CN105170376A - 一种自振高压脉冲水射流发生器 - Google Patents

一种自振高压脉冲水射流发生器 Download PDF

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Abstract

一种自振高压脉冲水射流发生器，由发生器主体(1)、上喷嘴(2)、下喷嘴(3)、排水管(4)、滑块(5)和弹簧组成；所述发生器主体(1)为中空的圆柱体，左端开口设与压缩空气管相连，右端中心设有一锥直形出口(6)；所述上喷嘴(2)、下喷嘴(3)、第二弹簧(8B)、滑块(5)和第一弹簧(8A)从左至右依次设置于发生器主体(1)的内部；第二弹簧(8B)左端与下喷嘴(3)刚性连接，右端与滑块(5)刚性连接；第一弹簧(8A)左端与滑块(5)刚性连接，右端与发生器主体(1)内壁刚性连接。本发明利用复位弹簧使滑块在发生器腔内左右移动，进而通过对排水孔的周期性阻隔将连续水射流转化为脉冲水射流，且装置中无任何旋转部件和电控部件，因而，除了常规环境的应用如清洗、破碎等，还可以应用与深井中的煤矿开采中，从而扩大了脉冲水射流的应用范围。

Description

一种自振高压脉冲水射流发生器
技术领域
本发明涉及水射流技术领域，具体的说是一种自振高压脉冲水射流发生器。
背景技术
水射流技术是近几十年发展起来的一项新技术，具有其独特的优势，因而被广泛应用于加工、制造、清洗、市政、采矿、军事等各个领域。根据实际应用，水射流主要可分为连续射流、脉冲射流、空化射流三种。其中，脉冲水射流可在打击靶件过程中产生水锤压力，有明显优于连续射流的打击压力和破坏力，因而具有广阔的应用前景。
脉冲水射流目前主要应用与采矿工程、石油工程、隧道工程等领域，并成为当前水射流领域的研究重点。根据脉冲水射流的产生方式，可分为自激和它激振荡脉冲水射流。它激振荡脉冲水射流有机械截断式、挤压式、爆炸式、冲击式，等产生方式。它激振荡脉冲水射流的系统结构中大多有旋转部件、高压密封部件等，从而磨损大、成本高。自激振荡脉冲水射流是通过特殊的喷嘴结构，不需要任何旋转部件就能产生强烈的脉冲水射流。
公布号为CN103817028A的发明专利申请公开了一种腔长连续可调的高压自激振荡脉冲射流喷嘴，可产生有效的脉冲水射流。但这种喷嘴同轴度、表面粗糙度、配合精度要求极高，从而加工成本较高，且针对不同的进口压力需要调节腔长到合适位置才能产生有效脉冲射流，因而使用不够方便。公告号为CN203961806U的实用新型专利公开了一种自激振荡脉冲射流喷嘴，但只是为解决石油钻井中产生的环空回压作用而发明的，因而使用领域局限性较大。
因此，发明一种结构简单、成本低、效果好的自激振荡脉冲水射流发生器，对推动使用日益广泛的脉冲水射流具有重要意义。目前，还没有一种十分有效的自激振荡高压脉冲水射流发生器。
发明内容
本发明是为了促进脉冲水射流的发展和扩大脉冲水射流的使用范围，从而提供了一种自振高压脉冲水射流发生器。本发明能通过扰动部件以及复位弹簧和滑块使连续的高压水变为断续的脉冲射流，从而利用水锤压力大大增加水射流的打击力和破坏力。
一种自振高压脉冲水射流发生器，由发生器主体1、上喷嘴2、下喷嘴3、排水管4、滑块5和弹簧组成；所述发生器主体1为中空的圆柱体，其左端开口设有内螺纹15，用于与压缩空气管相连，右端中心设有一锥直形出口6；所述上喷嘴2、下喷嘴3、第二弹簧8B、滑块5和第一弹簧8A从左至右依次设置于发生器主体1的内部；所述第二弹簧8B左端与下喷嘴3刚性连接，右端与滑块5刚性连接；所述第一弹簧8A左端与滑块5刚性连接，右端与发生器主体1内壁刚性连接。
所述发生器主体1的内壁上设有两台阶13A、13B以及两卡簧槽12A、12B、两卡簧10A、10B，发生器主体1的壁面上分别设有三个排水孔14A、14B、14C以及排气孔9、高压水进口7，第一台阶13A和第一卡簧10B用于固定上喷嘴2，第二台阶13B和第二卡簧10A用于固定下喷嘴3。
所述上喷嘴2为圆柱体，且中心有一通孔。
