JPH07241494A - Nozzle for water jet - Google Patents

Nozzle for water jet

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JPH07241494A
JPH07241494A JP3443394A JP3443394A JPH07241494A JP H07241494 A JPH07241494 A JP H07241494A JP 3443394 A JP3443394 A JP 3443394A JP 3443394 A JP3443394 A JP 3443394A JP H07241494 A JPH07241494 A JP H07241494A
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water jet
jet
enlarged portion
nozzle
cavitation
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Kazunori Satou
一教 佐藤
Toshio Matsubara
敏夫 松原
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Babcock Hitachi KK
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Abstract

PURPOSE:To provide a nozzle for the water jet continuing steady cavitation even in water, having a low pressure drop and having a high treating effect. CONSTITUTION:The nozzle 1 for a water jet is provided with a hole 8 for injecting high-pressure water and a part 12 gradually expanded and extended from the outlet of the hole 8. At least one and more steps 20 are furnished on the inner wall of the part 12, a throttled part is furnished at the outlet part of the part 12, the sections of the hole 8 and part 12 vertical to the center axis 5 are made circular, and the inner diameter of the outlet of the part 12 is made 15-25 times as large as that of the hole 8.

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、水中での各種加工に使
用されるウォータージェット用ノズルに関し、特に水中
において激しいキャビテーションを伴う高速水噴流をつ
くり出すウォータージェット用ノズルに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water jet nozzle used for various kinds of underwater processing, and more particularly to a water jet nozzle for producing a high-speed water jet accompanied by severe cavitation in water.

【0002】[0002]

【従来の技術】高速ウォータージェットの利用は、切
断、掘孔、洗浄、はつり及び金属強化等ユニークな加
工、採鉱あるいは洗浄技術として知られている。これを
材料の強化に利用する試みがウェスチングハウス・エレ
クトリック社により行われた。しかしこれは、水噴流の
軸動力を有効に利用できる大気中の作業であり、この技
術を水中水噴流としてそのまま展開できる保証は無い。
水中では、噴流軸動圧力の減衰がかなりはやい。これ
は、周囲水の抵抗と、同じ液相であるがために拡散速度
が大きいことに起因する。水中において、気相中水噴流
なみの軸動力を得るためには、超高圧装置が必要にな
り、コスト的に大変不利な技術になってしまう。
The use of high speed water jets is known as a unique processing, mining or cleaning technique such as cutting, drilling, cleaning, chipping and metal strengthening. An attempt was made to use this to strengthen the material by Westinghouse Electric Company. However, this is an operation in the atmosphere that can effectively use the axial power of the water jet, and there is no guarantee that this technology can be directly deployed as an underwater water jet.
In water, the jet axial dynamic pressure decays fairly quickly. This is due to the fact that the diffusion rate is high because of the same liquid phase as the resistance of ambient water. In water, an ultrahigh pressure device is required to obtain an axial power similar to a gas-phase water jet, which is a very disadvantageous technique in terms of cost.

【0003】一方、図17に示すように、水中水噴流4
0には、噴流の乱れと、それと周囲水39とのせん断作
用の複合効果により、激しいキャビテーションが発生す
る。キャビテーションを促進し、多量に発生する気泡の
崩壊衝撃圧力、特に図17に描いたような渦キャビテー
ションの衝突による衝撃圧力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さほど高くない噴射
圧力で達成できる可能性がある。尚、図17中で、参照
番号4はノズル本体、8は噴出孔、38は高圧水、98
はキャビテーションの初生、99はキャビテーションの
クラウド、100はキャビテーションクラウドの分裂、
101は渦糸キャビテーション、102はキャビテーシ
ョンクラウドの消滅、103は微細気泡群である。
On the other hand, as shown in FIG. 17, an underwater water jet 4
At 0, severe cavitation occurs due to the combined effect of the turbulence of the jet flow and the shearing action of it and the surrounding water 39. If cavitation is promoted and the impact pressure of bubbles generated in large quantities, especially the impact pressure due to collision of vortex cavitation as shown in FIG. It could be achieved with pressure. In FIG. 17, reference numeral 4 is a nozzle body, 8 is a jet hole, 38 is high pressure water, and 98 is high pressure water.
Is the beginning of cavitation, 99 is the cavitation cloud, 100 is the cavitation cloud split,
101 is vortex cavitation, 102 is cavitation cloud disappearance, and 103 is a fine bubble group.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図18に示したのは、
一般のウォータージェット用ノズル1′の断面図で、ウ
ォータージェット切断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、縮小部37の絞り角度θ
を小さくすることにより気相中で水噴流をビーム状に絞
ることを目的としたものであり、そのまま水中水噴流に
利用してもキャビテーションの強度(Intensity)は十
分とはいえない。理由は、高圧水38が流路36より縮
小部37、噴出孔8を介して噴出する水中水噴流の乱れ
が激しくなく、噴射水中にある気泡核が、活発なキャビ
テーションに至るまで励起されないことによる。尚、参
照番号5は中心軸である。図19に示すウォータージェ
ット用ノズル1′の構造のように、θを大きくとって絞
りを鋭くすれば、縮小部37における急激な縮流のため
にキャビテーションが活発に発生するが、噴出孔8内に
おいて気泡が発生するため、いわゆるバブルロックによ
って圧力損失が増大する。水中処理性能は向上するもの
の、より高圧のポンプが必要になりコスト的には不利に
なってしまう。
The problem shown in FIG. 18 is as follows.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a general water jet nozzle 1 ′, which shows a typical structure of a nozzle used for water jet cutting. This nozzle has a diaphragm angle θ of the reduction unit 37.
The purpose is to narrow the water jet into a beam in the gas phase by reducing the water vapor, and the cavitation intensity (Intensity) cannot be said to be sufficient even if it is used as it is for an underwater water jet. The reason is that the high-pressure water 38 is not greatly disturbed in the underwater water jet ejected from the flow path 36 through the contraction portion 37 and the ejection hole 8, and the bubble nucleus in the ejected water is not excited until active cavitation. . Reference numeral 5 is the central axis. As in the structure of the water jet nozzle 1 ′ shown in FIG. 19, when θ is set large and the aperture is made sharp, cavitation is actively generated due to a rapid contraction flow in the contraction section 37, but inside the ejection hole 8. Since air bubbles are generated at, pressure loss increases due to so-called bubble lock. Although the underwater treatment performance is improved, a higher pressure pump is required, which is disadvantageous in terms of cost.

【0005】図18及び図19のウォータージェット用
ノズル1′から噴射されるキャビテーション噴流は、と
もに単一噴出孔からつくり出されるため、そのひろがり
が乏しい。従って、処理対象面の広い領域を処理するた
めには、ウォータージェット用ノズルを複雑にトラバー
スさせたり、あるいは処理時間を長くしなければならな
いという問題が残る。処理時間を短縮し、ウォータージ
ェット用ノズルのマニュピレーション(位置決め操作)
を簡略化するためには、ひろがりの大きなキャビテーシ
ョン噴流を作り出さねばならない。
Since the cavitation jets jetted from the water jet nozzle 1'of FIGS. 18 and 19 are both produced from a single jet hole, their spread is poor. Therefore, in order to process a wide area on the surface to be processed, there remains a problem that the water jet nozzle must be traversed in a complicated manner or the processing time must be lengthened. Shortening processing time, water jet nozzle manipulation (positioning operation)
In order to simplify, the cavitation jet with large spread must be created.

