Устройство для формирования пульсирующих струй

(51) В 05 В 1 08 ТЕНИ ВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗ(71) Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений(56) 1. Патент США Р 3115306,кл. 239- 243, опублик. 1963.2. Авторское свидетельство СССРР 761012, кл. В 05 В 1/16, 1979(54) (57) УСТРОИСТВО ДЛ ПУЛЬСИРУЮЩИХ СТРУИ,со пус с напорным Масадко с источником подачи жи давлением, и расположе еред насадком роторны с отверстием, периодич щимся с напорным насад ч а ю щ е е с я тем, повышения надежности и ти и расширения област рбторный прерыватель у носительно напорного н разованием между ними ного Формирования стру со сливом. ФОРМИРОВАНИ ержащее корсоединенныйкости подный в корпусепрерывательски сообщаюом,.о тли -то, с целью долговечносприменения, тановлен отсадкас обамеры свободсообщеннойИзобретение относится к устройствам для формирования пульсирующихструй и может быть использовано вгеологоразведочной технике. (в бурении скважин), горной, строительнойи других отраслях промышленности дляпневмо- и гидромеханиэации производственных процессов,Известно устройство. для формирования пульсирующих струй, .состоящееиз напорных насадков (сопел), соединенных с источником давления:черезпрерыватель потока рабочей среды,содержащее корпус, внутри которогорасположен вращающийся ротор с отверстиями, периодически сообщающими 15напорные насадки с источником давления 13,Однако известное устройство имеетсложную конструкцию, содержит детали, подверженные повышенному механи- щческому износу, что снижает долговечность устройства. Кроме того,резкое перекрытие потока прерывателем вызывает ударные забросы давленияв подводящей магистрали, снижающие. 25надежность работы устройства.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сути;и достигаемомуэфФекту является устройство для фор"мирования пульсирующих струй, со- ЗОдержащее корпус с напорным насадкомсоединенный с источником подачижидкости под.давлением, и располо.женный в корпусе перед насадком роторный прерыватель с отверстиемпериодически сообщающимся с напорным,насадком (.23.Однако известное устройство обеспечивает устойчивое формированиепульсирующих струй без забросовдавления в подводящей ма-, 40гистрали, соединяющей прерыватель потока рабочей среды с источникомдавления, только в том случае, если .в устройстве содержится не менее двухнапорных насадков., так как при одном 45напорном насадке расход рабочейсреды через прерыватель изменяется им-,пульсно от "О "(при отсечении напорногонасадка от источника давления) домаксимума (при соединении напорного 50насадка с источникам давления), чтовызывает забросы давления в подводящей магистрали устройства, соединяющей прерыватель потока рабочей среды с источником давления. указанные 55забросы давления вызывают снижениенадежности работы и долговечностиустройства, Й также его подводящеймагистрали и подключенного к нейисточника давления, кроме того, забросы давления могут вызвать волновой,процесс изменения давления в подводящей магистрали устройства, что ухудшает стабильность рабочих характеристик Формируемой устройством пульсирующей струи. Для устранения данно-го недостатка подводящую магистраль устройства необходимо снабжать гасителем колебаний давления типа гидро- аккумулятора, ресивера и прочихустройств, введение которых приводит к усложнению конструкции устройствадля Формирования пульсирующих струйи существенному увеличению его габаритов, 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 пульсирукщая струя, что сужает, область применения известного устройства.Кроме того, известное устройство имеет недостаточно высокую надеж - ность и долговечность, особенно при работе на загрязненной рабочей среде (например,при использовании в качестве рабочей среды промывочной жидкости применяемой при бурении скважин), вследствие повышенногомеханического износа контактных. Рабочих поверхностей торцового золотника и перекрываемых им выходных отверстий 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 конструкцию, что обусловлено ,сложностью изготовления высокоточного и сложного по конструкции золотникового прерывателя потока рабочей среды.Белью изобретения является повышение надежности и долговечности, а также расширение области применения устройства.Указанная цель достигается тем, что н устройстве для Формирования пульсирующих струй, "содержащем корпус с напорным насадком, соединенный с источником подачи жидкости под давлением, и расположенный в корпусеперед насадком роторный прерыватель с отверстием, периодически сообщающимся с напорным. насадком, роторныйпрерыватель установлен относительнонапорного насадка с образованием между ними камеры свободного формирования струи, сообщенной со сливом.На чертеже представлен один из возможных вариантов выполнения предлагаемого устройства, общий вид.Устройство содержит корпус 1, соединенный с источником подачи рабочей реды.(жидкости, сжатого воздуха)прд давлением (насосом, компресса"ром, аккумулятором и прочим устройством), по меньшей мере один напорныйнасадок 2 и расположенный в корпусе.1перед насадкам 2 ротдрный прерыва- .тель (ротор) 3, приводимый во вращение валом 4, В роторном прерывателе3 выполнено по меньшей мере одно от-верстие 5 с воэможностью периодического сообщения с насадкам 2 в процессе вращения прерывателя. Между роторные прерывателем 3 и насадкам 2:находится камера б свободного формирования струи, сообщакщаяся штуцером7 со сливом, Рабочая среда (жидкость,, сжатый воздух) подводится к прерывателю 3 через канал 8, выполненныйв вале 4, или через боковой канал,выполненный в корпусе 1. Вал 4 снабженупорным подшипником 9 и уплотнением1 .020Для обеспечения формированияна выходе отверстий 5 компактныхструй с высокой концентрацией кинетической энергии, способствующей павы.