DE2335893B2 - DEVICE FOR GENERATING PULSATING JETS OF LIQUID HIGH SPEED AND HIGH PULSE FREQUENCY - Google Patents
DEVICE FOR GENERATING PULSATING JETS OF LIQUID HIGH SPEED AND HIGH PULSE FREQUENCYInfo
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Description
3ie Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeui von pulsierenden Flüssigkeitsstrahien zum Schnei-1, Brechen, Abtragen, Verformen oder Reinigen von iterialien, mit einer Hochdruckflüssigkeitspumpe, er Zusatzmittelpumpe und einer Rückförderpumpe, die über Flüssigkeitsleitungen miteinander in Verbindung stehen und einen offenen Flüssigkeitskreislaul Hilden, und mit einem Drehkörper, der an die Flüssigkeitsleitungen angeschlossen und um seine Achse drehbar ist.The invention relates to a device for Erzeui of pulsating jets of liquid for cutting, breaking, ablating, deforming or cleaning 1 iterials, with a high pressure liquid pump, he additive pump and a return pump, which are connected to one another via liquid lines and an open liquid circuit Hilden, and with a rotating body that is connected to the liquid lines and around its axis is rotatable.
Pulsierende Flüssigkeitsstrahlen hoher Geschwindigkeit gewinnen in verschiedenen Zweigen der Technik immer größere Bedeutung beim Schneiden, Brechen Abtragen, Verformen, Reinigen usw. von Materialien Hauptsächlich wurden derartige Flüssigkeitsstrahler allerdings für Reinigungszwecke, insbesondere ir petrochemischen Anlagen, verwendet. Es gibt aber auch Vorrichtungen zum Erzeugen von Flüssigkeitsstrahler hoher Geschwindigkeit zum Schneiden von Holz Papier, Kunststoffmaterialien und ähnlichen Materialien. Außerdem existieren Vorrichtungen, die irr Kohlen- oder Mineralienbergbau sowie im Tunnelbai Anwendung finden.Pulsating jets of liquid at high speed are of use in various branches of technology increasingly important in cutting, breaking, removing, deforming, cleaning, etc. of materials However, such liquid jets were mainly used for cleaning purposes, in particular ir petrochemical plants. However, there are also devices for generating liquid ejectors high speed for cutting wood, paper, plastic materials and similar materials. There are also devices that operate in coal or mineral mining and in tunnel bays Find application.
Die meisten der bekannten Vorrichtungen erzeuger Flüssigkeitsstrahlen, die während eines bestimmter Zeitintervalls kontinuierlich aus einer dieser austreten Der Impuls dieser Flüssigkeitsstrahlen kann nur übet eine Vergrößerung des Förderdruckes erhöht werden Bei größeren verlangten Leistungen ist es desweger notwendig, daß innerhalb größerer Teile der bekannter Vorrichtungen mit hohen Drücken von 1 bis 10 kbai gearbeitet wird. Der Anwendung derartig hoher Drücke sind jedoch Grenzen gesetzt. Deswegen können härtere Materialien, wie z. B. die meisten Metalle, mit dieser Vorrichtungen nicht geschnitten werden.Most of the known devices generate jets of liquid that during a certain The momentum of these jets of liquid can only be exercised an increase in the delivery pressure can be increased necessary that within larger parts of the known devices with high pressures of 1 to 10 kbai is being worked on. However, there are limits to the use of such high pressures. That's why harder ones can Materials such as B. most metals cannot be cut with these devices.
Das gilt z. B. für eine bekannte Vorrichtung zuit Herstellen eines Bohrloches mit einem Flüssigkeitsstrahl (US-PS 32 51 424), bei der der Drehkörper eine drehbare Ventilplatte ist, deren Durchtriltsöffnunger sich zeitweise mit den öffnungen einer starrer Ventilplatte überdecken, oder für einen pneumatischer Pulsator (DT-AS 17 58 551), der im wesentlichen irr Zusammenhang mit chemischen Apparaten eingesetz wird und bei dem ein Schieber abwechselnd einer Behälter mit einer Druckluftquelle verbindet, so daß die im Behälter befindliche Flüssigkeit in Schwingunger versetzt wird.This applies e.g. B. for a known device zuit producing a borehole with a liquid jet (US-PS 32 51 424), in which the rotating body is a rotatable valve plate, the Durchtriltsöffer temporarily overlap with the openings of a rigid valve plate, or for a pneumatic one Pulsator (DT-AS 17 58 551), which is mainly used in connection with chemical apparatus is and in which a slide alternately connects a container with a compressed air source, so that the liquid in the container is set in vibration.
