CZ19423U1 - Zařízení pro generování modulací kapalinového toku - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro generování modulací kapalinového toku a řeší působení tlakové kapaliny na pevná tělesa, zejména pro účely čištění povrchu nebo pro účely dělení kapa5 línovým svazkem.

Dosavadní stav techniky

Při dopadu kontinuálního nemodulovaného kapalinového toku na povrch pevného materiálu je generován stagnační tlak kapaliny. Účinků tohoto tlaku lze využít k dezintegraci povrchu pevných těles, například k dělení různých druhů materiálů nebo k odstraňování povrchových vrstev pri čištění povrchů. Kontinuální modulací nebo přerušováním kapalinového toku dochází ke změně tlaku stagnaěního na tlak impulsní, což vede k cyklickému namáhání pevného materiálu a ke zvýšení účinku tlaku kapaliny.

Je známo, že pro modulaci toku kapaliny je používána tryska se zabudovaným vnitřním mechanickým modulátorem průtoku, tvořeným drážkovaným rotorem, Drážkovaný rotor je umístěn před výstupem trysky a jeho otáčením dochází ke změnám průtokového odporu a tím k modulaci rychlosti kapaliny, vystupující z trysky.

Nevýhodou tohoto řešení je nutnost zajištění rotačního pohybu rotoru a vysoká opotřebitelnost pohyblivých dílů. Dále jsou známa zařízení, ve kterých lze tok kapaliny modulovat pomocí rezonátorů, jako jsou kulové Helmholtzovy komory, válcové Konigovy komory nebo konické Apen20 ninovy komory a nebo pomocí samorezonujícich trysek. Jejich užitím dochází v kapalině k periodickým fluktuacím tlaku a tím ke změnám průtočného průřezu nebo ke vzniku diskontinuity toku.

Nevýhodou těchtó zařízení je nízká úroveň modulací, neboť rezonanční komory jsou pouze sekundárními zdroji působícími jako zesilovače.

Z US patentu 5 154 347 je známo zařízení pro modulaci vysokorychlostního kapalinového toku pomocí ultrazvukové trysky. Ultrazvuková tryska má v blízkosti výstupu zabudován akustický transformátor připojený k magnetostrikčnímu nebo k piezoelektrickému měniči, jehož kmity se přenášejí na hrot, který generuje v prostoru těsně před výstupem trysky vysoce intenzívní ultrazvukové pole,

Nevýhodou tohoto zařízení jsou jeho velké rozměry, velká hmotnost a dále nízká životnost hrotu, který je poškozován kavitační erozí. Další nevýhodou je, že úroveň modulace závisí na pozici hrotu akustického transformátoru vůči ústí trysky. Další nevýhodou tohoto řešení je, že jej nelze implementovat do stávajících zařízení, což brání rozšiřování této technologie v technické praxi.

Z CZ přihlášky vynálezu PV 2005-168 je známo zařízení pro generování tlakových pulzací, které částečně odstraňuje nevýhody výše popsaných zařízení, a to nepřesné nastavení akustického budiče a snížení náchylnosti ke kavitační korozi. Toto řešení obsahuje akustický generátor pulzací, založený na principu kmitajícího válce. V akustické komoře vyplněné tlakovou kapalinou jsou primárně generovány tlakové pulzace, které jsou sekundárně zesíleny akustickým koncentrátorem. Hydrodynamická kmitavá soustava je propojena s tryskou trubicí nebo hadicí, do které se přivádí tlaková kapalina. Pulzační energie se transportuje prostřednictvím stlačitelnosti kapaliny a sladění funkčnosti prvků hydrodynamické akustické soustavy tvořené akustickým budičem, akustickou komorou, mechanickým zesilovačem pulzací a kapalinovým vlnovodem a případně ještě laditelnou rezonanční komorou.

