CZ298759B6

CZ298759B6 - Způsob vytváření vysokotlakých pulzů v kapalině metodou pulzní multiplikace a zařízení kprovádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ298759B6
Application number: CZ20041075A
Authority: CZ
Inventors: Dvorský@Richard
Original assignee: Dvorský@Richard
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2008-01-16
Also published as: CZ20041075A3

Abstract

Zařízení k vytváření vysokotlakých pulzů v kapalině má v tělese (1) uspořádanou primární trysku (2) a s ní souosou rázovou trubici (6), jejíž konec je opatřen vysokotlakou aplikací v podobě trysky (8). Mezi primární tryskou (2) a ústím (7) rázové trubice (6) je uspořádán přerušovač (3) primárního paprsku (5) kapaliny vystupujícího z primární trysky (2). Periodickými dopady primárního paprsku (5) kapaliny o rychlostech nad 100 m/s do ústí (7) rázovétrubice (6) vznikají ve sloupci (9) kapaliny v rázové trubici (6) rázové vlny (10), které postupují od ústí (7) ke konci rázové trubice (6) s tryskou (8), z níž následně vystupuje vysokotlaký pulzní paprsek (11) kapaliny pod tlakem řádově několika set MPa.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti hydrauliky, konkrétně jde o způsob a zařízení k vytváření vysokotlakých pulzů v kapalině.

Dosavadní stav techniky

Pro vytváření tlakové kapaliny o tlaku 100 - 250 MPa se používají vysoce výkonná plunžrová čerpadla. Jejich nevýhody spočívají ve vysokých nárocích na těsnost, ve vyšší hmotnosti a velmi omezené regulovatelnosti výstupního tlaku. Pro rozvod vysokého výstupního tlaku k aplikacím jsou nutné speciální vysokotlaké hadice. Uvedené nevýhody těchto generátorů tlakové kapaliny vedou k vysokým pořizovacím nákladům.

Pro vytváření tlakové kapaliny o tlaku nad 250 MPa se používají dvoustupňové systémy s hydraulickým pístovým multiplikátorem tlaku kapaliny z primárního čerpadla. Nevýhody těchto systémů spočívají ve velmi vysokých nárocích na těsnost pístů, zejména u multiplikátoru, a ve vysoké hmotnosti. Nutnost použití primárního okruhu s plunžrovým čerpadlem představuje složitost a komplikovanost. Pro rozvod vysokého tlaku k aplikacím se musí používat vysokotlakové kovové trubky. Tyto popsané nevýhody vedou k velmi vysokým pořizovacím nákladům na tyto dvoustupňové systémy.

Oba známé výše popsané typy generátorů vysokotlaké kapaliny neumožňují pulzní režim se 100 % hloubkou modulace.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je navrhnout způsob vytváření vysokotlakých pulzů v kapalině v řádu stovek MPa se 100 % hloubkou modulace, a k tomu vytvořit příslušné zařízení.

Tohoto cíle se dosahuje způsobem a zařízením k vytváření vysokotlakých pulzů v kapalině podle vynálezu.

Pokud jde o způsob, spočívá podstata vynálezu v tom, že periodické dopady primárního paprsku kapaliny o rychlostech nad 100 m/s do ústí rázové trubice, v níž se nachází sloupec kapaliny, vytvářejí v tomto sloupci rázové vlny postupující od ústí ke konci rázové trubice, který je opatřen vysokotlakou aplikací. Je-li vysokotlaká aplikace tvořena tryskou, vystupuje z této trysky vysokotlaký pulzní paprsek kapaliny pod tlakem řádové několika set MPa. Vysokotlaké pulzy v kapalině je možno co do periody regulovat frekvencí dopadů primárního paprsku kapaliny a co do amplitudy rychlostí tohoto paprsku.

Pokud jde o prvou principiální variantu zařízení, spočívá podstata vynálezu v tom, že zařízení má v tělese uspořádanou primární trysku a s ní souosou rázovou trubici, jejíž výstupní konec je opatřen vysokotlakou aplikací, přičemž mezi primární tryskou a ústím rázové trubice je uspořádán přerušovač primárního paprsku kapaliny vystupujícího z primární trysky. Přerušovač může být tvořen příčně k ose primárního paprsku kapaliny pohyblivou kotvou elektromagnetu, která je opatřena alespoň jedním průchodem pro primární paprsek kapaliny. Přerušovač může být tvořen i kotoučem s pohonem pro jeho rotaci kolem osy rovnoběžné s osou primárního paprsku kapaliny, přičemž kotouč je opatřen alespoň jedním průchodem pro tento paprsek.

