JP2001164862A - Aerial cavitation jet generating nozzle, drilling machine with it, and drilling method - Google Patents

Aerial cavitation jet generating nozzle, drilling machine with it, and drilling method

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JP2001164862A
JP2001164862A JP34911499A JP34911499A JP2001164862A JP 2001164862 A JP2001164862 A JP 2001164862A JP 34911499 A JP34911499 A JP 34911499A JP 34911499 A JP34911499 A JP 34911499A JP 2001164862 A JP2001164862 A JP 2001164862A
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JP
Japan
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pressure water
low
nozzle
cavitation
jet
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Withdrawn
Application number
JP34911499A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takehiko Ichioka
丈彦 市岡
Sunao Shiraishi
直 白石
Takamasa Yamauchi
崇賢 山内
Hideyuki Sakata
英之 坂田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aerial cavitation jet generating nozzle, a drilling device with it, and a drilling method increasing the destructing force per unit power and applicable to an execution section in a wide range by generating a stable aerial cavitation jet. SOLUTION: This drilling device is provided with a tapered high-pressure water jet nozzle injecting high-pressure water and a low-pressure water jet nozzle provided to surround the high-pressure water jet nozzle, formed with a water chamber in which the lower-pressure water from a low-pressure water inlet flows, and formed with a contraction section having a contracted passage area on the outlet side of the water chamber.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、気中でキャビテー
ションを含む水噴流を生成する、高圧水噴流ノズル及び
低圧水噴流ノズルとよりなる気中キャビテーション生成
ノズルを及び、該ノズルを備え該ノズルから噴出される
前記水噴流により岩石、コンクリート等の被破壊物を破
砕する気中キャビテーション掘削機械並びに掘削方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an airborne cavitation generating nozzle comprising a high-pressure water jet nozzle and a low-pressure water jet nozzle for generating a water jet containing cavitation in the air, and comprising the nozzle and The present invention relates to an aerial cavitation excavation machine and an excavation method for crushing objects to be destroyed such as rocks and concrete by the jetted water jet.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、トンネル掘削機や各種建設機
械等の掘削機械においては、掘削、切削、洗浄等にウオ
ータジェット(気中水噴流)が利用されているが、かか
るウオータジェットは液滴を材料面に衝突させ、液滴衝
突の衝撃圧による掘削効果を利用したもので、その掘削
能力は液滴量と液滴速度、すなわち噴流流量と噴射圧力
に依存するが、十分な掘削能力を得る為の液滴速度の増
加は装置上の限界がある上、流量の増大は使用動力の大
幅な増大をまねき、また大量の水を消費するため、高コ
ストとなるという問題点を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a drilling machine such as a tunnel drilling machine and various construction machines, a water jet (aerial water jet) is used for excavation, cutting, washing, etc., but such a water jet is a droplet. Collides with the material surface and utilizes the excavation effect of the impact pressure of the droplet collision.The excavation ability depends on the droplet volume and velocity, that is, the jet flow rate and the injection pressure. Increasing the droplet speed to obtain it has limitations on the apparatus, and increasing the flow rate leads to a large increase in the power used, and also consumes a large amount of water, so that there is a problem that the cost is high. I have.

【0003】かかる問題点すなわちウォータージェット
の単位当りの掘削能力を増大させる目的で、近年、キャ
ビテーションジェットを用いて岩石等を破砕する掘削方
法が提案され用いられてきている。
In order to increase such a problem, that is, to increase the drilling capacity per unit of the water jet, a drilling method for crushing rocks or the like using a cavitation jet has been proposed and used in recent years.

【0004】特開昭50−45366号の発明において
は、ノズル内に円柱形抵抗体を設置し、該抵抗体下流端
で、流れの剥離による低圧部でのキャビテーションを生
成させ、該キャビテーション気泡を含む気中ウオータジ
ェットを形成している。また、特公昭52−19363
号及び特開昭58−80036号の発明においては、水
中で単純に水噴流を噴射して、キャビテーションを生成
している。さらに、特開平2−30893号において
は、磁歪振動法によりキャビテーションを生成してい
る。
[0004] In the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-45366, a cylindrical resistor is installed in a nozzle, and cavitation is generated at a downstream end of the resistor in a low-pressure portion due to flow separation, and the cavitation bubbles are generated. Aerial water jets are included. In addition, Japanese Patent Publication No. 52-19363
In the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-80036 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-80036, cavitation is generated by simply jetting a water jet in water. Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-30893, cavitation is generated by a magnetostrictive vibration method.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来技術におけるキャビテーション生成による掘削手段
には次のような問題点がある。即ち、特開昭50−45
366号にあっては、剥離流によりキャビテーション気
泡を生成するため、気泡の成長距離を十分に大きく採れ
ず、比較的早く気泡が崩壊してしまい、被破壊物の破壊
効果のある該被破壊物とノズルとの間の距離が短くな
り、単位動力あたりの破壊力を大きく採れない。
However, the cavitation-generating excavating means in the prior art has the following problems. That is, JP-A-50-45
In No. 366, since cavitation bubbles are generated by the separation flow, the growth distance of the bubbles cannot be sufficiently large, and the bubbles collapse relatively quickly, and the object to be destroyed has an effect of destroying the object to be destroyed. The distance between the nozzle and the nozzle becomes short, and a large destructive force per unit power cannot be obtained.

【0006】また、特公昭52−19363号及び特開
昭58−80036号の発明にあっては、これをトンネ
ルの掘削に利用する場合には、施工部を水没させる必要
があるため、施工条件が限定され、広範囲での施工は困
難である。さらに、特開平2−30893号の発明にあ
っては、キャビテーション気泡の生成部が常に岩石等の
施工部と数mm以内の定位置を保持する必要があるう
え、キャビテーション気泡群の集積密度が流動により形
成されるキャビテーションよりも低いため、衝撃圧は比
較的小さい。
In the inventions of Japanese Patent Publication No. 52-19363 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-80036, when the invention is used for excavation of a tunnel, it is necessary to submerge a construction part. Is limited, and construction in a wide area is difficult. Furthermore, in the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-30893, it is necessary that the cavitation bubble generation section always keeps a fixed position within several mm with the construction section such as a rock, and the accumulation density of the cavitation bubble group is increased. Is lower than the cavitation created by the

【0007】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、安
定した気中でキャビテーションジェットを生成すること
により、単位動力あたりの破壊力が大きくなり、また、
広範囲の施工部に適用可能な気中キャビテーションジェ
ット生成ノズル及びこれを備えた掘削機械並びに掘削方
法を提供することを目的とする。
[0007] In view of the problems of the prior art, the present invention increases the destructive force per unit power by generating a cavitation jet in a stable atmosphere.
An object of the present invention is to provide an aerial cavitation jet generation nozzle applicable to a wide range of construction sections, an excavating machine having the same, and an excavating method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、請求項1記載の発明として、高圧水を噴射
する先細状の高圧水噴流ノズルと、該高圧水噴流ノズル
を囲むように設けられて、内部に低圧水入口からの低圧
水が通流する水室が形成されるとともに、該水室の出口
側に通路面積が縮小された縮流部が形成された低圧水噴
流ノズルとを備えたことを特徴とする気中キャビテーシ
ョンジェット生成ノズルを提案する。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a first aspect of the present invention, wherein a high-pressure water jet nozzle having a tapered shape for jetting high-pressure water is provided so as to surround the high-pressure water jet nozzle. A low-pressure water jet nozzle in which a water chamber through which low-pressure water flows from the low-pressure water inlet is formed, and a flow-reducing portion having a reduced passage area is formed on the outlet side of the water chamber; The present invention proposes an aerial cavitation jet generation nozzle characterized by having:

【0009】請求項8記載の発明は、請求項1の発明に
係る気中キャビテーションジェット生成ノズルを掘削機
械に適用し、使用する方法の発明であり、岩石等の被破
壊物を破砕する掘削方法において、高圧水を噴射する高
圧水噴流ノズルと低圧水を噴出する低圧水噴流ノズルと
よりなる気中キャビテーション生成ノズルを掘削用アタ
ッチメントの端部に取り付け、前記低圧水噴流ノズルか
らの低圧水を、前記高圧水噴流ノズルからの高圧水噴流
の外側を囲むようにして該高圧水と同時に噴射し、前記
高圧水噴流と低圧水噴流との間に形成されるせん断層で
キャビテーションを生成し、該キャビテーションを含む
気中キャビテーションジェットにより被破壊物を破砕す
ることを特徴とする。
The invention according to claim 8 is an invention of a method in which the aerial cavitation jet generating nozzle according to the invention of claim 1 is applied to an excavation machine and used, and the excavation method for crushing a destructible object such as a rock. In, an aerial cavitation generation nozzle consisting of a high-pressure water jet nozzle that injects high-pressure water and a low-pressure water jet nozzle that ejects low-pressure water is attached to the end of the attachment for excavation, and the low-pressure water from the low-pressure water jet nozzle is Injecting simultaneously with the high-pressure water so as to surround the outside of the high-pressure water jet from the high-pressure water jet nozzle, generating cavitation in a shear layer formed between the high-pressure water jet and the low-pressure water jet, including the cavitation It is characterized by crushing objects to be destroyed by aerial cavitation jet.

【0010】また、請求項7記載の発明は、請求項1の
発明に係る気中キャビテーション生成ノズルを備えた掘
削機械の発明であり、岩石等の被破壊物を破砕する掘削
機械において、高圧水を噴射する高圧水噴流ノズルと、
該高圧水噴流ノズルを囲むように設けられて、内部に低
圧水入口からの低圧水が通流する水室が形成されるとと
もに、該水室の出口側に通路面積が縮小された縮流部が
形成された低圧水噴流ノズルとを有する気中キャビテー
ション生成ノズルを備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 7 is an invention of an excavating machine provided with the aerial cavitation generating nozzle according to the invention of claim 1, wherein the excavating machine for crushing an object to be destroyed such as a rock is provided with a high pressure water. A high-pressure water jet nozzle that jets
A flow reducing portion provided to surround the high-pressure water jet nozzle and having therein a water chamber through which low-pressure water flows from a low-pressure water inlet and having a reduced passage area on the outlet side of the water chamber; And a low-pressure water jet nozzle formed with an air cavitation generation nozzle.

【0011】かかる発明によれば、低圧水入口から低圧
水噴流ノズル内の水室に流入した低圧水は該水室内を通
流して、水室出口側に設けられた縮流部に達し、該縮流
部において流れの乱れが抑制され、前記水室に囲まれた
高圧水噴流ノズルから噴射される高圧水噴流を包むよう
にして、該高圧水と同時に気中に噴射される。前記噴射
時において、該高圧水噴流ノズルは先細状に形成されて
いるので、これの外側を流れる低圧水噴流の流動を乱す
ことはなく、このように十分に整流されて前記縮流部か
ら気中に噴射される低圧水噴流中に前記高圧水噴流を噴
射して、該高圧水噴流と低圧水噴流とが接触する境界に
形成されるせん断層でキャビテーションを生成し、該キ
ャビテーションを含む気中キャビテーションジェットが
生成される。
According to this invention, the low-pressure water flowing from the low-pressure water inlet into the water chamber in the low-pressure water jet nozzle flows through the water chamber and reaches the contraction portion provided on the outlet side of the water chamber. The turbulence of the flow is suppressed in the contraction portion, and the high-pressure water is jetted into the air at the same time as the high-pressure water so as to enclose the high-pressure water jet jetted from the high-pressure water jet nozzle surrounded by the water chamber. At the time of the injection, since the high-pressure water jet nozzle is formed in a tapered shape, the flow of the low-pressure water jet flowing outside the nozzle is not disturbed. Injecting the high-pressure water jet into the low-pressure water jet injected into the jet, generating cavitation in a shear layer formed at a boundary where the high-pressure water jet and the low-pressure water jet come into contact with each other, the air including the cavitation A cavitation jet is generated.

【0012】前記のようにして生成された気中キャビテ
ーションジェットを岩石等の被破壊物に噴射すると、前
記被破壊物での噴流衝突面で、前記低圧水噴流の淀み圧
と前記高圧水噴流の淀み圧との双方でキャビテーション
気泡が崩壊し、前記被破壊物の表面を高圧の衝撃圧で掘
削する。かかる高圧の衝撃圧により被破壊物の表面にク
ラックが発生し、繰り返して作用する前記衝撃圧と前記
低圧水噴流及び前記高圧水噴流の淀み圧とにより、前記
クラックが衝撃的に押し広げられ、これが一気に成長し
て被破壊物が破砕せしめられる。
When the aerial cavitation jet generated as described above is jetted onto a destructible object such as a rock, the stagnation pressure of the low-pressure water jet and the high-pressure water jet at the jet impingement surface on the destruction object. The cavitation bubbles collapse due to both the stagnation pressure and the surface of the object to be destroyed is excavated with a high impact pressure. Cracks are generated on the surface of the object to be destroyed by such high-pressure impact pressure, and the cracks are impacted and expanded by the impact pressure and the stagnation pressure of the low-pressure water jet and the high-pressure water jet that repeatedly act, This grows at a stretch and the object to be destroyed is crushed.

【0013】従って、かかる発明によれば、整流された
低圧水噴流中に前記高圧水噴流を噴射して、該高圧水噴
流と低圧水噴流との間に形成されるせん断層でキャビテ
ーションを生成し成長せしめるので、安定した気中キャ
ビテーションジェットが生成できる。また、かかる気中
キャビテーションジェットの衝撃圧と低圧水噴流及び高
圧水噴流の淀み圧とにより被破壊物を破砕するので、従
来技術に比べはるかに大きな破壊エネルギーが得られ
る。
Therefore, according to the present invention, the high-pressure water jet is jetted into the rectified low-pressure water jet to generate cavitation in a shear layer formed between the high-pressure water jet and the low-pressure water jet. As it grows, a stable aerial cavitation jet can be generated. Further, since the object to be destroyed is crushed by the impact pressure of the aerial cavitation jet and the stagnation pressure of the low-pressure water jet and the high-pressure water jet, much larger breaking energy can be obtained as compared with the prior art.

