DE2259521B2

DE2259521B2 - Vorrichtung zum Zerteilen eines Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahls

Info

Publication number: DE2259521B2
Application number: DE2259521A
Authority: DE
Inventors: Francois Uriage Danel (Frankreich)
Original assignee: GRENOBLOISE D'ETUDES ET D'APPLICATIONS HYDRAULIQUES SOGREAH GRENOBLE (FRANKREICH) Ste
Current assignee: GRENOBLOISE D'ETUDES ET D'APPLICATIONS HYDRAULIQUES SOGREAH GRENOBLE (FRANKREICH) Ste
Priority date: 1971-12-07
Filing date: 1972-12-05
Publication date: 1980-10-02
Also published as: DE2259521C3; DE2259521A1; FR2164084A5; NL7216035A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerteilen eines Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahls in eine Folge von Flüssigkeitströpfchen mit Hilfe von durch einen Ultraschallgensrator erzeugten Hochfrequenzschwingungen, mit einer Kamm.r, die eine zur Zuführung einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit dienende öffnung und eine Auslaßöffnung aufweist

Zum Anwendungsbereich solcher Vorrichtungen gehört z. B. die Erzeugung von Flüssigkeitstropfen hoher Geschwindigkeit für das Reinigen oder für das Schneiden und Bohren von Löchern in verschiedenen Werkstoffen sowie für schnelle vergleichende Untersuchungen des Verhaltens verschiedener, einer Erosion durch Tropfen ausgesetzter Werkstoffprobsn (Radome, Hubschrauberblätter oder Turbinen).

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser An (US-PS 31 21 534) ist die Kammer eine zylindrische Bohrung, die sich längs der Mittelachse eines sich konisch verjüngenden und mit Ausnahme der Bohrung massiven Metallkörpers erstreckt An dem den größeren Durchmesser aufweisenden axialen Ende dieses Metallkörpers ist eine relativ dünne Scheibe aus piezoelektrischem Material befestigt, die die gesamte Stirnfläche des Metallkörpers bedeckt und in ihrer Mitte eine mit der sich durch den Metallkörper hindurch erstreckenden Axialbohrung fluchtende Zentralöffnung besitzt in die ein die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit zuführendes Rohr mündet. Der elektrisch leitfähige Metallkörper dient als Resonator und wird durch die piezoelektrische Scheibe insgesamt zu hochfrequenten Schwingungen angeregt.

Bei dieser bekannten Anordnung ergibt sich jedoch das Problem, daß zum Zerteilen eines Flüssigkeitsstrahls ein relativ hoher Energieaufwand erforderlich ist, da der gesamte Metallkörper in Ultraschallschwingiingen versetzt werden muß, denen er eine nur durch ständige erhöhte Energiezufuhr zu überwindende Dämpfungswirkung entgegensetzt Darüber hinaus ist es mit dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich, den Flüssigkeitsstrahl in völlig gleichförmige, hinsichtlich ihrer Größe genau definierte Flüssigkeitströpfchen aufzuteilen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art 2U schaffen, die es unter Aufwendung eines Minimums an Energie erlaubt, einen Flüssigkeitsstrahl

to in eine Folge von untereinander praktisch identischen, in ihrer Größe genau definierten Flüssigkeitströpfchen zu zerteilen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Ultraschallgenerator so ausgebildet ist, daß er

is das von ihm erzeugte Hochfrequenz-Schallfeld in einem Punkt im Bereich der Auslaßöffnung für den austretenden Flüssigkeitsstrahl fokussiert

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung spielen die Wände der die Flüssigkeit von der Versorgungslei tung zur Auslaßöffnung weiterführenden Kammer nur insoweit eine Rolle, als sie gegebenenfalls im Inneren der Kammer erzeugte Ultraschallschwingungen reflektieren, ohne dabei jedoch selbst in Schwingungen versetzt zu werden. Die den Flüssigkeitsstrahl zerteilen de Energie des Ultraschallfeldes wird also nicht dadurch auf den Flüssigkeitsstrahl übertragen, daß man ihn durch eine Rohrleitung hindurchpreßt deren Wände in hochfrequente Schwingungen versetzt sind; vielmehr wird das zunächst großflächig erzeugte Ultraschallfeld

«> so auf einen Punkt hin fokussiert, daß sich in diesem Punkt eine sehr hohe Energiedichte ergibt. Dadurch, daß dieser Punkt in den Bereich gelegt wird, in dem der Flüssigkeitsstrahl aus der Austrittsöffnung der Kammer austritt, wird diese hohe Energiedichte nahezu aus-

'5 schließlich dazu verwendet, den Flüssigkeitsstrahl gerade an dieser Stelle zu »zerhacken«, ohne daß hierbei eine wesentliche Bedämpfung durch irgendwelche mitschwingende Wandteile auftritt Da beim Zerteilen des Flüssigkeitsstrahls ausschließ- Hch die Frequenz des Ultraschallgenerators maßgebend ist, wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine äußerst gleichförmige Zerteilung des Flüssigkeitsstrahls erreicht, d. h. es entstehen in ihrem Durchmesser und ihrer Größe genau definierte, untereinander nahezu identische Flüssigkeitströpfchen.

