RU2222463C2

RU2222463C2 - Injector for underwater cleaning tool

Info

Publication number: RU2222463C2
Application number: RU2002110997/11A
Authority: RU
Inventors: А.Е. Исайко; В.С. Кузин; И.Д. Шевченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "РуссАква"
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2004-01-27
Also published as: WO2003091095A1; RU2002110997A; AU2002325439A1

Abstract

FIELD: technology of hydrodynamic cleaning; underwater cleaning tools for cleaning ship's hulls and water-development works. SUBSTANCE: proposed injector has body with central flow-through passage formed by inlet contraction, expansion chamber and outlet diffuser. Body of said diffuser has passages located at angle relative to longitudinal axis of flow-through passage and brought into communication with cavity of expansion chamber. Injector is also provided with additional diffuser whose body may be mounted on injector body for longitudinal motion along it; it may be locked in required position. It is good practice to provide injector with ultrasonic oscillation source which may adjoin expansion chamber on side of inlet diffuser. Ultrasonic oscillation source shall be made in form of cylindrical insert with central passage whose inner surface may have form of comb. EFFECT: extended field of use of kinetic energy of cavitation jet by forming additional loop of water escaping jet. 4 cl, 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к технологии гидродинамической очистки и касается создания инструментов для очистки подводных поверхностей корпусов судов и гидротехнических сооружений от обрастании, коррозионных корок и химических и механических отложений. The present invention relates to hydrodynamic cleaning technology and relates to the creation of tools for cleaning underwater surfaces of ship hulls and hydraulic structures from fouling, corrosion crusts and chemical and mechanical deposits.

Известны форсунки различных конструкций - простые с расширенной камерой и без нее, с центральным телом и т.д. Nozzles of various designs are known - simple with an expanded camera and without it, with a central body, etc.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является форсунка (RU 2163877), проточный канал которой образован входным конфузором, прямым цилиндрическим участком, расширительной камерой и выходным диффузором. Кроме того, в корпусе форсунки выполнены под углом к продольной оси проточного канала по меньшей мере два канала, соединяющие расширительную камеру с задиффузорным пространством. The closest in technical essence to the proposed one is the nozzle (RU 2163877), the flow channel of which is formed by the inlet confuser, a straight cylindrical section, an expansion chamber and an outlet diffuser. In addition, in the nozzle body, at least two channels are made at an angle to the longitudinal axis of the flow channel connecting the expansion chamber with the diffuser space.

Истекающая струя воды дольше всего сохраняет оптимальные условия для кавитации вблизи оси самой струи, а по периферии кавитирующий поток тормозится относительно быстрее, скорость воды падает, давление (в соответствии с законом Бернулли) растет, и кавитационные пузырьки исчезают. The outflowing water jet retains optimal conditions for cavitation near the axis of the jet for the longest time, and around the periphery, the cavitating flow slows down relatively faster, the water velocity drops, the pressure (in accordance with Bernoulli's law) increases, and cavitation bubbles disappear.

В основу настоящего изобретения положена задача создания форсунки инструмента для подводной очистки, обеспечивающей более полное использование кинетической энергии кавитирующей струи воды за счет образования дополнительного контура истекающей струи воды. The present invention is based on the task of creating a nozzle for an underwater cleaning tool, which provides a more complete use of the kinetic energy of a cavitating water jet due to the formation of an additional contour of the outflowing water jet.

Поставленная задача решается тем, что форсунка инструмента для подводной очистки, содержащая корпус с центральным проточным каналом, образованным входным конфузором, расширительной камерой и выходным диффузором, в корпусе которого под углом к продольной оси проточного канала выполнены каналы, которые сообщены с полостью расширительной камеры, согласно изобретению содержит дополнительный диффузор, корпус которого установлен на корпусе форсунки в области расположения выходного диффузора и внутренняя полость которого сообщена с полостью расширительной камеры посредством указанных каналов, выполненных в корпусе диффузора. The problem is solved in that the nozzle of the tool for underwater cleaning, comprising a housing with a central flow channel formed by an inlet confuser, an expansion chamber and an output diffuser, in the body of which channels are arranged at an angle to the longitudinal axis of the flow channel that communicate with the cavity of the expansion chamber, according to the invention contains an additional diffuser, the housing of which is mounted on the nozzle housing in the area of the outlet diffuser and the inner cavity of which is communicated from the strips the expansion chamber by means of these channels made in the diffuser housing.

Целесообразно, чтобы корпус дополнительного диффузора был бы установлен на корпусе форсунки с возможностью продольного перемещения вдоль него и последующей фиксации в требуемом положении. It is advisable that the body of the additional diffuser be mounted on the nozzle body with the possibility of longitudinal movement along it and subsequent fixation in the desired position.