Ferner ist eine Vorrichtung bekannt (US-PS 33 43 794), bei der Flüssigkeit mit einem beschleunigter Kolben in eine Düse eingespritzt wird, deren Innenraun so gestaltet ist, daß der statische Druck der eingespritz ten Flüssigkeit beim Eintritt in den Innenraun unverändert oder annähernd unverändert bleibt unc sich dann bis auf den maximalen Druck erhöht. Be Betätigung des Kolbens ist die Düse frei von Flüssigkeit Die Dauer eines Impulses hat die Größenordnung vor tinigen 100 Mikrosekunden. Bei gleichem Maximal druck in der Düse kann bei Anwendung eine; pulsierenden Flüssigkeitsgrades eine doppelt so hohs Strahlgeschwindigkeit wie bei der Anwendung eine; kontinuierlichen Strahles erhalten werden. Der Maxi maldruck wird lokal, d. h. auf der Austrittsseite der Düs( erzeugt, die dort ihren kleinsten Querschnitt hat. Da de: Impuls pulsierender Flüssigkeitsstrahlen immer größe: ist als der Impuls eines kontinuierlichen Flüssigkeits Strahls kann der in dieser Vorrichtung herrschend! Maximaldruck bis zu lOmal höher sein als be Anwendung kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahlen.Furthermore, a device is known (US-PS 33 43 794) in which the liquid with an accelerated Piston is injected into a nozzle, the interior of which is designed so that the static pressure of the injected th liquid on entry into the inner room remains unchanged or almost unchanged unc then increases to the maximum pressure. When the piston is actuated, the nozzle is free of liquid The duration of a pulse is on the order of a hundred microseconds ago. With the same maximum pressure in the nozzle can be applied if a; pulsating degree of fluidity is twice as high Jet speed as when applying one; continuous beam can be obtained. The maxi painting pressure is local, i. H. on the outlet side of the nozzle (which has its smallest cross section there. Since de: The momentum of pulsating jets of liquid is always greater than the momentum of a continuous liquid The beam can be prevalent in this device! Maximum pressure up to 10 times higher than be Use of continuous liquid jets.
Diese bekannte Vorrichtung weist aber mehren schwerwiegende Nachteile auf. Obwohl Höchstleistun gen von 60 000 J/Puls erreicht werden konnten, lieger die Mittelwerte bedeutend niedriger, ungefähr in de Größenordnung von 200 Wh (bei einem Puls pro ;However, this known device has several serious disadvantages. Although high performance genes of 60,000 J / pulse could be achieved, the mean values are significantly lower, approximately in de Magnitude of 200 Wh (with one pulse per;
Minuten). Auch wenn die Pulsfrequenz auf IO bis 20 Pulse pro Minute erhöht wird, beträgt die Durchschnittsleistung dennoch nicht mehr als 20 kWh. Eine Verbesserung der Leistung dieser bekannten Vorrichiung läßt sich nur durch Vergrößerung der Pulsfrequenz erreichen.Minutes). Even if the pulse frequency is increased to IO to 20 pulses per minute, the average power is nevertheless not more than 20 kWh. An improvement in the performance of this known device can only be achieved by increasing the pulse rate.
Wie bereits erwähnt, verwendet die bekennte Vorrichtung zum Erzeugen der Flüssigkeitsstrahlen Kolben, die durch komprimierte Luft in die Flüssigkeitssäule getrieben werden, und dadurch die Flüssigkeitssäule durch eine lange konvergierende Düse mit großer Geschwindigkeit zur Austrittsseite der Düse treiben. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß anstelle des Kolbens eine Wassersäule verwendet wird (Prinzip des Flüssigkeitskolbens). In beiden Fällen ist es für die beste Leistung von Wichtigkeit, daß die Düse und der Leitungsteil zwischen dem Kolben und der Wassersäule evakuiert sind, d. h., daß sie frei von Flüssigkeit sind.As already mentioned, the avowed device used to generate the liquid jets Pistons that are propelled into the column of liquid by compressed air, and thereby the column of liquid propel through a long converging nozzle at high speed to the exit side of the nozzle. Another possibility is to use a water column instead of the piston (principle of the Liquid piston). In either case, it is important that the nozzle and the Line part between the flask and the water column are evacuated, d. i.e. that they are free of liquid.