Nevýhodou tohoto zařízení je citelný pokles amplitudy kmitů tlakové kapaliny nejen se zvětšo45 váním vzdálenosti trysky od povrchu pevného materiálu, ale rovněž se zvětšováním vzdálenosti budiče kmitů, tj, akustické komory od povrchu pevného materiálu, neboť přídavná zesilující ko-1CZ 19423 Ul mora je instalována bočně, v bezprostřední blízkosti akustické komory, aby v blízkosti trysky nepřekážela dělníkovi v práci.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody řeší zanzení pro generování modulací kapalinového toku, které obsahuje vstup tlakové kapaliny, výstup tlakové kapaliny a nejméně jednu trubici a/nebo nejméně jednu hadici, zapojenou mezi vstupem tlakové kapaliny a výstupem tlakové kapaliny jehož podstatou je, že mezi vstup tlakové kapaliny a výstup tlakové kapaliny je dále zapojen frikční element, alternativně zapojený mezi trubici a hadici, mezi dvě trubice nebo mezi dvě hadice. Alternativně obsahuje zařízení dále vstupní komoru, opatřenou vstupem, spojeným se vstupem tlakové kapalo liny, a výstupem, připojeným na trubici nebo na hadici nebo na frikční element. Dle další alternativy se vnitrní průřez vstupní komory v rovině kolmé ke směru toku tlakové kapaliny alespoň v jedné části vstupní komory směrem k jejímu výstupu zužuje. Dle dalších alternativ se vstup vstupní komory nachází na její boční stěně a/nebo je vstup vstupní komory upraven protilehle vůči výstupu vstupní komory. Alternativně obsahuje zařízení dále boční rezonanční komoru s hrdlem, přičemž boční rezonanční komora je jednostranně otevřena a je přes hrdlo spojena s trubicí nebo s hadicí, a to mezi fikčním elementem a výstupem tlakové kapaliny nebo dále obsahuje průtokovou rezonanční komoru, která je dvoustranně otevřená a je zařazena mezi frikční element a výstup tlakové kapaliny. S výhodou je průtoková rezonanční komora ze strany frikčního elementu opatřena hrdlem. Alternativně se mezi jednotlivými součástmi ze skupiny: vstupní komora, frikční člen, boční rezonanční komora, průtoková rezonanční komora, hrdlo, trubice, hadice nachází prostředek pro rozebíratelné spojení. Dle dalších alternativ se vnitřní průřez alespoň jedné trubice nebo alespoň jedné hadice alespoň jednou ve směru od vstupu tlakové kapaliny k výstupu tlakové kapaliny zužuje. Součástí vstupní komory je alternativně zařízení pro změnu velikosti vnitřního objemu vstupní komory, s výhodou zařízení pro změnu její délky. Dle dalších alternativ je součástí boční rezonanční komory a/nebo průtokové rezonanční komory zařízení pro změnu velikosti vnitřního objemu boční rezonanční komory a/nebo průtokové rezonanční komory. S výhodou jsou to zařízení pro změnu délky, boční rezonanční komory a/nebo průtokové rezonanční komory.

Výhodou tohoto technického řešení je finanční nenáročnost, jednoduchá a rychlá instalace a provozní údržba. Další výhodu je vysoká životnost zařízení, neboť neobsahuje pohyblivé díly. Výhodou je rovněž to, že soustavu lze snadno ladit, a to jak volbou tlaku kapaliny, tak použitím vyměnitelných dílů s vhodnou geometrií nebo změnou geometrie některé z komor. Výhodou vstupní komory je, že zpomaluje tok, přičemž varianta se vstupem na boční stěně je výhodnější pro vyšší tlaky vstupující tlakové kapaliny, zatímco varianta se vstupem, který se nachází proti35 lehle vůči výstupu vstupní komory je výhodnější při nižších tlacích. Výhodou vstupní komory se zužujícím se vnitřním prostorem je omezení turbulencí, čímž je dosaženo lepší kontinuity toku. Výhodou boční rezonanční komory je možnost použití zařízení při vyšších rychlostech toku kapaliny a při vyšších tlacích, zatímco průtoková rezonanční komora je výhodná při nižších tlacích a nižších rychlostech.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázku 1 je schematicky znázorněno příkladné provedení podle příkladu 1, na obrázku 2 je schematicky znázorněno příkladné provedení podle příkladu 2, na obrázku 3 je schematicky znázorněno příkladné provedení podle příkladu 3, na obrázku 4 je schematicky znázorněno příkladné provedení podle příkladu 4 a na obrázku 5 je schematicky znázorněno příkladné provedení podle příkladu 5.

