JPH0647665A - Cavitation injection nozzle - Google Patents

Cavitation injection nozzle

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JPH0647665A
JPH0647665A JP20396092A JP20396092A JPH0647665A JP H0647665 A JPH0647665 A JP H0647665A JP 20396092 A JP20396092 A JP 20396092A JP 20396092 A JP20396092 A JP 20396092A JP H0647665 A JPH0647665 A JP H0647665A
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cavitation
nozzle
water
cover
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Kazunori Satou
一教 佐藤
Takenori Shindou
丈典 進藤
Koichi Kurosawa
孝一 黒沢
Kunio Enomoto
邦夫 榎本
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Hitachi Ltd
Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To improve the surface stress condition of an under-water structure by setting a cover surrounding a cavitation jet to a nozzle to open toward the surface of a steel material to be a processing object. CONSTITUTION:Inside a cover 7 set to a nozzle, a turbulant circulation whirlpool 206 of a strong anisotropy is generated between the cover inner wall and a cavitation jet 205, and the bubbles and the bubble cores in the cavitation jet 205 are utilized to the peening repeatedly, so as to improve the peening efficiency. And a whirlpool with a strong anisotropy and disturbed turbulantly gives a strong turbulance also to the cavitation jet 205, and excites the bubble cores in the water, so as to expedite the cavitation. In this cavitation expediting, an array of bubbles 207 resulting from whirlpools, which is the type of generating a prominent shock pressure in the jet when the jet hits a substance surface 207, is produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、鋼材などの加工物の残
留応力低減技術に係わり、水中においてキヤビテーシヨ
ンを伴う水噴流を加工物の表面へ衝突させることによつ
て、引張り方向に過大応力が残る表面を、圧縮応力が作
用するまで処理しようとするキヤビテーシヨン噴射ノズ
ルの構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for reducing residual stress of a work such as steel, and by causing a water jet accompanied by cavitation to collide with the surface of the work in water, an excessive stress in the tensile direction is generated. The present invention relates to the structure of a cavitation injection nozzle that is intended to process the remaining surface until a compressive stress acts.

【0002】[0002]

【従来の技術】応力腐食割れを起こすポテンシヤルのあ
る既設構造物の表面応力は、鋼球を気流の勢いで吹きつ
けるシヨツトブラスト、砂粒を用いるサンドブラスト、
氷粒を用いるクライオブラスト等によるピーニング処理
を行い、応力を引張り方向(亀裂を拡大させる方向)か
ら圧縮方向へと改善する。
2. Description of the Related Art The surface stress of an existing structure having a potential corrosion that causes stress corrosion cracking is caused by a shot blast in which a steel ball is blown by the force of an air flow, a sand blast using sand grains,
A peening process such as cryoblast using ice particles is performed to improve the stress from the tensile direction (direction of expanding the crack) to the compression direction.

【0003】このようなピーニング技術は、残留応力対
策として各種機械構造物あるいは部品加工時に広く用い
られている。
Such a peening technique is widely used in processing various mechanical structures or parts as a measure against residual stress.

【0004】しかし、このようなブラスト操作のできな
い環境でありながら、是非ともピーニングしなければな
らない構造物も多い。例えば、水を張つた状態の特殊な
熱交換器や反応槽、あるいは海洋構造物の溶接部は、い
ずれも水を除去しての作業は物理的あるいは経済的に不
可能に近い。また、ブラスト粒子を水中から回収するこ
とは大変な難作業である。氷粒を用いれば回収は不要で
あるが、経済的なメリツトは出にくい。
However, there are many structures that must be peened by all means in such an environment where the blast operation is not possible. For example, in a special heat exchanger or reaction tank in a water-filled state, or in a welded portion of an offshore structure, work for removing water is physically or economically impossible. Also, recovering blast particles from water is a very difficult task. If ice particles are used, recovery is not necessary, but economical merits are hard to come out.

【0005】高速ウオータジエツトの利用は、ユニーク
な加工、採鉱、あるいは洗浄技術として知られるが、こ
れを表面応力改善に利用する試みがウエスチングハウス
・エレクトロニクス社により行われた(特開昭62−6
3614号公報)。水噴流によるピーニングは、水冷効
果もあつて局所的な温度上昇を防げるというメリツトも
ある。
The use of high-speed water jet is known as a unique processing, mining, or cleaning technique, and an attempt to utilize it for improving surface stress was made by Westinghouse Electronics Co., Ltd. (Japanese Patent Laid-Open No. 62-6).
3614 publication). Peening with a water jet has the merit of preventing a local temperature rise due to the water cooling effect.