【0006】図20に示す先行技術の水中水噴流に使用
するウォータージェット用ノズル1′は、水中における
各種作業のために開発されたものであり、キャビテーシ
ョンの利用が示されている(特開昭60−168554
号公報)。図20に示すウォータージェット用ノズル
1′では、高圧噴出装置107より配管106、噴出孔
8を介して円錐形の拡大部12内において発生する不安
定なはく離渦の作用によりキャビテーションが促進さ
れ、処理対象面48の処理面を加工する。しかしなが
ら、図21に示すように、水中水噴流40のはく離渦1
10の作用は非定常性が強く間欠的であり(図中では、
矢印111で示す出たり入ったりする不安定動作)、キ
ャビテーションを常時激しく活性化し続けるわけではな
い。
A water jet nozzle 1'used for an underwater water jet of the prior art shown in FIG. 20 has been developed for various works underwater, and the use of cavitation has been shown (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 61-242). 60-168554
Issue). In the water jet nozzle 1 ′ shown in FIG. 20, the cavitation is promoted by the action of the unstable separation vortex generated from the high-pressure jetting device 107 through the pipe 106 and the jetting hole 8 in the conical enlarged portion 12. The processing surface of the target surface 48 is processed. However, as shown in FIG. 21, the separation vortex 1 of the underwater water jet 40 is
The action of 10 has strong non-stationarity and is intermittent (in the figure,
Cavitation is not always activated violently, and unstable movement in and out indicated by arrow 111).

【0007】本発明の目的は、このような問題点を解消
し、水中においても定常的に活発なキャビテーションを
続け、圧力損失の小さい、且つ処理効果の大きいウォー
タージェット用ノズルを提供することである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a water jet nozzle having a small pressure loss and a large treatment effect, in which cavitation is constantly and vigorously continued in water. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本第1発明は、高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴
出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウ
ォータージェット用ノズルにおいて、前記拡大部の内壁
に少なくとも一つ以上の階段状段差を設けたことであ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention is a water provided with an ejection hole for ejecting high-pressure water and an enlarged portion gradually enlarged and extended from the outlet of the ejection hole. In the jet nozzle, at least one step-like step is provided on the inner wall of the enlarged portion.

【0009】本第2発明は、高圧水を噴出させる噴出孔
と、該噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを
備えたウォータージェット用ノズルにおいて、前記拡大
部の内壁に少なくとも一つ以上の環状溝を設けたことで
ある。
A second aspect of the present invention is a water jet nozzle including a jet hole for jetting high-pressure water and an enlarged portion gradually enlarged and extended from an outlet of the jet hole, wherein at least one inner wall of the enlarged portion is provided. That is, at least one annular groove is provided.

【0010】本第3発明は、高圧水を噴出させる噴出孔
と、該噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを
備えたウォータージェット用ノズルにおいて、前記拡大
部の出口に絞り部を設けたことである。
A third aspect of the present invention is a water jet nozzle comprising a jet hole for jetting high-pressure water and an enlarged portion that is gradually enlarged and extended from an outlet of the jet hole. A throttle portion is provided at the outlet of the enlarged portion. Is provided.

【0011】本第4発明は、本第1発明又は第2発明に
おいて、前記拡大部の出口に絞り部を設けたことであ
る。
A fourth invention is that in the first invention or the second invention, a throttle portion is provided at an outlet of the expanding portion.

【0012】本第5発明は、高圧水を噴出させる噴出孔
と、該噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを
備えたウォータージェット用ノズルにおいて、前記噴出
孔及び前記拡大部の中心軸に垂直な断面形状は円形であ
り、前記拡大部の出口内径は、前記噴出孔内径の15〜
25倍であることである。
According to a fifth aspect of the present invention, in a water jet nozzle including a jet hole for jetting high-pressure water and an enlarged portion gradually enlarged and extended from an outlet of the jet hole, the jet hole and the enlarged portion are provided. A cross-sectional shape perpendicular to the central axis is circular, and the inner diameter of the outlet of the enlarged portion is 15 to 15 times the inner diameter of the ejection hole.
25 times.

【0013】本第6発明は、本第1発明〜第4発明のい
ずれかにおいて、前記噴出孔及び前記拡大部の中心軸に
垂直な断面形状は円形であり、前記拡大部の出口内径
は、前記噴出孔内径の15〜25倍であることである。
In a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, a cross-sectional shape perpendicular to the central axis of the ejection hole and the enlarged portion is circular, and the outlet inner diameter of the enlarged portion is It is 15 to 25 times the inner diameter of the ejection hole.

【0014】[0014]

【作用】本発明によれば、高圧水を噴出させる噴出孔
と、この噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部と
を備えたウォータージェット用ノズルにおいて、拡大部
の内壁に少なくとも一つ以上の階段状段差を設けたの
で、拡大部内壁に連続的に並ぶ階段状段差は、はく離渦
を連鎖的に生成する。このはく離渦は、拡大部と水噴流
の間に生じるせん断渦と複雑に干渉し合うために、微小
な低圧部が水中水噴流の界面に数多く発生し、キャビテ
ーションが大幅に促進される。
According to the present invention, in a water jet nozzle provided with an ejection hole for ejecting high-pressure water and an enlarged portion gradually enlarged and extended from the outlet of the ejection hole, at least one is provided on the inner wall of the enlarged portion. Since the above-described step-like steps are provided, the step-like steps that are continuously arranged on the inner wall of the enlarged portion generate a separation vortex in a chain. Since the separating vortex complicatedly interferes with the shear vortex generated between the enlarged portion and the water jet, many minute low pressure portions are generated at the interface of the underwater water jet, and cavitation is greatly promoted.

【0015】更に、拡大部の内壁に少なくとも一つ以上
の環状溝を設けたので、拡大部の内壁上の環状溝には、
そこにトラップされている不凝縮性気体(例えば空気)
が次々と離脱して微小気泡となって噴流中に巻き込まれ
るため、いわゆる周囲核(Ambient nuclei)供給の作
用がある。すなわち、環状溝は、キャビテーション核を
供給するキャビテータとしての機能を有する。
Further, since at least one annular groove is provided on the inner wall of the enlarged portion, the annular groove on the inner wall of the enlarged portion is
Non-condensable gas (eg air) trapped there
Are separated one after another and become fine bubbles and are entrained in the jet flow, which has a so-called ambient nuclei supply function. That is, the annular groove has a function as a cavitation device that supplies cavitation nuclei.

【0016】更に、拡大部の出口に絞り部を設けたの
で、絞り部によって生じるはく離泡が、水中水噴流と干
渉し、水中水噴流の界面を激しく乱す。このようにして
乱れた噴流界面にはせん断渦の生成が活発になり、材料
に対して強い影響を及ぼすパワフルな渦キャビテーショ
ンが発達する。
Further, since the narrowed portion is provided at the outlet of the enlarged portion, the separation bubbles generated by the narrowed portion interfere with the underwater water jet flow and violently disturb the interface of the underwater water jet flow. Thus, shear vortices are actively generated at the turbulent jet interface, and powerful vortex cavitation that strongly affects the material develops.

【0017】更に、拡大部の内壁に少なくとも一つ以上
の階段状段差又は少なくとも一つ以上の環状溝と拡大部
の出口に絞り部とを設けたので、階段状段差におけるは
く離渦を連鎖的に生成する作用又は環状溝にトラップさ
れている不凝縮性気体(例えば空気)の離脱微小気泡の
噴流中への巻き込みと共に、拡大部の先端に取り付けた
絞り部によって生じるはく離泡が、水中水噴流と干渉
し、水中水噴流の界面を激しく乱す。このようにして乱
れた噴流界面にはせん断渦の生成が活発になり、キャビ
テーションが大幅に促進され、処理対象面に対して強い
影響を及ぼすパワフルな渦キャビテーションとして作用
する。
Further, since at least one step-like step or at least one annular groove and the narrowing part are provided at the outlet of the expanding part on the inner wall of the expanding part, the separation vortices in the step-like step are chained. Along with the action of generation or entrainment of non-condensable gas (for example, air) trapped in the annular groove into the jet of the desorbing microbubbles, the defoaming bubbles generated by the narrowed part attached to the tip of the enlarged part are Interfere with each other and violently disturb the underwater water jet interface. Thus, shear vortices are actively generated at the turbulent jet interface, cavitation is greatly promoted, and the vortex cavitation acts as powerful vortex cavitation that strongly affects the surface to be treated.

