WO2007093154A1 - Nozzle head - Google Patents

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WO2007093154A1
WO2007093154A1 PCT/DE2007/000246 DE2007000246W WO2007093154A1 WO 2007093154 A1 WO2007093154 A1 WO 2007093154A1 DE 2007000246 W DE2007000246 W DE 2007000246W WO 2007093154 A1 WO2007093154 A1 WO 2007093154A1
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WO
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nozzle
flow
liquid
nozzles
nozzle head
Prior art date
Application number
PCT/DE2007/000246
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Marco Linde
Original Assignee
Ant Applied New Technologies Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ant Applied New Technologies Ag filed Critical Ant Applied New Technologies Ag
Priority to DE112007000970T priority Critical patent/DE112007000970A5/en
Publication of WO2007093154A1 publication Critical patent/WO2007093154A1/en

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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
    • B05B1/34—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl
    • B05B1/3405—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl
    • B05B1/341—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet
    • B05B1/3415—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet with swirl imparting inserts upstream of the swirl chamber
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a nozzle head for dispensing a liquid, in particular for dispensing a suspension consisting of a fluid and solid particles.
  • Such nozzle heads are used for example in plants for water jet cutting, for drilling by means of water jet or otherwise for surface removal.
  • the nozzle head according to the invention serves to dispense a liquid, in particular a suspension, ie a liquid mixed with particles.
  • a liquid in particular a suspension, ie a liquid mixed with particles.
  • This may, for example, a mixture of water and an abrasive, for. B. garnet sand, be.
  • the nozzle head has at least one nozzle which has an outlet opening through which the liquid can escape into the open. Ie. the liquid is discharged through the outlet opening of the nozzle.
  • the output of the liquid should be as defined as possible in order to achieve, for example, a desired cutting or removal result.
  • a flow-guiding element is arranged upstream of the at least one nozzle.
  • This flow-guiding element is thus arranged in front of the nozzle and its outlet opening in the flow path of the liquid supplied to the nozzle, so that the liquid first has to pass through the flow-guiding element before it reaches the nozzle and the outlet opening.
  • the flow guide element is designed and arranged in such a way that the liquid to be dispensed is set into rotation upstream of the nozzle. Ie. before the liquid reaches the nozzle, the liquid rotates about the longitudinal axis of the flow path and in particular the nozzle, ie preferably around the axis along which the fluid is supplied to the nozzle.
  • the flow-guiding element is preferably arranged fixedly in the nozzle head, so that rotation of the liquid to be dispensed can be achieved without rotating components.
  • the embodiment of the nozzle head according to the invention thus makes possible a method for supplying a liquid to the nozzle or outlet nozzle in such a way that the liquid is set in rotation about the line or axis defining the flow direction prior to reaching the nozzle or the outlet opening ,
  • This rotation of the liquid offers various advantages for dispensing the liquid in order to be able to dispense the liquid in a defined manner through one or more nozzles, which are described in detail below.
  • a flow profile can be achieved, in which the liquid has a beam path which widens in a hollow cone shape on exiting the outlet opening, wherein the liquid extends substantially along the conical surface, so that a cross-sectionally annular fluid flow on the outlet side of the nozzle is achieved.
  • the annular fluid flow when exiting the nozzle is particularly advantageous when using a suspension which contains an abrasive, for example garnet sand. If such a suspension is set in rotation, the abrasive will be distributed in the form of a hollow cone on the outer circumference of the flow due to the centrifugal force. In this way, an annular Abrasivstoffaustrag output side of the nozzle is achieved. The abrasive is thus concentrated in one area, whereby the removal performance can be improved or the abrasive used can be effectively utilized. Since it is possible to maintain the rotation of the flow, which is generated upstream of the nozzle, downstream of the nozzle, also the applied abrasive with the rotating suspension performs a rotary movement, whereby the removal rate is increased.
  • an abrasive for example garnet sand.
  • the at least one flow guide element is preferably arranged so that it has elements for flow deflection, so that the flow next to the axial velocity component in the direction of flow, ie preferably axially to the flow channel in which the flow guide element is arranged, added a tangential or circumferential velocity component is so that a spirally rotating liquid flow is achieved before or upstream of the nozzle.
  • the flow-guiding element can be designed, for example, in the form of one or more vanes, which deflect the flow in a spiral direction. Ie. the guide vanes are preferably also arranged in the spiral direction or form portions of a flow-guiding spiral.
