DE2335893C3 - Device for generating pulsating jets of liquid at high speed and high pulse frequency - Google Patents
Device for generating pulsating jets of liquid at high speed and high pulse frequencyInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzcugen von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen zum Schneiden, Brechen, Abtragen, Verformen oder Reinigen von Materialien, mit einer Hochdruckflüssigkeitspumpe, einer Zusalzmittclpuiiipc und einer Rückförderpimipe, die über Flüssigkeitsleitungen miteinander in Verbindung stehen und einen offenen Flüssigkeitskreislauf bilden, und mit einem Drehkörper, der an die Flüssigkeitsleitungen angeschlossen und um seine Achse drehbar ist.The invention relates to an ore cupping device of pulsating jets of liquid for cutting, breaking, ablating, deforming or cleaning Materials, with a high pressure liquid pump, a Zusalzmittclpuiiipc and a return pump, which are connected to one another via liquid lines and an open liquid circuit form, 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 Flüssigkeitsstrahlen allerdings für Reinigungszwecke, insbesondere in petrochemischen Anlagen, verwendet. Es gibt aber auch Vorrichtungen zum Erzeugen von Flüssigkeitsstrahlen hoher Geschwindigkeit zum Schneiden von Holz, Papier, Kunststoffmaterialien und ähnlichen Materialien. Außerdem existieren Vorrichtungen, die im Kohlen- oder Mineralienbcrgbau sowie im Tunnelbau Anwendung finden.Pulsating jets of liquid at high speed are of use in various branches of technology increasingly important in cutting, breaking, ablating, deforming, cleaning, etc. of materials. However, such liquid jets were mainly used for cleaning purposes, especially in petrochemical plants. However, there are also devices for generating jets of liquid high speed for cutting wood, paper, plastic materials and similar materials. In addition, there are devices that are used in coal or mineral mining and in tunnel construction Find application.
Die meisten der bekannten Vorrichtungen erzeugen Flüssigkeitsstrahlen, die wahrend eines bestimmten Zeitintervalls kontinuierlich aus einer dieser austreten. Der Impuls dieser Flüssigkeitsstrahlen kann nur über eine Vergrößerung des Förderdruckes erhöht werden. Bei größeren verlangten Leistungen ist es deswegen notwendig, daß innerhalb größerer Teile der bekannten Vorrichtungen mit hohen Drücken von I bis IO kbar gearbeitet wird. Der Anwendung derartig hoher Drücke sind jedoch Grenzen gesetzt. Deswegen können härtere Materialien, wie z. B. die meisten Metalle, mit diesen Vorrichtungen nicht geschnitten werden.Most of the known devices generate jets of liquid during a certain Time interval continuously emerge from one of these. The momentum of these jets of liquid can only be about an increase in the delivery pressure can be increased. That is why it is used for greater performance necessary that within larger parts of the known devices with high pressures from I to IO kbar 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 zum Herstellen eines Bohrloches mit einem Flüssigkeitsstrahl (US-PS 32 51 424). bei der der Drehkörper eine drehbare Ventilplatte ist, deren DurchtrittsöffnungenThis applies e.g. B. for a known device for producing a borehole with a jet of liquid (U.S. Patent 3,251,424). in which the rotating body is a rotatable valve plate, the passage openings of which
is sich zeitweise mit den Öffnungen einer starren Venlilplatte überdecken, oder für einen pneumatischen Pulsator (DT-AS 17 58 551), der im wesentlichen im Zusammenhang mit chemischen Apparaten eingesetzt wird und bei dem ein Schieber abwechselnd einenis at times rigid with the openings Cover valve plate, or for a pneumatic pulsator (DT-AS 17 58 551), which is essentially in Connection with chemical apparatus is used and in which a slide alternately one
.40 Behälter mit einer Druekluftquellc verbindet, so daß die im Behälter befindliche Flüssigkeit in Schwingungen versetzt wird..40 container with a Druekluftquellc connects 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 beschleunigtenFurthermore, a device is known (US-PS 33 43 794) in which the liquid with an accelerated
\s Kolben in eine Düse eingespritzt wird, deren Innenraum so gestaltet ist, daß der statische Druck der eingespritzten Flüssigkeit beim Eintritt in den Innenraum unverändert oder annähernd unverändert bleibt und sich dann bis auf den maximalen Druck erhöht. Bei \ s piston is injected into a nozzle, the interior of which is designed so that the static pressure of the injected liquid remains unchanged or almost unchanged when entering the interior and then increases to the maximum pressure. at
so Betätigung des Kolbens ist die Düse frei von Flüssigkeit. Die Dauer eines Impulses hat die Größenordnung von einigen 100 Mikrosekunden. Bei gleichem Maximaldruck in der Düse kann bei Anwendung eines pulsierenden Flüssigkeilsgrades eine doppelt so hoheso actuating the plunger the nozzle is free of liquid. The duration of a pulse is on the order of a few hundred microseconds. With the same maximum pressure in the nozzle, when a pulsating liquid wedge level is used, a level that is twice as high can be achieved
5.S Strahlgeschwindigkcit wie bei der Anwendung eines kontinuierlichen Strahles erhalten werden. Der Maximaldruck wird lokal, d. h. auf der Austrittsseite der Düse erzeugt, die dort ihren kleinsten Querschnitt hat. Da der Impuls pulsierender Flüssigkeitsstrahlen immer größer5.S jet speed as when using a continuous beam can be obtained. The maximum pressure is local, i. H. on the outlet side of the nozzle generated, which has its smallest cross-section there. Because the momentum of pulsating jets of liquid increases
<«> ist als der Impuls eines kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahls kann der in dieser Vorrichtung herrschende
Maximaldruck bis zu lOmal höher sein als bei
Anwendung kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahlen.