所述下喷嘴3中心有一通孔，下喷嘴3左端面为一锥台16，锥台16的锥角为60°-150°。
所述下喷嘴3的通孔直径为上喷嘴2通孔直径的1.1-1.5倍。
所述上喷嘴2与下喷嘴3围成的腔为振荡腔11。
所述滑块5为一外表面光滑的圆柱体。
所述高压水进口7的直径大于锥直形出口6的直径。
所述排水孔14和高压水进口7上均设置有螺纹，用于分别与排水管4和高压水管相连。
所述高压水进口7设置在发生器主体1右端与滑块5之间，并与第一弹簧8A所在的空腔相通。
所述排气孔9设置在下喷嘴3与平衡状态下的滑块5之间。所述排气孔9位于发生器主体1壁面中部，并与第二弹簧8B所在的空腔相通。不论滑块如何运动，排气孔9始终不会与第一弹簧8A所在的空腔相通。
当滑块5受力平衡时，排水孔14被滑块5封住。
本发明一种自振高压脉冲水射流发生器的优点是：利用复位弹簧使滑块在发生器腔内左右移动，进而通过对排水孔的周期性阻隔将连续水射流转化为脉冲水射流，且装置中无任何旋转部件和电控部件，因而，除了常规环境的应用如清洗、破碎等，还可以应用与深井中的煤矿开采（开采过程中富含瓦斯）中，从而扩大了脉冲水射流的应用范围。
附图说明
图1为本发明的整体结构剖视图。
图2为发生器主体的剖视图。
图3为下喷嘴的轴视图。
图中：1为发生器主体、2为上喷嘴、3为下喷嘴、4A、4B、4C为排水管、5为滑块、6为锥直形出口、7为高压水进口、8A为第一弹簧、8B为第二弹簧、9为排气孔、10A为第二卡簧、10B为第一卡簧、11为振荡腔、12A为第一卡簧槽、12B为第二卡簧槽、13A为第一台阶、13B为第二台阶、14A、14B、14C为排水孔、15为内螺纹、16为锥台。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步说明。如图1-3所示，一种自振高压脉冲水射流发生器，包括发生器主体1、上喷嘴2、下喷嘴3、排水管4、滑块5、弹簧和卡簧；所述上喷嘴2、下喷嘴3、第二弹簧8B、滑块5和第一弹簧8A从左至右依次布置于发生器主体1的内部，且上喷嘴2由第一卡簧10B和第一台阶13A固定，下喷嘴3由第二卡簧10A和第二台阶13B固定；所述第二弹簧8B左端与下喷嘴3刚性连接，右端与滑块5刚性连接；所述第一弹簧8A左端与滑块5刚性连接，右端与发生器主体1内壁刚性连接。
所述发生器主体1为中空的圆柱体，其左端开口并设有内螺纹15，用于与压缩空气管相连，右端封闭并在中心设有一锥直形出口6；其左端内圆柱面上还分别设置有两个卡簧槽12A和12B，以及第一台阶13A和第二台阶13B，且其壁面上还设置有三个排水孔14A、14B和14C并分别通过螺纹与排水管4A、4B和4C相连，壁面上的高压水进口7通过螺纹与高压水管相连，平衡状态下排气孔9与第二弹簧8B所在的空间相通。
所述下喷嘴3的通孔直径为上喷嘴2通孔直径的1.3倍，且锥台16的锥角为120°；上喷嘴2与下喷嘴3围成的腔为振荡腔11。
使用时，首先滑块5在发生器主体1内由于弹簧8的作用而处于平衡状态，并静止。高压水由发生器主体1上的高压水进口7进入，并从锥直形出口6喷出。由于高压水进口7的直径大于锥直形出口6的直径，压力水必将充满压缩第一弹簧8A所在的空腔，并形成一定的压力作用于滑块5的右端面。此时，滑块5的平衡状态将被破坏，滑块5开始左移，当滑块的右端面移过排水孔14C后，一部分压力水将由此孔排出，导致由锥直形出口6喷出的水的流量降低。若此时滑块5所受的合力仍向左，滑块将继续左移，从而导致第一弹簧8A对滑块的拉力增大，第二弹簧8B对滑块的推力增大，使得滑块所受向左的合力逐渐减小。此外，当滑块5的右端面移过排水孔14B和14A后，压力水将大量从三个排水孔14排出。从而导致此时由锥直形出口6喷出的水大量减小，且速度最小，此时滑块5所受向左的压力急剧减小。由于第一弹簧8A和第二弹簧8B形变最大，因此滑块5所受合力向右，滑块开始向右加速移动，当滑块5的右端分别移过排水孔14A、14B和14C时，排水孔14将被关闭，高压水将全部从锥直形出口6喷出，此时射流速度最大。由于排水孔14全部被滑块5封住，滑块5右端所受水压增大，且由于滑块5的惯性，在其往右运动时必将超过原来静止时的平衡位置，从而导致第一弹簧8A受压，第二弹簧8B受拉，滑块5所受合力向左，并将开始加速左移，重复第一个动作。在滑块5左右移动过程中，通过对排水孔的阻隔，使得由锥直形出口6喷出的高压水流量周期性变化，从而形成脉冲射流。
