JPH06328365A - アブレッシブ・ウオータジェット装置 - Google Patents

アブレッシブ・ウオータジェット装置

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JPH06328365A
JPH06328365A JP12158593A JP12158593A JPH06328365A JP H06328365 A JPH06328365 A JP H06328365A JP 12158593 A JP12158593 A JP 12158593A JP 12158593 A JP12158593 A JP 12158593A JP H06328365 A JPH06328365 A JP H06328365A
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JP
Japan
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abrasive
high pressure
water jet
flow
bar member
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Application number
JP12158593A
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English (en)
Inventor
Yasunari Okamoto
康令 岡本
Kozo Yoshinaga
浩三 吉永
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アブレッシブ・ウオータジェットの砥粒混入
率を向上させる。 【構成】 高圧室14aを形成するノズルチューブ14
と、該ノズルチューブ14内高圧室14aからの高圧水
を収束させるオリフィス13と、該オリフィス13から
の収束噴流に砥粒を混入させる砥粒混入室6と、該砥粒
混入室6で砥流が混入された噴流をワークに向けて吐出
する砥流混合水ノズル部11とを備えてなるアブレッシ
ブ・ウオータジェット装置において、上記高圧室14a
内に高圧水の流れの方向と直交する方向にバー部材等の
渦流形成手段16を設け、砥粒混入室6に供給される噴
流にカルマン渦を生じさせることによって砥粒を巻き込
み易くした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、アブレッシブ・ウオ
ータジェット装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えば樹脂材、金属材等の素
材を切断するに際して、例えば高圧水(例えば2000
〜3000kgf/cm2程度)をノズル先端から噴射し、そ
の高圧・高速のジェット噴流によって切断するアブレッ
シブ・ウオータジェット装置が開発提供されている。
【0003】今例えば図10に基づいて、該従来のアブ
レッシブ・ウオータジェット装置の構成およびその切断
方法について説明する。
【0004】すなわち、先ず図10は同装置の超高圧水
ポンプより超高圧水が供給されるノズルチューブ14内
高圧室14a以下のアブレッシブ・ウオータジェットノ
ズル要部の構成を示しており、符号2は当該アブレッシ
ブ・ウオータジェットノズル、10はノズル本体、11
は砥粒混合水ノズル、12は砥粒混合室(砥粒混合部)6
を形成している砥粒混合室チューブ、13は収束部材1
3aおよび整流部材13bよりなるオリフィス、14は同
オリフィス13を保持するとともに上記高圧室14aを
形成するノズルチューブ、17は砥粒供給パイプ接続
口、18は上記混合室チューブ12の側部に形成された
砥粒導入口と上記砥粒供給パイプ接続口18を連通させ
る砥粒供給口である。
【0005】また、符号12aは、上記砥粒混合室チュ
ーブ12の上部に形成された高圧水噴流導入口であり、
上記ノズル本体10のオリフィス整流部材13bの下流
側空間部19を介して収束された高圧水噴流が砥粒混合
室6内に導入される。
【0006】そして、同砥粒混合室6内で上記砥粒導入
口より供給される砥粒と混合された後に砥粒混合水ノズ
ル11のノズル孔11aを通して更に混合攪拌されなが
ら収束され、かつ増速された後に被切断材に向けて吐出
される。
【0007】そして、該構成のアブレッシブ・ウオータ
ジェットノズルでは、上記オリフィス13からの高圧水
噴流の収束度が高く、かつ流量が大きいほど切断性能は
高くなる。
【0008】そこで、従来より該切断性能の向上を目的
として、例えば図10に示すように上記ノズルチューブ
14の高圧室14a内に図11に詳細に示すような内側
に逆円錐台形状の収束用コーン孔15aを形成した収束
用コーン部材15を嵌装したものが提案されている(例
えば特開平3−4359号公報参照)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のように収束用コ
ーン部材15を高圧室14a内に嵌装すると、確かに高
圧水噴流の収束性が高くなり、かつ噴流速度も高くなる
ので切断性能は向上する。
【0010】しかし、アブレッシブ・ウオータジェット
装置の場合、その前提としてオリフィス13からの高圧
水噴流と高圧水との混合性が良いことが必要であり、そ
のためには上記オリフィス13から供給される高圧水噴
流が或る程度拡散されることが望ましい。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1〜6各項
記載の発明は、各々上記の課題を解決することを目的と
してなされたもので、それぞれ次のように構成されてい
る。
