DE102022211480A1 - Device and method for generating a pulsating liquid jet containing cavitation bubbles for the cavity-forming removal of material from solid bodies, in particular rocks - Google Patents

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Shahin Jamali
Berker Polat
Volker Wittig
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Abstract

Ein Verfahren zum Erzeugen eines pulsierenden und Kavitationsblasen enthaltenden Flüssigkeitsstrahles zum hohlraumbildenden Abtragen von Material von Festkörpern, insbesondere Gesteinen durch Kavitationserosion verwendet eine Vorrichtung (100a), die eine Kavitationsdüse (3a) hat, die einen Düsenkörper (4) aufweist, durch den sich ein erster Strömungskanal (5) mit einem Eingang (6) für den Eintritt des pulsierenden Flüssigkeitsstrahles und einem Ausgang (7) für den Kavitationsblasen enthaltenden und pulsierenden Flüssigkeitsstrahl erstreckt. Eine stromaufwärts von der Kavitationsdüse (3a) angeordnete Einrichtung zum Erzeugen einer selbst induzierten pulsierenden Bewegung in dem Flüssigkeitsstrahl weist ein mit dem Düsenkörper (4)lösbar verbundenes Gehäuse auf, durch das sich ein zweiter Strömungskanal (16) mit einem mit einer Druckflüssigkeitsquelle verbindbaren Eingang (17)und einem Ausgang (18)erstreckt, der in einen Hohlraum (23) mündet, der mit dem Eingang (6) des ersten Strömungskanals (5) verbunden ist. Zur baulichen Vereinfachung der Vorrichtung und Steigerung der erodierenden Wirkung des Flüssigkeitsstrahles umfasst das Gehäuse einen äußeren Gehäuseteil (1) und einen inneren, den zweiten Strömungskanal (16) aufweisenden Gehäuseteil (2), der im äußeren Gehäuseteil (1) in und entgegen der Strömungsrichtung bewegbar angeordnet ist.A method for generating a pulsating liquid jet containing cavitation bubbles for the cavity-forming removal of material from solid bodies, in particular rocks, by cavitation erosion uses a device (100a) which has a cavitation nozzle (3a) which has a nozzle body (4) through which a first flow channel (5) extends with an inlet (6) for the entry of the pulsating liquid jet and an outlet (7) for the pulsating liquid jet containing cavitation bubbles. A device arranged upstream of the cavitation nozzle (3a) for generating a self-induced pulsating movement in the liquid jet has a housing detachably connected to the nozzle body (4), through which a second flow channel (16) extends with an inlet (17) connectable to a pressurized fluid source and an outlet (18) which opens into a cavity (23) which is connected to the inlet (6) of the first flow channel (5). To structurally simplify the device and increase the erosive effect of the liquid jet, the housing comprises an outer housing part (1) and an inner housing part (2) having the second flow channel (16), which is arranged in the outer housing part (1) so as to be movable in and against the flow direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines pulsierenden und Kavitationsblasen enthaltenden Flüssigkeitsstrahles zum hohlraumbildenden Abtragen von Material von Festkörpern, insbesondere Gesteinen, mit einer Kavitationsdüse, die einen Düsenkörper aufweist, durch den sich ein erster Strömungskanal mit einem Eingang für den Eintritt des pulsierenden Flüssigkeitsstrahles und einem Ausgang für den Kavitationsblasen enthaltenden und pulsierenden Flüssigkeitsstrahl erstreckt, und mit einer stromaufwärts von der Kavitationsdüse angeordneten Einrichtung zum Erzeugen einer pulsierenden Bewegung in dem Flüssigkeitsstrahl, wobei die Einrichtung ein mit dem Düsenkörper lösbar verbundenes Gehäuse aufweist, durch den sich ein zweiter Strömungskanal mit einem mit einer Druckflüssigkeitsquelle verbindbaren Eingang und einem Ausgang erstreckt, der in einen Hohlraum mündet, der mit dem Eingang des ersten Strömungskanals verbunden ist.The invention relates to a device and a method for generating a pulsating liquid jet containing cavitation bubbles for the cavity-forming removal of material from solid bodies, in particular rocks, with a cavitation nozzle which has a nozzle body through which a first flow channel extends with an inlet for the entry of the pulsating liquid jet and an outlet for the pulsating liquid jet containing cavitation bubbles, and with a device arranged upstream of the cavitation nozzle for generating a pulsating movement in the liquid jet, wherein the device has a housing detachably connected to the nozzle body, through which a second flow channel extends with an inlet connectable to a pressurized fluid source and an outlet which opens into a cavity which is connected to the inlet of the first flow channel.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 3528704 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein konstanter Druckflüssigkeitsstrom in einen zentrales Verteilergehäuse geleitet, von dem aus die Druckflüssigkeit über strahlenförmig verlaufende Rohrleitungen zu einer der Zahl der Rohrleitungen entsprechenden Anzahl von Kavitationsdüsen geleitet wird, die jeweils einen Düsenkörper aufweisen, durch den sich zwischen einem seitlich angeordneten Eingang und einem mittig angeordneten Ausgang ein Strömungskanal erstreckt, der sich zum Ausgang hin verengt, wobei sich in dem aus dem Ausgang austretenden Flüssigkeitsstrahl Kavitationsblasen bilden, die dazu beitragen, das beim Auftreffen des Flüssigkeitsstrahles auf einen Festkörper Material von dem Festkörper hohlraumbildend durch Kavitationserosion abgetragen wird. Zur Steigerung der erodierenden Wirkung des Flüssigkeitsstrahles wird dem in das Verteilergehäuse geleiteten konstanten Druckflüssigkeitsstrom eine pulsierende Bewegung durch Betätigen von Ventilen gegeben, die am Eingang der strahlenförmig verlaufenden Rohrleitungen im Verteilergehäuse angeordnet sind. Die Verwendung von Ventilen zum Erzeugen einer pulsierenden Bewegung in dem Flüssigkeitsstrahl ist technisch aufwändig und führt zum Verlust von Strömungsenergie. Außerdem sind die Ventile Verschleiß ausgesetzt und daher störanfällig. Ferner wird durch Reibung in den Rohrleitungen die pulsierende Bewegung des Flüssigkeitsstromes vermindert. Die Folge ist, dass der aus der Kavitationsdüse austretende Flüssigkeitsstrahl nur noch abgeschwächt pulsiert, wodurch die erodierende Wirkung des Flüssigkeitsstrahles keine wesentliche Steigerung durch Pulsation des Druckflüssigkeitsstromes erfährt.Such a device is known from US-PS 3528704 In this device, a constant flow of pressurized fluid is fed into a central distributor housing, from which the pressurized fluid is fed via radially running pipes to a number of cavitation nozzles corresponding to the number of pipes, each of which has a nozzle body through which a flow channel extends between a laterally arranged inlet and a centrally arranged outlet, which narrows towards the outlet, whereby cavitation bubbles form in the liquid jet emerging from the outlet, which contribute to the material being removed from a solid body by cavitation erosion, forming a cavity when the liquid jet hits the solid body. To increase the eroding effect of the liquid jet, the constant flow of pressurized fluid fed into the distributor housing is given a pulsating movement by actuating valves that are arranged at the inlet of the radially running pipes in the distributor housing. The use of valves to generate a pulsating movement in the liquid jet is technically complex and leads to a loss of flow energy. In addition, the valves are subject to wear and tear and are therefore susceptible to failure. Furthermore, friction in the pipes reduces the pulsating movement of the fluid flow. The result is that the fluid jet emerging from the cavitation nozzle only pulsates at a weaker rate, meaning that the eroding effect of the fluid jet is not significantly increased by the pulsation of the pressure fluid flow.