Diese bekannte Vorrichtung weist aber mehrereAs the impulse of a continuous liquid jet, the maximum pressure prevailing in this device can be up to 10 times higher than when using continuous liquid jets.
However, this known device has several
(>s schwerwiegende Nachteile auf. Obwohl Höchstleistungen von 60 000 J/Puls erreicht werden konnten, liegen die Mittelwerte bedeutend niedriger, ungefähr in der Größenordnung von 200 Wh (bei einem Puls pro 5(> s serious disadvantages. Although top performance of 60,000 J / pulse could be achieved, the mean values are significantly lower, around the Of the order of 200 Wh (with one pulse per 5th
Minuten). Auch wenn die Pulsfrequenz auf 10 bis 20 Pulse pro Minute erhöht wird, beträgt die Durchschnittsleistung dennoch nicht mehr als 20 kWh. Eine Verbesserung der Leistung dieser bekannten Vorrichtung läßt sich nur durch Vergrößerung der Pulsfrequenz erreichen.Minutes). Even if the pulse rate is increased to 10 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 bekannte Vorrichtung zum Erzeuger, 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 Aüstrittsseite 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 known 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 drift through a long converging nozzle at high speed to the outlet 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 Druckluftbehälterund der Beschleunigungsstrecke muß ein schnellwirkendes Hochdruckventil eingesetzt werden. Der Kolben muß schnell und ohne E.vergieverlust zurückgebracht werden. Eine die Flüssigkeit vor dem Stoß an der Eintrittsseitc der Düse erfassende Umhüllung wird benötigt. Zwischen den einzelnen Pulsen muß diese Umhüllung gleichzeitig mit den Resten der Flüssigkeil 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 flask 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 wedge in the nozzle are removed.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen 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 in comparison with known devices is significant is higher.
Diese Aufgabe wird dadurch gelösl, daß der Drehkörper ein Düsenrad ist, das an seinem Umfang mit in gleichen Abständen 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 task is solved in that the Rotary body is a nozzle wheel, which is arranged on its circumference with and at equal distances from one another is provided over its entire width extending nozzles tapering towards the outlet opening, whose axes are inclined at an angle to the axis of rotation of the nozzle wheel.
Der damu 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 ?ur Rotationsachse des Düsenrades unter einem Winkel derart geneigt angeordnet sind, daß der Impuls der austretenden Flüssigkeitsstrahleii von der Drehgeschwindigkeit des Diisenrades einerseits und der Geschwindigkeit tier Flüssigkeit andererseits abhängig ist. Der Flüssigkeitsstrom kann den einzelnen Düsen durcn 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 zugeführtc Energie kommt daher voll zum Tragen, da in den Düsenkanälen des Diisenrades im Bereich der Drtickflüssigkeitszuführung keine Restflüssigkcit 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 by this is mainly in it seen that the liquid flow is resolved into individual liquid jets, which are additionally through the Centrifugal force is supplied with more energy. In the device according to the invention is a nozzle wheel with circumferentially arranged nozzles are provided, in which the nozzle over the axis of rotation of the nozzle wheel are arranged inclined at an angle such that the momentum of the exiting liquid jets of the speed of rotation of the Diisenrades on the one hand and the speed of the liquid on the other hand is dependent. The flow of liquid can be fed to the individual nozzles through a single channel, see above that the exiting jets of liquid are always directed at one and the same place. This will save The breaking out of a rock also enables wood, sheet metal or the like to be cut. In particular can be achieved in a simple manner that after the liquid has acted on the individual nozzles these are completely freed from the liquid on their further orbit. The supplied to the liquidc Energy is therefore fully used because it is in the nozzle channels of the nozzle wheel in the area of the pressurized liquid supply there is no longer any residual liquid that can be displaced or accelerated would have to. As a result, there is a considerable improvement in efficiency and an increase in size performance.