【0012】(1) 請求項1記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、高圧
室14aを形成するノズルチューブ14と、該ノズルチ
ューブ14内高圧室14aからの高圧水を収束用コーン
部材15を介して収束させるオリフィス13と、該オリ
フィス13からの収束噴流に砥粒を混入させる砥粒混入
部6と、該砥粒混入部6で砥流が混入された噴流をワー
クに向けて吐出する砥流混合水ノズル部11とを備えて
なるアブレッシブ・ウオータジェット装置において、上
記高圧室14a内に高圧水の流れの方向と直交する方向
に渦流形成手段16を設けて構成されている。
【0013】(2) 請求項2記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項1記載の発明の構成における渦流形成手段16
が、バー部材により構成されている。
【0014】(3) 請求項3記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項2記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段16がノズルチューブ高圧室14a内の収束
用コーン部材15の上流位置に配設して構成されてい
る。
【0015】(4) 請求項4記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項2記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段16が、上記収束用コーン部材15のコーン
室入口位置に配設して構成されている。
【0016】(5) 請求項5記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項2記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段16が、上記収束用コーン部材15のコーン
室途中位置に配設して構成されている。
【0017】(6) 請求項6記載の発明の構成 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項2,34又は5記載の発明の構成におけるバー部
材が円柱体により構成されている。
【0018】
【作用】本願の請求項1〜6各項記載の発明は、それぞ
れ以上の構成に対応して各々次のような作用を奏する。
【0019】(1) 請求項1記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、高圧
室14aを形成するノズルチューブ14と、該ノズルチ
ューブ14内高圧室14aからの高圧水を収束用コーン
部材15を介して収束させるオリフィス13と、該オリ
フィス13からの収束噴流に砥粒を混入させる砥粒混入
部6と、該砥粒混入部6で砥流が混入された噴流をワー
クに向けて吐出する砥流混合水ノズル部11とを備えて
なるアブレッシブ・ウオータジェット装置において、上
記高圧室14a内に高圧水の流れの方向と直交する方向
に渦流形成手段16を設けて構成されている。
【0020】従って、上記高圧室14aにおいて上記渦
流形成手段16により、その下流に例えばカルマン渦な
どの渦流が形成され、該渦流状態の高圧水が上記収束用
コーン部材15からオリフィス13を通して脈動を伴う
噴流状態となって砥粒混合部6に供給されるようにな
る。
【0021】その結果、砥粒混合部6における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。
【0022】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。
【0023】(2) 請求項2記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項1記載の発明の構成における渦流形成手段16
が、バー部材により構成されている。
【0024】バー部材よりなる上記渦流形成手段16に
より、その下流側にカルマン渦などの渦流が形成され、
該渦流状態の高圧水が上記収束用コーン部材15からオ
リフィス13を通して脈動を伴う噴流状態となって砥粒
混合部6に供給されるようになる。
【0025】その結果、砥粒混合部6における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。
【0026】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。
【0027】(3) 請求項3記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項2記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段16がノズルチューブ高圧室14a内の収束
用コーン部材15の上流位置に配設して構成されてい
る。
【0028】従って、バー部材よりなる上記渦流形成手
段16により、その下流にカルマン渦などの渦流が形成
され、該渦流状態の高圧水が上記収束用コーン部材15
からオリフィス13を通して脈動を伴う噴流状態となっ
て砥粒混合部6に供給されるようになる。
【0029】その結果、砥粒混合部6における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。
【0030】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。
