СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ЖИДКОСТИ Советский патент 1970 года по МПК E21C25/60 E21C45/04 

Пзвестен способ ускорения жидкости преобразованием волн сжатия, формируемых, нанример, нутем удара поршня о жидкость. Отличительная особенность предлагаемого способа заключается в том, что волну сжатия направляют вдоль суживающегося канала и преобразуют ее в нем до тех пор, пока энергия единицы массы истекающей жидкости будет больще энергии единицы массы в зоне формирования волны. Это обеспечивает увеличение динамического воздействия струи за счет концентрации энергии. Сущность предлагаемого способа поясняется принципиальной схемой, изображенной на фиг. 1. Поршень /, движущийся вдоль цилиндра 2 с большой скоростью, достигает сечения а-а и наносит удар по жидкости, заполняющей за этим сечением суживающийся канал 3. С момента нх соударения по жидкости распространяется волна сжатия в направлении слева направо. Одновремеино но поршню в обратном направлении тоже распространяется волна сжатия. Эта волна, достигнув левого конца поршня, отразится от него и в внде волны разре кения станет распространяться в обратном направлении. Достигнув правого торца поршня, волна разрежения вновь сменится волной сжатия (хотя и меньшей интенсивности), распространяютцейся снрава налево и т. д. до тех пор, пока поршень не остановится полностью. В случае, если заполняемый жидкостью капал цилиндрической формы, то, пока вдоль поршня распространяется первая пара волн (сжатия н разрежения), по жидкости бежит волна сжатия постоянной интенсивностн. Как только вдоль поршня станет распространяться третья волна, параметры волны сжатия в жидкости резко изменятся: упадет давление, уменьшится скорость движения жидкости. В начале распространения вдоль поршня пятой волны снова резко изменятся параметры волны сжатия, распространяющейся вдоль канала и т. д. Следовательно, в результате удара, вдоль цилиндрического канала, занолняемого жидкостью, распространяется волна сжатия, состоящая из отдельных, примерно одинаковой длины LI, примыкающих друг к другу частей или ступеней, с резко отличительными параметрами. Первая ступень волны сжатия образуется за время раснространения первой пары волн вдоль тяжелого поршня, вторая ступень - за время распространения второй пары волн и т. д. в суживающемся после удара порщпя о жидкость (при неремещеннн поршня от сечения а-а до сечения о-а) в жидкости также формируется волна сжатия, состоящая из ряда ч-астей, каждая из которых возникает за время распространения одной пары волн вдоль поршня, как это онисано выше. По мере распространения в суживающемся канале волны сжатия от большого его сечення к меньшему протекает непрерывный процесс преобразования этой волны, обусловленный силовым взаимодействием между стенками канала и движуш,ейся в нем жидкостью, которая сопротивляется быстрому изменению своей формы. В результате такого взаимодействия часть жидкости, по которой пробегает волна впереди (по двилсению) «екоторого граничного слоя (фронтовая область), непрерывно ускоряется, в то время как движение жидкости, находяш,ейся позади граничного слоя (тыловая область), ненрерывно тормозится, причем ускорение возрастает по мере удаления от Гр аннчного слоя к фронту волны и падает по мере удаления от граничного слоя в обратном направлении. Благодаря этому при приближении фронта волны к выходному сечению канала расположенная вблизи него жидкость испытывает .большое ускорение и выбрасывается из суживаюш,егося канала со скоростью большей, чем скорость в зоне волны .сжатия при ее формировании. Например, при давлении в зоне формирования волны, равном 1000 ста или менее (в зависимости от величины плош.ади входного сечения). динамическое давление порции л идкости, выбрасываемой из волнового канала, может достигать 100 тыс. ата и более. Независимо от способа образования волны сжатия ее длина не должна превышать длину волнового канала, поскольку параметры той части вол«ы, которая находится вблизи входа в волновой канал, мало влияют на ускорение жидкости во фронтовой части волны, если последняя находится вблизи выходного сечения канала. Применительно к случаю образования волны сжатия путем удара поршня (см. фиг. 1) следует рекомендовать минимальную длину канала, в котором бы укладывалось 3-4 ступени волны. Такая рекомендация основана на том, что энергия тяжелого поршня во время его удара о жидкость в основном аккумулируется в первых трех ступенях волны сжатия. Четвертая .и последующие ступени несут уже незначнтельную долю энергии. Предлагаемый спосо б позволяет осуществить не только концентрацию энергии, но и обратный процесс. Если направлять волиу сжатия от меньшего к большему сечению суживающегося канала, то по мере приблил ения волны к выходу ее энергия -будет рассосредотачиваться. Волны сжатия можно формировать не только в объеме, из которого они направляются в суживаюшийся канал. в копфузорном канале 1, заканчивающемся цилиндрическим участком 2, волны сл :атия создаются путем удара о жидкость тял елого поршня 3, двилсущегося в корпусе 4, который образует полость 5 и рабочую камеру 6. Поршень 3 разгоняется за счет расширения слсатого газа в объеме 7 (в ресивере). Газ передает свое действие через поршень 8, движущийся в цилиндре 9, на л :идкость, заполняюшую рабочую камеру 6. Под действием сл атого газа тяжелый поршень 3 движется с ускорением до тех пор, пока не достигнет поверхности 10, от которой начинается заполненный жидкостью цилиндрический участок 11, являющийся продолжением полости 5 и переходящий в волновой канал 1. Достигнув поверхности 10, поршень наносит удар по жидкости, образуя волну, распространяющуюся вдоль конфузорного канала. После каждого цикла осуществляется взвод тяжелого поршня против сил давления газа в ресивере, передающихся через подвижный порщень на жидкость в рабочей камере. Одновременно насосом 12 через обратный клапан 13 восполняется расход жидкости из волнового канала за время цикла. Смонтированный на щтоке 14 и совершающий возвратно-поступательное движение от привода 15 гидрозахватпый механизм, состоящий из цилиндра 16 и обратного клапана 17, набегает на головку 18 тяжелого поршня во время подхода к крайнему правому положению. При этом из образовавшейся камеры 19 л идкость вытесняется через обратный клапан 17. Как только щток начинает перемещаться влево, обратный клапан 17 захлопывается, в камере 19 создается разрел ение, и под давлением жидкости со стороны рабочей камеры 6 на головку 18 поршня последний перемещается влево (взводится) до тех пор, пока каналы 20 на поршне не войдут в камеру 6. С этого момента давление в камере 19 выравнивается с давлением в рабочей камере 6, благодаря чему сила, приложенная к головке поршня, исчезает и появляется сила, которая перемещает порщень вправо. Под действием этой силы порщень выходит из гидрозахватного механизма и движется к месту удара, т. е. к поверхности 10, от которой начинается волновой канал, заполненный жидкостью. После удара тяжелый поршень садится на выступ 21, расположенный в начале волнового канала, прил имаясь к этому выступу силой давления в камере 6. После этого цикл повторяется. Предмет изобретения Способ ускорения потока жидкости преобазованием волн сжатия, формируемых, наример, путем удара поршня о жидкость, orичающийся тем, что, с целью концентрации нергии жидкости для увеличения динамиче5ского воздействия струи, волну сжатия надравляют вдоль суживающегося канала и нреобразуют ее в нем до тех нор, нока энергия едини,6 ц массы истекающей жидкости будет больше энергии единицы массы в зоне формирования волны.

205 Ю /I II / / ff if t 16 /8 J 21