【0006】しかしこれは、水噴流の軸動圧力を有効に
利用できる大気中の作業に対するものであり、この技術
を水中水噴流としてそのまま展開できるという保証はな
い。水中では、噴流軸動圧力の減衰がかなり速い。これ
は、周囲水の抵抗と同じ液相であるがために拡散が速い
ことに起因する。水中で、気相中水噴流なみの軸動圧力
を得るためには、超高圧発生装置が必要になり、コスト
的に大変不利な技術になつてしまう。
However, this is for the work in the atmosphere in which the axial dynamic pressure of the water jet can be effectively utilized, and there is no guarantee that this technique can be directly deployed as an underwater water jet. In water, the damping of the jet axial dynamic pressure is fairly fast. This is due to the fast diffusion due to the same liquid phase as the resistance of the surrounding water. In order to obtain an axial dynamic pressure similar to that of a gas-phase water jet in water, an ultrahigh pressure generator is required, which is a very disadvantageous technique in terms of cost.

【0007】一方、水中水噴流には、噴流と周囲水との
剪断作用によりキヤビテーシヨンが発生する。キヤビテ
ーシヨンを促進し、多量に発生する気泡の圧壊作用を有
効に利用できれば、気相中水噴流なみのピーニング効果
を、低噴射圧力で達成できる可能性がある。
On the other hand, in the underwater water jet, cavitation occurs due to the shearing action of the jet and the surrounding water. If cavitation is promoted and the crushing action of a large amount of bubbles can be effectively utilized, there is a possibility that a peening effect similar to a water jet in a gas phase can be achieved at a low injection pressure.

【0008】図9に示したものは、一般のウオータジエ
ツト加工に用いられるノズルの典型的な構造である。こ
のノズルは、気相中で水噴流をビームにしぼることを目
的としたものであり、そのまま水中水噴流に利用しても
活発なキヤビテーシヨンは発生しにくい。その理由は径
収縮部705のしぼり角度θが小さく(20°未満)、
このしぼりにおける減圧作用が緩やか過ぎて気泡核が励
起されにくいためである。
FIG. 9 shows a typical structure of a nozzle used for general water jet processing. This nozzle is intended to squeeze a water jet into a beam in the gas phase, and even if it is used as it is for an underwater water jet, active cavitation is unlikely to occur. The reason is that the squeezing angle θ of the diameter contracting portion 705 is small (less than 20 °),
This is because the pressure reducing action in this squeezing is too gentle and the bubble nuclei are not easily excited.

【0009】なお、図中の701はノズル本体、702
は高圧供給水、703は中心軸、704は高圧水供給流
路、706は噴出孔である。
Reference numeral 701 in the drawing denotes a nozzle body, and 702.
Is a high pressure supply water, 703 is a central axis, 704 is a high pressure water supply flow path, and 706 is an ejection hole.

【0010】図12に示す先行技術のノズル(特開昭6
0−168554号公報)は、水中における各種作業の
ために開発されたノズルであり、キヤビテーシヨンの利
用がうたわれている。
A prior art nozzle shown in FIG.
No. 0-168554) is a nozzle developed for various operations in water, and the use of a cavitation is claimed.

【0011】なお、図中の1001はノズル本体、10
02はオリフイス部、1003は円錐開口部、1004
は円錐空洞部、1005は配管部材、1006は高圧噴
出装置、1007は噴出加工対象物である。
In the figure, 1001 is a nozzle body, 10
02 is an orifice part, 1003 is a conical opening part, 1004
Is a conical hollow portion, 1005 is a piping member, 1006 is a high-pressure ejection device, and 1007 is an ejection processing object.

【0012】図13の例は、水中水噴流に発生するキヤ
ビテーシヨンの作用によつて、汚染付着物を除去しよう
とするものである(特開昭61−8184号公報)。
The example shown in FIG. 13 is intended to remove contaminated deposits by the action of the cavitation generated in the underwater jet (Japanese Patent Laid-Open No. 61-8184).

【0013】なお、図中の1101は水槽、1102は
被洗浄部品、1103はノズル、1103aはノズル先
端、1103bは噴出孔、1104は水、1105は管
路である。
In the figure, 1101 is a water tank, 1102 is a part to be cleaned, 1103 is a nozzle, 1103a is a nozzle tip, 1103b is an ejection hole, 1104 is water, 1105 is a pipe line.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】このように、キヤビテ
ーシヨンの有効利用を掲げる技術も進展しつつあるが、
キヤビテーシヨンの発生に対して最も重要なのはキヤビ
テーシヨン核の連続供給である。
As described above, although the technology for effectively utilizing the cavitation is being developed,
The most important for the generation of cavitation is the continuous supply of cavitation nuclei.

【0015】図10は、ノズル801から高速で噴射さ
れるキヤビテーシヨン噴流を模式的に現したものであ
る。
FIG. 10 is a schematic representation of a cavitation jet which is jetted from the nozzle 801 at high speed.