【0018】そして、噴出孔及び拡大部の中心軸に垂直
な断面形状は円形であり、拡大部の出口内径は、前記噴
出孔内径の15〜25倍であるので、拡大部の噴流に発
生するキャビテーションは、この範囲で最も活発にな
り、処理対象面に対して強い影響を及ぼすパワフルな渦
キャビテーションとして作用する。
The cross section of the ejection hole and the enlarged portion perpendicular to the central axis is circular, and the inner diameter of the outlet of the enlarged portion is 15 to 25 times the inner diameter of the ejection hole, so that it is generated in the jet of the enlarged portion. Cavitation becomes the most active in this range and acts as a powerful vortex cavitation that strongly affects the surface to be treated.

【0019】又、拡大部の内壁に階段状段差又は環状溝
と拡大部の出口に絞り部とを設け、噴出孔及び拡大部の
中心軸に垂直な断面形状を円形とし、拡大部の出口内径
は、噴出孔内径の15〜25倍にすることにより、一層
確実に処理対象面に対して強い影響を及ぼすパワフルな
渦キャビテーションを発生する。
Further, a step-like step or an annular groove is provided on the inner wall of the enlarged portion, and a narrowed portion is provided at the outlet of the enlarged portion, and the cross-sectional shape perpendicular to the central axis of the ejection hole and the enlarged portion is circular, so that the inner diameter of the outlet of the enlarged portion is circular. Is 15 to 25 times as large as the inner diameter of the ejection hole, so that powerful vortex cavitation that more strongly influences the surface to be processed is generated.

【0020】噴出孔出口における末広がり形で円錐状の
拡大部と、噴出孔から噴射されてひろがる噴流の間に
は、せん断渦が発生し、この渦が噴流を乱すためキャビ
テーションが促進される。特に、噴流界面のせん断層で
は、渦キャビテーションの発生が活発になる。特に渦キ
ャビテーションは、他のキャビテーションに比べてパワ
フルであり、材料に対して強い影響を及ぼす。結果的
に、水中の高速水噴流に発生するキャビテーションのパ
ワーが著しく向上し、水中処理の効率が向上する。本発
明のウォータージェット用ノズルは、噴出孔から噴射さ
れた後に噴流の乱れを促進するために、ノズルの圧力損
失が上昇することが無い。
A shear vortex is generated between the divergent, conical enlarged portion at the outlet of the jet hole and the jet flow that is jetted and spread from the jet hole, and this vortex disturbs the jet flow, thus promoting cavitation. In particular, vortex cavitation is actively generated in the shear layer at the jet interface. In particular, vortex cavitation is more powerful than other cavitations and has a strong influence on the material. As a result, the power of cavitation generated in a high-speed water jet in water is significantly improved, and the efficiency of underwater treatment is improved. Since the water jet nozzle of the present invention promotes the turbulence of the jet flow after being ejected from the ejection holes, the pressure loss of the nozzle does not increase.

【0021】以上述べた作用はいずれも、キャビテーシ
ョンを促進するものである。本発明になる手段を用いれ
ば、ノズルから噴射直後の水中水噴流の界面の乱れ、即
ち、せん断渦の生成を促進し、さらに噴流内部における
大規模な渦の生成をも増進する。これらの乱れの作用が
引き金となって、噴流界面の乱れを通じて気泡核が供給
されるようになる。結果的に、材料に対して強力に作用
する渦キャビテーションの生成が活発になる。拡大部に
おける内壁の階段状段差、環状溝及び拡大部出口におけ
る絞り部の寸法は、前述した最適範囲において、渦や乱
れあるいはキャビテーション核の供給を最も促進する。
All of the above-mentioned actions promote cavitation. By using the means according to the present invention, the turbulence of the interface of the underwater water jet immediately after jetting from the nozzle, that is, the generation of a shear vortex is promoted, and the generation of a large-scale vortex inside the jet is also promoted. The action of these turbulences triggers the supply of bubble nuclei through the turbulence at the jet interface. As a result, vortex cavitation that strongly acts on the material is activated. The steps of the inner wall of the enlarged portion, the annular groove, and the size of the narrowed portion at the outlet of the enlarged portion most promote the supply of vortices, turbulence, or cavitation nuclei in the optimum range described above.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明に係るウォータージェット用ノ
ズルの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1
は、本発明に係るウォータージェット用ノズルの第1の
実施例の断面図である。第1の実施例のウォータージェ
ット用ノズル1は、拡大部12の内壁15に階段状段差
20が設けられたものである。高圧水38は、流路36
を通じて導かれ、噴出孔8へと絞られて減圧加速され、
その出口10に拡大部12が延設され、ここから周囲水
中へ噴射される。この拡大部12の片振りひろがり角度
は30°である。又、噴出孔8の内径9(Dj)に対し
て、拡大部12の出口内径14(Do)は、 Do=(15〜25)Dj ……(1) となる範囲内から選択する。この(1)式を満たす条件
において、拡大部12内の噴流に発生するキャビテーシ
ョンが最も活発になる。Doがこの範囲外ではキャビテ
ーションが不活発である。本実施例では、拡大部12の
内壁15上に階段状段差20を設けてあり、その段差の
数は5である。
Embodiments of the water jet nozzle according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Figure 1
FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of a water jet nozzle according to the present invention. The water jet nozzle 1 of the first embodiment has a stepped step 20 provided on the inner wall 15 of the enlarged portion 12. The high pressure water 38 flows through the flow path 36.
Is guided through, is squeezed to the ejection hole 8 and accelerated under reduced pressure,
An enlarged portion 12 is extended to the outlet 10 and is injected into the surrounding water from here. The one-sided spread angle of the enlarged portion 12 is 30 °. Further, with respect to the inner diameter 9 (Dj) of the ejection hole 8, the outlet inner diameter 14 (Do) of the enlarged portion 12 is selected from the range of Do = (15 to 25) Dj (1). Under the condition that satisfies the expression (1), the cavitation generated in the jet in the enlarged portion 12 becomes most active. If Do is outside this range, cavitation is inactive. In this embodiment, the stepped steps 20 are provided on the inner wall 15 of the enlarged portion 12, and the number of the steps is 5.

【0023】図2は、本発明に係るウォータージェット
用ノズルの第2の実施例の断面図である。このウォータ
ージェット用ノズル1の構造は、基本的には図1のそれ
と同じである。ただし、噴出孔の出口10に延設された
略円錐形の拡大部12の内壁15は丸みをおびており、
回転楕円体に近い形状となっている。このノズルにおい
ても、噴出孔の内径9(Dj)と略円錐形の拡大部の出
口内径14(Do)は、上記(1)式を満足する範囲内
から選択設定される。本実施例において、略円錐形の拡
大部12の内壁上における段差数は、図1の例と同様に
5である。図2中の参照番号の内、図1と同じ構造部分
は同じ参照番号を付して、その説明を省略する。
FIG. 2 is a sectional view of the second embodiment of the water jet nozzle according to the present invention. The structure of this water jet nozzle 1 is basically the same as that of FIG. However, the inner wall 15 of the substantially conical enlarged portion 12 extended to the outlet 10 of the ejection hole is rounded,
The shape is close to a spheroid. Also in this nozzle, the inner diameter 9 (Dj) of the ejection hole and the outlet inner diameter 14 (Do) of the substantially conical enlarged portion are selected and set within a range satisfying the above expression (1). In this embodiment, the number of steps on the inner wall of the substantially conical enlarged portion 12 is 5, as in the example of FIG. Of the reference numerals in FIG. 2, the same structural parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0024】図3は、本発明に係るウォータージェット
用ノズルの第3の実施例の断面図である。この構造のウ
ォータージェット用ノズル1は、円錐形の拡大部12の
内壁15に環状溝24を設けたものである。この実施例
では、3列の環状溝24を設けた。キャビテーションの
促進に対して、環状溝24には、次のような好適範囲が
ある。環状溝24の外径26(Dt)と、内径25(D
h)の寸法関係は、
FIG. 3 is a sectional view of the third embodiment of the water jet nozzle according to the present invention. In the water jet nozzle 1 having this structure, an annular groove 24 is provided in the inner wall 15 of the conical enlarged portion 12. In this embodiment, three rows of annular grooves 24 are provided. The annular groove 24 has the following preferable ranges for promoting cavitation. The outer diameter 26 (Dt) and the inner diameter 25 (D
The dimensional relationship of h) is