  • the flow guiding element preferably defines a spiral flow path for the liquid, and in particular a spiral flow channel through which the liquid is conveyed.
  • the liquid exits the flow guide element in such a way that it continues to move in a spiral manner, ie. H. has an axial and a tangential or circumferential velocity component.
  • On the output side of the flow-guiding element there is thus a rotating flow moving in the flow direction to the nozzle.
  • the portion of the nozzle head, in which the at least one flow guide element is arranged has an inner cross section which is larger than the smallest inner cross section of the at least one nozzle.
  • the line cross-section, through which the flow emerging from the flow-guiding element flows narrows towards the nozzle or outlet opening.
  • the fluid flow is accelerated so that the fluid flows at a higher speed. emerges from the outlet opening of the nozzle.
  • the fact that according to the invention before entering the nozzle, ie before entering the narrowed line section, the liquid was rotated, can be achieved that the output side of the nozzle takes place the beam expansion described above, ie the liquid as starting from the nozzle widening cone the outlet opening emerges. This is the case in particular when the liquid, prior to entering the nozzle, rotates about the line defining the direction of flow through the nozzle.
  • the flow path or channel defined by the at least one flow guiding element is also formed with a cross section which is greater than the smallest internal cross section of the at least one nozzle.
  • the flow path is the conduit section which spirals in which the fluid is rotated. More preferably, the ratio of channel to nozzle diameter is about 8: 1. The length of the spiral channel is preferably about 10 times the nozzle diameter.
  • the nozzle preferably has, at its end facing the flow guide element, at least one inlet funnel which tapers in the direction of flow. This improves the flow during entry into the nozzle, d. H. in the narrowing line cross section, in which the acceleration of the liquid flow takes place.
  • the nozzle has an adjoining the outlet opening of the nozzle upstream extending channel with a constant cross section, wherein the cross section preferably corresponds to the cross section of the outlet opening.
  • This channel preferably forms the part of the nozzle which has the smallest inner cross section, ie the smallest inner diameter in the case of a circular nozzle. has. This channel serves to improve the flow guidance of the accelerated liquid before it leaves the outlet opening.
  • the at least one nozzle has at its outlet opening an outflow funnel which widens in the flow direction.
  • This outlet funnel improves the flow guidance on exiting the outlet opening, in particular if a diameter-expanding flow course takes place due to the rotation before entry into the nozzle.
  • a plurality of nozzles are provided and upstream of the plurality of nozzles, at least one common flow guide element is arranged such that the liquid to be dispensed is set in rotation upstream of the nozzles. Downstream of the flow guide member, the fluid in rotation retains its rotational energy, i. H. the flow is spiraling in the downstream flow line.
  • the spiraling flow pattern improves the uniform distribution of the liquid and in particular a suspension to a plurality of downstream downstream nozzles. It is also possible to arrange a plurality of flow guide elements such that the flow emerging from them is distributed downstream to a plurality of nozzles.
  • the individual nozzles can in turn be designed again as described above.
  • the plurality of nozzles are preferably connected to a central flow line downstream of the common flow guide element.
  • the nozzles are connected in the region of the outer circumference of this flow line with this.
  • the rotating spiraling flow in the flow line will have a force component in the radial direction due to the centrifugal force that occurs.
  • the connection favors the individual Nozzles on the central flow line in the region of the outer circumference of the flow line, a uniform distribution of the flow to the individual nozzles.
  • the liquid is a suspension containing particles
  • this is advantageous since the particles are concentrated in the flow on the outer circumference of the flow line or are conveyed along the outer circumference in the axial direction due to the centrifugal force. In this way, the particles in the suspension can be evenly distributed to the individual nozzles.
  • a central suspension feed to the nozzle head can be used, in which case the liquid for the individual nozzles is branched off at different points in the region of the flow path in the nozzle head in which the suspension is set in rotation, at which points different concentrations of particles prevail in the suspension.
  • the nozzle head is designed, for example, such that the nozzle head has at least one first and at least one second nozzle and at least one common flow guide element is arranged upstream of the first and the second nozzles, which is a suspension to be delivered upstream the nozzle is rotated in such a way that particles of the suspension in at least a certain area of a flow line between the flow guide element and the nozzles are concentrated, wherein at least a first nozzle is connected to this at least one area and at least one second nozzle is connected to a region of the flow line in which a smaller particle concentration is given.