-2CZ 19423 Ul

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Zařízení pro generování modulací kapalinového toku podle příkladu 1 je určeno k ostřiku okují z vývalku a obsahuje vstup I tlakové kapaliny a výstup 2 tlakové kapaliny. Ke vstupu I tlakové kapaliny je svým vstupem 51. připojena vstupní komora 5, která má tvar válce spojeného s komolým kuželem, přičemž její vstup 51 se nachází na její boční válcové stěně 53. V homí podstavě kužele se nachází výstup 52 vstupní komory 5, na který je připojena hadice 13. Vnitřní kuželová plocha 57 představuje tu část vstupní komory 5, ve které se vnitřní průřez vstupní komory 5 v rovině kolmé ke směru toku tlakové kapaliny směrem k jejímu výstupu 52 zužuje. Hadice 13 ío navazuje na trubici 3, Mezi hadicí 13 a trubicí 3 se nachází frikční element 4. Frikční element 4 je fixován pomocí prvního prostředku 91 pro vzájemné spojení, v tomto příkladu prostřednictvím závitového spoje tvořeného vnitřním závitem trubice 3 a vnějším závitem napojení 131 hadice 13, Trubice 3 je na svém konci, protilehlém ke frikčnímu elementu 4, opatřena tryskou 10, jejíž ústí představuje výstup 2 tlakové kapaliny. Do trubice 3 je přes hrdlo 61 zaústěna boční rezo15 nanční komora 6, která je jednostranně otevřena, a to přes hrdlo 61. Hrdlo 61 boční rezonanční komory 6 a trubice 3 jsou rozebíratelně spojeny druhým prostředkem 92 pro rozebíratelné spojení. Boční rezonanční komora 6 má tvar válce a je v rovině kolmé na jeho osu rozdělena na dvě části 62, 63. Mezi první částí 62 boční rezonanční komory 6 a její druhou částí 63 se nachází zařízení 64 pro změnu velikosti vnitřního objemu boční rezonanční komory 6, představované závitem umožňujícím zasouvání první části 62 boční rezonanční komory 6 do její druhé části 63, a tím změnu velikosti vnitřního objemu boční rezonanční komory 6.

Generování modulací kapalinového toku se v zařízení podle tohoto příkladu provádí tak, že tlaková kapalina je přiváděna vstupem 1 kapaliny do zařízení, vstupuje nejprve vstupem 51 vstupní komory do vnitřního prostoru vstupní komory 5, a to ve směru kolmém ke směru toku kapaliny vystupující výstupem 52 z uklidňovací komory 5. V uklidňovací komoře 5 se rychlost kapaliny nejprve snižuje, čímž dochází k uklidnění toku kapaliny, načež se při průchodu kuželovou částí vstupní komory 5, která funguje jako mechanický zesilovač, rychlost kapaliny opět zvyšuje vlivem snižování průtočného průřezu. Tlaková kapalina je dále hadicí 13 vedena do frikčního elementu 4, kde v důsledku kontaktu s hranou frikčního elementu 4 mění většina toku kapaliny svůj směr. Následně dochází ke tření kapaliny o pevnou vnitřní stěnu trubice 3. Důsledkem tohoto tření je vznik kmitů v tlakové kapalině. Vlivem boční rezonanční komory 6 dochází k rezonanci a tím ke zvýšení amplitudy vznikajících kmitů. Rezonanční kmitočet kmitů tlakové kapaliny se nastavuje změnou geometrie boční rezonanční komory 6 tak, že se vnitřní objem rezonanční komory mění změnou míry zasunutí první části 62 do druhé části 63 boční rezonanční komory 6.

, Rezonanční kmitočet se dále mění změnou tlaku. Tlaková, rezonuj ící. kapalina vystupuje tryskou 10 ze zařízení a dopadá na okujený povrch neznázoměného vývalku.