【0025】[0025]

【数1】 [Equation 1]

【0026】の範囲内で決定するのが好ましく、さら
に、より望ましくは、
It is preferable to determine within the range of, and more preferably,

【0027】[0027]

【数2】 [Equation 2]

【0028】から設定すればよい。又環状溝24の幅2
7(l)に関しては、
It may be set from. Also, the width 2 of the annular groove 24
For 7 (l),

【0029】[0029]

【数3】 [Equation 3]

【0030】の範囲から選択するのが良いが、It is better to select from the range of

【0031】[0031]

【数4】 [Equation 4]

【0032】の条件範囲内であれば、キャビテーション
の促進に対してより適切である。この実施例のノズルに
おいても、噴出孔の内径9(Dj)と円錐形の拡大部1
2の出口内径14(Do)は、前述(1)式の条件に合
わせて決定する。又、図1の実施例と同様に、円錐形の
拡大部12の片振りひろがり角度は30°である。図3
中の参照番号の内、図1と同じ構造部分は同じ参照番号
を付して、その説明を省略する。
Within the condition range of (3), it is more suitable for promoting cavitation. Also in the nozzle of this embodiment, the inner diameter 9 (Dj) of the ejection hole and the conical enlarged portion 1
The outlet inner diameter 14 (Do) of No. 2 is determined according to the condition of the above-mentioned formula (1). Further, as in the embodiment shown in FIG. 1, the cone-shaped enlarged portion 12 has a swing-out angle of 30 °. Figure 3
Of the reference numerals therein, the same structural portions as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0033】図4は、本発明に係るウォータージェット
用ノズルの第4の実施例の断面図である。このウォータ
ージェット用ノズル1は、図3に構造を示した環状溝付
きノズルの円錐形拡大部に丸みをもたせた回転楕円体構
造にしたものである。拡大部の形状は、円錐形よりも、
回転楕円体とする方が、内壁と噴流の間の空間が大きく
確保できるので、噴出直後の噴流外周の界面せん断渦が
より活発に生成しやすくなる。図4中の参照番号の内、
図3と同じ構造部分は同じ参照番号を付して、その説明
を省略する。
FIG. 4 is a sectional view of a fourth embodiment of a water jet nozzle according to the present invention. This water jet nozzle 1 has a spheroidal structure in which the cone-shaped enlarged portion of the annular grooved nozzle shown in FIG. 3 is rounded. The shape of the enlarged part is
The spheroid can secure a large space between the inner wall and the jet flow, so that the interfacial shear vortex on the outer periphery of the jet flow immediately after jetting can be more actively generated. Of the reference numbers in FIG. 4,
The same structural parts as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0034】図5は、本発明に係るウォータージェット
用ノズルの第5の実施例の断面図で、円錐形の拡大部1
2の出口に絞り部であるオリフィス30′を設けたもの
である。オリフィス30′の開口径31(Dc)は、円
錐形拡大部の出口内径14(Do)に対して、
FIG. 5 is a cross-sectional view of a fifth embodiment of the water jet nozzle according to the present invention, showing a conical enlarged portion 1
An orifice 30 ', which is a narrowed portion, is provided at the outlet of No.2. The opening diameter 31 (Dc) of the orifice 30 'is different from the outlet inner diameter 14 (Do) of the conical enlarged portion.

【0035】[0035]

【数5】 [Equation 5]

【0036】の範囲より選択するのが好ましい。さらに
望ましくは、
It is preferable to select from the range of. More preferably,

【0037】[0037]

【数6】 [Equation 6]

【0038】の範囲より選択すれば、圧力損失の増大を
抑えたまま、噴流に発生するキャビテーションを著しく
活発にすることができる。この第5の実施例のノズルに
おいても、噴出孔内径9(Dj)と円錐形の拡大部の出
口内径14(Do)の寸法は(1)式に示す通りであ
り、円錐形の拡大部12の片振りひろがり角度は、他の
ノズルと同様に30°である。図5中の参照番号の内、
図1と同じ構造部分は同じ参照番号を付して、その説明
を省略する。
If the range is selected from the range, the cavitation generated in the jet can be remarkably activated while suppressing the increase of the pressure loss. Also in the nozzle of the fifth embodiment, the dimensions of the ejection hole inner diameter 9 (Dj) and the outlet inner diameter 14 (Do) of the conical enlarged portion are as shown in the equation (1), and the conical enlarged portion 12 is used. The unilateral swing-out angle is 30 ° like other nozzles. Of the reference numbers in FIG. 5,
The same structural parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0039】図6は、本発明に係るウォータージェット
用ノズルの第6の実施例の断面図である。このノズルの
基本的構造は図5のそれと同じであり、略円錐形をした
拡大部12の内壁15の形状を丸みのある略回転楕円体
にしたものである。図6中の参照番号の内、図5と同じ
構造部分は同じ参照番号を付して、その説明を省略す
る。
FIG. 6 is a sectional view of a sixth embodiment of a water jet nozzle according to the present invention. The basic structure of this nozzle is the same as that of FIG. 5, and the shape of the inner wall 15 of the enlarged portion 12 having a substantially conical shape is formed into a rounded substantially spheroidal shape. Of the reference numerals in FIG. 6, the same structural parts as those in FIG.

【0040】図7は、水中水噴流と処理対象面の関係側
面図である。上記ノズル1から高圧水38を水中へ噴射
された激しいキャビテーションを伴う水中水噴流40を
処理対象面48に衝突させると、跳ね返り噴流47が発
生する。ノズル本体4の出口と処理対象面48間のスタ
ンドオフ距離xは、キャビテーションが十分に発達して
パワフルになり、しかも材料に対して壊食(エロージョ
ン)を決して起こさない条件として選択する。ノズル本
体4における噴射圧力が、例えば700kgf/cm2
(70MPa)の場合、好適なスタンドオフ距離は約8
0〜150mmの範囲にある。参照番号46は、噴流の
輪郭である。
FIG. 7 is a side view showing the relationship between the underwater water jet and the surface to be treated. When the underwater water jet 40 accompanied by intense cavitation, in which the high-pressure water 38 is jetted into the water from the nozzle 1 is collided with the surface 48 to be treated, a rebounding jet 47 is generated. The standoff distance x between the outlet of the nozzle body 4 and the surface 48 to be processed is selected as a condition under which cavitation is sufficiently developed and powerful, and erosion of the material is never caused. The injection pressure in the nozzle body 4 is, for example, 700 kgf / cm 2
(70 MPa), the preferred standoff distance is about 8
It is in the range of 0 to 150 mm. Reference numeral 46 is the contour of the jet.

【0041】図8は、本発明第1の実施例における水中
水噴流を説明する側面図である。円錐形の拡大部12に
階段状段差20を設けた第1の実施例における水中水噴
流40の状態を模式的に描いたものである。噴出孔8か
ら噴射された水噴流にはキャビテーションが発生し、円
錐形の拡大部12内をひろがって噴出する。円錐形の拡
大部12と水中水噴流40の間には、噴流周囲の環状渦
流55が発生する。この噴流周囲の環状渦流55は、図
示するように比較的大きい。一方、本発明になる階段状
段差20においても段差に生じる渦流54が発生する。
この階段状段差20に生じる渦流54は、噴流周囲の環
状渦流55と干渉することにより、以下の2つの効果を
生み出す。
FIG. 8 is a side view for explaining an underwater water jet flow in the first embodiment of the present invention. 1 is a schematic drawing showing the state of an underwater water jet 40 in the first embodiment in which a stepped step 20 is provided in a conical enlarged portion 12. Cavitation occurs in the water jet jetted from the jet holes 8 and spreads out in the conical enlarged portion 12 and jets out. An annular vortex 55 around the jet is generated between the conical enlarged portion 12 and the underwater water jet 40. The annular vortex 55 around this jet is relatively large as shown. On the other hand, also in the stepped step 20 according to the present invention, the vortex 54 generated in the step is generated.
The vortex 54 generated in the stepped step 20 interferes with the annular vortex 55 around the jet to produce the following two effects.