Daraus ergeben sich weitere Nachteile. Zwischen dem Druckluftbehälter und der Beschleunigungsstrecke muß ein schnellwirkendes Hochdruckventil eingesetzt werden. Der Kolben muß schnell und ohne Energicverlust zurückgebracht werden. Eine die Flüssigkeit vor dem Stoß an der Eintrittsseite der Düse erfassende Umhüllung wird benötigt. Zwischen den einzelnen Pulsen muß diese Umhüllung gleichzeitig mit den Resten der Flüssigkeit in der Düse entfernt werden.This gives rise to further disadvantages. Between the compressed air tank and the acceleration section a fast acting high pressure valve must be used. The piston must be quick and without loss of energy be returned. One that detects the liquid before the impact on the inlet side of the nozzle Wrapping is required. Between the individual pulses, this envelope must be simultaneous with the Remnants of the liquid in the nozzle are removed.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlcn zu schaffen, deren Leistung im Vergleich mit bekannten Vorrichtungen wesentlich höher ist.In contrast, the invention is based on the object of providing a device for generating pulsating To create liquid jets, the performance of which is essential in comparison with known devices is higher.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Drehkörper ein Düsenrad ist, das an seinem Umfang mit in gleichen Abs'.änden voneinander angeordneten und sich über seine ganze Breite erstreckenden, sich zur Austrittsöffnung hin verjüngenden Düsen versehen ist, deren Achsen zur Rotationsachse des Düsenrades um einen Winkel geneigt sind.This object is achieved in that the rotating body is a nozzle wheel, which on its circumference with arranged at equal distances from one another and extending over its entire width, to the Outlet opening is provided tapering nozzles, the axes of which to the axis of rotation of the nozzle wheel are inclined at an angle.
Der damit erreichte Vorteil wird vor allem darin gesehen, daß der Flüssigkeitsstrom in einzelne Flüssigkeitsstrahlen aufgelöst wird, denen zusätzlich durch die Fliehkraft weitere Energie zugeführt wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Düsenrad mit umfangsseitig angeordneten Düsen vorgesehen, bei dem die Düsen zur Rotationsachse des Düsenrades unter einem Winkel derart geneigt angeordnet sind, daß der Impuls der austretenden Flüssigkeitsstrahlen von der Drehgeschwindigkeit des Düsenrades einerseits und der Geschwindigkeit der Flüssigkeit andererseits abhängig ist. Der Flüssigkeitsstrom kann den einzelnen Düsen durch einen einzigen Kanal zugeführt werden, so daß die austretenden Flüssigkeitsstrahlen immer auf ein und dieselbe Stelle gerichtet sind. Dadurch wird außer dem Losbrechen eines Gesteins auch ein Schneiden von Holz, Metallblechen od. dgl. ermöglicht. Insbesondere läßt sich auf einfache Weise erreichen, daß nach der Beaufschlagung der einzelnen Düsen durch die Flüssigkeit diese auf ihrer weiteren Umlaufbahn restlos von der Flüssigkeit befreit werden. Die der Flüssigkeit zugeführte Energie kommt daher voll zum Tragen, da in den Diisenkanälen des Düsenrades im Bereich der Druckflüssigkeitszuführung keine Restflüssigkeit mehr vorhanden ist, die verdrängt oder beschleunigt werden müßte. Im Ergebnis erhält man damit eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades und eine Vergrößerung der Leistung.The advantage achieved in this way is seen primarily in the fact that the flow of liquid is divided into individual jets of liquid is dissolved, to which additional energy is supplied by the centrifugal force. In the According to the invention, a nozzle wheel with circumferentially arranged nozzles is provided which the nozzles are arranged inclined to the axis of rotation of the nozzle wheel at an angle such that the impulse of the exiting liquid jets from the speed of rotation of the nozzle wheel on the one hand and on the other hand depends on the velocity of the liquid. The flow of liquid can affect the individual Nozzles are fed through a single channel, so that the exiting jets of liquid are always on and directed at the same place. As a result, apart from breaking loose rock, it also cuts Wood, sheet metal or the like. Enables. In particular, it can be achieved in a simple manner that after the Exposure of the individual nozzles to the liquid completely removes them from the rest of their orbit Fluid to be freed. The energy supplied to the liquid is therefore fully effective, since in the There are no more residual liquid in the nozzle wheel's nozzle channels in the area of the hydraulic fluid supply that should be suppressed or accelerated. The result is a significant one Improvement in efficiency and an increase in performance.
Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; es zeigtThe following is a shown in the drawing Embodiment of the invention explained; it shows
Fig. I eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem umlaufenden Düsenrad zum Erzeugen von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen einer hohen s Geschwindigkeit, die zum Schneiden einer Felsenabbaufront dient,Fig. I is a schematic representation of a device with a rotating nozzle wheel for generating high pulsating jets of liquid s speed used to cut a rock face,
F i g. 2 einen Längsschnitt des abgewickelten Mantels des Düsenrades der Vorrichtung nach der Fig. 1, mit in mehreren Düsen eingespritzten Flüssigkeitssäulen,F i g. 2 shows a longitudinal section of the developed jacket of the nozzle wheel of the device according to FIG. 1, with in columns of liquid injected into several nozzles,
ίο F i g. 3 einen Querschnitt des Düsenrades, in welchem die nach dem Puls in den Düsen gebliebenen Flüssigkeitssäulen durch Saugwirkung oder komprimierie Luft entfernt werden,ίο F i g. 3 shows a cross section of the nozzle wheel in which the columns of liquid remaining in the nozzles after the pulse by suction or compression Air to be removed,
Fig.4 einen Längsschnitt des Düsenrades mit einer4 shows a longitudinal section of the nozzle wheel with a
is Düse undis nozzle and
F i g. 5 einen Querschnitt des Düsenrades, in welchem die nach dem Puls in den Düsen gebliebenen Flüssigkeitssäulen durch die Zentrifugalkraft entfernt werden.F i g. Figure 5 is a cross-section of the nozzle wheel in which those remained in the nozzles after the pulse Columns of liquid are removed by centrifugal force.
Die Vorrichtung mit einem umlaufenden Düsenrad 1 ist schematisch in der Fig. 1 dargestellt. Die Flüssigkeit wird in diese Vorrichtung aus einer Hauptwasserleitung zugeführt, wobei in die Flüssigkeit durch eine Pumpe 6 Zusatzmittel aus einem Behälter 15, wie Lösungen mit Langkettenmolekülen, zugemischt werden. Ein ununterbrochener Flüssigkeitsstrom wird durch eine Hochdruckpumpe 5 durch ein flexibles Verbindungsrohr 4 in einen Kanal 3 einer üblichen Bauart befördert, der in der Nähe des Düsenrades 1 angeordnet ist. Anstelle einesThe device with a rotating nozzle wheel 1 is shown schematically in FIG. The liquid is fed into this device from a main water pipe, with the liquid being fed into this device by a pump 6 Additives from a container 15, such as solutions with long chain molecules, are mixed in. An uninterrupted one Liquid flow is caused by a high pressure pump 5 through a flexible connecting pipe 4 in a duct 3 of a conventional type, which is arranged in the vicinity of the nozzle wheel 1, is conveyed. Instead of one
yo Kanals können zwei oder mehrere Kanäle verwendet werden, um die auf das Düsenrad 1 wirkenden Kräfte auszubalancieren. Das Düsenrad 1 ist am Umfang mit über seine ganze Breite sich erstreckenden Düsen 2 versehen. yo channel, two or more channels can be used to balance the forces acting on the nozzle wheel 1. The nozzle wheel 1 is provided on the circumference with nozzles 2 extending over its entire width.
Die Geschwindigkeit des ununterbrochenen Flüssigkeitsstromes, der dem Kanal 3 zugeführt wird, kann lOOm/sec betragen. Dieser Strom entspricht einem Flüssigkeitskolben, der in einzelne Flüssigkeitssäulen einer bestimmten Länge geteilt wird, wobei jede Flüssigkeitssäule in eine andere Düse 2 des Düsenrades 1 eingespritzt wird.The speed of the uninterrupted flow of liquid that is fed to the channel 3 can lOOm / sec. This flow corresponds to a liquid piston that breaks into individual columns of liquid a certain length is divided, with each column of liquid in a different nozzle 2 of the nozzle wheel 1 is injected.