Aus der US-PS 5495903 ist eine einen pulsierenden Flüssigkeitsstrom erzeugende Düse zum Einbau in ein Bohrwerkzeug für Gesteinsbohrungen bekannt. Die pulsierende Bewegung des Flüssigkeitsstromes wird in dieser Düse ohne Einsatz von zusätzlichen beweglichen Strömungssteuerventilen oder dgl. erzeugt. Sie wird deshalb als eine „selbstinduzierte“ pulsierende Bewegung bezeichnet. Diese Düse hat einen Düsenkörper, durch den sich ein Strömungskanal erstreckt, der einen Eingang für den Eintritt einer Druckflüssigkeit in den Strömungskanal und einen Ausgang hat, der in einen zylindrischen Hohlraum in dem Düsenkörper mündet. Der Hohlraum hat einen im Vergleich zu dem am Ausgang des Strömungskanals vorliegenden kreisförmigen Querschnitt erweiterten Querschnitt und wird von zwei sich gegenüberliegenden ebenen, quer zur Strömungsrichtung sich erstreckenden Wandabschnitten des Düsenkörpers und von einem zylindrischen Wandabschnitt des Düsenkörpers begrenzt. Der Hohlraum ist mit dem Eingang eines weiteren Strömungskanals verbunden, der sich in dem Düsenkörper befindet und axial fluchtend zu dem einen Strömungskanal angeordnet ist. Der kreisförmige Querschnitt des weiteren Strömungskanals an dessen Eingang ist größer als der kreisförmige Querschnitt des einen Strömungskanals an dessen Ausgang und kleiner als der Querschnitt des Hohlraumes, wobei der Abstand zwischen den beiden sich gegenüberliegenden quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Wandabschnitten des Düsenkörpers fest ist. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit des aus dem weiteren Strömungskanal austretenden pulsierenden Flüssigkeitsstrahles ist dadurch erreichbar, dass der Flüssigkeitsstrahl in einen weiteren Hohlraum im Düsenkörper eintritt und den weiteren Hohlraum über eine dritten Strömungskanal wieder verlässt, der einen Querschnitt hat, der kleiner als der Querschnitt des weiteren Hohlraumes und größer als der Querschnitt des weiteren Strömungskanals ist. Allein durch die Form, Anordnung und relativen Abmessungen der Strömungskanäle und des Hohlraumes bzw. der Hohlräume wird dem durch den einen Strömungskanal in den Hohlraum eintretenden Flüssigkeitsstrom eine selbst induzierte pulsierende Bewegung auferlegt, die er beim Austritt aus dem weiteren Strömungskanal beibehält. Kavitationsblasen hat dieser Flüssigkeitsstrom jedoch nicht, so dass seine erodierende Wirkung schwach ist.From the US Patent 5495903 is a nozzle that generates a pulsating fluid flow for installation in a drilling tool for rock drilling. The pulsating movement of the fluid flow is generated in this nozzle without the use of additional movable flow control valves or the like. It is therefore referred to as a "self-induced" pulsating movement. This nozzle has a nozzle body through which a flow channel extends, which has an inlet for the entry of a pressurized fluid into the flow channel and an outlet that opens into a cylindrical cavity in the nozzle body. The cavity has a wider cross-section than the circular cross-section at the outlet of the flow channel and is delimited by two opposing flat wall sections of the nozzle body that extend transversely to the flow direction and by a cylindrical wall section of the nozzle body. The cavity is connected to the inlet of another flow channel that is located in the nozzle body and is arranged axially aligned with the one flow channel. The circular cross-section of the further flow channel at its inlet is larger than the circular cross-section of the one flow channel at its outlet and smaller than the cross-section of the cavity, the distance between the two opposite wall sections of the nozzle body running transversely to the flow direction being fixed. An increase in the speed of the pulsating liquid jet emerging from the further flow channel can be achieved by the liquid jet entering a further cavity in the nozzle body and leaving the further cavity again via a third flow channel which has a cross-section which is smaller than the cross-section of the further cavity and larger than the cross-section of the further flow channel. The shape, arrangement and relative dimensions of the flow channels and the cavity or cavities alone impose a self-induced pulsating movement on the liquid flow entering the cavity through the one flow channel, which it retains when it exits the further flow channel. However, this liquid flow does not have cavitation bubbles, so that its eroding effect is weak.