【0042】(a)噴流周囲の乱れを促進する。(A) To promote turbulence around the jet flow.

【0043】(b)噴流中心にあるコア部56を拡散さ
せる。
(B) The core portion 56 at the center of the jet flow is diffused.

【0044】(a)によれば、噴流界面のせん断層部5
7に強く影響を及ぼし、キャビテーションを促進する。
このせん断層部57は、水中水噴流に発生する数種類の
タイプのキャビテーションの中でも、機能的に重要な渦
キャビテーションの生成領域である。一方、噴流中心の
コア部56には、材料を壊食(エロージョン)させる問
題があるが、(b)の作用によりこの危険性はかなり消
滅する。以上のような作用により、円錐形の拡大部に設
けた階段状段差20は、発達したキャビテーション59
をもたらすとともに水中水噴流40の構造を改質する。
尚、参照番号58は、周囲核の供給である。
According to (a), the shear layer 5 at the jet interface
Strongly affects 7 and promotes cavitation.
The shear layer portion 57 is a functionally important vortex cavitation generation region among several types of cavitation generated in an underwater water jet. On the other hand, the core portion 56 at the center of the jet flow has a problem of eroding the material, but due to the action of (b), this danger is considerably eliminated. As a result of the above-mentioned operation, the step-like step 20 provided in the conical enlarged portion has the developed cavitation 59.
And the structure of the underwater water jet 40 is modified.
Incidentally, reference numeral 58 is a supply of the surrounding nucleus.

【0045】図9は、本発明第5の実施例における水中
水噴流を説明する側面図である。円錐形の拡大部の出口
13先端にオリフィス30′を設けた場合における水中
水噴流40の状態を模式的に描いた場合である。オリフ
ィス30′を設けることにより、噴出孔8から噴出直後
の噴流の外周に、すなわち安定な拡大部12に生じる渦
流65が形成される。この拡大部12に生じる渦流65
は、円錐形の拡大部の出口13にオリフィス30′が無
い場合に比べて、かなり安定であり、水中水噴流40に
対して継続的な変動を与え続ける。オリフィス30′の
外周には、オリフィス30′に生じる渦流64や、これ
に誘発される噴流周囲の環状渦流66a及び66bが形
成される。このようにして、水中水噴流40のせん断層
部57において、渦キャビテーションが活発に生成する
ようになる。せん断層部57における活発な渦や気泡の
動きは、図中に白抜きの矢印で示したように、周囲の水
中からの周囲核の供給58により一層活発になる。従っ
て、水中水噴流40では、ノズル本体4に近い上流側の
せん断層部57において渦キャビテーションが、更に、
水中水噴流40の下流では発達したキャビテーション5
9が、噴流の内部に作り出される。
FIG. 9 is a side view for explaining an underwater water jet in the fifth embodiment of the present invention. This is a case in which the state of the underwater water jet 40 in the case where an orifice 30 'is provided at the tip of the outlet 13 of the conical enlarged portion is schematically drawn. By providing the orifice 30 ′, a vortex flow 65 that is generated in the stable expanded portion 12 is formed on the outer periphery of the jet flow immediately after being jetted from the jet hole 8. Eddy current 65 generated in the enlarged portion 12
Is much more stable than it would be without the orifice 30 'at the outlet 13 of the conical enlargement and continues to provide continuous variation to the underwater water jet 40. On the outer circumference of the orifice 30 ', a vortex 64 generated in the orifice 30' and annular vortices 66a and 66b around the jet induced by the vortex 64 are formed. In this way, vortex cavitation is actively generated in the shear layer portion 57 of the underwater water jet 40. The active vortex and bubble movements in the shear layer portion 57 become more active due to the supply of peripheral nuclei 58 from the surrounding water, as indicated by the outlined arrows in the figure. Therefore, in the underwater water jet flow 40, vortex cavitation is further generated in the shear layer portion 57 on the upstream side near the nozzle body 4.
Cavitation 5 developed downstream of the underwater jet 40
9 is created inside the jet.

【0046】次に、水中水噴流に発生するキャビテーシ
ョンの特性をもとに、本発明の効果を具体的に示してい
く。水中水噴流の軸方向に対する衝撃圧の分布には二つ
のピークが現れる。ノズル本体に近い最初のピークを
「第1ピーク」、一方下流の二番目のピークを「第2ピ
ーク」と称している。図10は、水中水噴流の第1ピー
ク及び第2ピークの測定位置関係を示す側面図である。
それぞれ水中水噴流40の第1ピーク及び第2ピークに
相当するスタンドオフ距離x1及びx2における噴流の直
径D1とD2を測定した。水中水噴流40に発生するキャ
ビテーションが噴流の輪郭46を描き出す。この噴流の
輪郭46は、次のような方法により求めた。
Next, the effects of the present invention will be concretely shown based on the characteristics of cavitation generated in the underwater water jet. Two peaks appear in the distribution of the impact pressure in the axial direction of the underwater water jet. The first peak near the nozzle body is called the "first peak", while the second peak downstream is called the "second peak". FIG. 10 is a side view showing the measurement positional relationship between the first peak and the second peak of an underwater water jet.
The jet diameters D 1 and D 2 at the standoff distances x 1 and x 2 corresponding to the first peak and the second peak of the underwater water jet 40 were measured. Cavitation generated in the underwater water jet 40 draws the contour 46 of the jet. The contour 46 of this jet flow was obtained by the following method.

【0047】図11は、水中水噴流の輪郭撮影方法を説
明する側面図である。噴流の背後に暗幕70を設置し、
連続光源71からの光により噴流を光らせてカメラ72
で噴流の輪郭46を写真撮影をし、写真により測定し
た。
FIG. 11 is a side view for explaining a method of photographing the contour of an underwater water jet. A blackout 70 is installed behind the jet,
The camera 72 uses a continuous light source 71 to illuminate the jet stream.
The contour 46 of the jet was photographed and measured by the photograph.

【0048】図12は、水中水噴流の第1ピークにおけ
る噴射圧力と噴射径との関係曲線図である。噴射圧力P
に対する第1ピーク相当のスタンドオフ距離X1(図1
0)における噴流の直径D1の変化を整理し、本発明の
実施例と従来技術における噴流の太さを比較したもので
ある。横軸の噴射圧力Pは、基準噴射圧力P*を比較基
準として無次元化されている。一方縦軸の噴流直径D1
も、P=P*条件下の「第1ピーク」における噴流の直
径D1*を比較基準として無次元化したものである。曲
線76は、第1の実施例(第1ピーク)を表し、曲線7
8は、従来技術(第1ピーク)を表わす。両曲線ともP
/P*の増加とともにD1/D1*はゆるやかに増加する
が、同一のP/P*で比較すると、本発明の曲線76の
方が、従来技術の曲線78よりも圧倒的にD1/D1*が
大きい。この結果より、ノズルに近い領域においても、
本発明になるウォータージェット用ノズルのキャビテー
ションの促進の効果が実証されたものといえる。
FIG. 12 is a relationship curve diagram between the injection pressure and the injection diameter at the first peak of the underwater water jet. Injection pressure P
To the first peak corresponding to the standoff distance X 1 (Fig. 1
The change in the diameter D 1 of the jet in 0) is arranged, and the thickness of the jet in the embodiment of the present invention is compared with the thickness of the jet in the prior art. The injection pressure P on the horizontal axis is made dimensionless with the reference injection pressure P * as a comparison reference. On the other hand, the jet diameter D 1 on the vertical axis
Also, the dimension is made dimensionless using the diameter D 1 * of the jet at the “first peak” under the condition of P = P * as a comparison reference. Curve 76 represents the first example (first peak) and curve 7
8 represents the prior art (first peak). Both curves are P
Although D 1 / D 1 * gradually increases as / P * increases, the curve 76 of the present invention is overwhelmingly more D 1 than the curve 78 of the prior art when compared at the same P / P *. / D 1 * is large. From this result, even in the area near the nozzle,
It can be said that the effect of promoting cavitation of the water jet nozzle according to the present invention has been verified.

