Устройство для формирования пульсирующих струй Советский патент 1983 года по МПК B05B1/08 

О

i(

ел

ND 00 Изобретение относится к устройствам для формирования пульсирующих струй и может быть использовано в геологоразведочной технике, (в буре НИИ скважин), горной, строительной и других отраслях промьаиленности для пневмо- и гидромеханизации производ ственных процессов. Известно устройство, для формирования пульсируквдих струй, .состоящее из напорных насадков (сопел), соединенных с источником давления через прерыватель потока рабочей среды, содержащее корпус, внутри которого расположен вращающийся ротор с отверстиями, периодически сообщающими напорныенасадкц.с источником давления Ci 1. Однако известное устройство имеет сложную конструкцию, содержит детаЛЦ, подверженные повышенному механическому из-носу, что снижает долговечность устройства. KpiOMe того, резкое перекрытие потока прерывателем вызывает ударные забросы давлени 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 Сз}. Однако известное устройство обеспечивает устойчивое формирование пульсирующих струй без забро- сов давления в подводящей магистради, соединяющей пр.ерьшатель по тока рабочей среды с источником давления, только в том случае, если в устройстве содержится не менее дву напорных насадков, так как при Одном напорном насадке расход рабочей среды через прерыватель изменяется импульсно от ОХпри отсечении напор него насадка от источника давления) до максимума (при соединении напорного насадка с источникам давления), что вызывает забросы давления в подводящей магистрали, устройства, с.оединяющей прерыватель потока рабочей среды с источником давления. Указанйые забросы Давления вызывают снижение надежности работы и долговечности устройства, а также его, подводящей магистрали и подключенного.к ней источника давления, кроме того, дабросы давления могут вызвать волновой процесс изменения давления в подвод щей магистрали устройства, что ухуд шает стабильность рабочих характерис тик формируемой устройством ПУЛЬСИрующей струи. Для устранения данного недостатка подводящую магистраль устройства необходимо снабжать гасителем колебаний давления типа гидроаккумулятор, ресивера и прочих устройств, введение которых приводит к усложнению конструкции устройства для формирования пульсирукщих струй и существенному увеличению его габдритов, 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 пульсирующая струя,что сужает .область применения известного устройства. Кроме того, известное устройство имеет недостаточно высокую надежность и долговечность, особенно при работ.е на загрязненной рабочей среде (например, при использовании в качестве рабочей среды промывочной жидкости,, применяемой при бурении скважин), вследствие повышенного мез4анического износа контактных, рабочих поверхностей торцового золотника и перекрываемых им выходных отверс тий 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 тсонструкцию, что обусловлено .сложностью изготовления вцсокоточно го и сложного по конструкции золотникового прерывателя потока, рабочей среды. : .-. Целью изобретения является повышение надежности и долговечности, а. также расширение области применения устройства. Указанная цель достигается тем, что в 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, i Устройство содержит корпус 1, Соединенный с источником подачи рабочей :реды. (жидкости,. сжатого воздуха)

прд давлением (насосом/ компрессором, аккумулятором и прочим устройством) , по меньшей мере один напорный насадок 2 и расположенный в корпусе., перед .насадком 2РОТОРНЫЙ npeptraa- ель (ротор) 3, приводимый в.о ращенйе валом 4. В роторном прерывателе. 3 выполнено по. меньшей мере одно ртг-- верстие 5 с возможностью периодического сообщения с насадком 2 в процессе вращения прерьшателя. Между ро- . торньм прерывателем 3 и насадком 2 находится камера 6 свободного форми- . рования струи, сообщакадаяся штуцером 7 со сливом. Рабочая среда (жидкость . сжатый воздух) подводится к прерыва- 15 телю 3 через канал 8, выполненный в вале 4, и/1и через боковой канал, выполненный в корпусе 1. Вал 4 снабжен упорным подшипником 9 и уплотнением

10.V 20

Для обеспечения формирования,.