Im folgenden wird ein i;i der Zeichnung dargestelltesIn the following an i; i of the drawing is shown
Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; es zeigtEmbodiment of the invention explained; it shows
Fig. I eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem umlaufenden Düsenrad zum Erzeugen von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen einer hohen 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 Speed used to cut a rock face,
Fi g. 2 einen Längsschnitt des abgewickelten Mantels des Düsenrades der Vorrichtung nach der Fig. I1 mit in mehreren Düsen eingespritzten Flüssigkeitssäulen,Fi g. 2 a longitudinal section of the unwound shell of the nozzle wheel of the apparatus of Fig. I 1 with fuel injected into a plurality of nozzle columns of liquid,
F i g. 3 einen Querschnitt des Düsenrades, in welchem die nach dem Puls in den Düsen gebliebenen Flüssigkeilssäulen durch Saugwirkung oder komprimiertt Luft entfernt werden,F i g. 3 shows a cross-section of the nozzle wheel in which those remained in the nozzles after the pulse Liquid wedge columns are removed by suction or compressed air,
Fig.4 einen Längsschnitt des Düsenrades mit einer Düse und4 shows a longitudinal section of the nozzle wheel with a 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 umlai<f :nden Düsenrad 1 ist schematisch in der Fig.! 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 Langke'tenmolekülen, 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 I angeordnet iss. Anstelle eines 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.The device with a umlai <f: Düsenrad ligand 1 is shown schematically in Fig.! shown. The liquid is fed into this device from a main water line, additives from a container 15, such as solutions with Langke'ten molecules, being mixed into the liquid by a pump 6. An uninterrupted flow of liquid is conveyed by a high pressure pump 5 through a flexible connecting pipe 4 into a channel 3 of a conventional type, which is arranged in the vicinity of the nozzle wheel I. Instead of one channel, two or more channels can be used in order 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 Flüssigkeit; säulen einer bestimmten Länge geteilt wird, wobei jede Flüssigkeitssäule in eine andere Düse 2 des Düsenrades 1 e :igespritzt wird.The speed of the uninterrupted flow of liquid, which is fed to channel 3 can be 100 m / sec. This stream corresponds to one Liquid piston that divides into single liquid; pillars of a certain length are divided, each Liquid column is injected into another nozzle 2 of the nozzle wheel 1 e.
Die Auslaüöffniing 3a des Kanals 3 weist im Querschnitt eine nicht kreisförmige Form juf, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist. Der Kanal 1 befindet sich in der Nähe des UmFanges des Düsenrades 1, so daß seine Auslaßöffnung 3.7 unmittelbar an der Eintrittseite 2ader entsprechenden Düse 2 liegt, wobei die Querschnittsfläche der Auslaßöffnung mindestens der Querschnittsfläche der Eintrittsseite 2a der entsprechenden Düse 2 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.The outlet opening 3a of the channel 3 has a non-circular shape in cross section, as can be seen from FIG. The channel 1 is located near the circumference of the nozzle wheel 1, so that its outlet opening 3.7 lies directly on the inlet side 2 of the corresponding nozzle 2, the cross-sectional area of the outlet opening corresponding to at least the cross-sectional area of the inlet side 2a of the corresponding nozzle 2. The liquid is thus injected into each nozzle 2 in certain quantities, the nozzle wheel 1 being rotated about its horizontal axis by a drive motor 8.