【0014】請求項2記載の発明は、請求項1におい
て、 前記水室内に、前記低圧水入口から導入された低
圧水を整流する整流手段を設けたことを特徴とする。か
かる発明によれば、低圧水噴流ノズルの水室内に入った
低圧水は、整流手段を流過する際にその乱れを整流さ
れ、乱れの無い低圧整流水となって縮流部に送られ、こ
こでさらに整流されて気中に噴射される。従って、かか
る発明によれば、低圧水を前記整流手段と縮流部とを直
列に流すことにより、充分に整流された低圧水噴流がえ
られ、せん断層の形成作用が促進される。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a rectifying means for rectifying the low-pressure water introduced from the low-pressure water inlet is provided in the water chamber. According to this invention, the low-pressure water that has entered the water chamber of the low-pressure water jet nozzle has its turbulence rectified when flowing through the rectifying means, and is sent to the contraction section as low-pressure rectified water without turbulence, Here, it is further rectified and injected into the air. Therefore, according to this invention, by flowing the low-pressure water in series with the rectifying means and the contraction portion, a sufficiently rectified low-pressure water jet is obtained, and the action of forming the shear layer is promoted.

【0015】請求項3記載の発明は、請求項1におい
て、 前記水室内の、前記高圧水噴流ノズルの噴出口の
上流部位に超音波振動子を設けたことを特徴とする。か
かる発明によれば、高圧水噴流と低圧水噴流とが接触す
る境界に形成されるせん断層によりキャビテーションが
生成されるが、前記超音波振動子で加振されることによ
り、かかるキャビテーションの基となる微細気泡の気泡
核が増大し、キャビテーション生成作用が促進される。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, an ultrasonic vibrator is provided in the water chamber at a position upstream of a jet port of the high-pressure water jet nozzle. According to this invention, cavitation is generated by the shear layer formed at the boundary where the high-pressure water jet and the low-pressure water jet are in contact with each other. The bubble nuclei of the microbubbles increase, and the cavitation generating action is promoted.

【0016】請求項4記載の発明は、請求項1におい
て、前記低圧水入口は、前記低圧水入口は、前記水室内
に周方向の旋回流が形成される方向に開口してなること
を特徴とする。かかる発明によれば、低圧水を低圧水入
口から水室内に、好ましくは接線方向に注入することに
より、該低圧水は水室内において旋回成分を持った旋回
流となり、この旋回流となった低圧水噴流の中心に高圧
水を噴出せしめることにより、前記せん断層を形成し、
キャビテーションが生成される。従って、かかる発明に
よれば、低圧水を水室内に好ましくは接線方向に注入す
ることにより旋回流を形成するので、せん断層の形成及
びキャビテーションの生成が促進されるとともに、低圧
水の飛散が防止され、キャビテーションジェットの到達
距離が延伸される。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the low-pressure water inlet is open in a direction in which a circumferential swirling flow is formed in the water chamber. And According to this invention, the low-pressure water is injected into the water chamber from the low-pressure water inlet, preferably in a tangential direction, so that the low-pressure water becomes a swirling flow having a swirling component in the water chamber. By causing high-pressure water to spout at the center of the water jet, the shear layer is formed,
Cavitation is generated. Therefore, according to the invention, since the swirling flow is formed by injecting the low-pressure water into the water chamber, preferably in a tangential direction, the formation of the shear layer and the generation of the cavitation are promoted, and the scattering of the low-pressure water is prevented. Thus, the cavitation jet reaches a longer distance.

【0017】請求項5記載の発明は、請求項1におい
て、 前記水室内に、該水室内の低圧水に旋回流を生成
する螺旋状のガイド機構(ガイドフィン)を設けたこと
を特徴とする。かかる発明によれば、螺旋状のガイド機
構(ガイドフィン)により水室内の低圧水に旋回流を形
成するので、請求項4記載の発明と同様に、せん断層の
形成及びキャビテーションの生成が促進されるととも
に、低圧水の飛散が防止され、キャビテーションジェッ
トの到達距離が延伸される。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, a spiral guide mechanism (guide fin) for generating a swirling flow in the low-pressure water in the water chamber is provided in the water chamber. . According to this invention, since a spiral flow is formed in the low-pressure water in the water chamber by the spiral guide mechanism (guide fin), the formation of the shear layer and the generation of cavitation are promoted as in the invention of the fourth aspect. At the same time, scattering of low-pressure water is prevented, and the reach of the cavitation jet is extended.

【0018】請求項6記載の発明は、気中でキャビテー
ションを含む水噴流を生成するノズルを備え、該ノズル
から噴出される前記水噴流により岩石等の被破壊物を破
砕する気中キャビテーション掘削装置において、高圧水
を噴射する先細状の高圧水噴流ノズルを備え、該高圧水
噴流ノズルは、その流路が、大径に形成された大径流路
と、該大径流路から流路断面が段状に縮径された小径流
路とにより構成されてなることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an aerial cavitation excavator having a nozzle for generating a water jet including cavitation in the air, and crushing a destructible object such as rock by the water jet ejected from the nozzle. A high-pressure water jet nozzle having a tapered shape for injecting high-pressure water, wherein the high-pressure water jet nozzle has a large-diameter flow passage formed with a large diameter, and a flow passage cross-section formed from the large-diameter flow passage. And a small-diameter flow path having a reduced diameter.

【0019】かかる発明は高圧水噴流ノズルの構造に関
する発明であり、高圧水噴流ノズル内の流路を、大径流
路と該大径流路から流路断面が段状に縮径された小径流
路とを組み合わせた流路構造としたことにより、前記高
圧水噴流ノズルの噴出口上流側で剥離流れが生じ、気泡
核の生成が促進される。
This invention relates to the structure of the high-pressure water jet nozzle. The high-pressure water jet nozzle has a large-diameter flow passage and a small-diameter flow passage whose cross-section is reduced stepwise from the large-diameter flow passage. With the combination of the flow path structure and the above, a separation flow occurs on the upstream side of the jet outlet of the high-pressure water jet nozzle, and the generation of bubble nuclei is promoted.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置など
は特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれ
のみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎな
い。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to an embodiment shown in the drawings. However, unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention thereto, but are merely illustrative examples. It's just

【0021】図1は本発明の実施形態に係る気中キャビ
テーションジェット生成ノズルの第1実施例を示す縦断
面図、図2はノズルの第2実施例を示す縦断面図、図3
はノズルの第3実施例を示し、(A)は縦断面図、
(B)は(A)のZ矢視図である。図4はノズルの第4
実施例を示し、(A)は縦断面図、(B)は(A)のA
−A断面図である。図5は高圧水噴流ノズルの一例を示
す縦断面図、図6はさらにキャビテーション発生を促進
した他の実施例に係る高圧水噴流ノズルの縦断面図であ
る。図7は本発明に係る気中キャビテーションジェット
生成ノズルの実験装置の構成図、図8は本発明に係る気
中キャビテーションジェット生成ノズルを組み込んだ掘
削装置の一例である。図9は前記気中キャビテーション
ジェット生成ノズルの性能線図、図10は図5、図6に
示す高圧水噴流ノズルの性能の比較線図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of an air cavitation jet generating nozzle according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the nozzle, and FIG.
Shows a third embodiment of the nozzle, (A) is a longitudinal sectional view,
(B) is a view on arrow Z of (A). FIG. 4 shows the fourth nozzle.
Examples are shown, (A) is a longitudinal sectional view, (B) is A of (A)
It is -A sectional drawing. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an example of a high-pressure water jet nozzle, and FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a high-pressure water jet nozzle according to another embodiment in which cavitation is further promoted. FIG. 7 is a configuration diagram of an experimental device for an air cavitation jet generation nozzle according to the present invention, and FIG. 8 is an example of a drilling device incorporating the air cavitation jet generation nozzle according to the present invention. FIG. 9 is a performance diagram of the aerial cavitation jet generation nozzle, and FIG. 10 is a comparison diagram of the performance of the high-pressure water jet nozzle shown in FIGS.