Aus der US-PS 8424620 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von seitlichen unterirdischen Bohrlöchern bekannt, die sich von einer vertikalen Hauptbohrung seitlich weg erstrecken. Hierbei wird eine Kavitations- oder Pulsationsdüse für den Austritt eines kavitierenden oder pulsierenden Flüssigkeitsstrahles eingesetzt, um das Bohrwerkzeug beim hohlraumbildenden Abtragen von Gesteinsmaterial seitlich von der vertikalen Hauptbohrung zu unterstützen.From the US Patent 8424620 A method and a device for creating lateral underground boreholes that extend laterally away from a vertical main borehole are known. In this case, a cavitation or pulsation nozzle is used for the discharge of a cavitating or pulsating fluid jet in order to guide the drilling tool during cavity-forming removal. of rock material laterally from the vertical main borehole.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die gattungsgemäße Vorrichtung so weiterzubilden, dass der bauliche Aufwand für die Vorrichtung verringert ist, die erodierende Wirkung des auf den Festkörper auftreffenden Flüssigkeitsstromes gesteigert ist und eine einfache und schnelle Anpassung der Vorrichtung und der mit ihr erzielten erodierenden Wirkung an eine veränderte Beschaffenheit des zu bearbeitenden Festkörpers möglich ist. Auch ein Verfahren soll angegeben werden, bei dem diese Vorrichtung verwendet werden kann.The object of the invention is to further develop the generic device in such a way that the structural complexity for the device is reduced, the eroding effect of the liquid flow impinging on the solid body is increased and a simple and rapid adaptation of the device and the eroding effect achieved with it to a changed nature of the solid body to be processed is possible. A method is also to be specified in which this device can be used.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a device according to claim 1 and a method according to claim 14. Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil einer kompakten Bauweise insbesondere im Vergleich zu der aus der US-PS bekannten Vorrichtung, sowie den Vorteil einer schnellen und einfachen Veränderbarkeit der Geometrie der die Pulsation und die Kavitation erzeugenden Bauteile der Vorrichtung, wobei die Modulbauweise der Vorrichtung und die axiale Verschiebbarkeit des inneren Gehäuseteils wesentlich dazu beitragen, dass die Geometrie dieser Bauteile schnell und einfach veränderbar ist, wenn die jeweilige Beschaffenheit der zu bearbeitenden Festkörper Veränderungen in der Intensität der Pulsation und/oder Kavitation des Flüssigkeitsstrahles erfordern.The device according to the invention has the advantage of a compact design, particularly in comparison to the device known from the US patent, as well as the advantage of being able to quickly and easily change the geometry of the components of the device that generate the pulsation and cavitation, the modular design of the device and the axial displaceability of the inner housing part contributing significantly to the geometry of these components being able to be changed quickly and easily if the respective nature of the solid bodies to be processed requires changes in the intensity of the pulsation and/or cavitation of the liquid jet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

  • 1 einen äußeren Gehäuseteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch im Querschnitt,
  • 2 einen inneren Gehäuseteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch im Querschnitt,
  • 3 die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung einschließlich einer ersten Ausführungsform einer Kavitationsdüse schematisch im Querschnitt,
  • 4 die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung einschließlich einer zweiten Ausführungsform der Kavitationsdüse schematisch im Querschnitt,
  • 5 die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung einschließlich einer dritten Ausführungsform der Kavitationsdüse schematisch im Querschnitt,
  • 6 die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung einschließlich einer vierten Ausführungsform der Kavitationsdüse schematisch im Querschnitt,
  • 7 eine größere Darstellung der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung einschließlich der nur als Beispiel gewählten ersten Ausführungsform der Kavitationsdüse schematisch im Querschnitt, wobei zusätzlich einige nur als Beispiel gewählte Maße und Maßbereiche von baulichen Merkmalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben sind,
  • 8 eine schematische Darstellung eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbaren unterirdischen Bohrungsmusters, das eine vertikale Hauptbohrung, eine davon abgezweigte seitliche Bohrung und ein davon abgehendes Mikrobohrloch beinhaltet,
  • 9 eine schematische perspektivische Darstellung eines gesamten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbaren unterirdischen Bohrmusters, das eine vertikale Hauptbohrung, davon auf verschiedenen Höhen der Hauptbohrung abgezweigte radiale und seitliche Bohrungen und von den radialen und seitlichen Bohrungen ausgehende Mikrobohrlöcher enthält,
  • 10a ein Foto eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Sandstein erzeugtes Bohrloches mit den beim Erzeugen des Bohrloches entstandenen, unregelmäßig verteilten und unterschiedlich tiefen, seitlichen Mikrobohrlöchern,
  • 10b ein vergrößerter Ausschnitt aus dem in 10a gezeigten Foto, und
  • 11 eine Tabelle, die für verschiedene beispielhafte Eingangsdruckwerte („Inlet/Pump pressure“)in bar am Eingang des ersten Strömungskanals der erfindungsgemäßen Vorrichtung und für die entsprechenden Ausgangsdruckwerte („Outlet/bit pressure“)in bar am Ausgang der Kavitationsdüse und für die daraus errechneten Druckverhältnisse („Pressure ratio“) die jeweilige Stärke („Effect“) der Kavitation und Pulsation des Flüssigkeitsstrahles mit der Bezeichnung „Maximal“ („Maximum“) oder „Schwach“ („Mild“) wiedergibt.
An embodiment of the invention is shown in the accompanying drawings and is described in more detail below with reference to the drawings. It shows
  • 1 an outer housing part of the device according to the invention schematically in cross section,
  • 2 an inner housing part of the device according to the invention schematically in cross section,
  • 3 the entire device according to the invention including a first embodiment of a cavitation nozzle schematically in cross section,
  • 4 the entire device according to the invention including a second embodiment of the cavitation nozzle schematically in cross section,
  • 5 the entire device according to the invention including a third embodiment of the cavitation nozzle schematically in cross section,
  • 6 the entire device according to the invention including a fourth embodiment of the cavitation nozzle schematically in cross section,
  • 7 a larger representation of the entire device according to the invention including the first embodiment of the cavitation nozzle chosen only as an example, schematically in cross section, with some dimensions and dimension ranges of structural features of the device according to the invention chosen only as an example being indicated,
  • 8th a schematic representation of an underground borehole pattern achievable with the device according to the invention, which includes a vertical main borehole, a lateral borehole branching off from it and a microborehole branching off from it,
  • 9 a schematic perspective view of an entire underground drilling pattern that can be achieved with the device according to the invention, which includes a vertical main borehole, radial and lateral boreholes branching off from it at different heights of the main borehole and microbores emanating from the radial and lateral boreholes,
  • 10a a photograph of a borehole created in a sandstone using the device according to the invention, with the irregularly distributed and differently deep lateral micro-bores created during the creation of the borehole,
  • 10b an enlarged section of the 10a shown photo, and
  • 11 a table which shows the respective strength (“effect”) of the cavitation and pulsation of the liquid jet with the designation “maximum” (“maximum”) or “mild” (“mild”) for various exemplary inlet pressure values (“inlet/pump pressure”) in bar at the inlet of the first flow channel of the device according to the invention and for the corresponding outlet pressure values (“outlet/bit pressure”) in bar at the outlet of the cavitation nozzle and for the pressure ratios (“pressure ratio”) calculated therefrom.