Die Achse jeder Düse 2 ist zur Rotationsachse des Düsenrades 1 um tinen Winkel <x geneig«, wie in der F i g. 2 dargestellt ist. Um die Wirkung der Seitenkräfte auf das Düsenrad 1 zu vermeiden, ist der Winkel α auf die Drehgeschwindigkeit des Rades 1 und auf die Geschwindigkeit der eingespritzten Flüssigkeit wie folgt bezogen:The axis of each nozzle 2 is inclined to the axis of rotation of the nozzle wheel 1 by an angle <x «, 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 α is on the speed of rotation of the wheel 1 and the speed of the injected liquid such as follows related:
2.,R1,2., R 1 ,
Iu χ = L, Iu χ = L ,
Die Frequenz der pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen ist bestimmt durch die folgende Gleichung:The frequency of the pulsating liquid jets is determined by the following equation:
F = F =
2.7«,2.7 «,
.S".S "
In beiden Gleichungen bedeutet:In both equations:
R den Radius des Düsenrades. R is the radius of the nozzle wheel.
υ) die Winkelgeschwindigkeit des Düsenrades, IJ die Geschwindigkeit der zugeführten flüssigkeit und S den Abstand der einzelnen Düsen voneinander. υ) the angular speed of the nozzle wheel, IJ the speed of the supplied liquid and S the distance between the individual nozzles.
Grundsätzlich kann in der Vorrichtung jede Art von Düsen Verwendung finden. /.. H. konische oder exponentielle Düsen. Der einzige Unterschied besteht in der Anordnung eines Übergangsteiles mit konstantem Querschnitt, der sich von der Fintrittsseitc 2a der Düse 2 bis zu dem Querschnitt, der mit 2b bezeichnet ist. erstreckt (siehe I i g. 2). Dies ist erforderlich aus dem folgenden Grunde. Der umgang der Düse 2 ist im Querschnitt im Idealfall nicht kreisförmig, er ist last viereckig, während der bei 2b beginnende Teil bis zu der Auslrittsseitc 2c im Querschnitt kreisförmig ist. Durch den nicht kreisförmigen Querschnitt des liingangcs der Düse wird ermöglicht, daß am Umfang des Düsenrades I eine maximale Anzahl der Düsen 2 angeordnet werden kann. Auf diese Weise wird die Oberfläche auf der Rückseite des Düsenrades /wischen jeder Düse, die dem Wasserschlagdruck ausgesetzt ist. am kleinsten gehalten, womit auch die nachteiligen Kavitationseffekle vermindert werden (siehe auch I ig. 4). Außerdem wird sowohl der Wasser- als auch tier F.ncrgieverlust herabgesetzt.In principle, any type of nozzle can be used in the device. / .. H. conical or exponential nozzles. The only difference is the arrangement of a transition part with a constant cross-section, which extends from the Fintrittsseitc 2a of the nozzle 2 to the cross-section, which is denoted by 2b. extends (see I i g. 2). This is necessary for the following reason. The circumference of the nozzle 2 is ideally not circular in cross section, it is square, while the part beginning at 2b up to the exit side 2c is circular in cross section. The non-circular cross section of the liingangcs of the nozzle makes it possible that a maximum number of nozzles 2 can be arranged on the circumference of the nozzle wheel I. This way, the surface on the back of the jet wheel / wipe will wipe any jet exposed to water hammer pressure. kept as small as possible, which also reduces the disadvantageous cavitation effects (see also I ig. 4). In addition, both water and animal energy loss are reduced.
F.s ist auch möglich, eine Kombination verschiedenartig gestalteter Düsen zu verwenden Line solche Kombination ermöglicht die Veränderung des Durch messers und der Geschwindigkeit der einzelnen Strahlen wahrend leder Drehbewegung des Düsenrades, so daß die beste Schaltleistung erreicht werden kann. Um z. B. das Material aufzusprengen, wird ein sehr feiner flüssigkeitsstrahl einer hohen Geschwindigkeit verwendet, dem ein Flüssigkeitsstrahl mit größerem Durchmesser inlet, um tlen Spalt zu erweitern, wonach vom Materialblock Stucke abgerissen werden.It is also possible to use a combination of differently designed nozzles Line such Combination enables the change of the through knife and the speed of each Blasting while the nozzle wheel rotates so that the best switching performance can be achieved can. To z. B. to blast the material, a very fine jet of liquid is a high speed used, which a liquid jet with a larger Diameter inlet to widen the gap, after which Pieces are torn off from the block of material.
Der Innenhohlraiirn jeder Düse 2 verjüngt sich von der mit 2b bezeichneten Steile zu der Austrütsseite 2c der Düse 2.The inner hollow space of each nozzle 2 tapers from the point marked 2b to the discharge side 2c of the nozzle 2.
