RU2315848C2 - Method and device for hydraulic cavitational scale and deposit erosion, as well as rock breakage in water - Google Patents
Method and device for hydraulic cavitational scale and deposit erosion, as well as rock breakage in water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2315848C2 RU2315848C2 RU2005141026/03A RU2005141026A RU2315848C2 RU 2315848 C2 RU2315848 C2 RU 2315848C2 RU 2005141026/03 A RU2005141026/03 A RU 2005141026/03A RU 2005141026 A RU2005141026 A RU 2005141026A RU 2315848 C2 RU2315848 C2 RU 2315848C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavitation
- water
- cavitational
- nozzle
- hollow
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
- Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
Abstract
Description
Способ и устройство относятся к областям геологии, добычи, энергетики и строительства и могут быть использованы в технологиях разрушения природных и искусственных наростов и отложений, а также - в технологиях бурения скважин и т.п.The method and device relate to the fields of geology, production, energy and construction and can be used in technologies for the destruction of natural and artificial growths and deposits, as well as in technologies for drilling wells, etc.
Известны способ и устройство, используемые для размола волокнистых примесей в суспензиях с помощью активизации в них процесса кавитации (патент №2134611 на изобретение "Кавитационный смеситель" по МПК 6 B01F 5/00, Бюл. №23 от 20.08.1999 г.).The known method and device used for grinding fibrous impurities in suspensions by activating the cavitation process in them (patent No. 2134611 for the invention "Cavitation mixer" according to IPC 6 B01F 5/00, Bull. No. 23 from 08.20.1999).
Способ включает в себя подачу под давлением на вход кавитационного смесителя суспензии и пара и активизацию внутри него кавитационного процесса.The method includes supplying pressure and pressure to the inlet of the cavitation mixer of the suspension and steam and activating the cavitation process inside it.
Устройство содержит корпус и тело кавитации (в известном устройстве - кавитатор).The device comprises a housing and a cavitation body (in a known device, a cavitator).
Известные способ и устройство ориентированы на использование кавитации для размельчения волокон и примесей в пищевой промышленности и не могут быть использованы без дополнительного изобретательства в технологиях разрушения природных и искусственных преград.The known method and device are focused on the use of cavitation for grinding fibers and impurities in the food industry and cannot be used without additional invention in the destruction of natural and artificial barriers.
Наиболее близкими к заявляемому изобретению являются способ и устройство, описанные в изобретении "Способ кавитирующей струи жидкости" (патент №2060344 по МПК 6 Е21В 7/18, Бюл. №14 от 20.05.1996 г.).Closest to the claimed invention are the method and device described in the invention "Method of cavitating liquid stream" (patent No. 2060344 for IPC 6 ЕВВ 7/18, Bull. No. 14 from 05/20/1996).
Известный способ включает в себя подачу под давлением в устройство кавитации пара, активизацию в этом устройстве процесса кавитации и выброс на обрабатываемую поверхность кавитирующей струи воды.The known method includes supplying pressure to a cavitation device for steam, activating a cavitation process in this device and ejecting a cavitating jet of water onto the surface to be treated.
Известное устройство содержит пустотелый открытый с двух сторон корпус и тело кавитации (в известном устройстве - центральное тело), закрепленное внутри корпуса.The known device comprises a hollow body open on two sides and a cavitation body (in the known device, a central body), mounted inside the body.
Известные способ и устройство также не могут быть эффективно использованы для разрушения природных и искусственных препятствий, т.к. ориентированы на микроскопическую обработку поверхностей, не позволяют развивать мощный кавитационный процесс и не содержат достаточных сведений о геометрических и других характеристиках тела кавитации и внутренней камеры корпуса, которые позволяли бы получить мощную кавитацию.The known method and device also cannot be effectively used to destroy natural and artificial obstacles, because focused on microscopic surface treatment, do not allow the development of a powerful cavitation process and do not contain sufficient information about the geometric and other characteristics of the cavitation body and the inner chamber of the body, which would allow for powerful cavitation.
Целью заявленных способа и устройства является устранение указанных выше недостатков, точнее - получение максимальной мощности кавитационной струи воды за счет оптимизации геометрической формы и соотношений отдельных частей тела кавитации и корпуса устройства, что, в конечном счете, обеспечивает возможность разрушения твердых поверхностей при относительно небольших энергозатратах.The purpose of the claimed method and device is to eliminate the above drawbacks, more precisely, to obtain the maximum power of the cavitation water jet by optimizing the geometric shape and ratios of individual parts of the cavitation body and the device body, which, ultimately, allows the destruction of solid surfaces at relatively low energy costs.