由于物体在运动过程中总会向趋于平衡的状态发展，为了防止滑块5在某个位置静止，从而妨碍脉冲射流的产生，在发生器主体1内还设置了一自激振荡脉冲空气射流。压缩空气由上喷嘴2的通孔进入振荡腔11，然后由下喷嘴3的通孔射出，并打在滑块5上，形成一定的扰动压力。由于上喷嘴1、下喷嘴3和振荡腔11组成了一个典型的自激振荡脉冲射流喷嘴，由下喷嘴3的通孔射出的空气射流的压力是周期性变化的，从而导致打在滑块5上的压力也为周期性变化，从而对滑块5形成扰动，迫使其不会因受力平衡而静止。另一方面，根据受力平衡可知，滑块5只可能在初始平衡位置左端某一位置静止。若滑块5静止，会将排气孔9堵住（合理设置排气孔9的位置），从而进一步造成第一弹簧8A所在的空腔空气压力增大，导致滑块5向右的推力进一步增大。此时，滑块5必将偏离平衡位置，继续移动，从而保证了脉冲水射流的有效产生。
本发明一种自振高压脉冲水射流发生器结构简单、成本低、装置内无任何旋转部件和电控部件，且能将连续射流转换为有效的脉冲射流，不进促进了脉冲水射流的发展，并扩大了其应用范围，因而具有广阔的应用前景和实用价值。
以上所述为本发明的最佳实例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，如排水孔和排气孔的数目和位置、高压水进口的数目和位置等，均仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种自振高压脉冲水射流发生器，其特征在于：由发生器主体(1)、上喷嘴(2)、下喷嘴(3)、排水管(4)、滑块(5)和弹簧组成；所述发生器主体(1)为中空的圆柱体，发生器主体(1)左端开口设有用于与压缩空气管相连的内螺纹(15)，右端中心设有一锥直形出口(6)；所述上喷嘴(2)、下喷嘴(3)、第二弹簧(8B)、滑块(5)和第一弹簧(8A)从左至右依次设置于发生器主体(1)的内部；所述第二弹簧(8B)左端与下喷嘴(3)刚性连接，右端与滑块(5)刚性连接；所述第一弹簧(8A)左端与滑块(5)刚性连接，右端与发生器主体(1)内壁刚性连接。
2.如权利要求1所述的自振高压脉冲水射流发生器，其特征在于：所述发生器主体(1)的内壁上设有两台阶(13A、13B)以及两卡簧槽(12A、12B)、两卡簧(10A、10B)，发生器主体(1)的壁面上分别设有三个排水孔(14A、14B、14C)以及排气孔(9)、高压水进口(7)，第一台阶(13A)和第一卡簧(10B)用于固定上喷嘴(2)，第二台阶(13B)和第二卡簧(10A)用于固定下喷嘴(3)。
3.如权利要求2所述的自振高压脉冲水射流发生器，其特征在于：所述高压水进口(7)的直径大于锥直形出口(6)的直径。
4.如权利要求1所述的自振高压脉冲水射流发生器，其特征在于：所述下喷嘴(3)中心有一通孔，下喷嘴(3)左端面为一锥台(16)，锥台(16)的锥角为60°-150°。
5.如权利要求4所述的自振高压脉冲水射流发生器，其特征在于：所述上喷嘴(2)为圆柱体，且中心有一通孔，所述下喷嘴(3)的通孔直径为上喷嘴(2)通孔直径的1.1-1.5倍。
6.如权利要求2所述的自振高压脉冲水射流发生器，其特征在于：所述高压水进口(7)设置在发生器主体(1)右端与滑块(5)之间。
7.如权利要求2所述的自振高压脉冲水射流发生器，其特征在于：所述排气孔(9)设置在下喷嘴(3)与平衡状态下的滑块(5)之间。
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