【0016】なお、図中の802は高圧供給水、803
は噴出孔、804は径収縮部、805はキヤビテーシヨ
ン発生部、806はキヤビテーシヨンクラウド、807
は渦糸キヤビテーシヨン、808はキヤビテーシヨンク
ラウドの消滅部、809は粗い気泡、810は周囲水で
ある。
Reference numeral 802 in the drawing is high pressure supply water, and 803
Is an ejection hole, 804 is a diameter contraction portion, 805 is a cavity generation portion, 806 is a cavity cloud, 807
Is a vortex thread cavitation, 808 is a disappearance portion of the cavitation cloud, 809 is coarse bubbles, and 810 is ambient water.

【0017】このような激しいキヤビテーシヨンによる
乱れによつて、ノズル801から噴射される水の中ある
いは周囲水810中にある多くの気泡核は励起される。
Due to the turbulence caused by such intense cavitation, many bubble nuclei in the water jetted from the nozzle 801 or the ambient water 810 are excited.

【0018】図11に示すように、キヤビテーシヨン噴
流903を加工対象面904に衝突させても、跳ね返り
噴流905中の気泡あるいは気泡核は浮力によつて浮き
上がる。
As shown in FIG. 11, even when the cavity jet 903 collides with the surface 904 to be processed, the bubbles or bubble nuclei in the rebounding jet 905 are lifted by buoyancy.

【0019】なお、図中の901はノズル、902は高
圧水、906は浮力で上昇する気泡流、907は合体し
てできた大きな気泡、908は周囲水である。
In the figure, 901 is a nozzle, 902 is high pressure water, 906 is a bubble flow rising by buoyancy, 907 is a large bubble formed by coalescence, and 908 is ambient water.

【0020】このように、キヤビテーシヨン気泡や励起
状態にある気泡核が浮上してしまうことは、ピーニング
に対し有効利用できる筈の気泡を逃がすことになつてし
まう。キヤビテーシヨン気泡を再度利用したり、あるい
は励起状態にある気泡核に繰り返しトリガを与え続けれ
ば、ピーニングの効率を高めることができる筈である。
As described above, the floating of the cavity bubbles or the bubble nuclei in the excited state causes the bubbles that should be effectively used for peening to escape. If the cavitation bubble is reused or the bubble nucleus in the excited state is repeatedly given a trigger, the peening efficiency should be improved.

【0021】本発明は、キヤビテーシヨンを促進し、鋼
材面の残留応力を改善することを目的とする。
An object of the present invention is to promote cavitation and improve residual stress on the surface of steel material.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では以下のような方法を採用する。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following method.

【0023】ノズルの噴出孔と加工対象面の間に、ノズ
ルから噴射されるキヤビテーシヨン噴流を緩やかに囲む
ように、ノズルにカバーを設置する。カバーの先端と加
工対象面には隙間を設け、加工対象面に衝突してできる
跳ね返り噴流の一部を放射方向の周囲へ逃がすようにす
る。上記カバーの先端面は、加工対象面が曲面形状であ
る場合、これに対応させた開口形状とする。またこのカ
バーは、形状を末広がりとすることで、噴出孔が多数あ
るマルチポートノズル用としても適用できる。
A cover is installed on the nozzle between the ejection hole of the nozzle and the surface to be processed so as to gently surround the cavity jet ejected from the nozzle. A gap is provided between the tip of the cover and the surface to be machined so that a part of the rebounding jet generated by colliding with the surface to be machined escapes to the periphery in the radial direction. When the surface to be processed has a curved shape, the tip end surface of the cover has an opening shape corresponding to this. Further, the cover can be applied to a multi-port nozzle having a large number of ejection holes by expanding the shape toward the end.

【0024】[0024]

【作用】ノズルに設置したカバーの内部では、カバー内
壁とキヤビテーシヨン噴流の間に異方性の強い乱流循環
渦ができて、キヤビテーシヨン噴流内の気泡や気泡核が
繰り返してピーニングに利用されるため、ピーニング効
率が向上する。
[Operation] Inside the cover installed in the nozzle, turbulent circulation vortices with strong anisotropy are formed between the inner wall of the cover and the cavitation jet, and bubbles and bubble nuclei in the cavitation jet are repeatedly used for peening. , The peening efficiency is improved.

【0025】また、カバーの内部において、異方性が強
く激しく乱れた渦は、キヤビテーシヨン噴流にも強い乱
れを与え、水中の気泡核を励起しキヤビテーシヨンを促
進する。このキヤビテーシヨン促進とは、噴流の内部に
固体面へ衝突したとき際立つた衝撃圧を発生するタイプ
の渦由来気泡列を作り出すことである。
Further, in the inside of the cover, the vortex with strong anisotropy and intense turbulence also gives strong turbulence to the jet jet of the cavity, which excites bubble nuclei in the water and promotes the cavity. The promotion of cavitation is to create a vortex-derived bubble row of a type that generates a striking impact pressure when colliding with a solid surface inside the jet flow.