Указанная цель достигается тем, что способ гидрокавитационного эрозионного разрушения наростов и отложений, а также горной породы в водной среде, включающий подачу на вход гидрокавитационного устройства воды под давлением, активизацию внутри этого устройства гидрокавитационного процесса с помощью находящегося там тела кавитации и направление кавитирующей струи воды с выхода этого устройства на разрушаемую поверхность, характеризуется тем, что на входе устройства обеспечивают давление от 90 до 200 атмосфер, на первоначальном этапе искусственно заполняют водой пространство перед разрушаемой поверхностью на высоту от 300 мм водяного столба, затем расстояние от среза выхода устройства до разрушаемой поверхности обеспечивают в пределах от 20 до 1500 мм, причем формируют гидрокавитационный процесс максимальной мощности и представляющий собой вибрационную суперкавитацию с локальным нагреванием среды, ионизацией воды и кавитационной эрозией разрушаемой поверхности, что обеспечивают за счет искусственного формирования вынужденных колебаний водного потока, для чего его направляют внутри гидрокавитационного устройства двумя различными путями, первым - через двухступенчатую камеру с разным поперечным сечением этих ступеней, а вторым - через полое тело кавитации в форме конфузора, закрепленное в этой камере, затем обе указанных водных струи смешивают в сопле на выходе устройства, при этом существование вибрационной суперкавитации определяют согласно формуле:This goal is achieved by the fact that the method of hydrocavitational erosion destruction of growths and deposits, as well as rocks in the aquatic environment, comprising supplying pressurized water to the inlet of the hydrocavitation device, activating the hydrocavitation process inside the device using the cavitation body located there, and directing the cavitating water stream with the exit of this device to the destructible surface, characterized in that at the inlet of the device provide pressure from 90 to 200 atmospheres, at the initial stage significantly fill the space in front of the destructible surface with water from a height of 300 mm water column, then the distance from the exit section of the device to the destructible surface is provided in the range of 20 to 1500 mm, and a hydrocavitation process of maximum power is formed, which is vibrational supercavitation with local heating of the medium, ionization water and cavitation erosion of the destructible surface, which provides due to the artificial formation of forced oscillations of the water flow, for which its inside the hydro-cavitation device in two different ways, the first through a two-stage chamber with different cross sections of these steps, and the second through a hollow cavitation body in the form of a confuser, fixed in this chamber, then both of these water jets are mixed in a nozzle at the outlet of the device, the existence of vibrational supercavitation is determined according to the formula:
(Pn/Ро)·(lo/do)≤0,8,(Pn / Po) · (lo / do) ≤0.8,
где: Pn/Po - число кавитации, определяемое как отношение гидростатического давления вокруг истекающей водной струи на разрушаемую поверхность (Pn) к полному давлению, на выходе гидрокавитационного устройства (Ро);where: Pn / Po is the cavitation number, defined as the ratio of the hydrostatic pressure around the flowing water stream to the destructible surface (Pn) to the total pressure at the outlet of the hydro-cavitation device (Po);
lo - расстояние от среза выхода устройства до поверхности разрушения;lo is the distance from the exit slice of the device to the fracture surface;
do - наименьший диаметр сечения гидрокавитационного устройства.do - the smallest cross-sectional diameter of the hydro-cavitation device.
