АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1995 года по МПК F15B21/12 B06B1/20 

Изобретение относится к устройствам для создания колебаний давления в проточной жидкой среде и может быть использовано для интенсификации технологических процессов в нефтяной и химической отраслях промышленности, в частности для раскольматации (или кольматации) проницаемой породы стенок скважины.

Цель изобретения повышение эффективности функционирования устройства.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид с радиально расходящимися вихревыми камерами; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вид устройства с радиально сходящимися в роторе вихревыми камерами; на фиг. 4 вид устройства с торцовым сопряжением ротора и вихревых камер.

Акустическое устройство содержит корпус-статор 1, размещенный в нем полый ротор 2, радиально расходящиеся от него вихревые камеры 3 (см. фиг. 1) с тангенциальными каналами 4. В стенках 5 корпуса-статора 1 выполнены излучающие отверстия 6, а на сопряженной с ними поверхности ротора 2 окна 7. В корпусе-статоре 1 установлены также привод 8 ротора 2, радиально-осевая опора 9 и образована подводящая полость 10 избыточного давления, соединенная тангенциальными каналами 4 с вихревыми камерами 3, выходы 11 последних обращены в рабочую камеру 12 (полость скважины), в которой размещен обрабатываемый объект 13 (стенка скважины) и имеется подлежащий удалению слой грязи 14 (фильтрационная корка). В случае акустической обработки наружных поверхностей небольших по размерам объектов рабочая камера 12 может быть размещена внутри устройства (см. фиг. 3), а верхние камеры 3 выполнены радиально сходящимися в нее. Для обработки наружных поверхностей больших по размерам объектов в устройстве вихревые камеры 3 могут быть размещены в корпусе-статоре 1 аксиально к торцовой поверхности полого ротора 2 (см. фиг. 4), в котором в корпусе-статоре 1 выполнен гидроканал 15 для подвода рабочей среды к тангенциальным каналам 4.

Акустическое устройство работает следующим образом.

Промывочную рабочую среду подают по трубам, вращающимся и поступательно перемещающимся с устройством в рабочей камере 12 (скважине), на привод 8, который начинает вращать ротор 2. Откуда она через полость 10 и тангенциальные каналы 4 со скоростью до 120 м/с поступает в вихревые камеры 3, где образует вращающиеся (вихревые) потоки. Под действием центробежных сил в осевых зонах камер 3 возникают области с пониженным давлением на 2-4 МПа по сравнению с давлением окружающей среды. Одновременно с этим процессом (благодаря вращению ротора 2) его окна 7 периодически открывают (закрывают) излучающие отверстия 6 в стенках 5, тем самым в камерах 3 возбуждаются плоские волны давления с амплитудой 7-12 МПа и частотой до 600 Гц, при прохождении полуволн разряжения которых в области пониженного давления осевой зоны камеры 3 возникают кавитационные парогазовые каверны. Зародышами каверн обычно являются твердые частицы примесей рабочей среды с трещинами, заполненными газом, микроскопические газовые пузырьки. Особенно много зародышей кавитации в виде микропузырьков, защемленных в трещинах пористых объектов, например, породы стенки скважины, находится в продуктивных горизонтах скважин. Затем при прохождении полуволны повышенного давления часть кавитационных каверн резко захлопывается, а часть пузырьков, особенно находящиеся на периферии вихревого потока, где статическое давление изменяется в сторону увеличения приблизительно по параболическому закону, мигрирует к осевой зоне камеры 3, увеличивается до критических размеров, и тоже захлопывается. Это сопровождается порождением микроударных волн и акустических течений среды, разрушающихся и смывающих слои грязи на обрабатываемом объекте 13. При этом возникают колебания давления в широком спектре частот от 1 до 9 кГц. Вращающийся поток рабочей среды в вихревой камере 3 достигает выхода 11, из которого вытекает в полость рабочей камеры 12 в виде радиальных потоков, расстекающихся по поверхности обрабатываемого объекта 13, при этом смывает и растворяет прилипшие к ней частицы грязи. Пониженное давление в осевой зоне камеры 3 способствует процессу очистки и раскольматации прилегающего к ней участка стенки обрабатываемого объекта. Под действием скачков давления микроударных волн, порождаемых при захлопывании кавитационных пузырьков вблизи стенки объекта, рабочая среда проникает в поровые каналы, размывает кольматирующие тромбы в них. При обработке объектов с небольшими диаметральными размерами (пористые стержни) можно использовать акустическое устройство, внутри которого коаксиально размещена рабочая камера 12 (см. фиг. 3). В этом случае колебания давления, генерируемые устройством, принимают характер синфазных сходящихся волн, за счет наложения которых друг на друга возрастает амплитуда звукового давления, повышается эффективность функционирования устройства. Для обработки крупногабаритных объектов, например при окраске полотен ткани, применяется устройство с аксиальным размещением вихревых камер 3 (см. фиг. 4). В тангенциальные каналы 4 этих камер рабочая среда поступает через гидроканал 15.

Таким образом, использование акустического устройства позволяет создавать в условиях высоких статических давлений акустическую кавитацию, способствующую быстрой очистке обрабатываемых объектов от загрязнений, пористого материала от слоя кольматации, эмульгированию несмешивающихся жидкостей, диспергированию твердой фазы жидких сред, что позволяет повысить эффективность функционирования устройства.

Изобретение м. б. использовано в акустических устр-вах для создания колебаний давления в проточной жидкой среде. Цель изобретения повышение эффективности функционирования устр-ва путем стабилизации частотной характеристики. В боковых стенках 5 корпуса-статора с подводящей полостью выполнены излучающие отверстия 6. В корпусе-статоре установлен полый ротор 2 с окнами 7. Полость соединена тангенциальным каналом 4 с вихревой камерой 3. Окна 7 соосны отверстиям 6. Камера 3 расположена в корпусе-статоре за отверстиями 6 и сообщена с ними. 4 ил.

АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус-статор с подводящей полостью и излучающими отверстиями, вихревую камеру с тангенциальным каналом и полый ротор с окнами, установленный в корпусе-статоре, причем полость ротора сообщена с подводящей полостью, а окна ротора соосны излучающим отверстиям, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности его функционирования путем стабилизации частотной характеристики и создания общей поверхности излучения спектра частот вихревая камера расположена в корпусе-статоре за излучающими отверстиями и сообщена с последними, а тангенциальный канал вихревой камеры связан с подводящей полостью.