【0026】以上のような2つの効果の相乗作用によ
り、キヤビテーシヨンが著しく発達した噴流がカバーの
内部で作り出され、結果的にピーニング性能が向上する
ことになる。
Due to the synergistic action of the above two effects, a jet flow in which the cavitation is significantly developed is created inside the cover, and as a result, the peening performance is improved.

【0027】[0027]

【実施例】図1に、本発明の実施例に係るキヤビテーシ
ヨン噴射ノズルの構造を、中心軸4を通る断面図として
示す。
1 shows a structure of a cavitation injection nozzle according to an embodiment of the present invention as a sectional view through a central axis 4.

【0028】噴出孔6が開口するノズル本体1の先端に
は、噴出孔6から噴出するキヤビテーシヨン噴流(図1
0がこれに相当)を囲むようなカバー7が設けられてい
る。カバー7の先端と加工対象面8の間には隙間9があ
り、キヤビテーシヨン噴流が加工対象面8に衝突してで
きる跳ね返り噴流の一部が、カバー7の外側へ放流され
るようになつている。
At the tip of the nozzle body 1 where the ejection hole 6 opens, a cavity jet ejected from the ejection hole 6 (see FIG. 1).
A cover 7 is provided so as to surround 0). There is a gap 9 between the tip of the cover 7 and the surface 8 to be machined so that a part of the rebounding jet generated by the collision jet jet colliding with the surface 8 to be machined is discharged to the outside of the cover 7. .

【0029】なお、図中の2は高圧水、3は高圧水供給
流路、5は径収縮部(しぼり部)である。
In the figure, 2 is high-pressure water, 3 is a high-pressure water supply channel, and 5 is a diameter contracting portion (squeezing portion).

【0030】カバー7の内径DC は、噴出孔6の孔径D
n の少なくとも20倍以上80倍未満の範囲、より望ま
しくは30倍以上55倍未満に設定する。カバー7は、
キヤビテーシヨン噴流が加工対象面8へ衝突することに
より作り出される循環渦を、より強制的に形成させるた
めに、噴出孔径Dn の少なくとも30倍以上の空間が必
要となる。キヤビテーシヨン噴流の直径は、噴出孔6の
孔径Dn の10倍程度に拡がるため、キヤビテーシヨン
噴流周りの循環渦がキヤビテーシヨン噴流と同等に拡が
ると見積もれば、カバー7の内径DC は噴出孔6の孔径
n の30倍以上は必要ということになる。DC が無闇
に大きすぎると、キヤビテーシヨン噴流周囲の循環渦は
微弱なものとなり、カバー7を設けないのに等しくなつ
てしまう。
The inner diameter D C of the cover 7 is the hole diameter D of the ejection hole 6.
It is set to be in the range of at least 20 times and less than 80 times n , more preferably 30 times or more and less than 55 times. The cover 7 is
In order to more forcibly form the circulation vortex created by the collision jet flow colliding with the surface 8 to be processed, a space of at least 30 times the ejection hole diameter D n or more is required. The diameter of Kiyabiteshiyon jet, since the spread 10 times the hole diameter D n of ejection holes 6, if Estimate the vortexes around Kiyabiteshiyon jet spread equal to Kiyabiteshiyon jet, the inner diameter D C of the cover 7 of the jet holes 6 pore diameter It means that 30 times or more of D n is necessary. If D C is unreasonably large, the circulation vortex around the jet of the cavitation becomes weak, which is equivalent to not providing the cover 7.

【0031】カバー7の先端と加工対象面8の間の距離
(ギヤツプ)LC は、ノズル本体1の先端と加工対象面
8間の距離(スタンドオフ)LP の0.2倍以上0.6
倍未満、望ましくは0.5倍未満に設定する。LC が大
きすぎると、キヤビテーシヨン噴流の水と気泡の大部分
が、カバー7と加工対象面8との隙間から跳ね返り噴流
として逃げ出してしまう。
The distance (gear) L C between the tip of the cover 7 and the surface 8 to be machined is 0.2 times or more the distance (standoff) L P between the tip of the nozzle body 1 and the surface 8 to be machined. 6
It is set to less than twice, preferably less than 0.5 times. If L C is too large, most of the water and bubbles in the cavitation jet will bounce off from the gap between the cover 7 and the surface 8 to be processed and escape as a jet.