Устройство гидрокавитационного эрозионного разрушения наростов и отложений, а также горной породы в водной среде, содержащее пустотелый открытый с двух сторон корпус и тело кавитации, закрепленное в центре него продольно, дополнительно содержит пустотелое сопло, корпус внутри представляет собой двухступенчатую цилиндрическую камеру, у которой диаметр первой ступени, являющейся входом устройства, равен 0,5 диаметра второй ступени или меньше этого, а тело кавитации является пустотелым конфузором с сужением его канала и внешней формы с волнообразной поверхностью по направлению движения струи от входа устройства, причем сопло является съемным и своим меньшим диаметром ввинчивается внутрь второй ступени корпуса, проникая в нее на половину ее длины, а своим наружным срезом образует выход устройства, хвостовик тела кавитации начинается на входе устройства, а его наконечник незначительно заходит в сопло, при этом отношения наименьших диаметров сопла и конфузора равно 1,25-2,0.The device of hydrocavitation erosion destruction of growths and deposits, as well as rocks in the aquatic environment, containing a hollow body open on both sides and a cavitation body fixed longitudinally in the center, additionally contains a hollow nozzle, the body inside is a two-stage cylindrical chamber, in which the diameter of the first the stage, which is the input of the device, is equal to 0.5 of the diameter of the second stage or less, and the cavitation body is a hollow confuser with a narrowing of its channel and external shape with shaped surface in the direction of the jet from the device inlet, the nozzle being removable and screwed into the second stage of the housing with its smaller diameter, penetrating into it half its length, and forming the device exit with its outer cut, the shank of the cavitation body starts at the device inlet, and its the tip slightly goes into the nozzle, while the ratio of the smallest diameters of the nozzle and confuser is 1.25-2.0.
Технический результат заявленных способа и устройства состоит в увеличении мощности кавитационной струи в 2-3 раза, а также, как следствие, в существенном снижении стоимости достижения цели, обусловленной снижением требуемого гидравлического давления до 90-200 атмосфер вместо 500-1000 атмосфер при слабой кавитации.The technical result of the claimed method and device consists in increasing the power of the cavitation jet by 2–3 times, and, as a result, in significantly reducing the cost of achieving the goal, due to the reduction in the required hydraulic pressure to 90–200 atmospheres instead of 500–1000 atmospheres with weak cavitation.
На фиг.1, 2, 3 и 4 представлены соответственно эскизы гидрокавитационного эрозионного устройства со съемным соплом в виде диффузора, съемное сопло в виде конфузора, съемное сопло в виде долота и ручного устройства с соплом в виде конфузора.Figures 1, 2, 3 and 4 respectively show sketches of a hydro-cavitation erosion device with a removable nozzle in the form of a diffuser, a removable nozzle in the form of a confuser, a removable nozzle in the form of a chisel and a hand-held device with a nozzle in the form of a confuser.
Устройство содержит корпус 1 с первой ступенью 2 и второй ступенью 3, тело 4 кавитации с хвостовиком 5, наконечником 6, волнообразной поверхностью 7 и каналом 8, съемное сопло 9 в виде диффузора с наименьшим диаметром 10, расширением 11 и резьбой 12, рукав 13 для подачи воды с сочленяющим разъемом 14 и запорным механизмом 15.The device comprises a housing 1 with a first stage 2 and a second stage 3, a cavitation body 4 with a shank 5, a tip 6, a wavy surface 7 and a channel 8, a
Для пояснений также показаны оптимальное расстояние 16 до разрушаемой преграды 17.For clarification, the optimum distance 16 to the destructible barrier 17 is also shown.
Крепление, например, с помощью спиц тела 4 кавитации внутри корпуса 1 не показано в силу не принципиальности этого в рамках заявленного технического решения. По той же причине не показаны направляющие и удерживающие средства, ориентирующие устройство в пространстве.Mounting, for example, using the spokes of the cavitation body 4 inside the housing 1 is not shown due to the non-principle of this within the framework of the claimed technical solution. For the same reason, the guiding and holding means orienting the device in space are not shown.