-1 CZ 298759 B6

Pokud jde o druhou principiální variantu zařízení, spočívá podstata vynálezu v tom, že zařízení má v tělese uspořádán dutý rotor mající v obvodovém plášti alespoň jednu primární trysku pro výstup kapaliny z rotoru a proti primární trysce jev tělese uspořádána rázová trubice zakončená vysokotlakou aplikací.

U obou principálních variant zařízení je vysokotlaká aplikace tvořena výhodně tryskou nebo zpětným ventilem. Těleso je dále opatřeno odtokem přebytečné kapaliny dodávané primární tryskou a v odtoku je uspořádán zpomalovač proudu přebytečné kapaliny.

Kromě výhod plynoucích přímo z výše uvedeného cíle vynálezu, má způsob a zařízení podle vynálezu další přínosy spočívající zejména v tom, že dodávku kapaliny pro primární trysku zajišťuje běžné plunžrové čerpadlo s pracovními tlaky řádu desítek MPa, hmotnost zařízení je malá, v rámci celého zařízení je použita jediná pracovní kapalina, např. voda. K přívodu pracovní kapaliny od plunžrového čerpadla postačí běžné hydraulické hadice. Frekvence i amplituda vysokotlakého pulzního paprsku kapaliny je snadno regulovatelná. Pulzní režim vysokotlakého paprsku se stoprocentní modulací výstupní rychlosti vede k vyšší destrukční účinnosti při působení výsledného pulzního paprsku kapaliny na obráběný materiál než má kontinuální paprsek. Pořizovací náklady na zařízení podle vynálezu jsou poměrně nízké. Je možné zvýšení tlakového faktoru pouhým sériovým řazením dalších rázových trubic s příslušnými vysokotlakými aplikacemi na koncích, přičemž v dalších stupních odpadá mechanické přerušování paprsku.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení zařízení podle vynálezu jsou znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 představuje řez zařízením s elektromagnetickým přerušovačem v poloze průchodu primárního paprsku kapaliny, obr. 2 totéž, ale v poloze přerušeného primárního paprsku kapaliny, obr. 3 řez zařízením s rotačním přerušovačem v poloze průchodu primárního paprsku kapaliny a obr. 4 řez zařízením s rotorem v poloze dopadu primárního paprsku kapaliny do rázové trubice.

Příklady provedení vynálezu

Prvý příklad zařízení podle vynálezu je znázorněn na obr. 1 a 2. V tělese 1 je uspořádána primární tryska 2, k níž je přívod kapaliny zajišťován neznázoměným plunžrovým čerpadlem. Proti primární trysce 2 je souose s ní uspořádána pulzní trubice 6, jejíž ústí 7 leží proti primární trysce

2. Pulzní trubice 6 je na výstupním konci opatřena vysokotlakou aplikací, v tomto případě tryskou 8. V neznázoměné variantě může být vysokotlaká aplikace tvořena zpětným ventilem.

V pulzní trubici 6 se nachází sloupec 9 kapaliny. Mezi primární tryskou 2 a ústím 7 pulzní trubice 6 je uspořádán přerušovač 3 primárního paprsku 5 kapaliny vycházejícího kontinuálně z primární trysky 2. Přerušovač 3 je tvořen příčně k ose primárního paprsku 5 pohyblivou kotvou elektromagnetů 4. Kotva je opatřena průchodem pro primární paprsek 5. V tělese 1 je dále vytvořen odtok 13 přebytečné kapaliny se zpomalovačem 12.

Je-li kotva elektromagnetů 4 v poloze dle obr. 1, prochází primární paprsek 5 kapaliny o rychlosti nad 100 m/s průchodem v ní a dopadá do ústí 7 rázové trubice 6, kde ve sloupci 9 kapaliny vyvolá rázovou vlnu 10. Ta postupuje k trysce 8 na konci rázové trubice 6, z níž následně vystupuje vysokotlaký paprsek H_ kapaliny pod tlakem řádově stovek MPa. Při přesunu kotvy do polohy dle obr. 2 je primární paprsek 5 odkloněn mimo ústí 7 rázové trubice 6.

Kapalina odkloněného primárního paprsku 5' je zpomalena na zpomalovači 12 a odtéká odtokem 13. Z trysky 8 nevychází žádný vysokotlaký paprsek J_J_.

-2CZ 298759 B6

Varianta zařízení podle obr. 3 se od varianty dle obr. 1 a 2 liší pouze ve vytvoření přerušovače 3 primárního paprsku 5 kapaliny. Přerušovač 3 je konkrétně tvořen kotoučem s pohonem 14, např. elektromotorem, zajišťujícím rotaci kotouče kolem osy rovnoběžné s osou primárního paprsku 5. Zařízení je znázorněno v poloze, kdy primární paprsek 5 kapaliny prochází průchodem v kotouči a dopadá do ústí 7 rázové trubice 6. Jinak se zařízení co do vytvoření a funkce shoduje se zařízením podle obr. 1 a 2 - popsáno výše.