  • the first nozzle may be arranged to be used for cutting or abrading material, which requires the particles of the suspension.
  • the second nozzle can be used, for example, only for the removal of removed material, for which only a liquid flow is required, but not abrasive particles in the liquid.
  • the separation of the suspension in the nozzle head in a proportion with particles and a proportion with a smaller number of particles or substantially without particles has the advantage that no separate liquid supply for a liquid without particles is required, but that up to the nozzle head through a common liquid supply can be used can and still be supplied in the nozzle head liquids with different particle concentrations different nozzles.
  • the distribution of the flow to the two types of nozzles is preferably carried out in such a way that the particles of the suspension are concentrated due to the rotation in the peripheral region of the flow line and that the at least one first nozzle in the peripheral region of the flow line is connected thereto and that the at least one second Nozzle is connected to a central region of the flow line. Because of their higher weight during the rotation of the liquid, the particles collect on the outer circumference of the flow line due to the centrifugal force, essentially only liquid without particles is present in the flow line in the central region due to the connection with the second nozzle in this area, only to the second nozzle is passed. Since the first nozzle is connected to the peripheral region, this is fed to a suspension with a higher particle concentration.
  • the flow guide element can be designed such that the suspension is rotated so that particles in the central flow line and / or the nozzle concentrate in a flow-limited area, preferably along a helical line, and that the at least one first nozzle in this area and the at least one second nozzle outside this area is connected to the flow line or another nozzle.
  • different particle concentrations at different areas in the axial direction, d. H. reached in the flow direction For example, in the case of a helical concentration of the particles, a helical line or zone with a higher particle concentration and an intermediate line with a low concentration of particles are created correspondingly on the outer circumference of the flow line. It is now possible to connect the first and the second nozzle correspondingly with these defined regions, so that one of the nozzles with high particle concentration and the other nozzle liquid with low particle concentration, in particular substantially without particles is supplied.
  • the first nozzle it is possible for the first nozzle to be arranged in the axial extension of the flow line, so that the rotation in the flow line takes place about the longitudinal axis of the nozzle, ie about the outlet direction of the fluid from this first nozzle.
  • the second nozzle can then be connected to a region in the flow line or else to a section in a channel in the first nozzle, in which there are lower or no particle concentrations. Hän are, so that here pure liquid is branched off and the second nozzle is supplied.
  • the at least one first nozzle is directed with its outlet opening to an end face of the nozzle head and the at least one second nozzle is directed with its outlet opening in a direction away from the outlet openings of the first nozzle.
  • a plurality of first nozzles are arranged on the front end side of the nozzle head. This is particularly useful when the nozzle head is designed as a drill head. Then, the first nozzles, from which suspension preferably exits at the front end face of the nozzle head in the feed direction, in order to be able to remove material.
  • the second nozzles from which preferably only liquid or substantially only liquid emerges, are directed backwards counter to the feed direction in order to remove the removed material counter to the feed direction.
  • the nozzle head according to the invention is particularly suitable for the surface removal, which is to take place with a suspension discharged from the nozzle head.
  • the nozzle head can be used, for example, for rock drilling, for various removal tasks, for example for the removal of concrete, for the removal of paint or, for example, for removing paint on ships.
  • 1 is a sectional view of a nozzle head according to a first embodiment of the invention
  • 2 is a sectional view of a nozzle head according to a second embodiment of the invention in use as a drill head
  • Fig. 3 is a sectional view of a nozzle head according to a third embodiment of the invention.
  • Fig. 4 is a sectional view of a nozzle head according to a fourth embodiment of the invention in use as a drill head.
  • the nozzle head shown in Fig. 1 has at its rear end face 2, a connecting line 4, which is detachably connected to the nozzle head 1.
  • a connecting line 4 which is detachably connected to the nozzle head 1.
  • the actual nozzle 8 is arranged in the form of an insert.
  • a central passage 10 extending from the rear end face 2, ie the connecting line 4, to the front end 6, ie to the nozzle 8, is formed, which forms a fluid line which extends along the longitudinal axis X of the nozzle head ,
  • the longitudinal axis X thus simultaneously forms the flow direction in which the liquid flows from the connection line 4 to the nozzle 8 through the interior of the nozzle head 1.
  • a flow-guiding element 12 is arranged in the form of a screw.
  • This worm defines in its helix a helical flow path or channel from the end of the flow guidance element facing the rear end end 2 to the end of the flow guidance element facing the nozzle 8.