【0049】図13は、水中水噴流の第2ピークにおけ
る噴射圧力と噴射径との関係曲線である。下流の第2ピ
ークにおける噴流径D2を、無次元化した噴射圧力P/
P*に対する変化として整理したものである。図12と
同様に、D2は、P=P*条件下の「第2ピーク」にお
ける噴流の直径D2*により割られて無次元表記されて
いる。曲線77は、第1の実施例(第2ピーク)を表
し、曲線79は、従来技術(第2ピーク)を表わす。第
2ピーク相当のスタンドオフ距離X2(図10)におけ
る噴流は、本発明の曲線77の方が従来技術の曲線79
よりもかなり大きくなっていることが、この結果からも
明らかである。
FIG. 13 is a relationship curve between the injection pressure and the injection diameter at the second peak of the underwater water jet. The jet pressure P / which is made dimensionless with the jet diameter D 2 at the downstream second peak
It is organized as changes to P *. Similar to FIG. 12, D 2 is expressed dimensionlessly by being divided by the diameter D 2 * of the jet at the “second peak” under the condition of P = P *. Curve 77 represents the first example (second peak) and curve 79 represents the prior art (second peak). Regarding the jet at the standoff distance X 2 (FIG. 10) corresponding to the second peak, the curve 77 of the present invention is the curve 79 of the prior art.
It is clear from this result that it is much larger than the above.

【0050】図14は、水中水噴流の衝撃圧力測定方法
を示す側面図である。感圧フィルム法を用いて、水中水
噴流40のキャビテーションから発生する衝撃圧力84
を、本発明の実施例になるウォータージェット用ノズル
1を用いた場合と従来技術のウォータージェット用ノズ
ル1′について比較した。キャビテーションを伴う水中
水噴流40の中心軸5から半径方向へ5mm離した位置
において、中心軸5と平行に感圧フィルム73を設置し
た。
FIG. 14 is a side view showing a method for measuring the impact pressure of an underwater water jet. Using the pressure sensitive film method, the impact pressure 84 generated from the cavitation of the underwater water jet 40
In comparison with the case of using the water jet nozzle 1 according to the embodiment of the present invention and the conventional water jet nozzle 1 '. A pressure sensitive film 73 was installed in parallel with the central axis 5 at a position 5 mm away from the central axis 5 of the underwater water jet 40 accompanied by cavitation in the radial direction.

【0051】図15は、スタンドオフ距離と衝撃圧力の
関係曲線図である。スタンドオフ距離xに対する衝撃圧
力Pshの分布の結果をまとめたもので、曲線86は、
第1の実施例の無次元化したスタンドオフ距離〜無次元
化した衝撃圧力の関係曲線を示し、曲線87は従来技術
の無次元化したスタンドオフ距離〜無次元化した衝撃圧
力の関係曲線を示す。横軸のスタンドオフ距離xは、従
来技術における「第1ピーク」相当のスタンドオフ距離
x*で割り無次元化している。縦軸の衝撃圧力Psh
も、従来技術の「第1ピーク」における衝撃圧力Psh
*を基準として無次元表記した。一般にPsh/Psh
*の曲線は、図から明らかなように2つのピークを有す
る分布形状となり、ノズルに近い第1ピークは、x/x
*の狭い範囲で鋭くとがった特性を示している。下流の
第2ピークは、逆にかなりなだらかな形状を示す。本発
明の実施例になるウォータージェット用ノズル1を用い
た場合には、全x/x*の領域においてPsh/Psh
*のレベルがかなり高く、且つ従来技術の曲線87より
も全領域に渡ってキャビテーションがパワフルであるこ
とが分かる。又、第1ピーク相当のスタンドオフ距離x
/x*は従来技術におけるそれと大差は無いが、第2ピ
ークに相当するx/x*は、下流へシフトしている。
FIG. 15 is a relationship curve diagram between the standoff distance and the impact pressure. The curve 86 summarizes the results of the distribution of the impact pressure Psh with respect to the standoff distance x.
The relationship curve of the non-dimensionalized standoff distance to the non-dimensionalized impact pressure of the first embodiment is shown, and the curve 87 is the relationship curve of the non-dimensionalized stand-off distance to the non-dimensionalized impact pressure of the prior art. Show. The standoff distance x on the horizontal axis is divided by the standoff distance x * corresponding to the "first peak" in the prior art to make it dimensionless. Impact pressure Psh on the vertical axis
Also, the impact pressure Psh at the “first peak” of the conventional technique
It is expressed dimensionlessly based on *. Generally Psh / Psh
The curve of * has a distribution shape having two peaks as is clear from the figure, and the first peak near the nozzle is x / x
It shows sharp characteristics in the narrow range of *. On the contrary, the second peak in the downstream shows a fairly gentle shape. When the water jet nozzle 1 according to the embodiment of the present invention is used, Psh / Psh in the entire x / x * region.
It can be seen that the level of * is much higher and the cavitation is more powerful over the entire area than the curve 87 of the prior art. Also, the standoff distance x corresponding to the first peak
Although / x * is not much different from that in the conventional technique, x / x * corresponding to the second peak is shifted downstream.

【0052】図16は、処理対象面の付着物の除去効果
を説明する棒グラフで、付着物の除去効果を、従来技術
と比較して示す。初期条件としての付着物の質量m1
対する処理後に残存した付着物の質量Δmの比Δm/m
1として評価する。各棒は、処理対象面の付着物量を示
し、棒90は、処理前付着物量、棒91は、図18のウ
ォータージェット用ノズル1′を使用した場合、棒92
は、図19のウォータージェット用ノズル1′を使用し
た場合、棒93は、図20のウォータージェット用ノズ
ル1′を使用した場合、棒94は、本発明である図1の
ウォータージェット用ノズル1を使用した場合である。
尚、各棒の頭部にある値はそれそれの付着量Δm/m1
の値を示す。この試験結果から、図18、図19及び図
20に示す従来技術においても付着量Δm/m1は大幅
に減少し、付着物を除去できる効果はあるが、本発明の
実施例によれば、付着量Δm/m1をさらに著しく減ら
すことが可能であることが確認された。本発明を適用し
た場合の付着量Δm/m1は、棒91の場合の1/10
以下である。
FIG. 16 is a bar graph for explaining the effect of removing deposits on the surface to be treated, and shows the effect of removing deposits in comparison with the prior art. Ratio Δm / m of mass Δm of deposit remaining after treatment to mass m 1 of deposit as initial condition
Evaluate as 1 . Each bar shows the amount of deposits on the surface to be treated, rod 90 is the amount of deposits before treatment, and rod 91 is the rod 92 when the water jet nozzle 1'of FIG. 18 is used.
19 is used, when the water jet nozzle 1'of FIG. 19 is used, the rod 93 is the water jet nozzle 1'of FIG. 20, and when the water jet nozzle 1'of FIG. Is used.
The value at the head of each rod is the amount of adhesion Δm / m 1
Indicates the value of. From the results of this test, even in the prior art shown in FIGS. 18, 19 and 20, the adhered amount Δm / m 1 is greatly reduced and the adhering matter can be removed. However, according to the embodiment of the present invention, It was confirmed that the adhesion amount Δm / m 1 can be significantly reduced. The applied amount Δm / m 1 when the present invention is applied is 1/10 of that in the case of the rod 91.
It is the following.