【0031】(4) 請求項4記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項2記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段16が、上記収束用コーン部材15のコーン
室入口位置に配設して構成されている。
【0032】従って、バー部材よりなる上記渦流形成手
段16により、その下流にカルマン渦などの渦流が形成
され、該渦流状態の高圧水が上記収束用コーン部材15
からオリフィス13を通して脈動を伴う噴流状態となっ
て砥粒混合部6に供給されるようになる。
【0033】その結果、砥粒混合部6における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。
【0034】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。
【0035】(5) 請求項5記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項2記載の発明の構成におけるバー部材よりなる渦
流形成手段16が、上記収束用コーン部材15のコーン
室途中位置に配設して構成されている。
【0036】従って、バー部材よりなる上記渦流形成手
段16により、その下流にカルマン渦などの渦流が形成
され、該渦流状態の高圧水が上記収束用コーン部材15
からオリフィス13を通して脈動を伴う噴流状態となっ
て砥粒混合部6に供給されるようになる。
【0037】その結果、砥粒混合部6における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。
【0038】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。
【0039】(6) 請求項6記載の発明の作用 該発明のアブレッシブ・ウオータジェット装置は、上記
請求項2,34又は5記載の発明の構成におけるバー部
材が円柱体により構成されている。
【0040】従って、上記円柱体よりなる渦流形成手段
16により、その下流に効果的にカルマン渦などの渦流
が形成され、該渦流状態の高圧水が上記収束用コーン部
材15からオリフィス13を通して脈動を伴う噴流状態
となって砥粒混合部6に供給されるようになる。
【0041】その結果、砥粒混合部6における高圧水噴
流に対する砥粒の混合状態が良好となり、切断性能が向
上する。
【0042】また、上記渦流はその脈動により噴流に圧
力波を生ぜしめ水撃作用を実現することから、該作用に
よって更に切断性能が向上する。
【0043】
【発明の効果】以上の結果、本願発明のアブレッシブ・
ウオータジェット装置によると、砥粒混合率の向上と水
撃作用により、切断性能が相当に向上する。
【0044】
【実施例】
(1) 第1実施例 図1〜図5は、本願発明の第1実施例に係るアブレッシ
ブ・ウオータジェット装置の構成とその作用および特性
データを示している。
【0045】すなわち、先ず図1、図2は同装置の超高
圧水ポンプより超高圧水が供給されるノズルチューブ1
4内高圧室14a以下のアブレッシブ・ウオータジェッ
トノズル要部の構成を示しており、符号2は当該アブレ
ッシブ・ウオータジェットノズル、10はノズル本体、
11は砥粒混合水ノズル、12は砥粒混合室(砥粒混合
部)6を形成している砥粒混合室チューブ、13は収束
部材13aおよび整流部材13bよりなるオリフィス、1
4は同オリフィス13を保持するとともに上記高圧室1
4aを形成するノズルチューブ、17は砥粒供給パイプ
接続口、18は上記混合室チューブ12の側部に形成さ
れた砥粒導入口と上記砥粒供給パイプ接続口18を連通
させる砥粒供給口である。
【0046】また、符号12aは、上記砥粒混合室チュ
ーブ12の上部に形成された高圧水噴流導入口であり、
上記ノズル本体10のオリフィス整流部材13bの下流
側空間部19を介して収束された高圧水噴流が砥粒混合
室6内に導入される。
【0047】そして、同砥粒混合室6内で上記砥粒導入
口より供給される砥粒と混合された後に砥粒混合水ノズ
ル11のノズル孔11aを通して更に混合攪拌されなが
ら収束され、かつ増速された後に被切断材に向けて吐出
される。
【0048】一方、符号15は、上記ノズルチューブ1
4内の高圧室14a底部に嵌装された収束用コーン部材
であり、例えば図3および図4に示すように内側に所定
角度の逆円錐台形状のコーン室15aを形成して構成さ
れ、その上端部には円柱体よりなるバー部材16が高圧
水の流通方向と直交する状態で配設されている。該バー
部材16は、図4に示すように、その下流側コーン形状
孔15a内にカルマン渦を形成するための渦流形成手段
として設けられており、該バー部材16の下流に図4に
示すように周期的な互い違いのカルマン渦列を伴う後流
を形成することによって上記オリフィス13の上流側の
流れを周期的に乱し、それによって上記オリフィス13
下流側の収束された高圧水噴流を砥粒を巻き込み易い乱
流に形成するとともに該乱流に周期的な脈動(圧力変動)
を生じさせることによって上記砥粒の混合度が特に良好
となるようにしている。
【0049】そして、このようにして良好に砥粒が混入
された高圧水噴流が、さらに砥粒混合水ノズル11内の
ノズル孔11a内で収束、加速された後に高流速で初切
断材に向けて吐出される。その結果、切断性能が向上す
る。
【0050】また、該高流速の吐出噴流は、その脈動に
より当該噴流に圧力波を生ぜしめて水撃作用を実現する
ことから、該作用によって一層切断性能が向上する。
【0051】該実施例の切断性能の測定結果Cを上述し
た従来例のものA(収束用コーン部材なし)、B(収束用
コーン部材のみ)と対比して示すと、図5のようになっ
た。この測定結果から見ると、本実施例のものCは噴流