Es wird zunächst auf die 1, 2, 3 und 7 Bezug genommen. Wie aus diesen Figuren ersichtlich weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100a zum Erzeugen eines pulsierenden und Kavitationsblasen enthaltenden Flüssigkeitsstrahles zum hohlraumbildenden Abtragen von Material von Festkörpern insbesondere Gesteinen eine Kavitationsdüse 3a auf, die einen Düsenkörper 4 hat, durch den sich ein erster zylindrischer Strömungskanal 5 mit einem Eingang 6 für den Eintritt des pulsierenden Flüssigkeitsstrahles und einem Ausgang 7 für den Kavitationsblasen enthaltenden pulsierenden Flüssigkeitsstrahl erstreckt. Ferner weist die Vorrichtung 100a eine stromaufwärts von der Kavitationsdüse 3a angeordnete eine Einrichtung zum Erzeugen einer pulsierenden Bewegung in dem Flüssigkeitstrahl auf. Diese Einrichtung hat ein aus einem äußeren Gehäuseteil 1 und einem inneren Gehäuseteil 2 bestehenden Gehäuse, wobei der innere Gehäuseteil 2 in dem äußeren Gehäuseteil 1 in und entgegen der Strömungsrichtung F des Flüssigkeitsstrahles bewegbar aufgenommen ist, wie unten näher beschrieben ist.First, the 1 , 2 , 3 and 7 As can be seen from these figures, a device 100a according to the invention for generating a pulsating liquid jet containing cavitation bubbles for the cavity-forming removal of material from solid bodies, in particular rocks, has a cavitation nozzle 3a which has a nozzle body 4 through which a first cylindrical flow channel 5 with an inlet 6 for the entry of the pulsating liquid ity jet and an outlet 7 for the pulsating liquid jet containing cavitation bubbles. Furthermore, the device 100a has a device for generating a pulsating movement in the liquid jet, arranged upstream of the cavitation nozzle 3a. This device has a housing consisting of an outer housing part 1 and an inner housing part 2, the inner housing part 2 being accommodated in the outer housing part 1 so as to be movable in and against the flow direction F of the liquid jet, as described in more detail below.

Der äußere Gehäuseteil 1 hat eine zylindrische Außenfläche und einen konzentrisch angeordneten, an seinen sich gegenüberliegenden Enden offenen Innenraum 8, der einen stromaufwärts angeordneten, zylindrischen Abschnitt 9 und einen stromabwärts angeordneten zylindrischen Abschnitt 10 umfasst, der einen kleineren Durchmesser als der stromaufwärts angeordnete Abschnitt 9 des Innenraumes 8 hat. Zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten 9 und 10 des Innenraumes 8 befindet sich eine ringförmige ebene Übergangsfläche 11a. Der zylindrische Abschnitt 10 hat ein Innengewinde 12, mit dem ein Außengewinde 13 an einem zylindrischen Abschnitt 14 des inneren Gehäuseteils 2 in Eingriff ist.The outer housing part 1 has a cylindrical outer surface and a concentrically arranged interior space 8 which is open at its opposite ends and which comprises an upstream cylindrical section 9 and a downstream cylindrical section 10 which has a smaller diameter than the upstream section 9 of the interior space 8. Between the two cylindrical sections 9 and 10 of the interior space 8 there is an annular flat transition surface 11a. The cylindrical section 10 has an internal thread 12 with which an external thread 13 on a cylindrical section 14 of the inner housing part 2 is engaged.

Der innere Gehäuseteil 2 hat einen weiteren zylindrischen Abschnitt 15, der sich stromaufwärts von dem zylindrischen Abschnitt 14 befindet und einen größeren Durchmesser als der zylindrische Abschnitt 14. Zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten 14 und 15 befindet sich eine ebene ringförmige Übergangsfläche 11b. Die Durchmesser der zylindrischen Abschnitte 9 und 15 sind aufeinander derart abgestimmt, dass der zylindrische Abschnitt 15 des inneren Gehäuseteils 2 in den zylindrischen Abschnitt 9 des Innenraumes 8 des äußeren Gehäuseteils 1 mit Spiel passt.The inner housing part 2 has a further cylindrical section 15 which is located upstream of the cylindrical section 14 and has a larger diameter than the cylindrical section 14. Between the two cylindrical sections 14 and 15 there is a flat annular transition surface 11b. The diameters of the cylindrical sections 9 and 15 are matched to one another in such a way that the cylindrical section 15 of the inner housing part 2 fits into the cylindrical section 9 of the interior 8 of the outer housing part 1 with clearance.

Der innere Gehäuseteil 2 hat einen konzentrisch angeordneten, zweiten Strömungskanal 16, der sich zwischen einem mit einer nicht dargestellten Druckflüssigkeitsquelle verbindbaren Eingang 17 am stromaufwärtigen Ende des inneren Gehäuseteils 2 und einem Ausgang 18 am stromabwärtigen Ende des inneren Gehäuseteils 2 erstreckt, wobei der zwweite Strömungskanal 16 mehrere in Strömumgsrichtung aufeinanderfolgende Abschnitte hat, von denen ein sich in Strömungsrichtung konisch verjüngender Abschnitt 19 zwischen zwei zylindrischen koaxialen Abschnitten 20 und 21 angeordnet ist, von denen der stromaufwärtige zylindrische Abschnitt 20 einen größeren Durchmesser als der stromabwärtige zylindrische Abschnitt 21 hat, der sich bis zu dem Ausgang 18 des zweiten Strömungskanals 2 erstreckt. Ein weiterer zylindrischer Abschnitt 22, der einen größeren Durchmesser als der Abschnitt 20 und der Abschnitt 21 hat, erstreckt sich zwischen dem zylindrischen Abschnitt 20 und dem Eingang 17 des zweiten Strömungskanals 16.The inner housing part 2 has a concentrically arranged second flow channel 16 which extends between an inlet 17, which can be connected to a pressure fluid source (not shown), at the upstream end of the inner housing part 2 and an outlet 18 at the downstream end of the inner housing part 2, wherein the second flow channel 16 has several sections which follow one another in the direction of flow, of which a section 19 which tapers conically in the direction of flow is arranged between two cylindrical coaxial sections 20 and 21, of which the upstream cylindrical section 20 has a larger diameter than the downstream cylindrical section 21, which extends to the outlet 18 of the second flow channel 2. A further cylindrical section 22, which has a larger diameter than the section 20 and the section 21, extends between the cylindrical section 20 and the inlet 17 of the second flow channel 16.

Der zylindrische Abschnitt 21 des zweiten Strömungskanals 16 mündet an dessen Ausgang 18 in einen Hohlraum 23, der von einem den Ausgang 18 des zweiten Strömungskanals 16 aufweisenden ebenen zweiten Wandabschnitt 24 des inneren Gehäuseteils 2, einem gegenüberliegenden, den Eingang 6 des ersten Strömungskanals 5 aufweisenden ersten Wandabschnitt 25 des Düsenkörpers 4 und einem inneren zylindrischen Wandabschnitt 26 des äußeren Gehäuseteils 1 begrenzt wird. Der zylindrischen Wandabschnitt 26 und der zylindrische Abschnitt 10 des Innenraumes 8 sind durchmessergleich.The cylindrical section 21 of the second flow channel 16 opens at its outlet 18 into a cavity 23 which is delimited by a flat second wall section 24 of the inner housing part 2 having the outlet 18 of the second flow channel 16, an opposite first wall section 25 of the nozzle body 4 having the inlet 6 of the first flow channel 5 and an inner cylindrical wall section 26 of the outer housing part 1. The cylindrical wall section 26 and the cylindrical section 10 of the interior 8 have the same diameter.

