CZ22327U1 - Zařízení pro pneumatickou modulaci kapalinového toku - Google Patents

Description

Zařízení pro pneumatickou modulaci kapalinového toku

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro pneumatickou modulaci kapalinového toku, které je využitelné pri vytváření modulovaných a pulzních kapalinových paprsků pro průmyslové aplikace, spojené s destrukcí látek v pevné fázi, tj. odstraňováním nežádoucích vrstev materiálu nebo objemovou dezintegrací materiálu.

Dosavadní stav techniky

Pokud na pevnolátkový materiál dopadá nemodulovaný kontinuální kapalinový tok, je v místě impaktu toku generován takzvaný stagnační tlak kapaliny, s výjimkou přechodového děje pri io prvotním dopadu, kdy vzniká tlakový pík, označovaný jako impulsní tlak. Ten je až několikanásobně vyšší než tlak stagnační, jehož velikost odpovídá transformaci kinetické formy energie toku do statické formy energie, vyjádřené prostřednictvím tlaku přibližně podle Bemoulliho rovnice. Účinky stagnačního tlaku jsou v závislosti na hustotě energie v toku dostačující pro destrukci většiny materiálů, čehož je využíváno jak k odstraňování nežádoucích povrchových vrs15 tev materiálu (nátěrů, nástřiků, náletů, usazenin, okují, omítek, rzi apod.), tak k objemové destrukci narušených částí materiálu (odstraňování zvětralých hornin či betonů), nebo dokonce k řezání materiálu. V minulých letech bylo ovšem jak teoreticky, tak experimentálně, prokázáno, že modulací kapalinového toku nebo jeho přerušováním lze dosáhnout vyšší destrukční účinnosti při dopadu na pevnolátkový materiál, protože opakovaně působí podobný přechodový děj jako io pri prvotním dopadu kontinuálního kapalinového toku. Velikost impaktního tlaku se pak řídí mnoha faktory, zejména velikostí kinetické energie toku, hloubkou modulace rychlosti toku, frekvencí modulace a druhem použité kapaliny. Cyklické namáhání materiálu impaktním tlakem vede k vyšší destrukční schopnosti modulovaných a pulzujících kapalinových toků, což bylo experimentálně potvrzeno.

Problém modulace a pulzace kapalinového toku byl systematicky zkoumán již od roku 1973, kdy byly navrženy první pasivní modulátory kapalinového toku. Kromě směru, rozvíjejícího především modulaci toku bez pohyblivých součástí vystavených styku s kapalinou, byly navrženy také aktivní modulační prvky. Tyto jsou řešeny spisem US 2005154347 (A) a nově též patentem US 7594614 (B2). Tyto spisy se vztahují zejména k přenášení kmitů z elektrostrikčního nebo magjo netostrikčního měniče přes laděný vlnovod do prostoru před výtokovou tryskou celého systému, kde se amplituda kmitů přenese do amplitudy podélné výtokové rychlosti kapalinového toku. Takto vzniká pulzující nebo modulovaný paprsek kapaliny. Nevýhodou tohoto zařízení je zvýšení hmotnosti nástrojů, jejich větší rozměry, nízká životnost hrotu, přenášejícího vibrace do kapaliny, protože je narušován kavitační erozí, a nebezpečí proniknutí kapaliny těsněním kolem vlno35 vodu do prostoru elektrického zařízení, sloužícího ke generaci kmitů. Překážkou rozšíření v technické praxí je také obtížná implementace uvedeného zařízení do stávajících technologických zařízení.

Částečně řeší tento problém spisy CZ 299412 (B6), WO 2006/097887 (Al) a US 7740188 (B2), a to náhradou pevnolátkového vlnovodu kapalinovým vlnovodem a posunem zdroje kmitů do

4« speciální komory. Principiálně je řešení podobné jako v US 2005154347 (A) či US 7594614 (B2), ale omezuje kavitační působení na zdroj kmitů, který je posunut mimo tok kapaliny. Nevýhodou jsou vysoké ztráty energie a nutnost úprav stávajících technologických zařízení.

Mezi dalšími mechanickými pohybujícími se prvky, použitými pro modulaci kapalinového toku, je možno jmenovat zejména rotující nebo vibrující prvky. Ty způsobují změny profilu, protéka45 ného kapalinou, a tím modulaci rychlosti procházejícího kapalinového toku. Také jejich hlavními nevýhodami je však poškozování pohyblivých částí kavitační erozí a vysoké ztráty energie. Podobný problém se týká i zařízení pro generování pulzujícího paprsku, popisovaného v patentu CZ 298759 (B6). V tomto zařízení je pulzující paprsek vytvářen rázy kapaliny v trubici, do níž pře- 1 CZ 22327 Ul ru sova ně dopadá kapalinový paprsek nižšího tlaku. Vytvořením rázové vlny ve sloupci kapaliny je pak dosaženo zvýšení tlaku v blízkosti výtokového otvoru a rázy přirozeně vedou k velké hloubce modulace až k pulzaci. Nevýhodou je však konstrukční náročnost, kavitační opotřebení v místě vstupu kapaliny do rázové trubice a v blízkém okolí tohoto vstupu a nízká životnost pře5 rušovače Či vychyíovače nízkotlakého toku kapaliny.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje zařízení pro pneumatickou modulaci kapalinového toku. Použití pneumatického modulačního prvku pro vytváření modulací v kapalinovém toku odbourává problémy s kavitací, ale dochází při něm k vychylování paprsku a narušení jeho kohe10 rence.