  • the screw of the flow guiding element 12 ends shortly before the nozzle body 8.
  • the flow guide member 12 causes the liquid, which flows from the port 4 in the flow direction through the passage 10 when flowing through the flow member 12, must flow spirally through the spiral channel defined by the screw, so that in addition to their movement in the direction of the longitudinal axis X undergoes a rotational movement about the longitudinal axis X.
  • the flow retains this rotational velocity component and, in addition to its axial movement in the direction of the longitudinal axis X, simultaneously performs a rotational movement about it.
  • the liquid then flows into the inlet funnel 14 of the nozzle 8.
  • the inlet funnel 14 narrows towards a channel 16, which extends in the interior of the nozzle 8 in the direction of the longitudinal axis X.
  • the channel 16 defines the smallest cross section of the nozzle normal to the longitudinal axis X.
  • the channel 16 widens in a discharge hopper 18.
  • the discharge hopper 18 thus connects to the actual outlet opening 20 at the downstream end of the channel 16.
  • liquid flow to the channel 16 is accelerated due to the decreasing cross-section.
  • the rotational effect of the flow is maintained, so that on exit of the flow from the outlet opening 20 through the discharge funnel 18, a conical liquid jet 22 is formed, which extends in the flow direction along the longitudinal axis X extended.
  • the nozzle shown in Fig. 1 is particularly suitable for dispensing a suspension consisting of a liquid with particles contained therein, in particular abrasive particles. Due to the rotation of the flow in the screw of the flow guide element 12 and further downstream, the particles in the liquid due to the Centrifugal force pressed outwards, since the particles have a greater mass than the liquid or carrier liquid in which they are located. This effect is maintained within the inlet flow, which forms in the inlet funnel 14 and within the channel 16 of the nozzle 8, so that after exiting the nozzle through the outlet funnel 18, the particles in the liquid jet 22 form a hollow cone 24. Ie. the particles are located on the outer circumference of the conical liquid jet 22.
  • the particles in the liquid jet 22 in cross section normal to the longitudinal axis X form an annular surface.
  • This annular surface also essentially remains when it hits an object. Even when hitting the object, the rotational energy still acts in the liquid jet 22 and in particular in the hollow cone 24 formed by the particles, as a result of which the removal energy of the individual particles during removal can be increased. Therefore, a large removal rate can be achieved with a comparatively small amount of particles.
  • Fig. 2 shows a second preferred embodiment of the invention.
  • the nozzle head shown in FIG. 2 essentially corresponds to the nozzle head explained with reference to FIG. 1, except that additionally second nozzles 26 directed backward are provided here.
  • the nozzle head 1 is shown in use in a borehole 28, being advanced in the direction S.
  • the hollow cone 24 made of abrasive carries off the material at the end face of the borehole, wherein the material is flushed away by the liquid in the liquid jet 22.
  • the second nozzles 26 are provided in order to be able to convey the removed material out of the borehole counter to the feed direction S. These are starting from the drill head 1 radially obliquely backwards, d. H. directed obliquely opposite to the feed direction S.
  • the nozzles 26 are connected via connecting lines 30 to the region 32 of the through-flow located downstream of the flow-guiding element 12.
  • Ganges 10 connected, which forms a central flow line.
  • the connecting lines 30 project into the central region of the region 32, so that the inlet openings of the connecting lines 30 facing away from the nozzles 26 are located at a distance from the outer circumference of the region 32 of the passage 10. This causes only liquid from the central area, not from the peripheral area, to be conducted into the connecting lines 30 and thus to the nozzles 26 from the liquid located inside the area 32.
  • the particles Due to the rotation of the liquid produced by the fluid guide element 12, the particles are suspended in a suspension by the centrifugal force towards the outer periphery of the region 32 so that they are in the region 32 in a circumferential region which exists between the inlet openings of the connecting lines 30 and the Peripheral conversion is located. In this way it is achieved that the particles do not enter the connecting lines 30, but only those in the central area. It is thus achieved that essentially only liquid emerges from the nozzles 26, which flushes away the material removed in front of the end face 6 of the nozzle head 1 in the borehole 28 parallel to the connecting line 4 against the feed direction S. For this rinsing process no particles are required, while for the removal by means of emerging from the nozzle 8 suspension particles of abrasive are essential.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a nozzle head according to the invention, which essentially corresponds to the nozzle head explained with reference to FIG. 2, the nozzle head being shown outside a borehole in FIG.