Der erste Wandabschnitt 25 des Düsenkörpers 4 der Kavitationsdüse 3a ist konisch konvex und ragt in den Hohlraum 23 hinein und wird von einem ringförmigen ebenen Wandabschnitt 27 (Anlagefläche) des Düsenkörpers 4 umgeben. Ein ringförmiger ebener Wandabschnitt 28 (Stirnfläche) des äußeren Gehäuseteils 1 und der ringförmige ebene Wandabschnitt 27 liegen aneinander und werden durch den Düsenkörper 4 und den äußeren Gehäuseteil 1 lösbar miteinander verbindenden Schrauben 29 gegeneinander gezogen. The first wall section 25 of the nozzle body 4 of the cavitation nozzle 3a is conically convex and projects into the cavity 23 and is surrounded by an annular flat wall section 27 (contact surface) of the nozzle body 4. An annular flat wall section 28 (front surface) of the outer housing part 1 and the annular flat wall section 27 lie against one another and are pulled against one another by screws 29 which detachably connect the nozzle body 4 and the outer housing part 1.

Der erste Strömungskanal 5 mündet an seinem Ausgang 7 in eine sich konisch erweiternde Ausnehmung 30 in dem Düsenkörper 4 der Kavitationsdüse 3a.The first flow channel 5 opens at its outlet 7 into a conically widening recess 30 in the nozzle body 4 of the cavitation nozzle 3a.

Durch Drehen des inneren Gehäusteils 2 relativ zu dem äußeren Gehäuseteil 1 wird der innere Gehäuseteil 2 infolge des Eingriffs zwischen dem Außengewinde 13 am zylindrischen Abschnitt 14 des inneren Gehäuseteils 1 und dem Innengewinde 12 im zylindrischen Abschnitt 10 des Innenraumes 8 des äußeren Gehäuseteils 1 je nach Drehrichtung in oder entgegen der Strömungsrichtung bewegt, wobei sich der Wandabschnitt 24 des inneren Gehäuseteils 2 entsprechend mitbewegt. Eine Bewegung des Wandabschnittes 24 in oder entgegen der Strömungsrichtung ändert auch den Abstand D zwischen den Wandabschnitten 24 und 25, wobei der Abstand zwischen diesen beiden Wandabschnitten die maximale Länge des Hohlraumes 23 bestimmt.By rotating the inner housing part 2 relative to the outer housing part 1, the inner housing part 2 is moved in or against the flow direction depending on the direction of rotation as a result of the engagement between the external thread 13 on the cylindrical section 14 of the inner housing part 1 and the internal thread 12 in the cylindrical section 10 of the interior 8 of the outer housing part 1, with the wall section 24 of the inner housing part 2 moving accordingly. A movement of the wall section 24 in or against the flow direction also changes the distance D between the wall sections 24 and 25, with the distance between these two wall sections determining the maximum length of the cavity 23.

In der in 3 und 7 dargestellten Position des inneren Gehäuseteils 2 liegen die ringförmige ebene Ubergangsflächen 11a und 11b aneinander, wodurch eine weitere Bewegung des inneren Gehäuseteils 2 in Strömungsrichtung relativ zu dem äußeren Gehäuseteil 1 verhindert ist.In the 3 and 7 In the position of the inner housing part 2 shown, the annular flat transition surfaces 11a and 11b lie against one another, whereby further movement of the inner housing part 2 in the flow direction relative to the outer housing part 1 is prevented.

Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird Druckflüssigkeit, wie z. B. Wasser mit Umgebungstemperatur, von der nicht dargestellten Druckflüssigkeitsquelle zum Eingang 17 des zweiten Strömungskanals 16 im inneren Gehäuseteils 2 geleitet. Im Strömungskanal 16 wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung aufgrund der zum Ausgang 18 des zweiten Strömungskanals 16 hin fortschreitenden Querschnittsverminderung des Strömungskanals erhöht. Beim Eintritt der im zweiten Strömungskanal 16 beschleunigten Flüssigkeitsströmung in den Hohlraum 23 erweitert sich der Strömungsquerschnitt der Flüssigkeitsströmung schlagartig auf den deutlich größeren Durchmesser des Hohlraumes 23. Dies bewirkt in der im Hohlraum 23 befindlichen Flüssigkeitsströmung die Bildung von heftigen Strömungswirbeln, die ihrerseits ein rasches Pulsieren der Flüssigkeitsströmung zur Folge hat. Das Pulsieren der Flüssigkeitsströmung wird daher von der Strömung selbst induziert. Die pulsierende Strömung verlässt den Hohlraum 23 über den ersten Strömungskanal 5 in der Kavitationsdüse 3a, wobei die Geschwindigkeit der pulsierenden Strömung im ersten Strömungskanals 5 aufgrund des gegenüber dem Hohlraum 23 erheblich verringerten Querschnittes des ersten Strömungskanals 5 wieder beschleunigt und ihr Druck mindestens so weit abgesenkt wird, dass sich beim Austritt des Flüssigkeitsstrahles aus dem Ausgang 7 der Kavitationsdüse 3a Kavitationsblasen in dem pulsierenden Flüssigkeitsstrahl bilden, die beim Auftreffen auf den Festkörper implodieren, wodurch Material von dem Festkörper hohlraumbildend abgetragen wird.During operation of the device according to the invention, pressure fluid, such as water at ambient temperature, is fed from the pressure fluid source (not shown) to the inlet 17 of the second flow channel 16 in the inner housing part 2. In the flow channel 16, the speed of the liquid flow is increased due to the cross-sectional reduction of the flow channel progressing towards the outlet 18 of the second flow channel 16. When the liquid flow accelerated in the second flow channel 16 enters the cavity 23, the flow cross-section of the liquid flow suddenly expands to the significantly larger diameter of the cavity 23. This causes the formation of violent flow vortices in the liquid flow in the cavity 23, which in turn results in rapid pulsation of the liquid flow. The pulsation of the liquid flow is therefore induced by the flow itself. The pulsating flow leaves the cavity 23 via the first flow channel 5 in the cavitation nozzle 3a, whereby the speed of the pulsating flow in the first flow channel 5 is accelerated again due to the cross-section of the first flow channel 5 being considerably reduced compared to the cavity 23, and its pressure is reduced at least to such an extent that when the liquid jet exits the outlet 7 of the cavitation nozzle 3a, cavitation bubbles form in the pulsating liquid jet, which implode when they hit the solid body, whereby material is removed from the solid body, forming a cavity.