Диаметр первой ступени 2 камеры корпуса 1 равен 0,5 диаметра второй ступени 3, а тело 4 кавитации является пустотелым конфузором с сужением его канала 8 и волнообразной поверхностью 7 по направлению движения струи. Отношение наименьших диаметров диффузора 9 и конфузора 4 (соответственно 10 и 6 - диаметр наконечника) равно 1,25-2,0.The diameter of the first stage 2 of the chamber 1 is equal to 0.5 of the diameter of the second stage 3, and the cavitation body 4 is a hollow confuser with a narrowing of its channel 8 and a wavy surface 7 in the direction of the jet. The ratio of the smallest diameters of the
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Пусть ручное гидрокавитационное устройство сочленено через разъем 14 с рукавом 13 для подачи воды (фиг.1). На вход этого устройства подают воду под давлением 90-200 атмосфер через рукав 13, открыв запорный механизм 15.Let the manual hydro-cavitation device is articulated through the connector 14 with the
Если разрушаемая поверхность 17 находится не в воде, то оператор, держащий в руках гидрокавитационное устройство, на первоначальном этапе искусственно заполняет пространство перед поверхностью 17, придвинув вначале почти вплотную к этой поверхности край диффузора 9, а затем устанавливает оптимальное расстояние 16 в пределах 20-1500 мм, которое определяют в процессе работы при наиболее интенсивной эрозии разрушаемой поверхности 17.If the destructible surface 17 is not in water, then the operator holding the hydro-cavitation device at the initial stage artificially fills the space in front of the surface 17, first moving the edge of the
Гидрокавитационный процесс развивается благодаря тому, что воду внутри устройства направляют двумя различными путями: через первую 2 и вторую 3 ступени корпуса 1 и через канал 8 тела 4 кавитации, сужающегося от хвостовика 5 к наконечнику 6, а затем смешивают обе струи воды возле наконечника 6 в зоне наименьшего диаметра 10 диффузора 9, где образуют каверну - область резко повышенного давления воды. Возникает вибрационная суперкавитация с локальным нагреванием среды и ионизацией воды. При этом в каверне интенсивно растет количество паровых пузырей, уносимых из диффузора 9 вибрирующей струей к поверхности 17, на которой возникает кавитационная эрозия - разрушение твердого вещества.The hydrocavitation process develops due to the fact that the water inside the device is sent in two different ways: through the first 2 and second 3 stages of the housing 1 and through the channel 8 of the cavitation body 4, tapering from the shank 5 to the tip 6, and then both jets of water are mixed near the tip 6 in the zone of smallest diameter 10 of the
Авторами экспериментально установлено, что существование вибрационной суперкавитации определяют согласно формуле:The authors experimentally established that the existence of vibrational supercavitation is determined according to the formula:
(Pn/Ро)·(lo/do)≤0,8.(Pn / Po) · (lo / do) ≤0.8.
где: Pn/Po - число кавитации, определяемое как отношение гидростатического давления вокруг истекающей водной струи на разрушаемую поверхность (Pn) к полному давлению, на выходе гидрокавитационного устройства (Ро);where: Pn / Po is the cavitation number, defined as the ratio of the hydrostatic pressure around the flowing water stream to the destructible surface (Pn) to the total pressure at the outlet of the hydro-cavitation device (Po);
lo - расстояние от среза выхода устройства до поверхности разрушения;lo is the distance from the exit slice of the device to the fracture surface;
do - наименьший диаметр сечения гидрокавитационного устройства.do - the smallest cross-sectional diameter of the hydro-cavitation device.
Максимальную интенсивность вибрационного кавитационного эрозионного разрушения поверхности определяют из формулы:The maximum intensity of vibrational cavitation erosive destruction of the surface is determined from the formula:
ΔG/Δτ=const·Pn/Po-[const-1/2(lo/do)2]exp,ΔG / Δτ = const · Pn / Po- [const-1/2 (lo / do) 2 ] exp ,
где ΔG - эрозионный износwhere ΔG is erosion wear
Δτ - продолжительность эрозионного износа.Δτ is the duration of erosion wear.
Поддерживают максимальное значение струйного потока на выходе гидрокавитационного устройства (Fmax) согласно формуле:Maintain the maximum value of the jet stream at the outlet of the hydro-cavitation device (Fmax) according to the formula:
Fmax=200·S·ρ·(Po-Pn)·k·sinγ,Fmax = 200 · S · ρ · (Po-Pn) · k · sinγ,
где:Where:
S - площадь поперечного сечения струйного потока на выходе гидрокавитационного устройства,S is the cross-sectional area of the jet stream at the outlet of the hydro-cavitation device,
ρ - плотность воды,ρ is the density of water,
γ - угол наклона истекающего струйного потока к разрушаемой поверхности,γ is the angle of inclination of the flowing jet stream to destructible surface,