【0053】以上述べた作用はいずれも、キャビテーシ
ョンを促進するものである。本発明になる手段を用いれ
ば、ウォータージェット用ノズルから噴射直後の水中水
噴流の界面の乱れ、即ちせん断渦の生成を促進し、さら
に噴流内部における大規模な渦の生成をも増進する。こ
れらの乱れの作用が引き金となって、噴流界面の乱れを
通じて気泡核が供給されるようになる。結果的に、材料
に対して強力に作用する渦キャビテーションの生成が活
発になる。拡大部におけるその内周壁上の階段状段差、
環状溝及び拡大部出口における絞り部であるオリフィス
の寸法は、前述した最適範囲において、渦や乱れあるい
はキャビテーション核の供給を最も促進する条件であ
る。
All the above-mentioned actions promote cavitation. By using the means according to the present invention, the turbulence of the interface of the underwater water jet immediately after jetting from the water jet nozzle, that is, the generation of shear vortices is promoted, and the generation of large-scale vortices inside the jet is also promoted. The action of these turbulences triggers the supply of bubble nuclei through the turbulence at the jet interface. As a result, vortex cavitation that strongly acts on the material is activated. Stepped steps on its inner wall in the enlarged section,
The dimensions of the annular groove and the orifice, which is the narrowed portion at the outlet of the enlarged portion, are conditions that most promote the supply of vortices, turbulence, or cavitation nuclei in the optimum range described above.

【0054】他の実施例として、船舶関係にも適用する
ことができる。海水面下にある船舶の底部には、貝・藻
その他の生物が付着し、走航に際してかなりの走航抵抗
になる。本発明になるウォータージェット用ノズルは、
これらの付着物を海洋走航中において除去することを可
能にする。このように付着物の除去が海水中において可
能になれば、 船をドックへ入れ ドックから海水を汲み出し 付着物の混じる洗水を廃棄し さらに ドックへ再び海水を入れる といった一連の操作がいっさい省略されることになり、
船舶の保守、保全がより経済的に行われるようになる。
付着物を防止するために用いる特殊な塗料の使用も削減
されれば、海洋の環境保護の観点からも好ましい。特
に、ドック付近の有機すず化合物による海洋汚染を防止
することができる。
As another embodiment, the present invention can be applied to marine vessels. Shells, algae, and other organisms attach to the bottom of the ship below the sea level, which causes considerable resistance to the cruise. The water jet nozzle according to the present invention,
Allows these deposits to be removed during marine navigation. If fouling can be removed in seawater in this way, a series of operations such as putting the boat in the dock, pumping seawater from the dock, discarding the wash water containing fouling, and then reintroducing seawater into the dock are all omitted. Will be
Maintenance and maintenance of ships will be carried out more economically.
If the use of special paint used to prevent deposits is reduced, it is preferable from the viewpoint of marine environment protection. In particular, it is possible to prevent marine pollution due to organic tin compounds near the dock.

【0055】以上この発明を図示の実施例について詳し
く説明したが、それを以ってこの発明をそれらの実施例
のみに限定するものではなく、この発明の精神を逸脱せ
ずして種々改変を加えて多種多様の変形をなし得ること
は云うまでもない。
Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings, the present invention is not limited only to those embodiments by using the embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. In addition, it goes without saying that various modifications can be made.

【0056】[0056]

【発明の効果】本第1発明によれば、高圧水を噴出させ
る噴出孔と、この噴出孔の出口から漸次拡大延設された
拡大部とを備えたウォータージェット用ノズルにおい
て、拡大部の内壁に少なくとも一つ以上の階段状段差を
設けたので、拡大部内壁に連続的に並ぶ階段状段差は、
はく離渦を連鎖的に生成する。このはく離渦は、拡大部
と水噴流の間に生じるせん断渦と複雑に干渉し合うため
に、微小な低圧部が水中水噴流の界面に数多く発生し、
キャビテーションが大幅に促進される。その結果、次の
ような効果を奏する。
According to the first aspect of the present invention, in the water jet nozzle having the ejection hole for ejecting the high-pressure water and the enlarged portion gradually expanded and extended from the outlet of the ejection hole, the inner wall of the enlarged portion is provided. Since at least one step-like step is provided in the,
Generates separation vortices in a chain. This separation vortex complicatedly interferes with the shear vortex generated between the expanded part and the water jet, so many small low pressure parts are generated at the interface of the underwater water jet,
Cavitation is greatly promoted. As a result, the following effects are achieved.

【0057】(1)キャビテーションを伴う水中水噴流
の広がりが大きくなるため、処理対象面の広い部分の処
理が可能になる。
(1) Since the spread of the underwater water jet accompanied by cavitation becomes large, it is possible to treat a wide portion of the surface to be treated.

【0058】(2)水中水噴流に発生するキャビテーシ
ョンが著しく発達したものであるので、短時間のうちに
処理を完了することが出来、処理効率が向上し、処理コ
ストが低減する。
(2) Since the cavitation generated in the water jet is significantly developed, the treatment can be completed in a short time, the treatment efficiency is improved, and the treatment cost is reduced.

【0059】(3)ピーニング処理においては、衝撃圧
力が大きく激しいキャビテーションを利用出来るため、
処理対象面の強化が表層からより深い箇所まで及ぶ。従
って、処理対象面を効率良く強化出来る。
(3) In the peening process, since strong cavitation with a large impact pressure can be used,
The strengthening of the surface to be treated extends from the surface layer to a deeper portion. Therefore, the surface to be treated can be efficiently strengthened.

【0060】(4)ノズル本体の噴出孔以降の流れにお
いてキャビテーションを促進するため、噴出孔がキャビ
テーション気泡により充満、閉塞するような圧力損失増
大による問題は発生しない。
(4) Since cavitation is promoted in the flow after the ejection holes of the nozzle body, there is no problem due to an increase in pressure loss such that the ejection holes are filled with cavitation bubbles and blocked.

【0061】本第2発明によれば、拡大部の内壁に少な
くとも一つ以上の環状溝を設けたので、拡大部の内壁上
の環状溝には、そこにトラップされている不凝縮性気体
が次々と離脱して微小気泡となって噴流中に巻き込ま
れ、キャビテーションが大幅に促進される。従って、上
記第1発明の効果である(1)〜(4)項と同じ効果を
奏する。
According to the second aspect of the present invention, since at least one annular groove is provided on the inner wall of the enlarged portion, the non-condensable gas trapped therein is contained in the annular groove on the inner wall of the enlarged portion. Cavitation is greatly promoted by the fact that they are separated one after another and become fine bubbles and are entrained in the jet flow. Therefore, the same effects as the items (1) to (4), which are the effects of the first invention, can be obtained.

【0062】本第3発明によれば、拡大部の出口に絞り
部を設けたので、この絞り部によって生じたはく離泡
が、水中水噴流の界面を激しく乱し、せん断渦の生成を
活発にし、処理対象面に対して強い影響を及ぼすパワフ
ルな渦キャビテーションが発達し、本第2発明と同じ
く、上記第1発明の効果である(1)〜(4)項と同じ
効果を奏する。
According to the third aspect of the present invention, since the narrowed portion is provided at the outlet of the enlarged portion, the defoaming bubbles generated by this narrowed portion violently disturb the interface of the underwater water jet and activate the generation of shear vortices. The powerful vortex cavitation that exerts a strong influence on the surface to be treated is developed, and, like the second invention, the same effects as the items (1) to (4) which are the effects of the first invention are exhibited.

【0063】本第4発明によれば、本第1発明又は第2
発明において、拡大部の出口に絞り部を設けたので、階
段状段差におけるはく離渦の連鎖的生成又は環状溝にト
ラップされている不凝縮性気体の離脱微小気泡の噴流中
への巻き込みと共に、拡大部の先端に取り付けた絞り部
によって生じるはく離泡が、水中水噴流の界面を激しく
乱し、乱れた噴流界面にせん断渦の生成を活発にさせ、
キャビテーションが大幅に促進され、本第1発明又は第
2発明と同じ効果をより確実に奏する。
According to the fourth invention, the first invention or the second invention is provided.
In the invention, since the narrowed portion is provided at the outlet of the expansion portion, the expansion of the separation vortex in the step-like step or the entrainment of the non-condensable gas trapped in the annular groove into the jet flow of the microbubbles is increased. Separation bubbles generated by the throttle attached to the tip of the section violently disturb the interface of the underwater water jet, actively generating shear vortices at the disturbed jet interface,
Cavitation is greatly promoted, and the same effects as the first invention or the second invention are more reliably exhibited.

