JPS60168554A - 液中ジエツト噴射用ノズル - Google Patents

液中ジエツト噴射用ノズル

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JPS60168554A
JPS60168554A JP59025681A JP2568184A JPS60168554A JP S60168554 A JPS60168554 A JP S60168554A JP 59025681 A JP59025681 A JP 59025681A JP 2568184 A JP2568184 A JP 2568184A JP S60168554 A JPS60168554 A JP S60168554A
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liquid
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健二 杉野
Katsuya Yanaida
柳井田　勝哉
Hiroshi Sugino
杉野　博
Masao Nakatani
正雄 中谷
Nobuo Nishida
信雄 西田
Kensaku Eda
江田　健作
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    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/02—Cleaning by the force of jets or sprays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
    • B24C5/04—Nozzles therefor

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  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高圧流体噴射ノズルに係り、特に液体中におい
て高圧流体噴流によりキャビテーション現象をより効果
的に作用させるためのノズルの形状に関するものである
。
〔従来技術とその問題点〕
高圧に加圧された液体を細径のオリフィスから噴射させ
ることにより、高圧の液体を高速の液体に変換して、該
高速の液体のエネルギーを種々の加工に利用する、所謂
高圧流体噴射加工技術が利用されている。該高圧流体噴
射加工技術は主として洗浄、剥離、掘削、切断等に利用
されて効果をあげている。これらの用途においては、そ
のほとんどが空気中において利用されているものであり
、中には特定の気体中において利用されている場合もあ
る。また、特殊なケースとして水あるいは他の液体中で
適用される場合もあり、例えば、特許第１１１７８５７
号、実用新案登録第１４３６３３１号等により知見でき
る。
このように多用されるようになってきた高圧流体噴射加
工技術であるが、水等の液体中で利用する際、気体中で
利用する場合に比べて、噴射された高圧流体が周囲の液
体によフて減衰する率が大きく、この減衰をいかに小さ
くするかが利用効果を高めるための重要なポイントであ
るとされている。そして、この減衰をできるだけ小さく
抑えるために種々の手段がとられている。例えば、ノズ
ルと対象物との距離を短くしたり、ノズルのオリフィス
部に供給される流体ができるだけ層流に近い状態になる
ように工夫したり、水等の液体中において対象物近傍に
空気等の気体で形成された空間な設けて該空間内へノズ
ルから液体を噴射する、等が実施されている。
しかしながら、前記の対策の個々について見れば、起伏
の多い対象物に対しては適用が難しかったり、減衰を小
さくする効果がさほど顕著でなかったり、装置が大がか
りになフたりして、結局は流体の圧力を高めることによ
って所期の効果を得るようにしているのが現状である。
その結果、大出力の高圧発生装置と、高耐圧の配管部材
と、厳格に規制された条件のノズルを使用した高額の装
置にならざるを得ないのが現状である。
〔発明の技術的背景〕
さて、液体中において高圧流体ジェットを噴射した場合
、噴射流体によってキャビテーションが発生することが
知られている。このキャビテーションは周囲機材に対し
エロージョン作用を起すため、該キャビテーションを防
止する種々の研究が行われている。一部においては、該