Příklad 2

Zařízení pro generování modulací kapalinového toku podle příkladu 2 se od zařízení popsaného v příkladu 1 liší tím, že vstup 51 vstupní komory 5 je upraven protilehle vůči výstupu 52 vstupní komory, se kterým je příkladně souosý a dále tím, že vstupní komora 5 je dvoudílná a sestává z první části 55 a ze druhé částí 56. Obě části 55, 56 vstupní komory 5 jsou vzájemně spojeny zařízením 54 pro změnu velikosti vnitřního objemu vstupní komory 5, představované závitem umožňujícím zasouvání první části 56 vstupní komory 5 do její druhé části 55, a tím změnu velikosti vnitřního objemu vstupní komory 5. Výstup 52 vstupní komory 5 je připojen k nedělené trubici

3, jejíž součástí je frikční element 4, nacházející se v jejím vnitřním prostoru. Na straně protilehlé k výstupu 52 vstupní komory 5 je trubice 3 opatřena třetím prostředkem 93 pro vzájemné spojení, tvořeným dle tohoto příkladu vnějším závitem, umožňujícím spojení s neznázorněnou tryskou nebo s prodlužovací trubicí nebo s hadicí. Do boční stěny trubice 3 je mezi výstupem 2 kapaliny a frikčním elementem 4 zaústěna přes hrdlo 61 boční rezonanční komora 6. Vzájemné spojení mezi hrdlem 61 boční rezonanční komory 6 a trubicí 3 není rozebíratelné.

-3CZ 19423 Ul

Provoz zařízení podle příkladu 2 se od příkladu 1 liší tím, že tlaková kapalina vstupující do zařízení má nižší tlak. Tato tlaková kapalina je proto přiváděna na vstup 51 vstupní komory 5, který je upraven protilehle vůči výstupu 52 vstupní komory 5 a dále tím, že tlaková kapalina vystupuje ze zařízení výstupem 2 tlakové kapaliny, opatřeným závitem pro spojení s neznázoměnou pro5 pojovací hadicí, zakončenou tryskou. Zařízení podle příkladu 2 je určeno k ručnímu čištění povrchu betonu ostříkáváváním kmitající tlakovou kapalinou.

Příklad 3

Zařízení pro generování modulací kapalinového toku podle příkladu 3 je určeno k řezání vodním paprskem a obsahuje vstup 1 tlakové kapaliny a výstup 2 tlakové kapaliny. Ke vstupu 1 tlakové ío kapaliny je prostřednictvím vstupní hadice 11 svým vstupem 51 připojena vstupní komora 5, která má tvar válce spojeného s kuželem, přičemž její vstup 51 se nachází na její boční válcové stěně 53. Vnitřní kuželová plocha 57 představuje tu část vstupní komory 5 ve které se vnitřní průřez vstupní komory 5 v rovině kolmé ke směru toku tlakové kapaliny směrem k jejímu výstupu 52 zužuje. Ve vrcholu kužele se nachází výstup 52 vstupní komory 5, na který je připojena první trubice 31, obsahující uvnitř frikční element 4 a zúžení 35. První trubice 31 je na svém konci, protilehlém vůči vstupní komoře 5, spojena pomocí čtvrtého prostředku 94 pro spojení s hrdlem 71 průtokové rezonanční komory 7, která je dvoustranně otevřená a je dále spojena se druhou trubicí 32. Druhá trubice 32 je na svém konci, protilehlém k průtokové rezonanční komoře 7, opatřena tryskou 10, jejíž ústí představuje výstup 2 kapaliny, Průtoková rezonanční komora

7 má tvar válce a je v rovině kolmé na jeho osu rozdělena na dvě části 72, 73, Mezi první částí 72 průtokové rezonanční komory 7 a její druhou částí 73 se nachází zařízení 74 pro změnu velikosti vnitřního objemu průtokové rezonanční komory 7, představované závitem umožňujícím zasouvání první části 72 průtokové rezonanční komory 7 do její druhé části 73, a tím změnu velikosti vnitřního objemu průtokové rezonanční komory 7.

Zařízení podle příkladu 3 se provozuje stejně, jak bylo popsáno v příkladu 1.

Příklad 4

Zařízení pro generování modulací kapalinového toku podle příkladu 4 se od zařízení popsaného v příkladu 3 liší tím, že vstup 51 vstupní komory 5 je upraven protilehle vůči výstupu 52 vstupní komory 5, se kterým je příkladně souosý a dále tím, že první trubice 31 je v místě frikčního ele30 mentu dělená na dva díly 311, 312- Oba díly 311, 312 první trubice 31 tvoří s fikčním elementem 4 rozebíratelnou sestavu. Frikční element 4 je opatřen vnějším závitem a oba díly 311, 312 jsou opatřeny vnitřními závity. V sestaveném stavu jsou tyto závity sešroubovány. Dále se zařízení podle příkladu 4 liší od zařízení podle příkladu 3 tím, že průtoková rezonanční komora 7 není opatřena žádným hrdlem. První trubice 31 i druhá trubice 32 jsou zašroubovány do průtokové rezonanční komory 7. Spojovací závity představují pátý prostředek 95 pro spojení a šestý prostředek 96 pro spojení.