【0022】本発明の気中キャビテーションジェット生
成ノズル(以下ノズルという)の第1実施例を示す図1
において、10はノズルであり、つぎのように構成され
ている。4は低圧水噴流ノズル、5は該ノズル本体7内
に形成された水室、1は該水室5に低圧水を導入するた
めの低圧水入口であり、該低圧水入口1は、前記水室の
上流側に周方向に複数個(1個でもよい)設けられてい
る。41は前記低圧水噴流ノズル4の水室5出口部に形
成された縮流部で、該水室5出口は該縮流部41にて滑
らかに絞られた流路となっている。
FIG. 1 shows a first embodiment of an aerial cavitation jet generating nozzle (hereinafter referred to as a nozzle) of the present invention.
In the figure, reference numeral 10 denotes a nozzle, which is configured as follows. 4 is a low-pressure water jet nozzle, 5 is a water chamber formed in the nozzle body 7, 1 is a low-pressure water inlet for introducing low-pressure water into the water chamber 5, and the low-pressure water inlet 1 is provided with the water A plurality (or one) may be provided in the circumferential direction on the upstream side of the chamber. Reference numeral 41 denotes a contraction portion formed at the outlet of the water chamber 5 of the low-pressure water jet nozzle 4, and the outlet of the water chamber 5 is a flow path narrowed smoothly by the contraction portion 41.

【0023】2は高圧水を噴射する先細状の高圧水噴流
ノズルであり、外周が先細状に形成されて前記低圧水噴
流ノズル4の中心部を縦方向に貫通し、前記水室5に囲
まれて設けられている。3は前記水室5内に設けられた
整流板で、多数の通孔が穿孔されるとともに、板面が水
流に直角方向になるように設置されている。
Reference numeral 2 denotes a tapered high-pressure water jet nozzle for jetting high-pressure water. The outer periphery of the nozzle is tapered, penetrates the center of the low-pressure water jet nozzle 4 in the vertical direction, and is surrounded by the water chamber 5. It is provided. Reference numeral 3 denotes a flow straightening plate provided in the water chamber 5, which has a large number of through holes and is installed so that the plate surface is in a direction perpendicular to the water flow.

【0024】前記高圧水噴流ノズル2は、図5に示す一
例においては、本体2a内に形成された大径流路2dと
噴出流路2hとの間を円錐状流路2cで接続しているの
に対し、これにさらに改良を加えた他の実施例において
は、図6に示すように、外周が先細状に形成された本体
2aの上流側に大径流路2eが、出口側にこれよりも小
径の噴出流路2fが夫々形成されるとともに、該大径流
路2eと噴出流路2fとはキャビテータを構成する段差
部2gにて接続されるようになっている。
In the example shown in FIG. 5, the high-pressure water jet nozzle 2 connects a large-diameter flow channel 2d formed in the main body 2a and a jet flow channel 2h with a conical flow channel 2c. On the other hand, in another embodiment in which this is further improved, as shown in FIG. 6, a large-diameter flow path 2e is provided upstream of a main body 2a having a tapered outer periphery, and a large-diameter flow passage 2e is provided at an outlet side. Each of the small-diameter ejection passages 2f is formed, and the large-diameter passage 2e and the ejection passage 2f are connected to each other by a step 2g constituting a cavitator.

【0025】かかる構成からなるノズル10において、
低圧水噴流ノズル4の低圧水入口1から水室5内に流入
した低圧水(例えば圧力4・5kg/cm)は該水室
5内に設けられた整流板3を流過する際にその乱れを整
流され、乱れの無い低圧水噴流となって縮流部41に送
られ、ここでさらに整流されて気中に噴射される。この
際において、低圧水を前記整流板3と縮流部41とを直
列に流すことにより、充分に整流された低圧水噴流が得
られる。
In the nozzle 10 having such a configuration,
The low-pressure water (for example, a pressure of 4.5 kg / cm 2 ) which flows into the water chamber 5 from the low-pressure water inlet 1 of the low-pressure water jet nozzle 4 when flowing through the straightening plate 3 provided in the water chamber 5 The turbulence is rectified, and the turbulence is sent to the contraction part 41 as a low-pressure water jet without turbulence, where the turbulence is further rectified and injected into the air. In this case, by flowing the low-pressure water through the straightening plate 3 and the contraction portion 41 in series, a sufficiently-rectified low-pressure water jet can be obtained.

【0026】一方、前記水室5に囲まれた高圧水噴流ノ
ズル2からは、高圧水(例えば圧力700〜1200k
g/cm)が、前記低圧水噴流に包まれるようにし
て、該低圧水噴流と同時に気中に噴射される。かかる噴
射時において、該高圧水噴流ノズル2は先細状に形成さ
れているので、これの外側を流れる低圧水噴流の流動を
乱すことはない。また、前記高圧水噴流ノズル2は、本
体2a内の流路を、大径流路2eと該大径流路2eから
流路断面が段差部2gにて段状に縮径された小径の噴出
流路2fとを組み合わせた流路構造としたことにより、
前記高圧水噴流ノズル2の噴出口上流側で剥離流れが生
じ、高圧水噴流中における気泡核の生成が促進される。
図10は、金属材料にキャビテーションジェットを噴射
した場合の、図5の例に示す円錐ノズルと、さらに改良
を加えた図6に示す円筒ノズルとの壊食量の比較を示
す。
On the other hand, from the high-pressure water jet nozzle 2 surrounded by the water chamber 5, high-pressure water (for example, a pressure of 700 to 1200 k
g / cm 2 ) is injected into the air simultaneously with the low-pressure water jet so as to be wrapped in the low-pressure water jet. At the time of such injection, since the high-pressure water jet nozzle 2 is formed in a tapered shape, the flow of the low-pressure water jet flowing outside the nozzle is not disturbed. The high-pressure water jet nozzle 2 has a large-diameter flow passage 2e and a small-diameter jet flow passage whose flow path cross section is reduced stepwise from the large-diameter flow passage 2e by a step 2g. By adopting a flow path structure combining 2f and
Separation flow occurs on the upstream side of the jet outlet of the high-pressure water jet nozzle 2, and the generation of bubble nuclei in the high-pressure water jet is promoted.
FIG. 10 shows a comparison of the amount of erosion between the conical nozzle shown in the example of FIG. 5 and the further improved cylindrical nozzle shown in FIG. 6 when a cavitation jet is jetted on a metal material.