【0032】一方、LC が小さすぎると、つまりカバー
7の先端と加工対象面8の間の隙間が狭すぎると、噴出
孔6から噴射される流量、カバー7内の循環流量および
カバー7と加工対象面8間の隙間からのリーク量が釣り
合わなくなり、カバー7内に水や気泡が過度に充満する
閉塞状態となり、適正なキヤビテーシヨン噴流を作り出
せなくなる。
On the other hand, if L C is too small, that is, if the gap between the tip of the cover 7 and the surface 8 to be machined is too small, the flow rate injected from the ejection holes 6, the circulating flow rate in the cover 7, and the cover 7 are The amount of leak from the gap between the surfaces 8 to be machined becomes unbalanced, and the cover 7 is in a closed state in which water and air bubbles are excessively filled, and a proper jet jet cannot be generated.

【0033】ノズル先端に取りつけるカバー7の形状
は、被加工対象面8の形状に一致させるかもしくは類似
なものとする。
The shape of the cover 7 attached to the tip of the nozzle is the same as or similar to the shape of the surface 8 to be processed.

【0034】図4(a),(b)は、平面状の加工面を
ピーニングする場合のカバーの形状を示すものである。
平面の加工対象面303に対応するように、カバー30
2の先端は平面状に仕上げられている。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the shape of the cover when peening a flat processed surface.
The cover 30 is provided so as to correspond to the flat processing target surface 303.
The tip of 2 is finished in a flat shape.

【0035】なお、図中の301はノズル本体、304
は噴出孔、305は中心軸、306は高圧水供給流路、
307は高圧水である。
Reference numeral 301 in the drawing denotes a nozzle body, 304
Is a jet hole, 305 is a central axis, 306 is a high-pressure water supply channel,
307 is high-pressure water.

【0036】図5(a),(b)には、円筒状の加工対
象面403の表面をピーニングする場合のカバーの形状
を示す。円筒面形状と寸法に合致させて、カバー402
の先端も略円筒開口面に製作されている。
FIGS. 5A and 5B show the shape of the cover when the surface of the cylindrical object surface 403 is peened. The cover 402 is fitted to the cylindrical surface shape and size.
The tip of is also made into a substantially cylindrical opening surface.

【0037】なお、図中の401はノズル本体、404
は噴出孔、405は中心軸、406は高圧水供給流路、
407は高圧水である。
Reference numeral 401 in the drawing denotes a nozzle body, 404
Is a jet hole, 405 is a central axis, 406 is a high-pressure water supply flow path,
407 is high-pressure water.

【0038】以上のように、カバーの先端開口面形状と
ピーニング加工対象面形状を合わせれば、カバーと加工
対象面の隙間から逃げ出す跳ね返り噴流の流量が、カバ
ーの周方向に対してほぼ均等になり、カバーの中でキヤ
ビテーシヨン噴流が極端に傾いたりすることがなくな
る。
As described above, if the shape of the tip opening surface of the cover and the shape of the surface to be peened are matched, the flow rate of the rebounding jet flow escaping from the gap between the cover and the surface to be peened becomes substantially uniform in the circumferential direction of the cover. , The cavitation jet does not tilt extremely inside the cover.

【0039】本発明は、単一噴出孔のノズルのみなら
ず、多孔化したノズルへも適用することが可能である。
The present invention can be applied not only to a nozzle having a single ejection hole, but also to a porous nozzle.

【0040】図6は、噴出孔505がやや外側を向く多
孔ノズルの断面構造を示すものである。また図7は、同
じ多孔ノズルの下流から上流側を見た状態の構造図であ
る。各噴出孔505から生じる各々のキヤビテーシヨン
噴流507に対し独立した循環渦510が生じるよう
に、つまり各キヤビテーシヨン噴流507に生じる循環
渦510が隣合う循環渦510と干渉し合わないよう
に、噴流分割部材508が設けられている。この具体化
例では、噴出孔505が4つあるので、噴流分割部材5
08によつてカバー506の内部は4分割されている。
FIG. 6 shows a cross-sectional structure of the multi-hole nozzle in which the ejection holes 505 face a little outside. Further, FIG. 7 is a structural diagram of the same perforated nozzle as viewed from the downstream side to the upstream side. A jet flow dividing member so that an independent circulation vortex 510 is generated for each cavity jet 507 generated from each ejection hole 505, that is, a circulation vortex 510 generated in each cavity jet 507 does not interfere with an adjacent circulation vortex 510. 508 is provided. In this specific example, since there are four ejection holes 505, the jet flow dividing member 5
The inside of the cover 506 is divided into four by 08.

【0041】なお、この多孔ノズルでは噴出孔505が
外側を向くため、カバー506も下流側へ末広がりにな
る形状を採用した。
In this multi-hole nozzle, since the ejection holes 505 face outward, the cover 506 also adopts a shape that widens toward the downstream side.

【0042】なお、図中の501はノズル本体、502
は高圧水、503は高圧水供給流路、504は高圧水分
岐流路、509は加工対象面、511はカバー506か
ら排出する跳ね返り噴流である。
Reference numeral 501 in the drawing denotes a nozzle body, 502
Is a high-pressure water supply channel, 503 is a high-pressure water supply channel, 504 is a high-pressure water branch channel, 509 is a surface to be processed, and 511 is a rebounding jet discharged from the cover 506.