幅が従来例のものBと余り変わらないにも拘わらず、切
断性能は20%程度向上しており、十分に効果があるこ
とが分る。
【0052】ここで、上記図3の構成における高圧室1
4a内の超高圧水の平均速度をV(m/s)、円柱体のバー
部材16の直径をd(mm)、該バー部材16の下流に形成
されるカルマン渦列の周波数をn(Hz)とすると、周知の
ように実際の製品と実験モデルとの関係におけるストロ
ーハル数StはSt=nd/Vであり、該無次元周波数St
は広い範囲の超高圧水速度Vにおいて略一定である。そ
して、上記円柱体のバー部材16のストローハル数St
はSt=0.2である。
【0053】従って、結局上式からカルマン渦列の周波
数nは、n=0.2V/dとして求められる。このようにして
求めた上記カルマン渦列の実用的な範囲の周波数nを、
上記超高圧水の高圧室平均速度V、バー部材16の直径
値dとの関係で示すと、例えば次の(表1)のA〜Fのよ
うになった。
【0054】
【表1】
【0055】該(表1)に例示されるn=700〜400
0(Hz)のもので十分に実用的効果が認められ、切断性
能が向上する。
【0056】(2) 第2実施例 次に図6〜図8は、上記バー部材16を上記収束用コー
ン部材15のコーン室途中に設けたことを特徴とするも
のである。
【0057】該構成によっても上記第1実施例の場合と
同様に、バー部材16の下流に周期的に高圧水噴流に乱
れを生じさせるカルマン渦列を形成することができ、上
記第1実施例と同様の砥粒混合率向上効果、水撃効果を
得ることができる。
【0058】(3) 第3実施例 次に図9は、上記バー部材16を上記収束用コーン部材
15の上流側高圧室14aに設けたことを特徴とするも
のである。
【0059】該構成によっても上記第1、第2実施例の
場合と同様に、バー部材16の下流に周期的に高圧水噴
流に乱れを生じさせるカルマン渦を形成することがで
き、上記第1実施例と得ようの砥粒混合率向上効果、水
撃効果を得ることができる。
【0060】(4) 第4実施例 以上の実施例では、その何れにあっても上記バー部材1
6を1本のもので構成したが、該バー部材16は、例え
ば十字形のものでも、又放射状のものでも良いことは言
うまでもない。
【0061】また、その断面形状も必ずしも円柱体形状
のものに限られることなく、断面三角形状のものや、断
面四角形状のものでも良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本願発明の第1実施例に係るアブレッ
シブ・ウオータジェット装置の構成を示す断面図であ
る。
【図2】図2は、同装置の拡大断面図である。
【図3】図3は、同装置の要部の構成を示す拡大斜視図
である。
【図4】図4は、同要部の構成を示す拡大断面図であ
る。
【図5】図5は、同装置の切断性能向上効果を示すグラ
フである。
【図6】図6は、本願発明の第2実施例に係るアブレッ
シブ・ウオータジェット装置の構成を示す拡大断面図で
ある。
【図7】図7は、同装置の要部の構成を示す拡大斜視図
である。
【図8】図8は、同要部の拡大断面図である。
【図9】図9は、本願発明の第3実施例に係るアブレッ
シブ・ウオータジェット装置の構成を示す拡大断面図で
ある。
【図10】図10は、従来のアブレッシブ・ウオータジ
ェット装置の構成を示す断面図である。
【図11】図11は、同装置の要部の構成を示す拡大斜
視図である。
【符号の説明】
2はアブレッシブ・ウオータジェットノズル、6は混合
室、10はノズル本体、11は砥粒混合水ノズル部、1
2は混合室チューブ、13はオリフィス、14はノズル
チューブ、14aは高圧室、15は収束用コーン部材、
15aは高圧室、16はバー部材、17は砥粒供給パイ
プ接続口である、

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高圧室14aを形成するノズルチューブ
    14と、該ノズルチューブ14内高圧室14aからの高
    圧水を収束用コーン部材15を介して収束させるオリフ
    ィス13と、該オリフィス13からの収束噴流に砥粒を
    混入させる砥粒混入部6と、該砥粒混入部6で砥流が混
    入された噴流をワークに向けて吐出する砥流混合水ノズ
    ル部11とを備えてなるアブレッシブ・ウオータジェッ
    ト装置において、上記高圧室14a内に高圧水の流れの
    方向と直交する方向に渦流形成手段16を設けたことを
    特徴とするアブレッシブ・ウオータジェット装置。
  2. 【請求項2】 渦流形成手段16は、バー部材よりなる
    ことを特徴とする請求項1記載のアブレッシブ・ウオー
    タジェット装置。
  3. 【請求項3】 バー部材よりなる渦流形成手段16を、
    上記ノズルチューブ高圧室14a内の上記収束用コーン
    部材15の上流位置に配設したことを特徴とする請求項
    2記載のアブレッシブ・ウオータジェット装置。
  4. 【請求項4】 バー部材よりなる渦流形成手段16を、
    上記収束用コーン部材15のコーン室入口に配設したこ
    とを特徴とする請求項2記載のアブレッシブ・ウオータ
    ジェット装置。
  5. 【請求項5】 バー部材よりなる渦流形成手段16を、
    上記収束用コーン部材15のコーン室途中に配設したこ
    とを特徴とする請求項2記載のアブレッシブ・ウオータ
    ジェット装置。
  6. 【請求項6】 バー部材が円柱体であることを特徴とす
    る請求項2,3,4又は5記載のアブレッシブ・ウオータ
    ジェット装置。
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