Bei der in 7 vergrößerten Darstellung der in 3 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zusätzlich einige nur als bevorzugte Beispiele zu wertenden Maße und Maßbereiche von baulichen Merkmalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben. Für die folgenden baulichen Merkmale der erfindungsgmäßen Vorrichtung werden beispielsweise folgende Maße und Maßbereiche gewählt:

  • Durchmesser des ersten Strömungskanals 5:2,4 mm;
  • Durchmesser des zweiten Strömungskanals 16 am Ausgang 18: 2,0 mm;
  • Maximale Länge des Hohlraumes 23: im Bereich zwischen 7 und 18 mm;
  • Durchmesser des Hohlraumes 23: im Bereich zwischen 12 und 24 mm.
At the 7 enlarged view of the 3 In addition to the device according to the invention shown, some dimensions and dimension ranges of structural features of the device according to the invention are given which are to be regarded only as preferred examples. For the following structural features of the device according to the invention, the following dimensions and dimension ranges are chosen, for example:
  • Diameter of the first flow channel 5:2.4 mm;
  • Diameter of the second flow channel 16 at the outlet 18: 2.0 mm;
  • Maximum length of the cavity 23: in the range between 7 and 18 mm;
  • Diameter of the cavity 23: in the range between 12 and 24 mm.

Für eine Änderung des Durchmessers des Hohlraumes 23 wird zumindest der äußere Gehäuseteil 23 gegen einen anderen äußeren Gehäuseteil ausgetauscht, der einen anderen Durchmesser des Hohlraumes 23 ergibt. Beispielsweise stehen äussere Gehäuseteile 23 zur Verfügung, die einen Hohlraumdurchmesser von 12, 16, 20 oder 24 mm gestatten. To change the diameter of the cavity 23, at least the outer housing part 23 is replaced with another outer housing part that results in a different diameter of the cavity 23. For example, outer housing parts 23 are available that allow a cavity diameter of 12, 16, 20 or 24 mm.

Die in den 4, 5 und 6 gezeigten Vorrichtungen 100b, 100c bzw. 100d unterscheiden sich von der in den 1, 2, 3 und 7 gezeigten Vorrichtung 100a nur durch eine jeweils geänderte Geometrie des Düsenkörpers 4 der jeweiligen Kavitationsdüse 3b, 3c, 3d. Es werden daher die gleichen Bezugszeichen für diejenigen Teile der Vorrichtungen 100b, 100c und 100d verwendet, die bei der Vorrichtung 100a gleich oder ähnlich sind.The 4 , 5 and 6 The devices 100b, 100c and 100d shown differ from the device shown in the 1 , 2 , 3 and 7 shown device 100a only by a changed geometry of the nozzle body 4 of the respective cavitation nozzle 3b, 3c, 3d. Therefore, the same reference numerals are used for those parts of the devices 100b, 100c and 100d that are the same or similar in the device 100a.

Bei der in 4 gezeigten Vorrichtung 100b ist der den Hohlraum 23 begrenzende Wandabschnitt 25 des Düsenkörpers 4 eben ausgebildet und erstreckt sich quer zur Strömungsrichtung. Der Ausgang 7 des ersten Strömungskanals 5 mündet in eine kegelstumpfförmige Ausnehmung 30, die sich nach außen konisch erweitert.At the 4 In the device 100b shown, the wall section 25 of the nozzle body 4 delimiting the cavity 23 is flat and extends transversely to the flow direction. The outlet 7 of the first flow channel 5 opens into a truncated cone-shaped recess 30 which widens conically outwards.

Bei der in 5 gezeigten Vorrichtung 100c ist der den Hohlraum 23 begrenzende Wandabschnitt 25 des Düsenkörpers 4 konkav oder schalenförmig ausgebildet, wobei der Eingang 6 des ersten Strömungskanals 5 sich am Grund des schalenförmigen Wandabschnittes 25 befindet. Der Ausgang 7 des ersten Strömungskanals 5 liegt in einem ebenen, quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Wandabschnitt des Düsenkörpers 4.At the 5 In the device 100c shown, the wall section 25 of the nozzle body 4 delimiting the cavity 23 is concave or bowl-shaped, with the inlet 6 of the first flow channel 5 located at the base of the bowl-shaped wall section 25. The outlet 7 of the first flow channel 5 is located in a flat wall section of the nozzle body 4 running transversely to the flow direction.

Bei der in 6 gezeigten Vorrichtung 100d ist der den Hohlraum 23 begrenzende Wandabschnitt 25 des Düsenkörpers 4 konvex gebogen ausgebildet. Der erste Strömungskanal 5 mündet an seinem Ausgang 7 in eine konische Ausnehmung 30, die tiefer als die konische Ausnehmung 30 bei der Vorrichtung 100a ist und sich stärker erweitert als die konische Ausnehmung 30 bei der Vorrichtung 100a.At the 6 In the device 100d shown, the wall section 25 of the nozzle body 4 delimiting the cavity 23 is convexly curved. The first flow channel 5 opens at its outlet 7 into a conical recess 30 which is deeper than the conical recess 30 in the device 100a and widens more than the conical recess 30 in the device 100a.

Die beschriebenen und dargestellten verschiedenen Formen des Düsenkörpers 4 der Vorrichtungen 100a, 100b, 100c und 100d ermöglichen es, die Pulsation und/oder die Kavitationsblasenbildung im Flüssigkeitsstrahl an die jeweilige Beschaffenheit des zu bearbeitenden Festkörpers insbesondere des Gesteins optimal anzupassen, um das jeweils bestmögliche Ergebnis bei der Hohlraumbildung im Festkörper zu erzielen.The described and illustrated different shapes of the nozzle body 4 of the devices 100a, 100b, 100c and 100d make it possible to optimally adapt the pulsation and/or the cavitation bubble formation in the liquid jet to the respective nature of the solid body to be processed, in particular the rock, in order to achieve the best possible result in the formation of cavities in the solid body.

8 zeigt eine schematische Darstellung eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Kavitationserosion und Pulsation eines Flüssigkeitsstrahles erzielbaren unterirdischen Bohrungsmusters, das eine vertikale Hauptbohrung 31, eine an einer Kreuzung 32 davon abgezweigte seitliche Bohrung 33 und ein davon abgehendes Mikrobohrloch 34 beinhaltet. 8th shows a schematic representation of an underground borehole pattern that can be achieved with the device according to the invention by cavitation erosion and pulsation of a liquid jet, which includes a vertical main borehole 31, a lateral borehole 33 branching off from it at an intersection 32 and a microborehole 34 branching off from it.