Durch die Drehbewegung des Düsenrades I. die demselben durch den Antriebsmotor 8 erteilt wird, verlassen die Fkissigkeitssaulen in raschpulsicrenden dynamischen Drucksteißen die Austrittsseite 2c jeder Düse 2. wobei sie einen ununterbrochenen Strom von Flüssigkeitsstrahler 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 Düsenrades 1 oder durch die Verwendung von Hochdruckiuft 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 5 befördert. Auf diese Weise wird die in den Düsen übriggebliebene Flüssigkeit, die ungefähr 90% der eingespritzten Flüssigkeitsmenge darstellt, zu der Einlaßöffnung der Hochdruckpumpe 5 zugeführt. Dies ist von einer besonderen Bedeutung bei der Verwendung von Zusatzmitteln. Die Drehgeschwindigkeit des Rades 1 wird durch die Zeitdauer bestimmt, in welcher die Düsen 2 zwischen einzelnen Stößen entleert werden können, d. h_ daß die Entleerungszeit kleiner als die Zeitspanne einer Umdrehung sein muß. Wegen der Querbewegung der Düsen besteht keine Überlagerung der schnellaufenden Fronten der Flüssigkeitsstrahlen mit den langsamer laufenden Enden der FlüssigkeitsstrahlerDue to the rotary movement of the nozzle wheel I., which is imparted to it by the drive motor 8, the liquid columns leave the outlet side 2c of each nozzle 2 in rapidly pulsating dynamic pressure surges, forming an uninterrupted stream of liquid jets to cut, break, and remove materials deform or clean. The amount of liquid remaining in the nozzles after the impact is then discharged either through the suction on the back of the nozzle wheel 1 or through the use of high pressure air on the front of the nozzle wheel 1 brought and conveyed to the high pressure pump 5 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 5. This is of particular importance when using additives. The speed of rotation of the wheel 1 is determined by the length of time in which the nozzles 2 can be emptied between individual bursts, i.e. h_ that the emptying time must be less than the time span of one revolution. Because of the transverse movement of the nozzles, there is no overlap between the fast moving fronts of the liquid jets and the slower moving ends of the liquid jets
In der Fig. 5 ist ein Querschnitt des Düsenrades dargestellt, in dem die Seitenwäntle der Düsen 2, die an dem Umfang des Düsenrades 1 liegen, offen sind und Austrittsöffnungen 11 der Düsen bilden. Fin unbeweglicher Mantel 10 ist vorgesehen, dessen einer Teil 10.) geschlossen ist, während der andere Feil \0h perforiert ist. so daß die in den Düsen 2 nach dem Stoß übriggebliebene Flüssigkeitsmenge durch Zentrifugalkraft durch diese Austrittsöffnungen 11 und durch den perforierten Teil (Oft in den Sammler 9 ausgetrieben werden kann.5 shows a cross section of the nozzle wheel 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. Fin immovable casing 10 is provided, one part of which is closed 10), while the other is perforated Feil \ 0h. so that the amount of liquid remaining in the nozzles 2 after the impact can be driven out by centrifugal force through these outlet openings 11 and through the perforated part (often into the collector 9.
Der Antriebsmotor 8 ist direkt an tier Antriebswelle H 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 cm hydraulischer Motor sein, wobei der hydraulische Motor direkt von der Hochdruckpumpe 5 angetrieben wird.The drive motor 8 is directly connected to the drive shaft H of the nozzle wheel 1 is arranged. This is advantageous because the drive motor 8 works together with the nozzle wheel 1 can be transferred. This motor can be an electric or hydraulic motor, whereby the hydraulic motor is driven directly by the high pressure pump 5.
Fs besteht die Möglichkeit, dal! die Seitenkräfte, die während des Finsprit/cns der Flüssigkeit auf das Düsenrad einwirken, demselben selbst oder in Verbindung mit dem Motor eine Drehbewegung erteilen.There is the possibility of dal! the side forces that act on the nozzle wheel while the liquid is being fueled, either by itself or in conjunction give a rotary motion with the motor.
Die flexiblen Verbindungsleitungen 4 ermöglichen, daß das Düsenrad 1 entlang einer Felsenabbaufront 12 oder eine·- anderen Oberfläche, die geschnitten oder auf eine ander- 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 another surface that is cut or on another way is to be treated, is moved, without the heavy parts of the device, such as the high pressure pump 5. having to be moved.