шению КПД устройства, отверстия 5в роторном прерывателе 3 могут бытьвыполнены в видеконфузорных (сужающихся) струеформирующих питакщих насадков (сопел), как показано начертеже Напорный насадок 2 можетиметь различную конфигурацию (например, цилиндрическую, коническую, сцилиндрическим участком на входе иконическим - на, выходе и т.п.; круг. лую, эллипсную, прямоугольную ит.п. - в поперечном сечении) в зависимости от предъявляемых к устройствутехнических и конструктивна-технологических,требований, Для обеспеченияпреобразования кинетической энергииструй, формируемых насадками 5, в 40потенциальную энергию давления в приемных насадках 2 с наименьшими потею .рями энергии входные участки насадкамогут быть выполненыс коническим,асширением в . т;е. в виде диффузорньи 45приемных сопел (как показано на чер-,теже При необходимости формированияпульсирующих струй на некотаромудалении от устройства последнееснабжается дополнительными .(выносны":ми) рабочими насадками 11, подклю 50чаемьии подводящими трубопроводами(например, шлангами) 12 к приемнЫм .насадкам 2,Насадки (сопла) 5 и 2 могут:быть.расположены эксцентрично относительно оси вращения прерывателя 3, какпоказано на чертеже. Вместе.с тем,при необходимости (например,дляудобства размещения в устройственескольких напорных насадков 2, . 60которые исходя из предъявляемых к.устройству технических, конструктивныхи технологических требований должны.располагаться под углом к оси устройства: для снижения осевого габарИ та устройства и т.п,) насадки 5 и 2 могут быть установлены под углом0-180 к оси вращения прерывателя З.или (если оси.сопел 5 и."2 не пересекаются сосью вращения прерывателя 3) к прямой, проходящей параллель но указанной оси вращения и пересекакщейся с. осью соответствующего сопла (5 или 2). Для обеспечения более полной цередачи энергии из сопла 5 в сопла 2 указанные сопла вих совмещенном положении устанавливаются соосно. Вместе с тем, в ряде практи.ческих случаев возможно исполнение устройства с несоосным . расположением сопел 5 и 2 в их совмещенном положении. Для данного варианта исполнения устройства в целях снижения потерь энергии, вызываемых несоосностью сопел, необходимо сопла 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 съемных насадков (как показанные на чертеже насадки 2), устанавливаемых в прерывателе 3Для обеспечения. изменения (регулировки) рабочих характеристик формируемых устройстйом пульсирукщих струй, необходимого, например, для производственных и эксплуатационных регулировок устройства или для перена" стройки устройства при смене выполняемых им производственных технологических операций, устройство может быть снабжено коплектом сменных насадков 2, 5 и 11,отличающихся геометФйческими размерами, а насадки 2 и 5 могут быть выполнены с возможностью регулирования расстояния между их торцами.Устройство работает следующим образом.Рабочая. среда по каналу 8 в вале 4 подается от источника давления к соплу 5, Одновременно ротор 3 природится во вращение при помощи вала4. Благодаря наличию камеры 6 низкого давления, соединенной со сливом, на сопле 5 образуется перепад дав, ления, под действием которого рабочая среда вытекает из сопла 5 в ви-. де напорной струи. формируемая соплом 5 струя совершает вместе с ротором 3 вращательное движение, в процессе которого сопла 5 периодически (при каждом обороте ротора) сходится и расходится с соплом 2.При схождении сопел 5 и 2 струяпопадает в торцовое отверстие сопла2, что сопровождается возрастаниемдавления и расхода в сопле 2, с форВ25 мированием 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 5 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 10 величина амплитуды изменения давления, расхода и мощности в струйном пульсирующем потоке на выходе насадка 2 определяется величиной давления и расхода в питающем сопле 5, геометрией соплового 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 питающих сопел 5 в роторе.Рабочая среда, не попадающая в сопла 2, сливается иэ камеры б через слив. ной штуцер 7.Выполнение в устройстве камеры .свободного формирования струи между роторным прерывателем и напорным на садком, сообщенной со сливом, позволяет создать качественно новое устройство для формирования пульсирующих 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 долговечности устройства. Кроме того, использование гидродинамического прерывателя позволяет расширить область применения устройства за счет обеспечения возможности работы устройства с одним рабочим насадком, достигаемой благодаря 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 воэможность 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 прерывателем. Вместе с тем, применение в устройстве прерывателя с гидро- динамическим принципом действия позволяет упростить конструкцию и изготовление устройства и снизить его стоимость благодаря отсутствию в конструкции предлагаемого устройства достаточно сложных высокоточных сопряженных деталей с прямым механическим контактом, имеющих место в прототипе.Прй широком промышленном внедрении предлагаемого устройства может быть получен существенный экономический эффект эа счет повышения надежности и долговечности, снижения стоимости и расширения области применения устройства.1047523 Составитеаь В.ЛяпинаРедактор СТимохина ТехредМ.Гергель КорРектоР И. Эрдейиаказ 7804/7 Тираж б 89 ВНИИПИ Государственного по делам иэобретений и 113035, Москва, Ж, РаПкомитетаоткрытийущская наб дписноеССР д. 4/5 илиал ППППатент., г.Ужгород, ул.Проектна