Die Auslaßöffnung 3a des Kanals 3 weist im Querschnitt eine nicht kreisförmige Form auf, wie aus der Fig.3 ersichtlich ist. Der Kanal 3 befindet sich in der Nähe des Umfanges des Düsenrades 1, so daß seine Auslaßöffnung 3a unmittelbar an der Eintrittseite 2a der entsprechenden Düse 2 liegt, wobei die Querschnittsfläche der Auslaßöffnung mindestens der Querschnittsfläche der Eintrittsseite 2a der entsprechenden Düse 2The outlet opening 3a of the channel 3 has a non-circular shape in cross section, as shown in FIG the Fig.3 can be seen. Channel 3 is in the vicinity of the circumference of the nozzle wheel 1, so that its outlet opening 3a is directly on the inlet side 2a of the corresponding nozzle 2 lies, wherein the cross-sectional area of the outlet opening is at least the cross-sectional area the inlet side 2a of the corresponding nozzle 2
so entspricht. Die Flüssigkeit wird so in jede Düse 2 in bestimmten Mengen eingespritzt, wobei das Düsenrad 1 durch einen Antriebsmotor 8 um seine horizontale Achse gedreht wird.so corresponds. The liquid is thus injected into each nozzle 2 in certain quantities, with the nozzle wheel 1 is rotated by a drive motor 8 about its horizontal axis.
Die Achse jeder Düse 2 ist zur Rotationsachse des Düsenrades 1 um einen Winkel α geneigt, wie in der F i g. 2 dargestellt ist. Um die Wirkung der Seitenkräfte auf das Düsenrad 1 zu vermeiden, ist der Winkel λ auf die Drehgeschwindigkeit des Rades 1 und auf die Geschwindigkeit der eingespritzten Flüssigkeit wieThe axis of each nozzle 2 is inclined to the axis of rotation of the nozzle wheel 1 by an angle α, as in FIG F i g. 2 is shown. In order to avoid the effect of the side forces on the nozzle wheel 1, the angle λ is on the speed of rotation of the wheel 1 and the speed of the injected liquid such as
1«) folgt bezogen:1 «) follows related:
■e · - r ·■ e · - r ·
Die Frequenz der pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen ist bestimmt durch die folgende Gleichung:The frequency of the pulsating liquid jets is determined by the following equation:
2.7 R-.2.7 R-.
In beiden Gleichungen bedeutet:In both equations:
R den Radius des Düsenrades, R is the radius of the nozzle wheel,
ω die Winkelgeschwindigkeit des Düsenrades, U die Geschwindigkeit der zugeführtcn Flüssigkeit und S den Abstand der einzelnen Düsen voneinander.ω is the angular speed of the nozzle wheel, U is the speed of the supplied liquid and S is the distance between the individual nozzles.
Grundsätzlich kann in der Vorrichtung jede Art von Düsen Verwendung finden, z. B. konische oder exponentielle Düsen. Der einzige Unterschied besteht in der Anordnung eines Übergangsteiles mit konstantem Querschnitt, der sich von der Eintrittsseite 2a der Düse 2 bis zu dem Querschnitt, der mit 2b bezeichnet ist, erstreckt (siehe F i g. 2). Dies ist erforderlich aus dem folgenden Grunde. Der Eingang der Düse 2 ist im Querschnitt im Idcalfall nicht kreisförmig, er ist fast viereckig, während der bei 2b beginnende Teil bis zu der Austrittsseite 2c im Querschnitt kreisförmig ist. Durch den nicht kreisförmigen Querschnitt des Einganges der Düse wird ermöglicht, daß am Umfang des Düsenrades 1 eine maximale Anzahl der Düsen 2 angeordnet werden kann. Auf diese Weise wird die Oberfläche auf der Rückseite des Düsenrades zwischen jeder Düse, die dem Wasscrschlagdruck ausgesetzt ist, am kleinsten gehalten, womit auch die nachteiligen Kavitationscffektc vermindert werden (siehe auch Fig.4). Außerdem wird sowohl der Wasser- als auch der Encrgievcrlust herabgesetzt.In principle, any type of nozzle can be used in the device, e.g. B. conical or exponential nozzles. The only difference is the arrangement of a transition part with a constant cross section, which extends from the inlet side 2a of the nozzle 2 to the cross section which is designated by 2b (see FIG. 2). This is necessary for the following reason. The inlet of the nozzle 2 is not circular in cross section in the Idcal case, it is almost square, while the part beginning at 2b up to the outlet side 2c is circular in cross section. The non-circular cross-section of the inlet of the nozzle enables a maximum number of nozzles 2 to be arranged on the circumference of the nozzle wheel 1. In this way, the surface on the back of the nozzle wheel between each nozzle that is exposed to the water hammer pressure is kept as small as possible, which also reduces the disadvantageous cavitation effects (see also Fig. 4). In addition, both water and energy loss are reduced.