【0027】このように十分に整流されて前記縮流部4
1から気中に噴射される低圧水噴流中に、前記のよう
に、気泡核の生成が促進された高圧水噴流51を噴射し
て、該高圧水噴流51と低圧水噴流とが接触する境界に
形成されるせん断層でキャビテーションを生成し、該キ
ャビテーションを含む気中キャビテーションジェット5
0が生成される。従って、整流された低圧水噴流中に高
圧水噴流51を噴射して、該高圧水噴流51と低圧水噴
流との間に形成されるせん断層でキャビテーションを生
成し成長せしめるので、安定した気中キャビテーション
ジェット50が生成できる。
Thus, the flow is sufficiently rectified and the contraction portion 4
As described above, the high-pressure water jet 51 in which the generation of bubble nuclei is promoted is jetted into the low-pressure water jet injected from the air into the air, and the boundary where the high-pressure water jet 51 comes into contact with the low-pressure water jet. Cavitation is generated by the shear layer formed in the cavitation, and the air cavitation jet 5 including the cavitation is formed.
0 is generated. Therefore, the high-pressure water jet 51 is injected into the rectified low-pressure water jet, and cavitation is generated and grown in a shear layer formed between the high-pressure water jet 51 and the low-pressure water jet. A cavitation jet 50 can be generated.

【0028】そして、前記のようにして生成された気中
キャビテーションジェット50を岩石等の被破壊物70
(図8)に噴射すると、前記被破壊物70での噴流衝突
面で、前記低圧水噴流の淀み圧と前記高圧水噴流の淀み
圧との双方でキャビテーション気泡が崩壊し、前記被破
壊物70の表面を高圧の衝撃圧で掘削する。かかる高圧
の衝撃圧により被破壊物の表面にクラックが発生し、繰
り返して作用する前記衝撃圧と前記低圧水噴流及び前記
高圧水噴流の淀み圧とにより、前記クラックが衝撃的に
押し広げられ、これが一気に成長して被破壊物70が破
砕せしめられる。従って、前記気中キャビテーションジ
ェット50の衝撃圧と低圧水噴流及び高圧水噴流の淀み
圧とにより被破壊物70を破砕するので、従来技術に比
べ大きな破壊エネルギーが得られる。
Then, the aerial cavitation jet 50 generated as described above is converted into a destructible object 70 such as a rock.
(FIG. 8), the cavitation bubbles collapse at both the stagnation pressure of the low-pressure water jet and the stagnation pressure of the high-pressure water jet at the jet impingement surface at the destructible object 70, Is excavated with high impact pressure. Cracks are generated on the surface of the object to be destroyed by such high-pressure impact pressure, and the cracks are impacted and expanded by the impact pressure and the stagnation pressure of the low-pressure water jet and the high-pressure water jet that repeatedly act, This grows at a stretch, and the object 70 is crushed. Therefore, the object 70 is crushed by the impact pressure of the aerial cavitation jet 50 and the stagnation pressure of the low-pressure water jet and the high-pressure water jet, so that a larger destruction energy can be obtained as compared with the related art.

【0029】図2は本発明の第2実施例を示し、この実
施例においては、前記水室5内の、前記整流板3と縮流
部41との間で、かつ前記高圧水噴流ノズル2の噴出口
の上流部位に超音波振動子21を設けている。かかる実
施例によれば、高圧水噴流51と低圧水噴流とが接触す
る境界に形成されるせん断層により生成されるキャビテ
ーションが前記超音波振動子21で加振されることによ
り、かかるキャビテーションの基となる微細気泡の気泡
核が増大し、キャビテーション生成作用が促進される。
その他の構成は前記第1実施例と同様であり、これと同
一の部材は同一の符号で示す。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the high-pressure water jet nozzle 2 is provided in the water chamber 5 between the straightening plate 3 and the contraction portion 41 and the high-pressure water jet nozzle 2. The ultrasonic vibrator 21 is provided at an upstream portion of the nozzle. According to this embodiment, the cavitation generated by the shear layer formed at the boundary where the high-pressure water jet 51 and the low-pressure water jet come into contact with each other is vibrated by the ultrasonic vibrator 21 so that the cavitation is generated. The bubble nuclei of the microbubbles increase, and the cavitation generation action is promoted.
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals.

【0030】図3に示す第3実施例においては、図1の
第1実施例における低圧水入口1(この例では2個)
を、前記水室5内に接線方向に開口している。従って、
かかる実施例によれば、低圧水を低圧水入口1、1から
水室5内に接線方向に注入することにより、該低圧水は
水室5内において旋回成分を持った旋回流32となり、
この旋回流32となった低圧水噴流の中心に前記高圧水
噴流を噴出せしめることにより、前記と同様なせん断層
を形成し、キャビテーションが生成される。
In the third embodiment shown in FIG. 3, the low-pressure water inlet 1 (two in this example) in the first embodiment of FIG.
Are opened in the water chamber 5 in a tangential direction. Therefore,
According to this embodiment, by injecting low-pressure water tangentially from the low-pressure water inlets 1 and 1 into the water chamber 5, the low-pressure water becomes a swirl flow 32 having a swirl component in the water chamber 5,
By jetting the high-pressure water jet at the center of the low-pressure water jet that has become the swirling flow 32, a shear layer similar to that described above is formed, and cavitation is generated.

【0031】この場合、低圧水を水室5内に接線方向に
注入することにより旋回流を形成するので、せん断層の
形成及びキャビテーションの生成が促進される。また、
低圧水の飛散が防止され、キャビテーションジェット5
0の到達距離が延伸される。尚、前記低圧水入口1は、
必ずしも接線方向でなくても、水室5内において、低圧
水が旋回成分を持った旋回流32を形成し得る方向であ
ればよい。その他の構成は前記第1実施例と同様であ
り、これと同一の部材は同一の符号で示す。
In this case, since a swirling flow is formed by injecting low-pressure water into the water chamber 5 in a tangential direction, formation of a shear layer and generation of cavitation are promoted. Also,
Spraying of low pressure water is prevented and cavitation jet 5
The reach of 0 is extended. The low-pressure water inlet 1 is
The direction is not limited to the tangential direction, but may be any direction in which the low-pressure water can form the swirl flow 32 having the swirl component in the water chamber 5. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals.

【0032】図4に示す第4実施例においては、前記低
圧水噴流ノズル4の水室5内に、該水室5の内壁面に沿
って巻回したガイドフィン42を設け、該ガイドフィン
42により低圧水に旋回流を生成するように構成してい
る。従って、この実施例においては、螺旋状のガイドフ
ィン42により水室5内の低圧水に旋回流を形成するの
で、前記第4実施例と同様に、せん断層の形成及びキャ
ビテーションの生成が促進されるとともに、低圧水の飛
散が防止され、キャビテーションジェットの到達距離が
延伸される。その他の構成は前記第1実施例と同様であ
り、これと同一の部材は同一の符号で示す。
In the fourth embodiment shown in FIG. 4, a guide fin 42 wound along the inner wall surface of the water chamber 5 is provided in the water chamber 5 of the low-pressure water jet nozzle 4. Thus, a swirling flow is generated in the low-pressure water. Therefore, in this embodiment, since a spiral flow is formed in the low-pressure water in the water chamber 5 by the spiral guide fins 42, the formation of a shear layer and the generation of cavitation are promoted as in the fourth embodiment. At the same time, scattering of low-pressure water is prevented, and the reach of the cavitation jet is extended. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals.

【0033】尚、前記第3〜4実施例においては、第1
〜2実施例のような整流板3を設けてもよい。
In the third and fourth embodiments, the first
A rectifying plate 3 as in the second to second embodiments may be provided.