на выходе отверстий 5 компактных струй с высокой крнцентрацией кинетической энергии, способствующей повы

шению КПД устройства, отверстия 525

в роторном прерывателе 3 могут быть. выполнены в виде конфузорных (сужайщихся) струеформирукщих питающих насадков (сопел) , как показано на чертеже,. Напорный насадок 2 может o

иметь различную конфигурацию (например, цилиндрическую, коническую, с

цилиндрическим участком на входе и коническим - на выходе и т.п.; круглую, эллипсную, прямоугольную и-ас т.п. - в поперечном сечении) в зависимости от предъявляемых к устройству технических и конструктивно-технологических, требований. Для обеспечения преобразования кинетической энергии струй, формируе1Ф1х насадками 5, в40 потенциальную энергию давления в приемных насадках 2 с наименьшими поте рями энергии входные участки насадка 2 могут быть выполнены-с коническим расширением - т.е. в виде диффузорньк 45 приемных сопел (как показано на чер. теже).. При необходимости формирования пульсирующих струй на некотором удалении от устройства последнее снабжается дополнительными .(выносны- ел ми) рабочими насадкс1ми 1,1, подключаемьми подводящими трубопроводами (например, шлангами) 12 к приемным насадкам 2. .

Насадки (сопла) 5 и 2 могут.-быть расположены эксцентрично относитель .но оси вращения прерывателя 3, как показано на черт-еже. Вместе, с тем, при необходимости (например,для удобства размещения в устройстве нескольких напорных насадков 2, 60

которые исходя из предъявляемых к устройству технических, конструктивных |И технологических требований должны располагаться под углем к оси yctройСтваг 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

3.или (если оси. сопел 5 и. 2 не пересекаются с осью вращения прерывателя 3J к прямой, проходящей параллель но указ.анной оси вращения и пересекающейся с- осью соответствующего сопла -(5 или 2) . Для обеспечения волее полной передачи энергии.из сопла 5 в сопло 2указанные сопла в их совмещенном положении устанавливаются соссно. Вместе с тем, в ряде практи еских случаев возможно исполнение устройства с несоосным . расположением сопел 5 и 2 в их совмещенном положени 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 схождения (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 съёмных насадков (как показанные на чертеже насадки 2), устанавливаемых в прерывателе 3..

Для обеспечения.изменения (регулировки) рабочих характеристик формируемых устройством пульсирующих струй необходимого, например, для производственных и эксплуатационных регулировок устройства или для перена стройки устройства при смене выполняемьк им производственных технологических операций, устрюйство может быть снабжено коплектом сменных насадков 2, 5 и 11,отличающихся геомет1$Йчёскими размерами, а насадки-2 и 5 могут быть выполнены с возможностью регулирования расстояния между их торцами..

Устройство работает следукщим образом.

Рабочая среда по каналу 8 в вале |

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

. Благодаря наличию камеры б низкого давления, соединенной со сливом, на сопле 5 образуется перепад дав. ления, под действием которого рабочая среда вытекает из сопла 5 в виде напорной струи. Формируемая соплом

5струя совершает вместе с ротором 3 вращательное движение, в процессе которого сопло 5 периодически (при каждом обороте ротора} сходится и расходится с соплом 2.

Йри схождении сопел 5 и 2 струя попадает в торцовое отверстие сопла 2, что сопровождается возрастанием давления и расхода в сопле 2, с формированием 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 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 величина амплитуды изменения давления, расхода и мощности в струйном пульсирующем потоке на выходе насадка 2 определяется величиной давления и расхода в питакицем сопле 5, геомет рией сопловогр 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 пнтающих сопел .5 в роторе. Рабочая среда, не попадаклцая в сопла 2, сливается из камеры б через слив ной штуцер 7. Выполнение в устройстве камеры . свободного фо Я«1ирования струи между роторным прерывателем и напорным насадком, сообщенной со сливом, позвол создать качественно новое- устройств для формирования пульсирукяцих 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 долговечност устройства. К1Х)ме того, использование гидродинамического прерывателя позволяет расширить область применения устройства за счет обеспечения возможности работы устройства с одним рабочим насадком, достигаемойблагодаря 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 возможность 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 прерьавателем. 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 устройстй-а достаточно сложных высокоточных сопряженных деталей с прямым механическим контактом, имеющих место в прототипе. При широком промышленном внедрении предлагаемого устройства может быть получен существенный экономический эффект за счет повышения . надежности и долговечности, снижения стоимости и расширения области применения устройства.

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.