Es ist auch möglich, eine Kombination verschiedenartig gestalteter Düsen zu verwenden. Eine solche Kombination ermöglicht die Veränderung des Durchmessers und der Geschwindigkeit der einzelnen Strahlen während jeder Drehbewegung des Düsenrades, so daß die beste Schnitlleistung erreicht werden kann. Um z. B. das Material aufzusprengen, wird ein sehr feiner Flüssigkeitsstrahl einer hohen Geschwindigkeit verwendendem ein Flüssigkeitsstrahl mit größerem Durchmesser folgt, um den Spalt zu erweitern, wonach vom Materialblock Stücke abgerissen werden.It is also possible to use a combination of differently shaped nozzles. Such a combination enables the diameter and the speed of the individual jets to be changed during each rotary movement of the nozzle wheel, so that the best cutting performance can be achieved. To z. B. to blast the material, a very fine jet of liquid at high speed using a jet of liquid with a larger diameter follows to widen the gap, after which pieces are torn from the block of material.
Der Innenhohlraum jeder Düse 2 verjüngt sich von der mit 2b bezeichneten Stelle zu der Austrittsseiic 2c der Düse 2.The inner cavity of each nozzle 2 tapers from the point indicated by 2b to the outlet port 2c of the nozzle 2.
Durch die Drehbewegung des Düsenrades 1, die demselben durch den Antriebsmotor 8 erteilt wird, verlassen die FlüssigkeilssiUilcn in raschpulsiercndcn dynamischen Druckstößen die Austrittsseite 2c· jeder Düse 2, wobei sie einen ununterbrochenen Strom von Flüssigkeitsstrahlen bilden, um Materialien zu schneiden, zu brechen, abzutragen, zu verformen oder zu reinigen. Die in den Düsen nach dem Stoß übriggebliebene Flüssigkeitsmenge wird dann abgeführt entweder durch die Absaugung auf der Rückseite des Düscnrudes 1 oder durch die Verwendung von Hochdruckluft auf der Vorderseite des Düsenrades 1. Die so abgeführte Flüssigkeit wird durch einen festen Sammler 9 zurück in die Leitungen 4 gebracht und mittels einer Vakuumpumpe 7 zur Hochdruckpumpe 3 befördert. Auf diese Weise wird die in den Düsen übriggebliebene Flüssigkeit, die ungefähr 90% der eingespritzten Flüssigkeitsmenge darstellt, zu der Einlaßöffnung der Hochdruckpumpe 3 zugeführt. Dies ist von einer besonderen Bedeutung bei der Verwendung von ZusutzmiUcln. Die Drehgeschwindigkeit des Rüdes 1 wird durch die Zeitdauer bestimmt, in welcher die Düsen 2 zwischen einzelnen Stollen entleert werden können, d. h„ daß die Entlcerungszeit kleiner als die Zeitspanne einer Umdrehung sein muß. Wegen der Querbewegung der Düsen besteht keine Überlagerung der schnellaufenden Fronten der Flüssigkeitsstrahl mit den lanRsamer laufenden Enden der Due to the rotational movement of the nozzle wheel 1, which is imparted to it by the drive motor 8, the liquid wedge seals leave the outlet side 2c of each nozzle 2 in rapidly pulsating dynamic pressure surges, forming an uninterrupted stream of liquid jets in order to cut, break and remove materials, to deform or clean. The amount of liquid remaining in the nozzles after the impact is then discharged either through the suction on the rear of the nozzle wheel 1 or through the use of high pressure air on the front of the nozzle wheel 1. The liquid thus discharged is returned to the lines 4 through a fixed collector 9 brought and conveyed to the high pressure pump 3 by means of a vacuum pump 7. In this way, the liquid remaining in the nozzles, which is approximately 90% of the amount of the injected liquid, is supplied to the inlet port of the high pressure pump 3. This is of particular importance when using accessories. The speed of rotation of the dog 1 is determined by the length of time in which the nozzles 2 can be emptied between individual tunnels, i. h "that the draining time must be less than the time span of one revolution. Because of the transverse movement of the nozzles, there is no superposition of the fast moving fronts of the liquid jet with the slower moving ends of the
Flüssigkeitsstrahlen.Liquid jets.