【0034】図7は前記第1〜4実施例に係るノズル1
0を用いた掘削実験装置の構成図である。図7におい
て、11は水槽、12は該水槽11内に設置された内槽
で、該内槽12内に前記キャビテーションジェット50
を噴射するように前記ノズル10が取り付けられてい
る。13は低圧ポンプ、16は高圧ポンプ、17は地下
ピット、18はドレン口である。
FIG. 7 shows a nozzle 1 according to the first to fourth embodiments.
It is a block diagram of the excavation experiment apparatus using 0. In FIG. 7, 11 is a water tank, 12 is an inner tank installed in the water tank 11, and the cavitation jet 50 is provided in the inner tank 12.
The nozzle 10 is attached so as to inject water. 13 is a low pressure pump, 16 is a high pressure pump, 17 is an underground pit, and 18 is a drain port.

【0035】かかる掘削実験装置において、掘削実験
は、前記ノズル10に前記低圧ポンプ13から低圧管1
4を通して低圧水を送るとともに、高圧ポンプ16から
高圧管15を通して高圧水を送り、該ノズル10から前
記該内槽12の底部に置かれた被破壊物70に前記キャ
ビテーションジェット50を吹きつけて、これを破砕す
ることにより行った。図9は、かかる掘削実験装置によ
り、被破壊物70として花崗岩及び硬質砂岩を用いたと
きの掘削速度の測定結果を示している。
In this excavation experiment apparatus, an excavation experiment is performed by using the low-pressure pump 13
While sending low-pressure water through 4, high-pressure water is sent from a high-pressure pump 16 through a high-pressure pipe 15, and the cavitation jet 50 is blown from the nozzle 10 to a destruction target 70 placed at the bottom of the inner tank 12, This was done by crushing. FIG. 9 shows a measurement result of the excavation speed when using granite and hard sandstone as the object 70 to be destroyed by such an excavation experiment apparatus.

【0036】図8は前記ノズル10をアタッチメントと
して取り付けたトンネル掘削機200の一例を示してお
り、図8において、該トンネル掘削機200は、クロー
ラ式走行装置111上に、旋回装置112を介して、上
部旋回体113、高圧ポンプ119及び低圧ポンプ12
0が設置されたポンプ室121、複数の可動ブーム11
4、該可動ブーム114を駆動するためのブームシリン
ダ115、該可動ブーム114の先端部に取り付けられ
た本発明に係るノズル10、該ノズル10を駆動するた
めのアタッチメントシリンダ116、及び高圧水、低圧
水を前記ノズル10に供給する為のホース118等によ
り構成されている。
FIG. 8 shows an example of a tunnel excavator 200 to which the nozzle 10 is attached as an attachment. In FIG. 8, the tunnel excavator 200 is mounted on a crawler type traveling device 111 via a turning device 112. , Upper revolving unit 113, high pressure pump 119 and low pressure pump 12
0 is installed in the pump chamber 121 and the plurality of movable booms 11
4, a boom cylinder 115 for driving the movable boom 114, the nozzle 10 according to the present invention attached to the tip of the movable boom 114, an attachment cylinder 116 for driving the nozzle 10, a high pressure water, a low pressure It comprises a hose 118 for supplying water to the nozzle 10 and the like.

【0037】129は水タンク、125は該水タンク1
29と前記高圧ポンプ119及び低圧ポンプ120とを
接続するホース、128はフィルターである。130は
噴射水及びズリ回収用のホースで、噴射水及びズリ回収
装置(図示省略)に接続されている。
129 is a water tank, 125 is the water tank 1
A hose connecting the high pressure pump 119 and the low pressure pump 120 to the hose 29, and a filter 128 are provided. 130 is a hose for recovering the jet water and the waste, which is connected to a jet water and waste collecting device (not shown).

【0038】かかる構成からなるトンネル掘削機200
により、被破壊物70である坑盤の掘削を行う際には、
前記走行装置111を移動させ、ブームシリンダ115
及びアタッチメントシリンダ116を駆動して、ノズル
10を掘削位置に位置決めする。次いで、高圧ポンプ1
19及び低圧ポンプ120を駆動して、ノズル10先端
よりキャビテーションジェット50を噴射し、被破壊物
70を掘削する。掘削された岩石等は噴射水とともにズ
リとなって、回収用のホース130により、前記回収装
置に回収される。
The tunnel excavator 200 having the above configuration
Therefore, when excavating the pit which is the destructible object 70,
By moving the traveling device 111, the boom cylinder 115
Then, the attachment cylinder 116 is driven to position the nozzle 10 at the excavation position. Then, the high pressure pump 1
The cavitation jet 50 is ejected from the tip of the nozzle 10 by driving the 19 and the low-pressure pump 120 to excavate the object 70 to be destroyed. The excavated rocks and the like are scraped together with the jet water, and are recovered by the recovery device by a recovery hose 130.

【0039】従って、かかる実施例によれば、トンネル
掘削機200において、前記第1〜第4実施例によるノ
ズル10を用い、該ノズル10からのキャビテーション
ジェット50を被破壊物70である坑盤に吹き付けてこ
れを破砕するので、該坑壁の他の部分を傷めることな
く、所定領域内の掘削面を確実に、かつ大きな振動を伴
うことなく掘削することができる。また、機械式カッタ
ー等に比べ掘削反力が小さくて済み、さらには、機械摩
擦による摩耗の発生が無いため、高い耐久性を有する。
Therefore, according to this embodiment, in the tunnel excavator 200, the nozzle 10 according to the first to fourth embodiments is used, and the cavitation jet 50 from the nozzle 10 is applied to the pit which is the object 70 to be destroyed. Since it is blown and crushed, it is possible to excavate the excavation surface in the predetermined area reliably and without large vibration without damaging other portions of the pit wall. In addition, the excavation reaction force is smaller than that of a mechanical cutter or the like, and wear is not generated due to mechanical friction.

【0040】また、かかる実施例によれば、噴射水及び
ズリを回収する回収装置を設けることにより、掘削によ
り生じたズリを、効率てきに、かつ自動的に地上あるい
は外部に排出でき、掘削作業性が向上する。
Further, according to this embodiment, by providing a recovery device for recovering the jet water and the waste, the waste generated by the excavation can be efficiently and automatically discharged to the ground or to the outside. The performance is improved.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上記載の如く本発明によれば、高圧水
を噴射する先細状の高圧水噴流ノズルと、該高圧水噴流
ノズルを囲むように設けられて、内部に低圧水入口から
の低圧水が通流する水室が形成されるとともに、該水室
の出口側に通路面積が縮小された縮流部が形成された低
圧水噴流ノズルとよりなる気中キャビテーションジェッ
ト生成ノズルを備えているので、整流された低圧水噴流
中に前記高圧水噴流を噴射して、該高圧水噴流と低圧水
噴流との間に形成されるせん断層でキャビテーションを
生成し成長せしめることにより、安定した気中キャビテ
ーションジェットが生成できる。また、該高圧水噴流ノ
ズルは先細状に形成されているので、これの外側を流れ
る低圧水噴流の流動を乱すことはない。
As described above, according to the present invention, a tapered high-pressure water jet nozzle for jetting high-pressure water, and a high-pressure water jet nozzle are provided so as to surround the high-pressure water jet nozzle. A water chamber through which water flows is formed, and an aerial cavitation jet generation nozzle including a low-pressure water jet nozzle formed with a contraction portion having a reduced passage area on the outlet side of the water chamber is provided. Therefore, by injecting the high-pressure water jet into the rectified low-pressure water jet and generating and growing cavitation in a shear layer formed between the high-pressure water jet and the low-pressure water jet, a stable air flow is obtained. A cavitation jet can be generated. Further, since the high-pressure water jet nozzle is formed in a tapered shape, the flow of the low-pressure water jet flowing outside the nozzle is not disturbed.