  • the nozzle 8 is preceded in a common nozzle body upstream of the inlet funnel 14 by a further channel 36, which extends along the longitudinal axis X upstream of the flow guide element 12.
  • a further channel 36 which extends along the longitudinal axis X upstream of the flow guide element 12.
  • another inlet funnel 38 is provided, which widens toward the passage 10 in the upstream direction.
  • the rotated fluid or suspension exiting the flow guide member 12 enters the inlet funnel 38, which narrows the cross-section of the flow passage toward the passage 36, thereby accelerating the flow.
  • Behind the channel 36 the flow path in the inlet funnel 14 narrows further to the channel 16 of the nozzle 8. From the outlet opening 20, the liquid then emerges as described with reference to FIGS. 1 and 2, cone-shaped.
  • the liquid in the channel 36 retains its rotation about the longitudinal axis X. This ensures that in the channel 36 a spiral course of the liquid or suspension is maintained. In this way, a distribution of particles and liquid stratified in the axial direction X, in particular a spiral-shaped distribution along the inner circumference of the channel 36, occurs in the channel 36.
  • On the inner circumference of the channel 36 there are regions in the axial direction one behind the other with a higher concentration of particles and areas with a lower concentration of particles. These areas are located in the channel 36 at defined positions along the longitudinal axis X, so that in this way a separation of suspension and carrier liquid can be achieved.
  • connection channels 34 to the second nozzles 26 are connected to the channel 36 in axial regions connected to which liquid with a lower particle concentration preferably liquid flows substantially without particles, spirally over. Ie. essentially only liquid or carrier liquid enters into the connecting channels 34, which is then directed out of the nozzles 36 in the direction F obliquely backwards directed to the feed direction S in order to convey away removed material as described with reference to FIG.
  • the liquid fraction with the particles not discharged from the channel 36 through the connecting channels 34 then exits the nozzle 8 in the manner described as a suspension, where it forms the conical liquid jet with the hollow cone-shaped distribution 24 of the particles.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment in which a plurality of first nozzles 40 and a plurality of second nozzles 42 are arranged on the nozzle head 44.
  • a flow guide element 12 in the form of a screw is likewise arranged in a central passage 10, which defines a spiral flow channel 48.
  • the liquid or suspension supplied through the connection line 4 must flow through in order to reach the downstream region 32 of the passage 10.
  • the flow is deflected in the flow guide member 12 so that it is set in rotation, d. H.
  • the flow guide member 12 receives a velocity component in the circumferential direction, so that the liquid performs a spiral movement.
  • This flow pattern also maintains the liquid in the region 32 of the passage 10, so that in this case due to the centrifugal force particles in the suspension are pressed against the inner wall of the passage 32 and the lighter carrier liquid alone in the central region of the region 32 near the longitudinal axis X remains.
  • the connecting lines 30, which connect the second nozzles 42 with the region 32 of the passage 10 are formed as in the example of FIG. 2 so that their inlet openings, which are located in the area 32, radially spaced from the inner walls of the area 32 in a central area of this area 32 are located. This ensures that essentially only liquid or carrier liquid without particles flows into the connecting lines 30 and is supplied to them by the nozzles 42.
  • the nozzles 42 like the nozzles 26 in FIGS. 2 and 3, are directed backwards, ie counter to the feed direction S, so that the liquid exits from the nozzle head 44 in the direction F to the rear to remove material parallel to the connecting line 4 from the borehole 28 challenge.
  • a plurality of first nozzles 40 are provided, which are directed essentially in the feed direction S of the nozzle head 44 in order to remove material at the front end of the borehole 28, ie the end face of the nozzle head opposite. From these nozzles 40 is to emerge suspension with particles of abrasive to cause the removal of the material in the borehole. Therefore, the nozzles 40 are connected via connecting lines 26 to the region 32 of the passage 10.
  • the connecting lines or channels 46 are connected to the outer circumference of the region 32 at the front end of the passageway 10 in the flow direction. It is thus achieved that in the connecting channels 46 suspension consisting of liquid and particles, flows, which is the nozzles 40 is supplied.
  • the second nozzles 26 and 42 which serve as secondary nozzles in addition to the first nozzles, which act as main nozzles for discharging the suspension with a high abrasive content, can perform further functions in addition to the removal of removed material. It is thus possible to set the entire nozzle head 1, 44 in rotation about the longitudinal axis X by appropriate alignment or by corresponding adjustment of these second nozzles 26 and 42.