In der Fig.5 ist ein Querschnitt des Düsenrades dargestellt, in dem die Seitenwände der Düsen 2, die an dem Umfang des Düsenrades 1 liegen, offen sind und Austrittsöffnungen 11 der Düsen bilden. Ein unbeweglicher Mantel 10 ist vorgesehen, dessen einer Teil 10;; geschlossen ist, während der andere Teil 10£> perforiert ist, so daß die in den Düsen 2 nach dem Stoß übriggebliebene Flüssigkeitsmenge durch Zcntrifugalkraft durch diese Austrittsöffnungen 11 und durch den perforierten Teil 10b in den Sammler 9 ausgetrieben werden kann.In Figure 5 is a cross section of the nozzle wheel shown, in which the side walls of the nozzles 2, which are located on the circumference of the nozzle wheel 1, are open and Form outlet openings 11 of the nozzles. An immobile one Sheath 10 is provided, one part of which 10 ;; is closed while the other part is £ 10> is perforated, so that the amount of liquid remaining in the nozzles 2 after the impact by Zcntrifugalkraft expelled through these outlet openings 11 and through the perforated part 10b into the collector 9 can be.
Der Antriebsmotor 8 ist direkt an der Antriebswelle 13 des Düsenrades 1 angeordnet. Dies ist von Vorteil, weil der Antriebsmotor 8 gemeinsam mit dem Düsenrad 1 überstellt werden kann. Dieser Motor kann ein elektrischer oder ein hydraulischer Motor sein, wobei der hydraulische Motor direkt von der Hochdruckpumpe 5 angetrieben wird.The drive motor 8 is arranged directly on the drive shaft 13 of the nozzle wheel 1. This is an advantage because the drive motor 8 can be transferred together with the nozzle wheel 1. This engine can be a electric or hydraulic motor, the hydraulic motor coming directly from the high pressure pump 5 is driven.
Es besteht die Möglichkeit, daß die Scitenkräftc, die während des Einspritzens der Flüssigkeil auf das Düsenrad einwirken, demselben selbst oder in Verbindung mit dem Motor eine Drehbewegung erteilen.There is a possibility that the scientific forces who act during the injection of the liquid wedge on the nozzle wheel, the same or in connection give a rotary motion with the motor.
Die flexiblen Vcrbindungsleitungen 4 ermöglichen, daß das Düsenrad 1 entlang einer Felsenabbaufront 12 oder einer anderen Oberfläche, die geschnitten oder auf eine andere Weise behandelt werden soll, bewegt wird, ohne daß die schweren Teile der Vorrichtung, wie die Hochdruckpumpe 5, verschoben werden müssen.The flexible connecting lines 4 enable the nozzle wheel 1 to move along a rock excavation face 12 or any other surface that is to be cut or otherwise treated, without the heavy parts of the device, such as the high pressure pump 5, having to be moved.
Wenn der Durchmesser der Eintrittsseite 2,i der Düse auf 14 mm und der Winkel λ auf 16" festgesetzt wird, wird eine Länge der Wassersäule von 80 mm bei einem 22 mm breiten Kanal 3 erhalten. Durch die Änderung der Form, der Länge und des Qucrschniltsverhältnisses der Düsen 2, kann im Grundsatz jede verlangte Geschwindigkeit des Hüssigkcitsstrahles erreicht weiden. Wenn jedoch der Flüssigkeitsstrahl auf einen Durchmesser von 1 mm beschränkt wird und eine IbO mm lange exponentiell Düse verwundet wird, wird die maximale Geschwindigkeit des l'lüssigkeilsstrahles (/„,,„ 2500 m/sec, der innerhalb der Düse wirkende Maximaldruck /„,,„ 8 Kilobar betragen, wobei die Vorrichtung eine Leistungsfähigkeit η von etwa HO0/' aufweist.If the diameter of the inlet side 2, i of the nozzle is set to 14 mm and the angle λ to 16 ", a length of the water column of 80 mm is obtained with a 22 mm wide channel 3. By changing the shape, the length and the Cross-section ratio of the nozzles 2, can in principle be achieved any required speed of the liquid jet. However, if the liquid jet is restricted to a diameter of 1 mm and an exponential nozzle is wounded exponentially, the maximum speed of the liquid jet (/ ", , "2500 m / sec, the maximum pressure acting inside the nozzle /""" be 8 kilobars, the device having a performance η of about HO 0 / '.