Zařízení pro pneumatickou modulaci kapalinového toku je sestaveno z přívodu tlakového plynu, na který je napojen modulátor proudu plynu. Na modulátor proudu plynuje uchycena usměrňovači štěrbina. Plyn je ze zdroje přiváděn přívodem tlakového plynu k modulátoru proudu plynu, který vytváří přerušovaný nebo modulovaný proud plynu. Přerušovaný nebo modulovaný proud plynu je usměrňovači štěrbinou směrován na kapalinový paprsek, čímž dochází k vychylování kapalinového paprsku. Zařízení může být také sestaveno z přívodu tlakového plynu, na který je přímo uchycena usměrňovači štěrbina. Přerušovaný nebo modulovaný proud plynu je veden do usměrňovači štěrbiny, Z usměrňovači štěrbiny vychází usměrněný modulovaný proud plynu. Směr usměrněného modulovaného proudu plynu protíná směr kapalinového paprsku, který proudí pres trysku z přívodu tlakové kapaliny. V místě střetu kapalinového paprsku a usměrněného modulovaného proudu plynu se kapalinový paprsek mění na vychýlený kapalinový paprsek. Přehled obrázku na výkrese

Technické řešení je blíže osvětleno na přiloženém výkrese, kde na obr. 1 je znázorněn princip řešení podle tohoto technického řešení.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Zařízení pro pneumatickou modulaci kapalinového toku je sestaveno z přívodu 4 tlakového plynu, na který je napojen modulátor 5 proudu plynu. Na modulátor 5 proudu plynu je uchycena usměrňovači štěrbina 7. Plyn je ze zdroje přiváděn přívodem 4 tlakového plynu k modulátoru 5 proudu plynu, který vytváří přerušovaný nebo modulovaný proud 6 plynu. Přerušovaný nebo modulovaný proud 6 plynuje veden do usměrňovači štěrbiny 7. Z usměrňovači štěrbiny 7 vychází usměrněný modulovaný proud 8 plynu. Směr usměrněného modulovaného proudu 8 plynu protíná směr kapalinového paprsku 3, který proudí přes trysku 2 z přívodu tlakové kapaliny 1. V místě střetu kapalinového paprsku 3 a usměrněného modulovaného proudu 8 plynu se kapalinový paprsek 3 mění na vychýlený kapalinový paprsek 9.

Příklad 2

Zařízení pro pneumatickou modulaci kapalinového toku je sestaveno z přívodu 4 tlakového plynu, na který je uchycena usměrňovači Štěrbina 2· Přerušování nebo modulace proudu 6 plynu je vytvářena přímo ve zdroji plynu. Přerušovaný nebo modulovaný proud 6 plynuje přiváděn ze zdroje přívodem 4 tlakového plynu k usměrňovači štěrbině 7. Přerušovaný nebo modulovaný proud 6 plynuje veden do usměrňovači štěrbiny 7. Z usměrňovači Štěrbiny 7 vychází usměrněný modulovaný proud 8 plynu. Směr usměrněného modulovaného proudu 8 plynu protíná směr kapalinového paprsku 3, který proudí přes trysku 2 z přívodu tlakové kapaliny 1. V místě střetu kapalinového paprsku 3 a usměrněného modulovaného proudu 8 plynu se kapalinový paprsek 3 mění na vychýlený kapalinový paprsek 9.

-2CZ 22327 Ul

Průmyslová využitelnost

Hlavní způsob využití je doplnění současných komerčně dodávaných systémů s kontinuálním kapalinovým paprskem alternativní možností generace modulovaných či pulzujících (přerušovaných) paprsků bez nutnosti výrazných úprav technologického zařízení. Další možností je použití tohoto řešení při vývoji netradičních rozpojovacích orgánů pro razící, dobývací či vrtné práce v horninách, speciálních zařízení pro čištění povrchů, demolici zvětralého či poškozeného betonu, odstraňování okují apod.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro pneumatickou modulaci kapalinového toku, vyznačující se tím, že ío je sestaveno z přívodu (4) tlakového plynu, na který je rozebíratelně nebo nerozebíratelně napojen modulátor (5) proudu plynu, na který je rozebíratelně nebo nerozebíratelně přichycena usměrňovači štěrbina (7), přičemž přívod (4) tlakového plynu, modulátor (5) proudu plynu a usměrňovači štěrbina (7) jsou umístěny v jedné linii za sebou a směr usměrněného modulovaného proudu (8) plynu protíná směr kapalinového paprsku (3).

   15 2. Zařízení pro pneumatickou modulaci kapalinového toku, vyznačující se tím, že je sestaveno z přívodu (4) tlakového plynu, na který je rozebíratelně nebo nerozebíratelně přichycena usměrňovači štěrbina (7), modulátor (5) proudu plynu je umístěn ve zdroji plynu, přičemž přívod (4) tlakového plynu a usměrňovači štěrbina (7) jsou umístěny v jedné linii za sebou a směr usměrněného modulovaného proudu (8) plynu protíná směr kapalinového paprsku (3).