СОПЛО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЖУЩЕЙ СТРУИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2002 года по МПК B05B1/02 

Изобретение относится к устройствам для получения режущей струи жидкости и может быть использовано в устройствах для разрезания различных листовых материалов сверхзвуковой струей жидкости.

Известно сопло для получения режущей струи жидкости, содержащее цилиндрический корпус с осевым каналом подачи жидкости, установленный на торце корпуса калибродержатель, втулку и калибр с выпускным каналом и конусообразной входной и цилиндрической частями, причем конусообразная входная часть канала калибра выполнена наклонной к оси калибра под углом не более половины угла конуса входной части канала, а цилиндрическая часть канала смещена относительно плоскости наклона конусообразной входной части канала на величину не более половины его диаметра. Однако хотя закрутка струи повышает ее кинетическую энергию, в то же время снижается ее дальнобойность, что не позволяет резать настилы материалов толщиной более 20 мм [1].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является сопло для получения режущей струи жидкости, содержащее штуцер со сферическим торцом и осевым каналом подачи жидкости, закрепленный на штуцере держатель, установленный заподлицо в держателе вкладыш с наружной конической поверхностью и выпускным соплом цилиндрической формы с конической входной частью, охватывающую вкладыш втулку, примыкающую своим торцом к сферическому торцу штуцера, расположенного с зазором относительно обращенного к нему торца вкладыша [2].

Недостатком данного сопла являются высокие гидравлические сопротивления и турбулентные возмущения около стенок коническо-цилиндрического внутреннего профиля выполненного во вкладыше. Кроме этого внутренняя геометрия вкладыша не учитывает изменение характеристик потока жидкости (кинематическую вязкость, толщину пограничного слоя и т.п.), влияние которых при сверхзвуковом истечении значительно.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении режущих свойств струи жидкости при сверхзвуковом истечении.

Это достигается тем, что в сопле для получения режущей струи жидкости, содержащем штуцер со сферическим торцом и осевым каналом подачи жидкости, закрепленный на штуцере держатель, установленный заподлицо в держателе вкладыш, охватываемый втулкой из мягкого материала, примыкающей своим торцом к сферическому торцу штуцера, расположенного с зазором относительно обращенного к нему торца вкладыша, внутренний профиль вкладыша выполнен в виде тела вращения с переменным радиусом сечения.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображено сопло для получения режущей струи жидкости; на фиг.2 - внутренний профиль вкладыша в виде тела вращения с переменным радиусом сечения.

Сопло для получения режущей струи жидкости содержит штуцер 1 со сферическим торцом 2 и осевым каналом 3 подачи жидкости. На штуцере 1 закреплен держатель 4. В держатель 4 установлены заподлицо вкладыш 5 с внутренней поверхностью в виде тела вращения с переменным радиусом сечения 6 и охватывающая вкладыш 5 втулка 7 из мягкого материала, например латуни. Втулка 7 контактирует торцом 8, со сферическим торцом 2 штуцера 1, расположенного с зазором относительно обращенного к нему торца 9 вкладыша 5.

Внутренняя поверхность вкладыша 5 в виде тела вращения с переменным радиусом сечения выполнена на основе сплайн-интерполяции последовательности ломаных линий (фиг.2):
r(x) = r(x_k)+λ(r(x_k+1)-r(x_k)).
0≤λ≤1, к = 0, 1, 2, ..., n.
Длина отрезка [х_k, х_k+1] значительно больше толщины пограничного слоя, при этом поворот участка [х_k, x_k+1] относительно участка [x_k-1, x_k] не превышает угла Δα≈1-3^°.
При этом длина отрезка [x_k-1, x_k]=d_k составляет

α≈10-50^°,
где с - коэффициент сопротивления внутреннего профиля.

где u - скорость потока жидкости, ν - кинематическая вязкость жидкости, χ = 0,4.
Длина участков d_k возрастает по мере расширения сопла, а ломаный внутренний профиль выполнен с учетом уравнения:
x_k=x_k-1+d_k, k=1, 2,..., n.

Сопло для получения режущей струи жидкости работает следующим образом.

Вкладыш 5, изготавливаемый из износостойкого материала, например алмаза, эльбора, кварца или твердого сплава, вставляют в латунную втулку 7. Латунную втулку 7 с вкладышем 5 устанавливают в держатель 4 конусной поверхностью, также равной 40^o. Верхний торец латунной втулки 7 прижимают к сферическому торцу 2 штуцера 1 и к конусной поверхности держателя 4.

Сверхзвуковой поток жидкости подается через осевой канал 3 штуцера 1, проходит через гладкое отверстие вкладыша 5 в виде тела вращения с переменным радиусом сечения, при этом достигается минимальная толщина пограничного слоя, уменьшение потенциала отрыва пограничного слоя струи, снижение уровня кавитации.

Толщину пограничного слоя δ определяют из уравнения

где х - расстояние от начала расширения сопла.

Предлагаемое сопло для получения режущей струи жидкости позволяет повысить режущие свойства струи за счет снижения гидравлического сопротивления и турбулентных возмущений около стенок внутреннего профиля, выполненного во вкладыше, с учетом изменения характеристик сверхзвукового потока жидкости (кинематической вязкости, толщины пограничного слоя и др.).

Источники информации
1. Авт. св. СССР 1245349, кл. B 05 B 1/02, 1986.

2. Авт. св. СССР 942806, кл. B 05 B 1/02, 1980 - прототип.

Изобретение относится к устройствам для получения режущей струи жидкости и может быть использовано в устройствах для разрезания различных листовых материалов сверхзвуковой струей жидкости. Сопло для получения режущей струи жидкости содержит штуцер со сферическим торцом и осевым каналом подачи жидкости, закрепленный на штуцере держатель, установленный заподлицо в держателе вкладыш, охватываемый втулкой из мягкого материала, примыкающей своим торцом к сферическому торцу штуцера, расположенного с зазором относительно обращенного к нему торца вкладыша, внутренний профиль вкладыша выполнен в виде тела вращения с переменным радиусом сечения. Сопло для получения режущей струи жидкости позволяет повысить режущие свойства струи за счет снижения гидравлического сопротивления и турбулентные возмущения около стенок внутреннего профиля, выполненного во вкладыше, с учетом изменения характеристик сверхзвукового потока жидкости (кинематической вязкости, толщины пограничного слоя и др.). 2 ил.

Сопло для получения режущей струи жидкости, содержащее штуцер со сферическим торцом и осевым каналом подачи жидкости, закрепленный на штуцере держатель, установленный заподлицо в держателе вкладыш с наружной конической поверхностью, охватывающую вкладыш втулку, примыкающую своим торцом к сферическому торцу штуцера, расположенного с зазором относительно обращенного к нему торца вкладыша, отличающееся тем, что внутренний профиль вкладыша выполнен в виде тела вращения с переменным радиусом сечения.