【0042】そして、かかる気中キャビテーションジェ
ットの衝撃圧と低圧水噴流及び高圧水噴流の淀み圧とに
より被破壊物を破砕するので、従来技術に比べはるかに
大きな破壊エネルギーが得られ、単位動力当たりの破壊
力が大きくなる。さらに、安定した気中キャビテーショ
ンジェットが生成できるため、目標とする被破壊部以外
の部位を傷めることがなく、広範囲の坑盤に適用でき
る。
The object to be destroyed is crushed by the impact pressure of the aerial cavitation jet and the stagnation pressure of the low-pressure water jet and the high-pressure water jet. The destructive power of is increased. Furthermore, since a stable aerial cavitation jet can be generated, it can be applied to a wide range of pits without damaging a portion other than the target portion to be destroyed.

【0043】また、請求項2のように構成すれば、低圧
水を前記整流手段と縮流部とを直列に流すことにより、
充分に整流された低圧水噴流が得られ、せん断層の形成
作用が促進される。
According to a second aspect of the present invention, the low-pressure water is caused to flow in series between the rectifying means and the contraction section,
A well-rectified low-pressure water jet is obtained, and the action of forming a shear layer is promoted.

【0044】また、請求項3のように構成すれば、前記
超音波振動子で水室内を加振することにより、キャビテ
ーションの基となる微細気泡の気泡核が増大し、キャビ
テーション生成作用が促進される。
According to the third aspect of the present invention, by vibrating the water chamber with the ultrasonic vibrator, the number of bubble nuclei of microbubbles serving as a basis for cavitation increases, and the cavitation generating action is promoted. You.

【0045】また、請求項4のように構成すれば、低圧
水を水室内に好ましくは接線方向に注入することにより
旋回流を形成するので、せん断層の形成及びキャビテー
ションの生成が促進されるとともに、低圧水の飛散が防
止され、キャビテーションジェットの到達距離が延伸さ
れる。
According to the present invention, the swirling flow is formed by injecting low-pressure water into the water chamber, preferably in a tangential direction, so that the formation of a shear layer and the generation of cavitation are promoted. In addition, scattering of low-pressure water is prevented, and the reach of the cavitation jet is extended.

【0046】また、請求項5のように構成すれば、螺旋
状のガイド機構により水室内の低圧水に旋回流を形成す
るので、請求項4記載の発明と同様に、せん断層の形成
及びキャビテーションの生成が促進されるとともに、低
圧水の飛散が防止され、キャビテーションジェットの到
達距離が延伸される。
According to the fifth aspect of the present invention, a swirling flow is formed in the low-pressure water in the water chamber by the spiral guide mechanism, so that the shear layer is formed and the cavitation is formed in the same manner as in the fourth aspect of the invention. Is promoted, scattering of low-pressure water is prevented, and the cavitation jet can be extended.

【0047】さらに請求項6のように構成すれば、高圧
水噴流ノズル内の流路を、大径流路と流路断面が段状に
縮径された小径流路とを組み合わせた流路構造としたこ
とにより、前記高圧水噴流ノズルの噴出口上流側で剥離
流れが生じ、キャビテーション気泡核の生成が促進され
る。
According to a sixth aspect of the present invention, the flow path in the high-pressure water jet nozzle has a flow path structure in which a large diameter flow path and a small diameter flow path whose flow path cross section is reduced stepwise are combined. As a result, a separation flow occurs on the upstream side of the jet outlet of the high-pressure water jet nozzle, and the generation of cavitation bubble nuclei is promoted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施形態に係る気中キャビテーショ
ンジェット生成ノズルの第1実施例を示す縦断面図であ
る。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first example of an air cavitation jet generation nozzle according to an embodiment of the present invention.

【図2】 ノズルの第2実施例を示す縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the nozzle.

【図3】 ノズルの第3実施例を示し、(A)は縦断面
図、(B)は(A)のZ矢視図である。
3A and 3B show a third embodiment of a nozzle, in which FIG. 3A is a longitudinal sectional view, and FIG.

【図4】 ノズルの第4実施例を示し、(A)は縦断面
図、(B)は(A)のA−A断面図である。
4A and 4B show a fourth embodiment of a nozzle, wherein FIG. 4A is a longitudinal sectional view, and FIG. 4B is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図5】 本発明に係る高圧水噴流ノズルの一例を示す
縦断面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an example of a high-pressure water jet nozzle according to the present invention.

【図6】 本発明に係る高圧水噴流ノズルの他の実施例
を示す縦断面図である。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the high-pressure water jet nozzle according to the present invention.

【図7】 本発明に係る気中キャビテーションジェット
生成ノズルの実験装置の構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of an experimental device of the air cavitation jet generation nozzle according to the present invention.

【図8】 本発明に係る気中キャビテーションジェット
生成ノズルを組み込んだトンネル掘削機の側面図であ
る。
FIG. 8 is a side view of a tunnel excavator incorporating the aerial cavitation jet generation nozzle according to the present invention.

【図9】 前記トンネル掘削機の性能線図である。FIG. 9 is a performance diagram of the tunnel excavator.

【図10】 図5、図6に示す高圧水噴流ノズルの性能
の比較線図である。
FIG. 10 is a comparative diagram of the performance of the high-pressure water jet nozzle shown in FIGS. 5 and 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 低圧水入口 2 高圧水噴流ノズル 2g 段差部 3 整流板 4 低圧水噴流ノズル 5 水室 7 ノズル本体 10 ノズル 21 超音波振動子 32 旋回流 41 縮流部 42 ガイドフィン 50 キャビテーションジェット 200 トンネル掘削機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Low-pressure water inlet 2 High-pressure water jet nozzle 2g Step part 3 Rectifier plate 4 Low-pressure water jet nozzle 5 Water chamber 7 Nozzle body 10 Nozzle 21 Ultrasonic vibrator 32 Swirling flow 41 Contraction part 42 Guide fin 50 Cavitation jet 200 Tunnel excavator

フロントページの続き (72)発明者 山内 崇賢 神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 坂田 英之 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 Fターム(参考) 2D029 DB03 2D054 AC20 BA28 BB08 DA12 Continued on the front page. (72) Inventor Takayoshi Yamauchi 1-1-1, Wadazakicho, Hyogo-ku, Kobe-shi Inside the Kobe Shipyard, Mitsubishi Heavy Industries Co., Ltd. (72) Inventor Hideyuki Sakata 2-1-1, Araimachi, Takarai City, Hyogo Prefecture No. 1 F term in Takasago Research Laboratory, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (Reference) 2D029 DB03 2D054 AC20 BA28 BB08 DA12