Для обеспечения более ранней и более высокой степени кавитации в рабочей струе форсунка дополнительно содержит источник ультразвуковых колебаний, примыкающий к расширительной камере со стороны входного конфузора и выполненный, например, в виде цилиндрической вставки с центральным каналом, внутренняя поверхность которого выполнена в виде гребенки. To ensure an earlier and higher degree of cavitation in the working stream, the nozzle further comprises a source of ultrasonic vibrations adjacent to the expansion chamber from the inlet confuser side and made, for example, in the form of a cylindrical insert with a central channel, the inner surface of which is made in the form of a comb.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает общий вид форсунки инструмента для подводной очистки, продольный разрез;
фиг.2 - то же, но с источником ультразвуковых колебаний;
фиг.3 - источник ультразвуковых колебаний.In the future, the invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 shows a general view of a nozzle of an underwater cleaning tool, a longitudinal section;
figure 2 is the same, but with a source of ultrasonic vibrations;
figure 3 - source of ultrasonic vibrations.

Форсунка инструмента для подводной очистки согласно изобретению содержит цилиндрический корпус 1, в котором выполнен центральный проточный канал 2, образованный соосно расположенными и последовательно сопряженными по направлению движения жидкости входным конфузором 3, расширительной камерой 4 и выходным диффузором 5. На корпусе 1 в области расположения выходного диффузора 5 закреплен корпус 6 дополнительного диффузора 7. В корпусе диффузора 5 под углом к продольной оси проточного канала 2 выполнены каналы 8, которые сообщены с полостью расширительной камеры 4 и выходные отверстия которых направлены в сторону выхода диффузора 5 так, что расширительная камера 4 сообщена с полостью диффузора 7. Число и диаметр этих каналов 8 определяют количество воды, отводимой из расширительной камеры во второй контур, т.е. в диффузор 7. The nozzle of an underwater cleaning tool according to the invention comprises a cylindrical body 1, in which a central flow channel 2 is formed, formed by an inlet confuser 3, an expansion chamber 4 and an output diffuser 5, coaxially arranged and sequentially conjugated in the direction of fluid movement. On the case 1, in the area of the output diffuser 5, the housing 6 of the additional diffuser 7 is fixed. In the diffuser housing 5, channels 8 are made at an angle to the longitudinal axis of the flow channel 2, which are in communication with the cavity the expansion chamber 4 and the outlet openings which are directed towards the outlet of the diffuser 5 so that the expansion chamber 4 is in communication with the cavity of the diffuser 7. The number and diameter of these channels 8 determine the amount of water discharged from the expansion chamber to the second circuit, i.e. into the diffuser 7.

Форсунка может дополнительно содержать источник 9 (фиг.2) ультразвуковых колебаний, примыкающий к расширительной камере 4 со стороны входного конфузора 3. Источник 9 ультразвуковых колебаний выполнен, например, в виде цилиндрической вставки с центральным каналом 10 (фиг.3), внутренняя поверхность 11 которого выполнена в виде гребенки, профиль которой - равносторонний треугольный или квадратный. The nozzle may additionally contain a source 9 (figure 2) of ultrasonic vibrations adjacent to the expansion chamber 4 from the input confuser 3. The source 9 of ultrasonic vibrations is made, for example, in the form of a cylindrical insert with a central channel 10 (figure 3), the inner surface 11 which is made in the form of a comb, the profile of which is an equilateral triangular or square.

Предлагаемую форсунку инструмента для подводной очистки используют следующим образом. The proposed nozzle tool for underwater cleaning is used as follows.

Во время работы форсунки поток воды высокого давления движется через форсунку (на чертеже - справа налево) - через полость конфузора 3, расширительную камеру 4 и полость диффузора 5, образуя на выходе из форсунки рабочий факел. Проходя через две последние полости, поток воды разгоняется до скорости, обеспечивающей возникновение и сохранение кавитации во всем объеме факела струи воды. Возникновение кавитации происходит в результате увеличения скорости истечения и в соответствии с законом Бернулли понижением давления в струе воды вплоть до величины давления насыщенного пара при давлении окружающей среды. During the operation of the nozzle, the high-pressure water flow moves through the nozzle (from right to left in the drawing) - through the cavity of the confuser 3, the expansion chamber 4 and the cavity of the diffuser 5, forming a working torch at the outlet of the nozzle. Passing through the last two cavities, the water stream accelerates to a speed that ensures the emergence and preservation of cavitation in the entire volume of the jet of water. Cavitation occurs as a result of an increase in the outflow rate and, in accordance with Bernoulli’s law, a decrease in pressure in the water jet up to the pressure of saturated steam at ambient pressure.

Истекающая струя воды дольше всего сохраняет оптимальные условия для кавитации вблизи оси самой струи, а по периферии кавитирующий поток тормозится относительно быстрее, скорость воды падает, давление растет и кавитационные пузырьки исчезают. Вследствие этого рабочий факел имеет форму сильно вытянутого веретена. The outflowing water jet retains optimal conditions for cavitation near the axis of the jet for the longest time, and around the periphery, the cavitating flow is relatively slower, the water velocity drops, the pressure increases and the cavitation bubbles disappear. As a result, the working torch has the shape of a strongly elongated spindle.