Dadurch, daß man die Form der Kammer auf die Frequenz des Ultraschallgenerators abstimmt läßt sich eine Minimierung der für das Zerteilen des Flüssigkeitsstrahls erforderlichen Energie erreichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen niedergelegt

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die

Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und

Fig.2 einen axialen Schnitt durch die Vorrichtung aus F i g. 1 in einer zur Untersuchung einer Probe geeigneten Anordnung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besitzt eine Kammer f, die als Hohlraum in eineOi äUS zwei Teilen bestehenden massiven Körper ausgebildet ist. Der eine dieser beiden Teile weist eine Öffnung 2 auf, durch die

^M hindurch vermittels einer nicht dargestellten Pumpe der Kammer 1 eine unter hohem Druck stehende Flüssigkeit zugeführt wird. Der zweite Teil 3, der am ersten Teil austauschbar befestigt ist, weist eine der Öffnung 2

gegenüberliegende, sich von der Mitte der Kammer weg nach außen hin verjüngende Aiislaßöffnung !3 auf, aus der der Flüssigkeitsstrahl hoher Geschwindigkeit austritt

Ein Ultraschallgenerator 4, dessen Frequenz in Abhängigkeit von der Größe der zu erzeugenden Tropfen gewählt wird, fokussiert das von ihm erzeugte Hochfrequenz-Schallfeld auf einen in der Nähe des engen Teils der Auslaßöffnung 13 befindlichen Punkt

Auf diese Weise wird der Strahl, der aus der Auslaßöffnung 13 austritt, in Tröpfchen 6 geteilt, deren Abmessungen von der Frequenz des HochfrequenzimpuIsgeEerators5 abhängen.

Bei einem Düsendurchmesser der Auslaßöffnung von 1 mm und einer Anfangsgeschwindigkeit des Strahls von 200 m/s können mit einer Frequenz vcn 200 kHz Tropfen von 1 mm Durchmesser gebildet werden.

Eine solche Vorrichtung erlaubt es, eine Folge von sich schnell bewegenden Flüssigkeitströpfchen 6 zu erzeugen, die z. B. zum Reinigen oder zum Schneiden bzw. Bohren verschiedener Werkstoffe Verwendung finde« können.

Eine vorzeitge Auflösung der aus der Auslp.löffnung 13 austretenden Tröpfchenfolge 6 kann durch einen konzentrischen Luft- oder Gasstrahl verhindert werden, der dieselbe Geschwindigkeit wie die Tropfen 6 besitzt F i g. 2 zeigt die Vorrichtung aus F i g. I im Rahmen einer zur Werkstoffuntersuchung geeigneten Vorrichtung.

Die zu untersuchende Probe 7 wird in eine Prüfkammer 8 eingesetzt, die sich hinter der Auslaßöffnung 13 der Kammer 1 befindet Dabei wird die Probe 7 von einer Platte 9 getragen, die von einem Motor 10

ίο angetrieben wird, dessen Achse bezüglich der Auslaßöffnung 13 exzentrisch angeordnet ist und mit hoher Genauigkeit die Bildung eines Kranzes von Aufschlagstelle η der Tröpfchen auf der Probe 7 gestattet- Über eine an einen Stutzen 12 angeschlossene Vakuumpumpe kam in der Piüfkammer 8 ein Unterdruck erzeugt werden.

Da die aus der Auslaßöffnung 13 austretende Tröpfchenfolge 6 eine maximale Wirksamkeit besitzt, wenn die Zerteilungslängen des Strahls gleich dem Durchmesser der Auslaßöffnung 13 sind, wird die Frequenz des Hochfrequenz-Impuls^enerators 5 so gewählt, daß sie bei einer gegebenen Strahlgeschwin digkeit zum Durchmesser der Austrittsdüse umgekehrt proportional ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zum Zerteilen eines HochgeschwindigkeitsflQssigkeitsstrahls in eine Folge von Flüssigkeitströpfchen mit Hilfe von durch einen Ultraschallgenerator erzeugten Hochfrequenzschwingungen, mit einer Kammer, die eine zur Zuführung einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit dienende öffnung und eine Auslaßöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgenerator (5) so ausgebildet ist, daß er das von ihm erzeugte Hochfrequenz-Schallfeld in einem Punkt im Bereich der Auslaßöffnung (13) für den austretenden Flüssigkeitsstrahl fokussiert

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgenerator (5) in der Kammer (1) in Strömungsrichtung vor der Auslaßöffnung (13) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter der Auslaßöffnung (13) eine einen zumindest dem Dampfdruck der Flüssigkeit entsprechenden Unterdruck aufweisende Kammer (8) angeordnet ist, und daß in der Bewegungsrichtung der Flüssigkeitströpfchen eine Untersuchungsprobe (7) in der Kammer (8) vorgesehen ist