k - опытный коэффициент, зависящий от характеристики разрушаемой поверхности и других параметров, связанных с рабочей зоной возле разрушаемой поверхности.k is the experimental coefficient, depending on the characteristics of the destructible surface and other parameters associated with the working area near the destructible surface.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Выше одновременно с описанием осуществления способа была рассмотрена работа ручного гидрокавитационного устройства с использованием сопла 9 в виде диффузора (фиг.1). При этом перед началом работы диффузорное сопло 9 было ввинчено в корпус 1 с целью использования его вне водной среды для искусственного ее образования. Это сопло также более эффективно при работе, в том числе в водной среде, с мягкими материалами (известняк и т.п.), т.к. разрушает более широкую площадь одновременно.Above, simultaneously with the description of the implementation of the method, the operation of a manual hydro-cavitation device using a
Для разрушения твердых поверхностей (камни и т.п.) в качестве сопла 9 используют конфузор (фиг.2), который ввинчивают перед работой в корпус 1.To destroy hard surfaces (stones, etc.) as a
Для разрушения особо твердых поверхностей (бетон и т.п.) при необходимости дополнительных ударных воздействий в качестве сопла 9 используют долото с отверстием для вывода кавитационной струи (фиг.2), которое ввинчивают перед работой в корпус 1.For the destruction of particularly hard surfaces (concrete, etc.), if necessary, additional impacts as a
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005141026/03A RU2315848C2 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Method and device for hydraulic cavitational scale and deposit erosion, as well as rock breakage in water |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005141026/03A RU2315848C2 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Method and device for hydraulic cavitational scale and deposit erosion, as well as rock breakage in water |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005141026A RU2005141026A (en) | 2007-07-10 |
RU2315848C2 true RU2315848C2 (en) | 2008-01-27 |
Family
ID=38316328
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005141026/03A RU2315848C2 (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Method and device for hydraulic cavitational scale and deposit erosion, as well as rock breakage in water |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2315848C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2505658C1 (en) * | 2012-08-28 | 2014-01-27 | Пётр Петрович Решетников | Hydrocavitation erosion destruction method of natural and artificial obstacles, and complex for its implementation |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107309245A (en) * | 2017-07-14 | 2017-11-03 | 厦门昰能机电科技有限公司 | The generation device and its production method of high temperature ionized water |
-
2005
- 2005-12-28 RU RU2005141026/03A patent/RU2315848C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2505658C1 (en) * | 2012-08-28 | 2014-01-27 | Пётр Петрович Решетников | Hydrocavitation erosion destruction method of natural and artificial obstacles, and complex for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005141026A (en) | 2007-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4391339A (en) | Cavitating liquid jet assisted drill bit and method for deep-hole drilling | |
US4262757A (en) | Cavitating liquid jet assisted drill bit and method for deep-hole drilling | |
US5542486A (en) | Method of and apparatus for single plenum jet cutting | |
JP3856811B2 (en) | Excavation method and apparatus for submerged formation | |
US6029746A (en) | Self-excited jet stimulation tool for cleaning and stimulating wells | |
US5199512A (en) | Method of an apparatus for jet cutting | |
US4848486A (en) | Method and apparatus for transversely boring the earthen formation surrounding a well to increase the yield thereof | |
DE1533607C3 (en) | Earth drilling method and apparatus for carrying out this method | |
WO2009114122A1 (en) | Method and apparatus for jet-assisted drilling or cutting | |
RU2315848C2 (en) | Method and device for hydraulic cavitational scale and deposit erosion, as well as rock breakage in water | |
PT1863601E (en) | Method of generation of liquid jet pulsations and apparatus for implementation of this method | |
JP2004346734A (en) | Device for injecting quick setting agent using high-speed jet fluid | |
PL117135B1 (en) | Method of hydraulic disintegrating materials of coherent structure and apparatus thereforuktury i ustrojjstva dlja gidravlicheskojj razbivki materialov plotnoj struktury | |
RU2505658C1 (en) | Hydrocavitation erosion destruction method of natural and artificial obstacles, and complex for its implementation | |
RU55842U1 (en) | DEVICE FOR HYDROCAVITATION EROSION DESTRUCTION OF POPULATIONS, SEDIMENTS AND ROCK IN AQUATIC ENVIRONMENT | |
JP2004076573A (en) | Injection head of fluid | |
US4240664A (en) | Hydraulic jet cutting tool and method | |
US5220966A (en) | Drilling apparatus of the cutting and shearing type | |
SU1148957A1 (en) | Hydraulic monitor dridding bit | |
RU2121568C1 (en) | Method of treating bottom-hole formation zone and device for its embodiment | |
SU1736345A3 (en) | Above-bit ejector-type hydraulic pump | |
SU939732A1 (en) | Apparatus for declaying and mud injection into well walls | |
RU2119576C1 (en) | Method for increasing tightness and strength of beds | |
SU1177438A1 (en) | Hydraulic monitor drilling bit | |
RU126046U1 (en) | HYDROCAVITATION GENERATOR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071229 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20110220 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111229 |