Um die gleiche Geschwindigkeit mit einer Vorrichtung mit einem kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahl /u erreichen, würde ein Druck von 32 Kilobar nöiig sein.To the same speed with one device to achieve / u with a continuous jet of liquid, a pressure of 32 kilobars would be necessary.
Die Größe des Düsenrades ist von der lintlcerungszeit der Düse 2 abhängig. Unter der Voraussetzung, daß die Entlccrungszeii 30 m/sec dauert, ist die maximale Drehgeschwindigkeit auf 2000 U/min beschrankt. Aus der Gleichung beircffend den Winkel λ wird /?- 15 cm ausgerechnet. Das heißt, dall 60 Düsen an jedem Düsenrad 1 angebracht werden können. Die Impulsfrcquenz F würde in diesem Fall 2000 Impulsc/scc betragen, The size of the nozzle wheel depends on the linting time of the nozzle 2. Assuming that the release time lasts 30 m / sec, the maximum speed of rotation is limited to 2000 rpm. Using the equation for the angle λ, /? - 15 cm is calculated. That is, since 60 nozzles can be attached to each nozzle wheel 1. The pulse frequency F in this case would be 2000 pulse c / scc,
Die oben beschriebene Vorrichtung kann /.. B. zum Schneiden von Belon, von Fels, von Pfluslertnateriulien, Ziegelwtlnden usw. verwendet werden. Für gewisse Schneidevorgange sind hohe StoQdrückc nicht nötig, so dnß in diese Vorrichtung Wasser aus einer Niederdruck' wasserleitung, ζ. B. aus einem Feuerhydrunt, zugeführt werden kann. Holz, Papier und andere weiche Materialien können mit kleinen Geschwindigkeiten der Flüssigkeitsstrahl geschnitten werden. In solchen Füllen kann die Vorrichtung sogar mit Wasser aus einer üblichen Wasserleitung gespeist werden. Zum Schneiden von Mctiillblechen ader von Kunststoffplatte!)The device described above can / .. B. for Cutting of Belon, of rock, of Pfluslertnateriulien, Brick walls, etc. are used. For certain cutting processes, high impact pressures are not necessary, see above dnß in this device water from a low pressure 'water pipe, ζ. B. from a fire hydrunt, supplied can be. Wood, paper and other soft materials can run at small speeds Liquid jet are cut. In such fills, the device can even be filled with water from a usual water pipe to be fed. For cutting metal sheets or plastic sheets!)
den sehr feine, gebündelte Flüssigkeitsstrahlen einer
en Geschwindigkeit benötigt. Diese Vorrichtung ist h für diese Art Arbeitsvorgänge geeignet.
)ie Vorteile der oben beschriebenen Vorrichtung fassen das Folgende:which requires very fine, bundled jets of liquid at a high speed. This device is suitable for this type of operation.
The advantages of the device described above summarize the following:
mehrfach höhere Impulsfrequenzen als bei den üblichen Vorrichtungen,several times higher pulse frequencies than with the usual devices,
eine größere Leistungsfähigkeit als bei den pneumatisch angetriebenen Vorrichtungen zum Erzeugen
von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen,
kein Bedarf an Kolben und schnell wirkenden Ventilen,
die Entleerung der Düsen ist einfach und wirda higher efficiency than with the pneumatically driven devices for generating pulsating liquid jets,
no need for pistons and fast acting valves,
emptying the nozzles is and will be easy
während der Zeit einer Drehbewegung des Düsenrades ausgeführt,performed while the nozzle wheel is rotating,
das Düsenrad ist leicht und kompakt und kann einfach längs- und querbewegt werden, ohne daß die
Hochdruckpumpe verschoben werden muß,
die Vorrichtung arbeitet mit verhältnismäßig niedrigen Drücken im Vergleich mit den Vorrichtungen
zum Erzeugen von kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahlen, the nozzle wheel is light and compact and can easily be moved lengthways and crossways without having to move the high pressure pump,
the device works with relatively low pressures in comparison with the devices for generating continuous liquid jets,
keine neue Technologie zur Herstellung der Vorrichtung wird verlangt. Außer dem Düsenrad sind alle anderen Teile auf dem Markt erhältlich.no new technology for manufacturing the device is required. Except for the jet wheel all other parts are available on the market.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (6)
U die Geschwindigkeit der zugeführten Flüssigkeil ist.ω is the angular velocity of the nozzle wheel and
U is the speed of the supplied liquid wedge.
Applications Claiming Priority (1)
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Legal Events
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