  • the nozzles 26, 42 are arranged so that the direction of the liquid outlet F has a tangential or peripheral directional component with respect to the longitudinal axis X.
  • the nozzles 26 and 42 can also be used as propulsion nozzles which move the nozzle head 1 or 44 in the feed direction S.

Abstract

The invention relates to a nozzle head (1, 44) for the discharging of a liquid, in particular a suspension, with at least one nozzle (8, 26, 40, 42) which has an outlet opening (20) for the emergence of the liquid, wherein at least one flow-guiding element (12) is arranged upstream of the at least one nozzle in such a manner that the liquid to be discharged is caused to rotate upstream of the nozzle (8, 26, 40, 42).

Description

Anmelder: ANT Applied New Technologies AGApplicant: ANT Applied New Technologies AG
Titel: DüsenkopfTitle: Düsenkopf
Unser Zeichen: ANTP 1450 WOOur sign: ANTP 1450 WO
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen Düsenkopf zum Ausbringen einer Flüssigkeit, insbesondere zum Ausbringen einer Suspension bestehend aus einem Fluid und festen Partikeln.The invention relates to a nozzle head for dispensing a liquid, in particular for dispensing a suspension consisting of a fluid and solid particles.
Derartige Düsenköpfe werden beispielsweise in Anlagen zum Wasserstrahlschneiden, zum Bohren mittels Wasserstrahl oder in sonstiger Weise zum Oberflächenabtrag eingesetzt.Such nozzle heads are used for example in plants for water jet cutting, for drilling by means of water jet or otherwise for surface removal.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem solchen Düsenkopf das definier- te Ausbringen der Flüssigkeit, insbesondere einer Suspension zu verbessern.It is an object of the invention to improve the defined application of the liquid, in particular a suspension, in such a nozzle head.
Diese Aufgabe wird durch einen Düsenkopf mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen erge- ben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren.This object is achieved by a nozzle head having the features specified in claim 1. Preferred embodiments emerge from the appended subclaims, the following description and the figures.
Der erfindungsgemäße Düsenkopf dient zum Ausbringen einer Flüssigkeit, insbesondere einer Suspension, d. h. einer mit Partikeln vermischten Flüssigkeit. Dies kann beispielsweise eine Mischung aus Wasser und einem Abrasivmittel, z. B. Granatsand, sein. Der Düsenkopf weist zumindest eine Düse auf, welche eine Austrittsöffnung aufweist, durch welche die Flüssigkeit ins Freie austreten kann. D. h. die Flüssigkeit wird durch die Austrittsöffnung der Düse ausgebracht. Dabei soll das Aus- bringen der Flüssigkeit möglichst definiert erfolgen, um beispielsweise ein gewünschtes Schneid- oder Abtragergebnis zu erreichen. Um dies zu verbessern, ist erfindungsgemäß stromaufwärts der zumindest einen Düse ein Strömungsführungselement angeordnet. Dieses Strömungsführungselement ist im Strömungsweg der der Düse zugeführ- ten Flüssigkeit somit vor der Düse und deren Austrittsδffnung angeordnet, so dass die Flüssigkeit zunächst das Strömungsführungseiement passieren muss, bevor sie die Düse und die Austrittsöffnung erreicht. Das Strömungsführungselement ist derart ausgebildet und angeordnet, dass die auszubringende Flüssigkeit stromaufwärts der Düse in Rotation ver- setzt wird. D. h. bevor die Flüssigkeit die Düse erreicht, rotiert die Flüssigkeit um die Längsachse des Strömungsweges und insbesondere der Düse, d. h. vorzugsweise um die Achse, entlang welcher das Fluid der Düse zugeführt wird.The nozzle head according to the invention serves to dispense a liquid, in particular a suspension, ie a liquid mixed with particles. This may, for example, a mixture of water and an abrasive, for. B. garnet sand, be. The nozzle head has at least one nozzle which has an outlet opening through which the liquid can escape into the open. Ie. the liquid is discharged through the outlet opening of the nozzle. The output of the liquid should be as defined as possible in order to achieve, for example, a desired cutting or removal result. In order to improve this, according to the invention a flow-guiding element is arranged upstream of the at least one nozzle. This flow-guiding element is thus arranged in front of the nozzle and its outlet opening in the flow path of the liquid supplied to the nozzle, so that the liquid first has to pass through the flow-guiding element before it reaches the nozzle and the outlet opening. The flow guide element is designed and arranged in such a way that the liquid to be dispensed is set into rotation upstream of the nozzle. Ie. before the liquid reaches the nozzle, the liquid rotates about the longitudinal axis of the flow path and in particular the nozzle, ie preferably around the axis along which the fluid is supplied to the nozzle.