Ein in 9 schematisch und perspektivisch dargestelltes unterirdisches Bohrmusters, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt werden kann, umfasst eine vertikale Hauptbohrung 31, davon auf verschiedenen Höhen der Hauptbohrung 31 abgezweigte radiale und seitliche Bohrungen 32 und von den radialen und seitlichen Bohrungen 32 ausgehende Mikrobohrlöcher 33.A in 9 A schematic and perspective view of an underground drilling pattern that can be produced with the device according to the invention comprises a vertical main bore 31, radial and lateral bores 32 branching off from the main bore 31 at different heights, and microbores 33 extending from the radial and lateral bores 32.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.Of course, the invention is not limited to the embodiments shown. The above description is therefore not to be regarded as restrictive, but as explanatory. The following claims are to be understood in such a way that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. If the claims and the above description define "first" and "second" embodiments, this designation serves to distinguish between two similar embodiments without establishing a priority.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
äußeres Gehäuseteilouter housing part
22
inneres Gehäuseteilinner housing part
3a, 3b, 3c, 3d3a, 3b, 3c, 3d
KavitationsdüseCavitation nozzle
44
DüsenkörperNozzle body
55
erster Strömungskanalfirst flow channel
66
EingangEntrance
77
AusgangExit
88th
Innenrauminner space
99
zylindrischer Abschnittcylindrical section
1010
zylindrischer Abschnittcylindrical section
11a11a
ÜbergangsflächeTransition surface
11b11b
ÜbergangsflächeTransition surface
1212
Innengewindeinner thread
1313
AußengewindeExternal thread
1414
zylindrischer Abschnittcylindrical section
1515
zylindrischer Abschnittcylindrical section
1616
zweiter Strömungskanalsecond flow channel
1717
EingangEntrance
1818
AusgangExit
1919
konischer Abschnittconical section
2020
zylindrischer Abschnittcylindrical section
2121
zylindrischer Abschnittcylindrical section
2222
zylindrischer Abschnittcylindrical section
2323
Hohlraumcavity
2424
zweiter Wandabschnittsecond wall section
2525
erster Wandabschnittfirst wall section
2626
zylindrischer Abschnittcylindrical section
2727
Wandabschnitt (Anlagefläche)Wall section (contact surface)
2828
Wandabschnitt (Stirnfläche)Wall section (front face)
2929
SchraubenScrews
3030
AusnehmungRecess
3131
HauptbohrungMain bore
3232
KreuzungCrossing
3333
seitliche Bohrungside hole
3434
MikrobohrlochMicroborehole
100a, 100b, 100c, 100d100a, 100b, 100c, 100d
Vorrichtungcontraption

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 3528704 [0002]US3528704 [0002]
  • US 5495903 [0003]US5495903 [0003]
  • US 8424620 [0004]US8424620 [0004]

Claims (14)