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高圧水を噴射する先細状の高圧水噴流ノ
ズルと、該高圧水噴流ノズルを囲むように設けられて、
内部に低圧水入口からの低圧水が通流する水室が形成さ
れるとともに、該水室の出口側に通路面積が縮小された
縮流部が形成された低圧水噴流ノズルとを備えたことを
特徴とする気中キャビテーションジェット生成ノズル。
1. A high-pressure water jet nozzle having a tapered shape for jetting high-pressure water, and provided so as to surround the high-pressure water jet nozzle.
A water chamber through which low-pressure water flows from the low-pressure water inlet is formed, and a low-pressure water jet nozzle having a flow-reducing portion with a reduced passage area is formed on the outlet side of the water chamber. An aerial cavitation jet generation nozzle characterized by the following.
【請求項2】 前記水室内に、前記低圧水入口から導入
された低圧水を整流する整流手段を設けたことを特徴と
する請求項1記載の気中キャビテーションジェット生成
ノズル。
2. The aerial cavitation jet generation nozzle according to claim 1, wherein a rectifying means for rectifying the low-pressure water introduced from the low-pressure water inlet is provided in the water chamber.
【請求項3】 前記水室内の、前記高圧水噴流ノズルの
噴出口の上流部位に超音波振動子を設けたことを特徴と
する請求項1記載の気中キャビテーションジェット生成
ノズル。
3. The aerial cavitation jet generation nozzle according to claim 1, wherein an ultrasonic vibrator is provided in the water chamber at a position upstream of a jet port of the high-pressure water jet nozzle.
【請求項4】 前記低圧水入口は、前記水室内に周方向
の旋回流が形成される方向に開口してなることを特徴と
する請求項1記載の気中キャビテーションジェット生成
ノズル。
4. The air cavitation jet generation nozzle according to claim 1, wherein the low-pressure water inlet is opened in a direction in which a circumferential swirling flow is formed in the water chamber.
【請求項5】 前記水室内に、該水室内の低圧水に旋回
流を生成する螺旋状のガイド機構を設けたことを特徴と
する請求項1記載の気中キャビテーションジェット生成
ノズル。
5. The air cavitation jet generation nozzle according to claim 1, wherein a spiral guide mechanism for generating a swirling flow in the low-pressure water in the water chamber is provided in the water chamber.
【請求項6】 前記高圧水噴流ノズルは、その流路が、
大径に形成された大径流路と、該大径流路から流路断面
が段状に縮径された小径流路とにより構成されてなるこ
とを特徴とする請求項1〜5記載の気中キャビテーショ
ンジェット生成ノズル。
6. The high pressure water jet nozzle, wherein a flow path thereof is
6. The aerial system according to claim 1, wherein the large-diameter flow path has a large diameter, and the small-diameter flow path has a cross section reduced in a stepped manner from the large-diameter flow path. Cavitation jet generation nozzle.
【請求項7】 岩石等の被破壊物を破砕する掘削機械
において、高圧水を噴射する高圧水噴流ノズルと、該高
圧水噴流ノズルを囲むように設けられて、内部に低圧水
入口からの低圧水が通流する水室が形成されるととも
に、該水室の出口側に通路面積が縮小された縮流部が形
成された低圧水噴流ノズルとを有する気中キャビテーシ
ョンジェット生成ノズルを備えたことを特徴とする掘削
機械。
7. An excavating machine for crushing an object to be destroyed such as a rock, a high-pressure water jet nozzle for jetting high-pressure water, and a low-pressure water jet nozzle provided to surround the high-pressure water jet nozzle. A water chamber through which water flows is formed, and an aerial cavitation jet generation nozzle having a low-pressure water jet nozzle formed with a contraction portion having a reduced passage area on the outlet side of the water chamber is provided. A drilling machine characterized by the following.
【請求項8】 岩石等の被破壊物を破砕する掘削方法に
おいて、高圧水を噴射する高圧水噴流ノズルと低圧水を
噴出する低圧水噴流ノズルとよりなる気中キャビテーシ
ョン生成ノズルを掘削用アタッチメントの端部に取り付
け、前記低圧水噴流ノズルからの低圧水を、前記高圧水
噴流ノズルからの高圧水噴流の外側を囲むようにして該
高圧水と同時に噴射し、前記高圧水噴流と低圧水噴流と
の間に形成されるせん断層でキャビテーションを生成
し、該キャビテーションを含む気中キャビテーションジ
ェットにより被破壊物を破砕することを特徴とする気中
キャビテーションジェット掘削方法。
8. An excavation method for crushing an object to be destroyed such as a rock, wherein an aerial cavitation generating nozzle including a high-pressure water jet nozzle for jetting high-pressure water and a low-pressure water jet nozzle for jetting low-pressure water is provided with an excavation attachment. At the end, the low-pressure water jet from the low-pressure water jet nozzle is jetted simultaneously with the high-pressure water so as to surround the outside of the high-pressure water jet from the high-pressure water jet nozzle, and between the high-pressure water jet and the low-pressure water jet. A method for excavating an aerial cavitation jet, wherein cavitation is generated by a shear layer formed in the cavitation, and an object to be destroyed is crushed by an aerial cavitation jet including the cavitation.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006036070A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-06 Agr Subsea As Device, system and method for effective removal of clay and other sediments on the ocean floor
CN101864899A (en) * 2010-06-17 2010-10-20 山西潞安环保能源开发股份有限公司 Self-control shooting distance water jet drill
CN102505724A (en) * 2011-10-26 2012-06-20 中冶集团武汉勘察研究院有限公司 Hole guiding device and hole guiding method for bad ground
CN106223855A (en) * 2016-09-06 2016-12-14 浙江省交通工程建设集团有限公司 A kind of Pneumatic control type for embedded rock pile hard-soft heterogeneous ground cuts rock device
CN108517908A (en) * 2018-05-31 2018-09-11 厚力德机器(杭州)有限公司 A kind of river walking dredging collection system
CN109777935A (en) * 2019-02-25 2019-05-21 江苏大学 A kind of device and method strengthened for high pressure cavitation jet
CN113714940A (en) * 2021-08-13 2021-11-30 南通大学 Artificially submerged cavitation jet shot blasting device, working method thereof and combined nozzle
CN114033411B (en) * 2021-11-09 2024-04-26 中铁工程装备集团有限公司 Water-guiding laser type composite rock breaking spray head

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006036070A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-06 Agr Subsea As Device, system and method for effective removal of clay and other sediments on the ocean floor
CN101864899A (en) * 2010-06-17 2010-10-20 山西潞安环保能源开发股份有限公司 Self-control shooting distance water jet drill
CN102505724A (en) * 2011-10-26 2012-06-20 中冶集团武汉勘察研究院有限公司 Hole guiding device and hole guiding method for bad ground
CN106223855A (en) * 2016-09-06 2016-12-14 浙江省交通工程建设集团有限公司 A kind of Pneumatic control type for embedded rock pile hard-soft heterogeneous ground cuts rock device
CN108517908A (en) * 2018-05-31 2018-09-11 厚力德机器(杭州)有限公司 A kind of river walking dredging collection system
CN109777935A (en) * 2019-02-25 2019-05-21 江苏大学 A kind of device and method strengthened for high pressure cavitation jet
CN113714940A (en) * 2021-08-13 2021-11-30 南通大学 Artificially submerged cavitation jet shot blasting device, working method thereof and combined nozzle
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