【0043】図2は、本発明になるキヤビテーシヨン噴
射ノズルにおける現象を、中心軸203を通る断面図と
して描いたものである。キヤビテーシヨン噴流205の
周りに循環渦流206ができて、キヤビテーシヨン噴流
205中の気泡や気泡核が循環して再利用されるため
に、キヤビテーシヨンの強度(Intensity)が
増幅される。加工対象面207に衝突し、合体して大き
くなつた粗大気泡209は、カバー204の先端と加工
対象面207の間から排出され、周囲水208内を浮上
していく。
FIG. 2 is a sectional view showing the phenomenon in the cavity injection nozzle according to the present invention, which passes through the central axis 203. A circulation vortex 206 is formed around the cavitation jet 205, and the bubbles and bubble nuclei in the cavitation jet 205 are circulated and reused, so that the strength of the cavitation is amplified. Coarse air bubbles 209 that collide with the surface 207 to be processed and become larger by being coalesced are discharged from between the tip of the cover 204 and the surface 207 to be processed, and float in the surrounding water 208.

【0044】図3は、ノズルのカバー204内における
現象を、下流側から見た図である。循環渦流206は、
カバー204(あるいはキヤビテーシヨン噴流205)
の円周方向に非等間隔に発生する。循環渦流206は、
この図では6個描いているが、2〜3個の場合もある。
このように非等間隔に循環渦流の生じることは、強い異
方性乱流がカバー204内に生成することを示してい
る。
FIG. 3 is a view of the phenomenon in the nozzle cover 204 as seen from the downstream side. The circulation vortex 206 is
Cover 204 (or cavitation jet 205)
Occur at unequal intervals in the circumferential direction of. The circulation vortex 206 is
Although six pieces are drawn in this figure, there may be two or three pieces.
The generation of the circulating vortices at unequal intervals indicates that strong anisotropic turbulence is generated in the cover 204.

【0045】このような異方性乱流は、キヤビテーシヨ
ン噴流205を激しく乱して、液中にある気泡核にトリ
ガを与え、連鎖的にキヤビテーシヨンを促進することに
なる。要するに本発明は、カバー204内に生じる循環
渦による、 (I)キヤビテーシヨン気泡211や気泡核の循環利用 (II)異方性乱れによるキヤビテーシヨン噴流内液中の
気泡核励起 という2つの作用の複合効果により、キヤビテーシヨン
を促進し、ピーニング効率の向上を図ろうとするもので
ある。
Such an anisotropic turbulence violently disturbs the cavity jet 205, triggers the bubble nuclei in the liquid, and promotes the chain chain. In short, the present invention is a combined effect of two functions of (I) the circulation use of the cavity bubble 211 and the bubble nucleus by the circulation vortex generated in the cover 204, and (II) the excitation of the bubble nucleus in the liquid in the jet jet of the anisotropic jet. Therefore, the cavitation is promoted and the peening efficiency is improved.

【0046】なお、図中の201はノズル本体、202
は噴出孔、210は跳ね返り噴流である。
Reference numeral 201 in the drawing denotes a nozzle body, 202
Is an ejection hole, and 210 is a rebounding jet.

【0047】図8は、本発明になるノズルを用いたこと
によるピーニング効果を、応力改善結果を基に示したも
のである。ピーニング施工前には、無次元表記で−1.
22の引張り方向の残留応力があつたものの、本発明に
なるキヤビテーシヨン噴射ノズルでピーニングすること
により、+1.08まで圧縮方向に応力が改善された。
鋼材の表面応力が圧縮状態になれば亀裂も生成しにくい
し、また既に存在する亀裂もその成長が抑制されること
になる。
FIG. 8 shows the peening effect by using the nozzle according to the present invention based on the stress improvement result. Before peening, use the dimensionless notation-1.
Although there was 22 residual stress in the tensile direction, the stress was improved in the compression direction up to +1.08 by peening with the cavity injection nozzle according to the present invention.
If the surface stress of the steel material is in a compressed state, cracks are less likely to be generated, and the growth of existing cracks is suppressed.

【0048】このような本発明になるノズルを用いる応
力改善効果は、通常のウオータジエツト処理による場合
よりも遙に大きいと言える。
It can be said that the stress improving effect of using the nozzle according to the present invention is much larger than that obtained by the usual water jet treatment.

【0049】水中の高速水流による衝突圧力およびキヤ
ビテーシヨンによる気泡の崩壊圧力を利用する本発明
は、様々な機器を構成する部材の残留応力改善法として
適用することができる。
The present invention utilizing the collision pressure due to a high-speed water flow in water and the bubble collapse pressure due to cavitation can be applied as a residual stress improving method for members constituting various devices.