【0064】本第5発明によれば、拡大部及び噴出孔の
中心軸に垂直な断面形状は円形であり、拡大部の出口内
径は、前記噴出孔内径の15〜25倍であるので、単純
な手段でキャビテーションを大幅に促進させることが可
能になる。
According to the fifth aspect of the present invention, the sectional shape perpendicular to the central axes of the enlarged portion and the ejection hole is circular, and the outlet inner diameter of the enlarged portion is 15 to 25 times the inner diameter of the ejection hole. Cavitation can be greatly promoted by various means.

【0065】本第6発明によれば、本第1発明〜第4発
明のいずれかにおいて、拡大部の内壁に階段状段差又は
環状溝と拡大部の出口に絞り部とを設け、拡大部及び噴
出孔の中心軸に垂直な断面形状を円形とし、拡大部の出
口内径は、噴出孔内径の15〜25倍にすることによ
り、本第1発明〜第4発明のいずれかの効果をより確実
に奏する。
According to the sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, a stepped step or an annular groove is provided on the inner wall of the enlarged portion, and a narrowed portion is provided at the outlet of the enlarged portion. By making the cross-sectional shape perpendicular to the central axis of the ejection hole circular and the outlet inner diameter of the enlarged portion 15 to 25 times the inner diameter of the ejection hole, the effect of any one of the first to fourth inventions can be more surely achieved. To play.

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

【図1】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
1の実施例の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of a water jet nozzle according to the present invention.

【図2】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
2の実施例の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment of the water jet nozzle according to the present invention.

【図3】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
3の実施例の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a third embodiment of the water jet nozzle according to the present invention.

【図4】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
4の実施例の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of a water jet nozzle according to the present invention.

【図5】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
5の実施例の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a fifth embodiment of a water jet nozzle according to the present invention.

【図6】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
6の実施例の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a sixth embodiment of the water jet nozzle according to the present invention.

【図7】水中水噴流と処理対象面の関係側面図である。FIG. 7 is a side view showing the relationship between the underwater water jet and the surface to be treated.

【図8】本発明第1の実施例における水中水噴流を説明
する側面図である。
FIG. 8 is a side view illustrating an underwater water jet in the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明第5の実施例における水中水噴流を説明
する側面図である。
FIG. 9 is a side view illustrating an underwater water jet in the fifth embodiment of the present invention.

【図10】水中水噴流の第1ピーク及び第2ピークの測
定位置関係を示す側面図である。
FIG. 10 is a side view showing a measurement positional relationship between a first peak and a second peak of an underwater water jet.

【図11】水中水噴流の輪郭撮影方法を説明する側面図
である。
FIG. 11 is a side view illustrating a method of capturing an outline of an underwater water jet.

【図12】水中水噴流の第1ピークにおける噴射圧力と
噴射径との関係曲線図である。
FIG. 12 is a relationship curve diagram between an injection pressure and an injection diameter at a first peak of an underwater water jet.

【図13】水中水噴流の第2ピークにおける噴射圧力と
噴射径との関係曲線図である。
FIG. 13 is a relationship curve diagram between an injection pressure and an injection diameter at a second peak of an underwater water jet.

【図14】水中水噴流の衝撃圧力測定方法を示す側面図
である。
FIG. 14 is a side view showing a method for measuring an impact pressure of an underwater water jet.

【図15】スタンドオフ距離と衝撃圧力の関係曲線図で
ある。
FIG. 15 is a relationship curve diagram between a standoff distance and an impact pressure.

【図16】処理対象面の付着物の除去効果を説明する棒
グラフである。
FIG. 16 is a bar graph for explaining the effect of removing deposits on the surface to be processed.

【図17】水中水噴流のキャビテーションを説明する側
面図である。
FIG. 17 is a side view illustrating cavitation of an underwater water jet.

【図18】従来技術に係るウォータージェット用ノズル
の断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view of a water jet nozzle according to a conventional technique.

【図19】従来技術に係る他のウォータージェット用ノ
ズルの断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view of another water jet nozzle according to the related art.

【図20】従来技術に係る水中水噴流に使用するウォー
タージェット用ノズルの断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view of a water jet nozzle used for an underwater water jet according to a conventional technique.

【図21】図20における水中水噴流に使用するウォー
タージェット用ノズルの作用を説明する側面図である。
FIG. 21 is a side view for explaining the action of the water jet nozzle used for the underwater water jet in FIG. 20.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ウォータージェット用ノズル 5 中心軸 8 噴出孔 9 噴出孔内径 10 噴出孔の出口 12 拡大部 13 拡大部の出口 15 内壁 20 階段状段差 24 環状溝 30′ オリフィス(絞り部) 38 高圧水 1 Nozzle for Water Jet 5 Central Axis 8 Ejection Hole 9 Outlet Hole Inner Diameter 10 Outlet of Ejection Hole 12 Expanded Portion 13 Expanded Portion Exit 15 Inner Wall 20 Stepped Step 24 Annular Groove 30 'Orifice (Throttle Portion) 38 High Pressure Water

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴出孔
の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウォー
タージェット用ノズルにおいて、前記拡大部の内壁に少
なくとも一つ以上の階段状段差を設けたことを特徴とす
るウォータージェット用ノズル。
1. A water jet nozzle comprising a jet hole for jetting high-pressure water and an enlarged portion gradually enlarged and extended from an outlet of the jet hole, wherein at least one staircase is provided on an inner wall of the enlarged portion. Nozzle for water jet characterized by having a stepped shape.
【請求項2】 高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴出孔
の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウォー
タージェット用ノズルにおいて、前記拡大部の内壁に少
なくとも一つ以上の環状溝を設けたことを特徴とするウ
ォータージェット用ノズル。
2. A water jet nozzle comprising a jet hole for jetting high-pressure water and an enlarged portion gradually enlarged and extended from an outlet of the jet hole, wherein at least one annular ring is formed on an inner wall of the enlarged portion. A water jet nozzle characterized by having grooves.
【請求項3】 高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴出孔
の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウォー
タージェット用ノズルにおいて、前記拡大部の出口に絞
り部を設けたことを特徴とするウォータージェット用ノ
ズル。
3. A water jet nozzle comprising a jet hole for jetting high-pressure water and an enlarged portion gradually enlarged and extended from the outlet of the jet hole, wherein a narrowed portion is provided at the outlet of the enlarged portion. Nozzle for water jet characterized by.
【請求項4】 請求項1又は2において、前記拡大部の
出口に絞り部を設けたことを特徴とするウォータージェ
ット用ノズル。
4. The water jet nozzle according to claim 1, wherein a narrowed portion is provided at the outlet of the enlarged portion.
【請求項5】 高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴出孔
の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウォー
タージェット用ノズルにおいて、前記噴出孔及び前記拡
大部の中心軸に垂直な断面形状は円形であり、前記拡大
部の出口内径は、前記噴出孔内径の15〜25倍である
ことを特徴とするウォータージェット用ノズル。
5. A water jet nozzle comprising a jet hole for jetting high-pressure water and an enlarged portion gradually enlarged and extended from an outlet of the jet hole, wherein the jet hole and a central axis of the enlarged portion are perpendicular to each other. The cross-sectional shape is circular, and the inner diameter of the outlet of the enlarged portion is 15 to 25 times the inner diameter of the ejection hole.
【請求項6】 請求項1〜4のいずれかにおいて、前記
噴出孔及び前記拡大部の中心軸に垂直な断面形状は円形
であり、前記拡大部の出口内径は、前記噴出孔内径の1
5〜25倍であることを特徴とするウォータージェット
用ノズル。
6. The cross-sectional shape perpendicular to the central axis of the ejection hole and the enlarged portion is circular, and the outlet inner diameter of the enlarged portion is 1 of the ejection hole inner diameter.
Nozzle for water jet, which is 5 to 25 times.
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