Das Strömungsführungselement ist vorzugsweise in dem Düsenkopf feststehend angeordnet, so dass ohne rotierende Bauteile eine Rotation der auszubringenden Flüssigkeit erreicht werden kann.The flow-guiding element is preferably arranged fixedly in the nozzle head, so that rotation of the liquid to be dispensed can be achieved without rotating components.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Düsenkopfes ermöglicht so- mit ein Verfahren zum Zuführen einer Flüssigkeit zu der Düse bzw. Austrittsdüse in der Weise, dass die Flüssigkeit vor dem Erreichen der Düse bzw. der Austrittsöffnung in Rotation um die die Strömungsrichtung definierende Linie bzw. Achse versetzt wird. Diese Rotation der Flüssigkeit bietet verschiedene Vorteile für das Ausbringen der Flüssigkeit, um die Flüssigkeit durch eine oder mehrere Düsen in definierter Weise ausbringen zu können, die nachfolgend im Einzelnen beschrieben werden.The embodiment of the nozzle head according to the invention thus makes possible a method for supplying a liquid to the nozzle or outlet nozzle in such a way that the liquid is set in rotation about the line or axis defining the flow direction prior to reaching the nozzle or the outlet opening , This rotation of the liquid offers various advantages for dispensing the liquid in order to be able to dispense the liquid in a defined manner through one or more nozzles, which are described in detail below.
Insbesondere kann bei der rotierenden Zufuhr der Flüssigkeit zu einer Düse in der Weise, dass die Flüssigkeit um die Düsenlängsachse bzw. die Austrittsachse aus der Austrittsöffnung rotiert, dazu genutzt werden, eine Strahlaufweitung der Flüssigkeit nach dem Austritt aus der Düse zu erreichen, so dass die Flüssigkeit kegelförmig aus der Düse austritt und im Abstand zu der Austrittsöffnung stromabwärts der Düse ein Durchmesser der Flüssigkeitsströmung erreicht wird, welcher größer als der Durchmesser der Austrittsöffnung ist. Insbesondere kann ein Strömungsverlauf erreicht werden, bei welcher die Flüssigkeit einen Strahlverlauf hat, welcher sich beim Austritt aus der Austrittsöffnung hohlkegelförmig aufweitet, wobei die Flüssigkeit im Wesentlichen entlang der Kegeloberfläche verläuft, so dass ein im Querschnitt ringförmiger Fluidverlauf aus- trittsseitig der Düse erreicht wird.In particular, in the rotating supply of the liquid to a nozzle in such a way that the liquid rotates about the nozzle longitudinal axis and the exit axis from the outlet opening, can be used to achieve a beam expansion of the liquid after exiting the nozzle, so that the Liquid conically emerges from the nozzle and in the distance to the outlet opening downstream of the nozzle, a diameter of the liquid flow is achieved, which is greater than the diameter of the outlet opening. In particular, a flow profile can be achieved, in which the liquid has a beam path which widens in a hollow cone shape on exiting the outlet opening, wherein the liquid extends substantially along the conical surface, so that a cross-sectionally annular fluid flow on the outlet side of the nozzle is achieved.
Femer ist es möglich, die Strömung bereits stromaufwärts der Düse derart in Rotation zu versetzen, dass auch die aus der Düse austretende Flüssigkeit eine Dreh- bzw. Rotationsbewegung vollführt. Dies kann erfindungsgemäß ohne bewegliche, d. h. insbesondere drehende Bauteile erreicht werden. Die rotierende Flüssigkeitsströmung, welche aus der Düse austritt, kann die Abtragsleistung verbessern. Der Verzicht auf bewegliche Teile, um die Flüssigkeit in Rotation zu versetzen, hat den Vorteil, dass der Verschleiß und die Ausfallerwartung des Düsenkopfes verringert werden.Furthermore, it is possible to set the flow already upstream of the nozzle in such a way that the liquid emerging from the nozzle performs a rotary or rotational movement. This can according to the invention without moving, d. H. In particular, rotating components can be achieved. The rotating liquid flow exiting the nozzle can improve the removal rate. The elimination of moving parts to rotate the fluid has the advantage of reducing wear and failure of the nozzle head.