Příklad 5

Zařízení podle příkladu 5 se liší od zařízení podle příkladu 1 tím, že frikční element 4 se nachází mezi výstupem 52 vstupní komory 5 a mezi trubicí 3, přičemž frikční element je fixován sedmým prostředkem 97 pro spojení, kterým je závitový spoj 91.

Průmyslová využitelnost

Technického řešení lze zejména využít nejen při čištění a úpravách povrchu pevného materiálu, ale i pri desintegraci materiálu, například v hornictví, v hutnictví nebo ve stavebnictví.

Claims (13)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro generování modulací kapalinového toku obsahující vstup (1) tlakové kapaliny, výstup (2) tlakové kapaliny a nejméně jednu trubici (3, 31, 32) a/nebo nejméně jednu hadici (11, 13), zapojenou mezi vstupem (1) tlakové kapaliny a výstupem (2) tlakové kapaliny, vyzná5 cující se tím, že mezi vstup (1) tlakové kapaliny a výstup (2) tlakové kapaliny je dále zapojen frikění element (4).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje vstupní komoru (5), opatřenou vstupem (51), spojeným se vstupem (1) tlakové kapaliny, a výstupem (52), připojeným na trubici (
3. 3, 31) nebo na hadici (13) nebo na frikění element (4).

   io 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že vnitřní průřez vstupní komory (5), v rovině kolmé ke směru toku tlakové kapaliny, se alespoň v jedné části vstupní komory (5) směrem k jejímu výstupu (52) zužuje.
4. 4. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že vstup (51) vstupní komory (5) se nachází na její boční stěně (53) a/nebo je vstup (51) vstupní komory (5) upraven protilehle

   15 vůči výstupu (52) vstupní komory.
5. 5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje boční rezonanční komoru (
6. 6) s hrdlem (61), přičemž boční rezonanční komora (6) je jednostranně otevřena a je přes hrdlo (61) spojena s trubicí (3, 32) nebo s hadicí, a to mezi frikčním elementem (4) a výstupem (2) tlakové kapaliny.

   20 6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje průtokovou rezonanční komoru (7), která je dvoustranně otevřena a je zařazena mezi frikění element (4) a výstup (2) tlakové kapaliny.
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že průtoková rezonanční komora (7) je ze strany Akčního elementu (4) opatřena hrdlem (71).

   25
8. 8. Zařízení podle kteréhokoli z nároků laž7, vyznačující se tím, že alespoň mezi dvěma součástmi ze skupiny: vstupní komora (5), frikění člen (4), boční rezonanční komora (6), průtoková rezonanční komora (7), hrdlo (61, 71), trubice (13) nebo hadice (3, 31, 32) se nachází prostředek (91, 92, 93, 94, 95, 96, 97) pro rozebíratelné spojení.
9. 9. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní průřez alespoň jedné

   30 trubice (3, 31, 32) nebo alespoň jedné hadice (13) se alespoň jednou ve směru od vstupu (1) tlakové kapaliny k výstupu (2) tlakové kapaliny zužuje.
10. 10. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že součástí vstupní komory (5) je zařízení (54) pro změnu velikosti vnitřního objemu vstupní komory (5), s výhodou zařízení pro změnu její délky.

    35
11. 11. Zařízení podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že součástí boční rezonanční komory (6) a/nebo průtokové rezonanční komory (7) je zařízení (64, 74) pro změnu velikosti vnitřního objemu boční rezonanční komory (6) a/nebo průtokové rezonanční komory (7), s výhodou zařízení pro změnu délky, boční rezonanční komory (6) a/nebo průtokové rezonanční komory (7).

    CZ 19423 Ul
12. 12. Zařízení podle nároku 1, mezi trubici (3) a hadici (13).
13. 13. Zařízení podle nároku 1, mezi dvě trubice (31,32) nebo r vyznačující se tím, vyznačující se tím, tezi dvě hadice (11, 13).

    že frikční element (4) je zapojen že frikční element (4) je zapojen