Для устранения этого явления в предлагаемой форсунке образован второй контур истекающей струи за счет использования дополнительного диффузора 7, при этом при помощи каналов 8 осуществляют отбор из расширительной камеры 4 части воды, которую отводят на периферию факела, т.е. в пространство между наружной и внутренней поверхностями диффузоров 5 и 7. Таким образом, рабочий факел кавитирующей воды образуется как за счет непосредственного истечения воды из выхода конфузора, так и за счет образования второго контура истекающей струи. Это позволяет более полно использовать кинетическую энергию кавитирующей струи, что приводит к увеличению сечения рабочего факела. To eliminate this phenomenon, the second nozzle of the outflowing jet is formed in the proposed nozzle due to the use of an additional diffuser 7, while using channels 8, part of the water that is diverted to the periphery of the torch is taken from the expansion chamber 4, i.e. into the space between the outer and inner surfaces of the diffusers 5 and 7. Thus, the working torch of cavitating water is formed both due to the direct outflow of water from the outlet of the confuser, and due to the formation of a second circuit of the outflowing jet. This allows you to more fully use the kinetic energy of the cavitating jet, which leads to an increase in the cross section of the working torch.

Благодаря отводу воды из расширительной камеры форсунки в полость диффузора увеличивается объем и масса кавитирующей струи рабочего факела. Due to the removal of water from the expansion chamber of the nozzle into the cavity of the diffuser, the volume and mass of the cavitating jet of the working torch increase.

Известно, что кавитация в жидкости может возникать как за счет истечения с большой скоростью (гидродинамическая), так и за счет воздействия на жидкость ультразвуковых колебаний (акустическая). В предлагаемой конструкции форсунки используется источник 9 (фиг.2) ультразвуковых колебаний, обеспечивающий более полную кавитацию в протекающей струе воды. При протекании воды через канал 10 (фиг.3) в струе воды высокого давления возникают колебания, частота которых определяется скоростью истечения воды и параметрами гребенки в соответствии с зависимостью
f=V/h [кГц] (1),
где V - скорость прохода воды через вставку, м/с;
h - шаг гребенки, мм.It is known that cavitation in a liquid can arise both due to outflow with a high speed (hydrodynamic), and due to the effect of ultrasonic vibrations (acoustic) on the liquid. In the proposed nozzle design, a source 9 (figure 2) of ultrasonic vibrations is used, which provides more complete cavitation in the flowing stream of water. When water flows through channel 10 (Fig. 3), fluctuations occur in the high-pressure water jet, the frequency of which is determined by the rate of water flow and the parameters of the comb in accordance with the dependence
f = V / h [kHz] (1),
where V is the speed of water passage through the insert, m / s;
h is the step of the comb, mm.

Длина вставки равна диаметру канала 10. The length of the insert is equal to the diameter of the channel 10.

Резьбовое крепление корпуса 6 диффузора 7 на корпусе 1 форсунки позволяет регулировать положение диффузора 7. Размеры, форма и место расположения диффузора 7 зависят от специфики работы - характера обрастании, необходимой степени очистки, рабочего давления, расхода воды и др. Корпус 6 диффузора 7 фиксируется в требуемом положении с помощью контргайки 12. The threaded fastening of the body 6 of the diffuser 7 on the body 1 of the nozzle allows you to adjust the position of the diffuser 7. The dimensions, shape and location of the diffuser 7 depend on the specifics of the work - the nature of fouling, the required degree of cleaning, working pressure, water flow, etc. The body 6 of the diffuser 7 is fixed in desired position with lock nut 12.

Claims

1. The nozzle of the tool for underwater cleaning, comprising a housing with a central flow channel formed by an inlet confuser, an expansion chamber and an output diffuser, in the body of which channels are arranged at an angle to the longitudinal axis of the flow channel, which are in communication with the cavity of the expansion chamber, characterized in that it contains additional diffuser, the body of which is mounted on the nozzle body in the area of the output diffuser and whose internal cavity is in communication with the cavity of the expansion chamber by ohm of these two channels, made in the nozzle body.

2. The nozzle according to claim 1, characterized in that the housing of the additional diffuser is mounted on the body of the nozzle with the possibility of longitudinal movement along it and subsequent fixation in the desired position.

3. The nozzle according to claim 1 or 2, characterized in that it further comprises a source of ultrasonic vibrations adjacent to the expansion chamber from the input confuser.

4. The nozzle according to claim 3, characterized in that the source of ultrasonic vibrations is made in the form of a cylindrical insert with a central channel, the inner surface of which is made in the form of a comb.