キャビテーションを利用した、例えば乳化装置などがあ
る。しかし全体的に見れば、キャビテーションを回避す
る傾向にあることは事実である。　ところで、液体中に
おいて噴射された流体によるキャビテーションの発生機
構に関する研究は、Ｈ，Ｒｏｕｓｅらによって解析され
ていて、キャビテーションは噴射流体とその周囲流体と
の混合領域における速度変動および圧力変動によって発
生する事が解っている。
ノズルの形状についてみれば、気体用のノズルとして先
細・末広ノズルと呼ばれる形状の物が既に使用されてお
り、液体用のノズルとしてもノズルの目詰り防止を目的
として同様の形状の物が一部で使用されている。
〔発明の目的と構成〕
このような背景の下に、本発明では、流体噴射によって
発生するキャビテーションを積極的に助長することによ
って、キャビテーションによる破砕効果を充分活用し、
噴射流体のエネルギー減衰を少なくして、液体中噴射に
よる仕事量を従来に比較して著しく増大させるものであ
る。
前記の目的を達成するために本発明は、ノズルにオリフ
ィス部を形成すると共に、該オリフィス部の下流におい
てオリフィス部よりも拡大された径の噴出孔を形成する
ものである。
〔発明の実施例〕
以下において、図示の実施例に基づいて本発明を更に詳
細に説明する。
第１図に、側壁を有する一般的な乱流ジェットの液中に
噴射した場合のモデルを示す。図において、ｌはノズル
であり、オリフィス部２を有し、オリフィス部２の下流
には側壁３を形成している。
今、噴射流体５のエネルギー値をにｊ１噴射流体５によ
って周囲流体６に誘起される誘起速度によるエネルギー
値をＫｆｌとすると、側壁３と噴射流体５との成す角度
θＶに対してにｐ／にｊの値は、第２図に示すような関
係をとることが確かめられた。すなわち、角度θ冒が６
０’を超える範囲では噴射流体５は周囲流体６の巻きこ
みによってエネルギーを損失しているが、角度θＶが６
０’以下においてはエネルギー損失が少なく、周囲流体
６の巻きこみ現象が強く現れることがわかる。次に、噴
射流体５の軸心Ｃ上の任意の位置における噴射流体５の
半径をｂとし、該すの位置における噴射流体５の流速を
Ｕ、軸心方向の流速をｖｌ、該流速Ｕの点における軸心
Ｃからの距離をｙとする。またｙ／ｂをηとする。これ
らの変化値に対し、噴射流体５が半径方向に拡散する速
度Ｖηとの関係をめたのが第３図である。図から、〃＝
１、すなわち噴射流体５の表面、つまり噴射流体５と周
囲流体６との境界において角度ｅｗが小さい程、誘引速
度が増大していることが判る。これに関連して、噴射流
体５内の速度変動および圧力変動が大きく変化する。従
ってキャビテーション現象を誘発するものである。流体
のせん断応力τについてみれば第４図に示す関係になる
。図において、ρは噴射流体５の密度、Ｕ−は噴射流体
５の中心速度、Ｕは噴射流体５の軸線方向の流速を示す
ものである。従って角度θＶが小さい程せん断応力τが
大きく、キャビテーション現象が噴流体の混合領域に著
しく現れることが判る。しかし角度θＶが２０″よりも
小さくなると噴射流体５と側壁３との付着現象や摩擦等
のために逆にキャビテーション現象は抑制されてしまう
ことが判った。
以上の予備実験により、噴射流体５は周囲流体６の巻こ
みのためにエネルギーを損失すること、側壁３０角度を
特定の範囲に限定すれば噴射流体５は狭い範囲において
周囲流体６を巻きこんでせん断力を増大してキャビテー
ション現象を顕著に示すこと、側壁３は周囲流体６を撹
乱しないので噴射流体５を保護すること等を確認し得た
ものである。
第５図は本発明に係るノズルの実施例を示したもので、
ノズル１は配管部材７を介して高圧発生装置８に連結さ
れている。ノズル１にはオリフィス部２が形成され、更
にオリフィス部２の下流に形成した噴出孔４を有してい
る。３は、噴出孔４を形成している側壁である。θνは
、オリフィス部２の軸心Ｃと噴出孔４を形成する側壁３
との成す角度を示す。
角度θＶは２０６乃至６０６の範囲においてキャビテー
ション現象が発生するので有効であり、特に２０°乃至
４０”の範囲において極めて顕著なキャビテーション発
生状態を示す。従って、噴射流体５のエネルギー減衰が
少なく、噴射加工対象物９に噴射エネルギーを有効に作
用させ得るものである。
これを、液体中に置かれた噴射加工対象物９の壊食量を
基にして、比較実験した結果が第６図である。
本発明のもう一つの重要な要素として噴出孔４の長さが