Obr. 4 představuje třetí variantu zařízení podle vynálezu. V tělese I je uspořádán dutý rotor J_5 s pohonem 16 a s přívodem nízkotlaké kapaliny. V obvodovém plášti rotoru 15 je uspořádána ío jedna nebo více primárních trysek 2. Při rotaci rotoru 15 vystřikuje kapalina vysokou rychlostí z primární trysky 2. V poloze, kdy se primární tryska nachází proti ústí 7 rázové trubice 6, která je pevně uspořádána v tělese i, způsobí dopad primárního paprsku 5 na sloupec 9 kapaliny v rázové trubici 6 rázovou vlnu 10. Ta postupuje ke konci rázové trubice 6 s tryskou 8, z níž následně vystříkne vysokotlaký paprsek Π. kapaliny.

Regulace vysokotlakého pulzního paprsku JT kapaliny se co do periody provádí změnou frekvence dopadů primárního paprsku 5 kapaliny do ústí 7 rázové trubice 6, tj. u jednotlivých variant regulací elektromagnetu 4 (varianta dle obr. 1 a 2) nebo regulací otáček kotouče (varianta dle obr. 3) či regulací otáček dutého rotoru 15 (varianta dle obr. 4). Amplituda vysokotlakého pulzní20 ho paprsku 11 kapaliny je regulovatelná rychlostí primárního paprsku 5 kapaliny.

Průmyslová využitelnost

Způsob a zařízení podle vynálezu jsou obecné využitelné jako zdroj pulzního tlaku kapaliny řádově stovek MPa. V konkrétních případech je generovaný vysokotlaký pulzní paprsek kapaliny využitelný zejména při obrábění, rozpojování či destrukci materiálů.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

5 1. Způsob vytváření vysokotlakých pulzů v kapalině, vyznačující se tím, že primární paprsek (5) kapaliny, vytvářený čerpadlem s pracovním tlakem řádu desítek MPa, periodicky dopadá rychlostí nad 100 m/s do ústí (7) rázové trubice (6), čímž ve sloupci (9) kapaliny nacházející se v rázové trubici (6) vytváří rázové vlny (10) s amplitudou řádově několik set MPa, které postupují od ústí (7) rázové trubice (6) k jejímu výstupnímu konci, který je opatřen ío vysokotlakou aplikací.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že z vysokotlaké aplikace, tvořené tryskou (8), vystupuje vysokotlaký pulzní paprsek (11) kapaliny pod tlakem řádově několika set MPa.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rázové vlny (10) jsou co do periody regulovány frekvencí dopadů primárního paprsku (5) kapaliny a co do amplitudy rychlostí tohoto primárního paprsku (5).

20
4. Zařízení k provádění způsobu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že má v tělese (1) uspořádanou primární trysku (2) a s ní souosou rázovou trubici (6), jejíž výstupní konec je opatřen vysokotlakou aplikací, přičemž mezi primární tryskou (2) a ústím (7) rázové trubice (6) je uspořádán přerušovač (3) primárního paprsku (5) kapaliny vystupujícího z primární trysky (2).
5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že přerušovač (3) je tvořen příčně k ose primárního paprsku (5) kapaliny pohyblivou kotvou elektromagnetu (4), která je opatřena alespoň jedním průchodem pro primární paprsek (5) kapaliny.

30
6. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že přerušovač (3) je tvořen kotoučem s pohonem (14) pro rotaci kotouče kolem osy rovnoběžné s osou primárního paprsku (5) kapaliny, přičemž kotouč je opatřen alespoň jedním průchodem pro tento paprsek (5).
7. Zařízení k provádění způsobu podle kteréhokoliv z nároků laž3, vyznačující se

35 tí m , že má v tělese (1) uspořádán dutý rotor (15) mající v obvodovém plášti alespoň jednu primární trysku (2) pro výstup kapaliny z rotoru (15) a proti primární trysce (2) je v tělese (1) uspořádána rázová trubice (6) zakončená vysokotlakou aplikací.
8. Zařízení podle nároku 4 nebo 7, vyznačující se tím, že vysokotlaká aplikace je

40 tvořena tryskou (8) nebo zpětným ventilem.
9. Zařízení podle nároku 4 nebo 7, vyznačující se tím, že těleso (1) je opatřeno odtokem (13) přebytečné kapaliny dodávané primární tryskou (2).

45 10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že v odtoku (13) je uspořádán zpomalovač (12) proudu přebytečné kapaliny.