Wenn der Durchmesser der Lintrinsseile 2;/der Düse auf 14 mm und der Winkel λ auf I^ festgesetzt wird, wird eine Länge der Wassersäule von H'! mm bei einem 22 mm breiten Kanal 3 erhalten. Durch die Änderung der Form, der Länge und des Querschniltsverhältnisses der Düsen 2. kann im Grundsat/ jede verlangte Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahl erreicht werden. Wenn jedoch der Flüssigkeitsstrahl auf einen Durchmesser von I mm beschränkt wird und eine IbO mm lange exponentiell Düse verwendet wird, wird die maximale Geschwindigkeit des f lüssigkeitsstrahles ί/....,, 2500 m/sec. der innerhalb der Düse wirkende Maximaldruck /·...,, ti Kilobar betragen, wobei die Vorrichtung eine Leistungsfähigkeit ;; von etwa 80% aufweist.If the diameter of the lintrin ropes 2; / of the nozzle is set at 14 mm and the angle λ at I ^, the length of the water column becomes H '! mm obtained with a 22 mm wide canal 3. By changing the shape, the length and the cross-section ratio of the nozzles 2. in principle / any required speed of the liquid jet can be achieved. However, if the liquid jet is restricted to a diameter of 1 mm and an exponential nozzle IbO mm long is used, the maximum speed of the liquid jet is ί / .... ,, 2500 m / sec. the maximum pressure acting inside the nozzle be / · ... ,, ti kilobar, whereby the device has a capacity ;; of about 80%.
Um die gleiche Geschwindigkeit mit einer Vorrichtung mit einem kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahl zu erreichen, würde ein Druck von 32 Kilobar nötig sein.To get the same speed with a device with a continuous jet of liquid reach, a pressure of 32 kilobars would be required.
Die Größe des Düsenrades ist von der Fntleerungsz.eit der Düse 2 abhängig. Unter der Voraussetzung, daß die Entleerungszeit 30 m/sec dauert, ist die maxir .'.Ie Drehgeschwindigkeit auf 2000 U/min beschränkt. Aus der Gleichung betreffend den Winkel λ wird /?= 15 cm ausgerechnet. Das heißt, daß 60 Düsen an jedem Düsenrad 1 angebracht werden können. Die Impulsfrequenz F würde in diesem Fall 2000 Impulse/sec betragen.The size of the nozzle wheel depends on the emptying time of nozzle 2. Assuming that the emptying time lasts 30 m / sec, the maximum rotation speed is limited to 2000 rpm. /? = 15 cm is calculated from the equation relating to the angle λ. That is, 60 nozzles can be attached to each nozzle wheel 1. The pulse frequency F in this case would be 2000 pulses / sec.
Die oben beschriebene Vorrichtung kann z. B. zum Schneiden von Beton, von Fels, von Pfiastermaterialien, Ziegelwänden usw. verwendet werden. Für gewisse Schneidevorgänge sind hohe Stoßdrücke nicht nötig, so daß in diese Vorrichtung Wasser aus einer Niederdruckwasserleitung, z. B. aus einem Feuerhydrant, zugeführt werden kann. Holz, Papier und andere weiche Materialien können mit kleinen Geschwindigkeiten der Flüssigkeitsstrahler! geschnitten werden. In solchen Fällen kann die Vorrichtung sogar mit Wasser aus einer üblichen Wasserleitung gespeist werden. Zum Schneiden von Metallblechen oder von KunststoffplattenThe device described above can, for. B. for cutting concrete, rock, paving materials, Brick walls, etc. can be used. For certain cutting processes, high impact pressures are not necessary, see above that in this device water from a low pressure water line, z. B. from a fire hydrant, supplied can be. Wood, paper and other soft materials can run at small speeds Liquid jet! get cut. In such cases, the device can even use water from a usual water pipe to be fed. For cutting sheet metal or plastic sheets
werden sehr feine, gebündelte Flüssigkeitsstrahlen einer hohen Geschwindigkeit benötigt. Diese Vorrichtung ist auch für diese Art Arbeitsvorgänge geeignet.very fine, bundled jets of liquid at high speed are required. This device is also suitable for this type of work.
Die Vorteile der oben beschriebenen Vorrichtung umfassen das Folgende:The advantages of the device described above include the following:
mehrfach höhere Impulsfrequenzen als bei den ublicl"^ Vorrichtungen,several times higher pulse frequencies than with the ublicl "^ 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
/um 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 compared to the devices / in order to generate continuous jets of liquid,
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.
Hier/u 3 Watt /.cidimnmcnHere / u 3 watts /.cidimnmcn
Claims (6)
U die Geschwindigkeit tier zugeführten Flüssigkeil ist.o) the angular velocity of the nozzle wheel and
U is the speed of the liquid wedge fed to the animal.
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