【0050】一般に、応力改善に当たつては、熱を加え
ない、つまり金属組織の変態を伴わない常温処理の方が
格段に好ましい。この点からも本発明は有利であり、ボ
イラの耐圧部材の残留応力へも応用することができる。
また水中における作業を考えれば、海洋構造物や船舶へ
も適用することができる。
Generally, in improving the stress, it is much preferable to perform the normal temperature treatment without applying heat, that is, without the transformation of the metal structure. From this point as well, the present invention is advantageous and can be applied to the residual stress of the pressure resistant member of the boiler.
Further, when considering underwater work, it can be applied to marine structures and ships.

【0051】この他、港湾工事に関連する海底岩石の掘
削作業へも応用可能である。ダイナマイトを用いる水中
発破法に比べれば、安全でもあるしきめ細かな方法と言
える。
In addition, the present invention can be applied to the excavation work of seabed rocks related to port construction. Compared with the underwater blasting method using dynamite, it can be said that it is a safe and detailed method.

【0052】一方、海水面下にある船舶の底部には、
貝、藻、その他小型生物が付着し、走行に際しかなりの
流動抵抗になるが、本発明になる手段は、これらの付着
物を海中水において除去することを可能にする。
On the other hand, at the bottom of the ship below sea level,
Although shellfish, algae, and other small organisms attach and give rise to considerable flow resistance during travel, the means according to the invention make it possible to remove these deposits in seawater.

【0053】このように、付着生物の除去が海水中にお
いて可能になれば、 (I)船をドツクへ入れ (II)そのドツクから水を汲み出し (III)付着物の混じる汚染水を廃棄し、さらに (IV)ドツクへ再び海水を入れる と言つた一連の操作が省略されることになり、船舶の保
全がより経済的に行われるようになる。付着物を防ぐた
めに用いられる特殊な塗料の使用量も削減されれば、海
洋の環境保護の観点から好ましい。
Thus, if it is possible to remove the attached organisms in seawater, (I) put the ship in the dock, (II) pump out the water from the dock, and (III) discard the contaminated water containing the attached substances, Furthermore, the series of operations (IV) that seawater is re-entered into the dock will be omitted, and the conservation of ships will be made more economical. It is preferable from the viewpoint of marine environmental protection if the amount of the special paint used for preventing the deposit is reduced.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明による効果は次のようになる。The effects of the present invention are as follows.

【0055】(1)水中構造物の表面応力状態を効率良
く改善できる。
(1) The surface stress state of an underwater structure can be efficiently improved.

【0056】(2)ブラスト用のビーズを使わないた
め、それらを回収したりあるいは廃棄したりする手間が
省ける。従つて、経済的な操作となる。
(2) Since beads for blasting are not used, the trouble of collecting or discarding them can be saved. Therefore, it becomes an economical operation.

【0057】(3)水中でピーニングを行うため、ピー
ニング部の温度が局所的に上昇することがなく対象構造
物の温度を低く抑え、しかも均等にすることができる。
(3) Since peening is carried out in water, the temperature of the peening portion does not rise locally and the temperature of the target structure can be kept low and even.

【0058】(4)水中でピーニングを行うため、騒音
レベルを低減できる。
(4) Since peening is performed in water, the noise level can be reduced.

【0059】(5)水中でのピーニングのために、飛沫
(飛び散る液滴)の始末に苦慮しなくても済むようにな
る。
(5) Due to the peening in water, it is not necessary to worry about the end of the droplets (scattering droplets).

【0060】(6)水中水噴流に発生するキヤビテーシ
ヨンを有効に利用するため、比較的低圧力で所定の効果
を上げることができる。超高圧水供給系(ポンプ、配
管、バルブ等)が不要となり、設備費(イニシヤルコス
ト)および運用費(ランニングコスト)を抑えることが
できる。
(6) Since the cavitation generated in the submerged water jet is effectively used, a predetermined effect can be obtained at a relatively low pressure. An ultra-high pressure water supply system (pump, piping, valve, etc.) is not required, and equipment cost (initial cost) and operation cost (running cost) can be suppressed.

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

【図1】本発明の実施例に係るキヤビテーシヨン噴射ノ
ズルの縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a cavitation injection nozzle according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例に係るキヤビテーシヨン噴射ノ
ズルにおける流動現象を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a flow phenomenon in the cavity injection nozzle according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例に係るキヤビテーシヨン噴射ノ
ズルにおける流動現象を下流側から見た模式図である。
FIG. 3 is a schematic view of a flow phenomenon in the cavity injection nozzle according to the embodiment of the present invention as viewed from the downstream side.

【図4】平面状の加工面をピーニングする場合のカバー
の形状を示す図である。
FIG. 4 is a view showing the shape of a cover when peening a flat processed surface.