ある。該長さしは第５図においてＬとして示されている
。該長さＬはオリフィス部２の直径と密接な関連を有す
るもので、オリフィス部２の直径を第５図に示すように
ｄｏとすると、長さしはｄｏの４倍乃至２０倍、望まし
くは５倍乃至１２倍の範囲において顕著な効果を発揮し
得るものである。
このように構成したノズル装置において、高圧発生装置
８から配管部材７を通して流体をノズル１に供給すると
、流体はノズル１のオリフィス部２で高速の流体流に変
換されて噴出孔４へ噴出する。噴射流体５は噴出孔４を
形成する側壁３によって保護されるとともに、該側壁３
が前記の条件に適合するように形成されているため、キ
ャビテーションの発生が助長され、これによる破砕作用
が生じ、また噴射流体のエネルギー減衰が少なく、噴射
加工対象物９に対して、噴射エネルギーを効果的に作用
させ得るものである。
本発明は、凡そ液体中において高速で噴射された液体を
利用する総ての場合に適用可能であり、洗浄、掘削、混
合、攪はん、切断、切削、その他に効果的に使用され得
るものである。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明によれば液体中噴射
においてキャビテーションによる破砕作用を積極的に利
用でき、また噴射流体のエネルギー減衰が少ないので液
体中での洗浄、掘削、混合、撹拌、切断、切削、その他
の作業が効果的に行うことができる。従って噴射流体の
エネルギーを有効に利用可能で、従来のようにむやみに
圧力を高めることなく大きな効果を上げることができ、
エネルギーの有効利用の観点からも極めて効果的である
。また、低い圧力で高い圧力と同様の効果を挙げること
ができるため、配管部材が低い圧力の物で済み、周辺装
置が安価に纏められる利点もある。そして、本発明のノ
ズルの構造が簡単であるので、従来のノズルと同等の価
格で提供できるなど、極めて大きな効果を得ることがで
きるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は噴流の断爾を模擬的に示した図、第２図は噴射
流体のエネルギーと側壁の角度の関係を示す図、第３図
は側壁と誘引速度の関係を示す図、第４図はキャビテー
ションに関与するせん断応力の変化を示す図、第５図は
本発明の実施例を示す図、第６図は本発明と従来のノズ
ルとの効果の違いを表す図、第７図は別の実施例を示す
図、第８図は従来の一般的なノズルを示す図である。 １：ノズル　２ニオリフイス部 ３：側壁　４：噴射孔 ５：噴射流体　６：周囲流体 ７：配管部材　８：高圧発生装置 ９：噴射加工対象物 特許出願人 株式会社　スギツマシン 柳井１）勝哉 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図　第８図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）給液手段に連通ずる、液中で使用するノズル装置
    において、流体の流速を増すためのオリフィス部に対し
    て、該オリフィス部の下流において、該オリフィス部よ
    りも拡大された断面の噴出孔を形成して成る、液中ジェ
    ット噴射用ノズル。 （２）オリフィス部に対する噴出孔の拡大率の割合は、
    少なくともオリフィス部の出口付近において、オリフィ
    ス部の軸心に対して２０６ないし６０°の角度をもって
    徐々に拡大した形状である、特許請求の範囲第１項に記
    載の液中ジェット噴射用ノズル。 （３）噴出孔の長さは、オリフィス部の直径に対して４
    倍ないし２０倍である、特許請求の範囲第１項に記載の
    液中ジェット噴射用ノズル。 （４）オリフィス部は少なくとも出口部において円形断
    面である特許請求の範囲第１項に記載の液中ジェット噴
    射用ノズル。 （６）オリフィス部は少なくとも出口部において楕円断
    面である特許請求の範囲第１項に記載の液中ジェット噴
    射用ノズル。 （６）オリフィス部は少なくとも出口部において矩形断
    面である特許請求の範囲第１項に記載の液中ジェット噴
    射用ノズル。
JP59025681A 1984-02-13 1984-02-13 液中ジエツト噴射用ノズル Granted JPS60168554A (ja)

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