Vorrichtung (100a, 100b, 100c, 100d) zum Erzeugen eines pulsierenden und Kavitationsblasen enthaltenden Flüssigkeitsstrahles zum hohlraumbildenden Abtragen von Material von Festkörpern insbesondere Gesteinen, mit einer Kavitationsdüse (3a, 3b, 3c, 3d), die einen Düsenkörper (4) aufweist, durch den sich ein erster Strömungskanal (5) mit einem Eingang (6) für den Eintritt des pulsierenden Flüssigkeitsstrahles und einem Ausgang (7) für den Kavitationsblasen enthaltenden pulsierenden Flüssigkeitsstrahl erstreckt, und mit einer stromaufwärts von der Kavitationsdüse (3a, 3b, 3c, 3d) angeordneten Einrichtung zum Erzeugen einer pulsierenden Bewegung in dem Flüssigkeitstrahl, wobei die Einrichtung ein mit dem Düsenkörper (4) lösbar verbundenes Gehäuse aufweist, durch das sich ein zweiter Strömungskanal (16) mit einem mit einer Druckflüssigkeitsquelle verbindbaren Eingang (17) und einem Ausgang (18)erstreckt, der in einen Hohlraum (23) mündet, der mit dem Eingang (6) des ersten Strömungskanals (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen äußeren Gehäuseteil (1) mit einem Innenraum (8) und einen inneren, den zweiten Strömungskanal (16) aufweisenden Gehäuseteil (2) umfasst, der im Innenraum (8) des äußeren Gehäuseteils (1) in und entgegen der Strömungsrichtung bewegbar angeordnet ist, und der Hohlraum (23) mindestens von einem den Eingang (6) des ersten Strömungskanals (5) aufweisenden ersten Wandabschnitt (25)des Düsenkörpers (4)und einem dem ersten Wandabschnitt (25) gegenüberliegenden, den Ausgang (18) des zweiten Strömungskanals (16) aufweisenden zweiten Wandabschnitt (24) des inneren Gehäuseteils (2) begrenzt ist, wobei ein Abstand (D)zwischen dem ersten Wandabschnitt (25) und dem zweiten Wandabschnitt (24) durch das Bewegen des inneren Gehäuseteils (2) relativ zum äußeren Gehäuseteil (1) veränderbar ist.Device (100a, 100b, 100c, 100d) for generating a pulsating liquid jet containing cavitation bubbles for the cavity-forming removal of material from solid bodies, in particular rocks, with a cavitation nozzle (3a, 3b, 3c, 3d) which has a nozzle body (4) through which a first flow channel (5) extends with an inlet (6) for the inlet of the pulsating liquid jet and an outlet (7) for the pulsating liquid jet containing cavitation bubbles, and with a device arranged upstream of the cavitation nozzle (3a, 3b, 3c, 3d) for generating a pulsating movement in the liquid jet, wherein the device has a housing detachably connected to the nozzle body (4), through which a second flow channel (16) with an inlet (17) connectable to a pressurized liquid source and an outlet (18) which opens into a cavity (23) which is connected to the inlet (6) of the first flow channel (5), characterized in that the housing comprises an outer housing part (1) with an interior space (8) and an inner housing part (2) which has the second flow channel (16) and which is arranged in the interior space (8) of the outer housing part (1) so as to be movable in and against the flow direction, and the cavity (23) is delimited at least by a first wall section (25) of the nozzle body (4) which has the inlet (6) of the first flow channel (5) and a second wall section (24) of the inner housing part (2) which is opposite the first wall section (25) and has the outlet (18) of the second flow channel (16), wherein a distance (D) between the first wall section (25) and the second wall section (24) can be changed by moving the inner housing part (2) relative to the outer housing part (1). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wandabschnitt (25) eben ist oder eine konvexe oder konkave Form hat, die jeweils gerundet, konisch oder frustokonisch ist, wobei der Eingang (6) des ersten Strömungskanals (5) mittig im ersten Wandabschnitt (25) angeordnet ist und der erste Strömungskanal (5) und der zweite Strömungskanal (16)axial fluchten.Device according to Claim 1 , characterized in that the first wall section (25) is flat or has a convex or concave shape, which is rounded, conical or frustoconical in each case, wherein the inlet (6) of the first flow channel (5) is arranged centrally in the first wall section (25) and the first flow channel (5) and the second flow channel (16) are axially aligned. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (23) von einem dritten Wandabschnitt (26) begrenzt ist, der sich auf einer dem Innenraum (8)zugekehrten Innenseite des äußeren Gehäuseteils (1) befindet.Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the cavity (23) is delimited by a third wall section (26) which is located on an inner side of the outer housing part (1) facing the interior space (8). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der erste Wandabschnitt (25) von einer Anlagefläche (27) umgeben ist, die einer Stirnfläche (28) des äußeren Gehäuseteils (1) gegenüberliegt, und die Anlagefläche (27) und die Stirnfläche (28) mit den Düsenkörper (4) lösbar mit dem äußeren Gehäuseteil (1) verbindenden Schraubverbindungsmitteln (29) gegeneinander gezogen sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first wall section (25) is surrounded by a contact surface (27) which is opposite an end face (28) of the outer housing part (1), and the contact surface (27) and the end face (28) are pulled against one another by screw connection means (29) which detachably connect the nozzle body (4) to the outer housing part (1). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal (16)an seinem Ausgang (18)eine kleinere Querschnittsfläche als an seinem Eingang (17) hat.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the second flow channel (16) has a smaller cross-sectional area at its outlet (18) than at its inlet (17). Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungskanal (5) an seinem Ausgang (7)eine Querschnittsfläche hat, die größer als die Querschnittsfläche am Ausgang (18)des zweiten Strömungskanals (16) ist.Device according to Claim 5 , characterized in that the first flow channel (5) has a cross-sectional area at its outlet (7) which is larger than the cross-sectional area at the outlet (18) of the second flow channel (16). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungskanal (5) eine konstant große Querschnittsfläche zwischen seinem Eingang (6)und seinem Ausgang (7) hat.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first flow channel (5) has a constantly large cross-sectional area between its inlet (6) and its outlet (7). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungskanal (5) zylindrisch zwischen seinem Eingang (6) und seinem Ausgang (7) ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first flow channel (5) is cylindrical between its inlet (6) and its outlet (7). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal (16)mindestens einen sich in Strömungsrichtung konisch verjüngenden Abschnitt (19) hat.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the second flow channel (16) has at least one section (19) tapering conically in the flow direction. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal (16) mehrere zylindrische Abschnitte (20, 21, 22) hat, deren Durchmesser in Strömungsrichtung abnehmen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the second flow channel (16) has several cylindrical sections (20, 21, 22) whose diameters decrease in the flow direction. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungskanal (5) an seinem Ausgang (7) in eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Ausnehmung (30) in einem Außenwandabschnitt des Düsenkörpers mündet, wobei sich die Ausnehmung im Querschnitt zum Ausgang des ersten Strömungkanals (5)hin verjüngt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first flow channel (5) opens at its outlet (7) into a conical or frustoconical recess (30) in an outer wall section of the nozzle body, the recess tapering in cross section towards the outlet of the first flow channel (5). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (7) des ersten Strömungskanals (5) in einem ebenen Außenwandabschnitt des Düsenkörpers (4) liegt.Device according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the outlet (7) of the first flow channel (5) is located in a flat outer wall section of the nozzle body (4). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (23)zylindrisch ist und einen Durchmesser hat, der aus einer Gruppe von verschieden großen Durchmessern ausgewählt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Cavity (23) is cylindrical and has a diameter selected from a group of different diameters. Verfahren zum Erzeugen eines pulsierenden und Kavitationsblasen enthaltenden Flüssigkeitsstrahles zum hohlraumbildenden Abtragen von Material von Festkörpern insbesondere Gesteinen, dadurch gekennzeichnet, dass die pulsierende Bewegung des Flüssigkeitsstrahles unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 selbst induziert wird und der Druck und die Geschwindigkeit des den Düsenkörper (4)durchströmenden Flüssigkeitsstrahles so gewählt sind, dass in dem aus dem Düsenkörper (4)austretenden pulsierenden Flüssigkeitsstrahl Kavitationsblasen gebildet werden, die dazu beitragen, beim Auftreffen des Flüssigkeitsstrahles auf einen Festkörper Material des Festkörpers durch Kavitationserosion hohlraumbildend abzutragen.Method for generating a pulsating liquid jet containing cavitation bubbles for the cavity-forming removal of material from solid bodies, in particular rocks, characterized in that the pulsating movement of the liquid jet is carried out using a device according to one of the Claims 1 until 13 itself is induced and the pressure and the speed of the liquid jet flowing through the nozzle body (4) are selected such that cavitation bubbles are formed in the pulsating liquid jet emerging from the nozzle body (4), which contribute to the removal of material of the solid body by cavitation erosion, forming cavities, when the liquid jet strikes a solid body.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3528704A (en) 1968-07-17 1970-09-15 Hydronautics Process for drilling by a cavitating fluid jet
US5495903A (en) 1991-10-15 1996-03-05 Pulse Ireland Pulsation nozzle, for self-excited oscillation of a drilling fluid jet stream
US8424620B2 (en) 2009-04-24 2013-04-23 Kenny P. Perry, JR. Apparatus and method for lateral well drilling

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1128582A (en) * 1980-04-10 1982-07-27 Geoffrey W. Vickers Cavitation nozzle assembly
US6200486B1 (en) * 1999-04-02 2001-03-13 Dynaflow, Inc. Fluid jet cavitation method and system for efficient decontamination of liquids
CA2742060C (en) * 2011-05-31 2013-09-10 Vln Advanced Technologies Inc. Reverse-flow nozzle for generating cavitating or pulsed jets

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3528704A (en) 1968-07-17 1970-09-15 Hydronautics Process for drilling by a cavitating fluid jet
US5495903A (en) 1991-10-15 1996-03-05 Pulse Ireland Pulsation nozzle, for self-excited oscillation of a drilling fluid jet stream
US8424620B2 (en) 2009-04-24 2013-04-23 Kenny P. Perry, JR. Apparatus and method for lateral well drilling

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