【図5】円筒状の加工対象面の表面をピーニングする場
合のカバーの形状を示す図である。
FIG. 5 is a view showing a shape of a cover when peening a surface of a cylindrical processing target surface.

【図6】噴出孔がやや外側を向く多孔ノズルの断面図で
ある。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a multi-hole nozzle whose ejection holes face slightly outward.

【図7】噴出孔がやや外側を向く多孔ノズルを下流側か
ら見た図である。
FIG. 7 is a view of a multi-hole nozzle whose ejection holes face slightly outward, viewed from the downstream side.

【図8】本発明の効果を示す実験結果の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of experimental results showing the effect of the present invention.

【図9】従来例に係るノズルの縦断面図である。FIG. 9 is a vertical cross-sectional view of a nozzle according to a conventional example.

【図10】従来のノズルにおけるキヤビテーシヨン噴流
の現象を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a phenomenon of a cavitation jet in a conventional nozzle.

【図11】従来の噴射法の問題点を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic view showing a problem of the conventional injection method.

【図12】他の従来例に係るノズルの縦断面図である。FIG. 12 is a vertical cross-sectional view of a nozzle according to another conventional example.

【図13】さらに他の従来例に係るノズルの縦断面図で
ある。
FIG. 13 is a vertical cross-sectional view of a nozzle according to still another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ノズル本体 2 高圧水 3 高圧水供給流路 4 中心軸 5 径収縮部 6 噴出孔 7 カバー 8 加工対象面 9 隙間 205 キヤビテーシヨン噴流 206 循環渦流 208 周囲水 209 粗大気泡 210 跳ね返り噴流 211 キヤビテーシヨン気泡 303 平面状の加工対象面 403 円筒状の加工対象面 508 噴流分割部材 510 循環渦 1 Nozzle body 2 High-pressure water 3 High-pressure water supply channel 4 Central axis 5 Diameter contraction part 6 Jet hole 7 Cover 8 Surface to be processed 9 Gap 205 Cavitation jet 206 Circulating vortex 208 Ambient water 209 Coarse bubbles 210 Bounce jet 211 Cavitation bubble 303 Processing target surface 403 Cylindrical processing target surface 508 Jet dividing member 510 Circulating vortex

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒沢 孝一 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 榎本 邦夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Koichi Kurosawa, 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitachi Ltd. Hitachi factory (72) Inventor, Kunio Enomoto, 502, Kamimachi, Tsuchiura, Ibaraki Company Hiritsu Seisakusho Mechanical Research Center

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水中において、高圧ポンプから供給する
水を、ノズルから水中へ高速で噴射し、水中にある加工
物へ衝突させることにより、加工物の表面応力状態を改
善するキヤビテーシヨン噴射ノズルにおいて、 水中へ噴出されてキヤビテーシヨンを伴うキヤビテーシ
ヨン噴流を囲むカバーを、被加工対象である鋼材表面に
向けて開口するようにノズルに設置することを特徴とす
るキヤビテーシヨン噴射ノズル。
1. A cavitation injection nozzle that improves the surface stress state of a workpiece by injecting water supplied from a high-pressure pump into the water at high speed from the nozzle in water and colliding it with the workpiece in the water. A cavitation injection nozzle characterized in that a cover surrounding a cavitation jet ejected into water and accompanied by cavitation is installed in the nozzle so as to open toward the surface of the steel material to be processed.
【請求項2】 請求項1記載において、当該カバーの内
径を、ノズルの噴出孔径の20倍以上80倍未満として
構成することを特徴とするキヤビテーシヨン噴射ノズ
ル。
2. The cage injection nozzle according to claim 1, wherein the inner diameter of the cover is set to be 20 times or more and less than 80 times the diameter of the ejection hole of the nozzle.
【請求項3】 請求項1記載において、ノズルに設置す
るカバーの先端と、被加工対象となる鋼材表面の間に隙
間を設けるとともに、該隙間の距離を、ノズルと被加工
対象鋼材表面との間隔の0.2倍以上0.6倍未満とし
て構成することを特徴とするキヤビテーシヨン噴射ノズ
ル。
3. The method according to claim 1, wherein a gap is provided between the tip of the cover installed on the nozzle and the surface of the steel material to be processed, and the distance between the nozzle and the surface of the steel material to be processed is A cavity injection nozzle characterized in that it is configured to be 0.2 times or more and less than 0.6 times the interval.
【請求項4】 請求項3記載において、当該カバー先端
の開口部形状を、被加工対象面の形状に合致させるかも
しくは類似したものとして構成することを特徴とするキ
ヤビテーシヨン噴射ノズル。
4. The cage injection nozzle according to claim 3, wherein the shape of the opening at the tip of the cover is configured to match or be similar to the shape of the surface to be processed.
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