имеющие внешнюю коническую поверхность с меньшим основанием переднего торца 6, устанавливаются в соответствующие ответные отверстия 7 и 8 корпуса 1, при этом соосно коническому отверстию 8 в корпусе на боковой поверхности 9 выполнено цилиндрическое отверстие 10 с диаметром не менее максимального диаметра сопловой головки 4, снабженное заглушкой 11 с уплотнительной манжетой 12.

Процесс формирования истекающих струй 13 и 14 из сопловых головок 2, 4 и процесс обработки поверхности материала осуществляется следующим образом. Жидкость от насоса через трубку 15 поступает в корпус насадки 1, где она, разделяясь на два потока, попадает в сопловую головку 2, размещенную на переднем торце 3 с углом наклона к оси вращения корпуса α = 5-30^o, и сопловую головку 4, размещенную на боковой поверхности корпуса 5 с углом наклона к оси вращения корпуса β = 50-80^o, причем ось выходного отверстия первого сопла 2 в плоскости его переднего торца 3 смещена от оси вращения корпуса 1 на расстояние Δ = (D/d₀)d. На боковой поверхности корпуса 1 может быть выполнено не менее двух сопловых головок. Для удобства эксплуатации гидромониторной насадки сопла выполнены в виде сменных сопловых головок 2 и 4 с внешней конической поверхностью, имеющей меньшее основание переднего торца 6, и установленных в соответствующие ответные отверстия корпуса 7 и 8, что позволяет увеличить срок использования самой гидромониторной насадки, при этом соосно коническому отверстию 8 в корпусе 1 на боковой поверхности 9 выполнено цилиндрическое отверстие 10 с диаметром не менее максимального диаметра сопловой головки 4. Давление жидкости каждого потока обеспечивает дополнительную фиксацию конических сопловых головок 2 и 4 в ответных отверстиях корпуса 1. Для герметичности корпуса 1 цилиндрическое отверстие 10 снабжено заглушкой 11 с уплотнительной манжетой 12. Сформированная струя 13, истекающая из первой сопловой головки 2, осуществляет гидрорезание поверхности материла 16 путем формирования центрального канала 17 за счет совместного осевого движения и вращения. Наклон оси сопловой головки 2 к оси вращения корпуса 1 под углом α = 5-30^o и смещение оси выходного отверстия в плоскости его переднего торца 6 от оси вращения корпуса 1 на расстояние Δ приводит к значительному увеличению площади разрушаемой поверхности материала 16. Следует отметить, что гидрорезание происходит из-за отрыва мельчайших частиц от основной массы разрушаемого материала и вызвано преимущественно возникновением и развитием микротрещин. Поэтому при гидрорезании на хрупкое разрушение материала существенно влияют механическое воздействие скоростного потока жидкости и гидравлические удары, способствующие проникновению жидкости в трещины, что значительно снижает прочность материала. В результате происходит все большее разрыхление зоны реза и откол частиц. Струя, истекающая из второй сопловой головки 4, воздействует на боковую поверхность сформированного центрального канала 17, производя при этом окончательное разрушение обрабатываемой поверхности материала и его извлечение. Таким образом, суммарное воздействие струй на поверхность материала позволяет повысить производительность обработки поверхности материала в несколько раз.

Пример реализации
Потоками жидкости, проходящими через две сопловые головки, имеющие выходной диаметр d = 0,6 мм, воздействовали на поверхность материала, имеющего плотность ρ = 1600 кг/м³. В процессе обработки использовалось магистральное давление P₀ равное 60 МПа, скорость вращения подводящего канала ω = 1 об/с, скорость подачи V_п = 3,9 мм/с. При этом поток, истекающий из первой сопловой головки под углом α = 15^o и имеющий смещение оси выходного отверстия в плоскости его переднего торца от оси вращения корпуса Δ = 2 мм, формирует в материале центральный канал диаметром примерно 30 мм, а второй поток, истекающий из бокового сопла под углом β = 60^o, производит дополнительное разрушение, увеличивая при этом диаметр обрабатываемой поверхности примерно до 70 мм. Таким образом, суммарное воздействие струй жидкости, истекающих из данных сопловых головок, позволяет произвести обработку материала площадью "пятна" воздействия равным примерно 35...45 см².

Преимущество предлагаемой гидромониторной насадки заключается в использовании совместного воздействия струй жидкости, истекающих из сопловых головок, имеющих углы наклона к оси вращения корпуса α = 5-30^o и β = 50-80^o. Насадка при минимальном расходе используемой жидкости и наименьших энергозатратах позволяет производить обработку большей площади поверхности изделия. Использование сменных сопловых головок гидродинамической насадки позволяет производить быструю их смену и надежную фиксацию в конических отверстиях корпуса, что особенно важно для формирования струи на выходе из сопловой головки.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет не только повысить эффективность обработки поверхности изделий, но и в целом повысить надежность работы гидродинамической насадки.

Изобретение относится к обработке поверхностей изделий струей жидкости. Гидромониторная насадка содержит корпус с двумя сопловыми головками. Первая сопловая головка размещена на его переднем торце, причем ось ее выходного отверстия в плоскости переднего торца корпуса имеет угол наклона к оси вращения корпуса и смещена относительно оси вращения, а вторая сопловая головка размещена на боковой поверхности корпуса, причем ось выходного отверстия второго сопла наклонена к оси вращения корпуса в сторону его переднего торца. На боковой поверхности корпуса выполнено не менее двух сопел. Сопла выполнены в виде сменных сопловых головок с внешней конической поверхностью, имеющей меньшее основание переднего торца, и установленных в соответствующие ответные отверстия корпуса. Соосно коническому отверстию в корпусе на боковой поверхности выполнено цилиндрическое отверстие с диаметром не менее максимального диаметра сопловой головки, снабженное заглушкой с уплотнительной манжетой. Изобретение обеспечивает повышение производительности и надежности работы, снижение затрат энергии. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Гидромониторная насадка, содержащая корпус с соплом, размещенным на его переднем торце, отличающаяся тем, что она снабжена вторым соплом, размещенным на боковой поверхности корпуса, при этом ось выходного отверстия первого сопла в плоскости его переднего торца смещена от оси вращения корпуса на расстояние
Δ = (D/d₀)d мм,
где D - внутренний диаметр корпуса насадки;
d₀ - диаметр конического отверстия;
d - диаметр выходного отверстия,
и наклонена к оси вращения корпуса под углом α-5-30^o, а ось выходного отверстия второго сопла наклонена к оси вращения корпуса в сторону его переднего торца под углом β-50-80^o. 2. Гидромониторная насадка по п.1, отличающаяся тем, что на боковой поверхности корпуса выполнено не менее двух сопел. 3. Гидромониторная насадка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что сопла выполнены в виде сменных сопловых головок с внешней конической поверхностью, имеющей меньшее основание переднего торца, и установленных в соответствующие ответные отверстия корпуса, при этом соосно коническому(им) отверстию(ям) в корпусе на боковой поверхности выполнено цилиндрическое(ие) отверстие(я) с диаметром не менее максимального диаметра сопловой головки, снабженное(ые) заглушкой с уплотнительной манжетой.