Der ringförmige Fluidverlauf beim Austritt aus der Düse ist insbesondere beim Einsatz einer Suspension, welche ein Abrasivmittel, beispielsweise Granatsand enthält, von Vorteil. Wird eine solche Suspension in Rotation versetzt, wird das Abrasivmittel aufgrund der Zentrifugalkraft hohlkegelförmig am Außenumfang der Strömung verteilt werden. Auf diese Weise wird ein ringförmiger Abrasivmittelaustrag ausgangsseitig der Düse erreicht. Das Abrasivmittel wird somit in einem Bereich konzentriert, wodurch die Abtragsleistung verbessert bzw. das eingesetzte Abrasivmittel effektiv ausgenutzt werden kann. Da es möglich ist, die Rotation der Strömung, welche stromaufwärts der Düse erzeugt wird, stromab- wärts der Düse beizubehalten, führt auch das ausgebrachte Abrasivmittel mit der rotierenden Suspension eine Rotationsbewegung aus, wodurch die Abtragsleistung vergrößert wird. Das zumindest eine Strömungsführungselement ist vorzugsweise so angeordnet, dass es Elemente zur Strömungsumlenkung hat, so dass der Strömung neben der axialen Geschwindigkeitskomponente in Strö- mungsrichtung, d. h. vorzugsweise axial zu dem Strömungskanal, in welchem das Strömungsführungselement angeordnet ist, eine tangentiale bzw. umfängliche Geschwindigkeitskomponente hinzugefügt wird, so dass ein spiralförmig rotierender Flüssigkeitsverlauf vor bzw. stromaufwärts der Düse erreicht wird. Das Strömungsführungselement kann beispielsweise in Form einer oder mehrerer Leitschaufeln ausgebildet sein, welche die Strömung in spiralförmiger Richtung umlenken. D. h. die Leitschaufeln sind vorzugsweise ebenfalls in Spiralrichtung angeordnet bzw. bilden Abschnitte einer strömungsführenden Spirale.The annular fluid flow when exiting the nozzle is particularly advantageous when using a suspension which contains an abrasive, for example garnet sand. If such a suspension is set in rotation, the abrasive will be distributed in the form of a hollow cone on the outer circumference of the flow due to the centrifugal force. In this way, an annular Abrasivmittelaustrag output side of the nozzle is achieved. The abrasive is thus concentrated in one area, whereby the removal performance can be improved or the abrasive used can be effectively utilized. Since it is possible to maintain the rotation of the flow, which is generated upstream of the nozzle, downstream of the nozzle, also the applied abrasive with the rotating suspension performs a rotary movement, whereby the removal rate is increased. The at least one flow guide element is preferably arranged so that it has elements for flow deflection, so that the flow next to the axial velocity component in the direction of flow, ie preferably axially to the flow channel in which the flow guide element is arranged, added a tangential or circumferential velocity component is so that a spirally rotating liquid flow is achieved before or upstream of the nozzle. The flow-guiding element can be designed, for example, in the form of one or more vanes, which deflect the flow in a spiral direction. Ie. the guide vanes are preferably also arranged in the spiral direction or form portions of a flow-guiding spiral.
Beispielsweise auf diese Weise definiert das Strömungsführungselement vorzugsweise einen spiralförmigen Strömungsweg für die Flüssigkeit und insbesondere einen spiralförmigen Strömungskanal, durch welchen die Flüssigkeit gefördert wird. Dadurch, dass die Flüssigkeit sich entlang dem spiralförmigen Strömungsweg bzw. Strömungskanal bewegt, tritt die Flüssigkeit aus dem Strömungsführungselement in der Weise aus, dass sie sich weiter spiralförmig bewegt, d. h. eine axiale sowie eine tangentiale bzw. umfängliche Geschwindigkeitskomponente aufweist. Aus- gangsseitig des Strömungsführungselementes entsteht somit eine rotierende sich in Strömungsrichtung zu der Düse hin bewegende Strömung.For example, in this way, the flow guiding element preferably defines a spiral flow path for the liquid, and in particular a spiral flow channel through which the liquid is conveyed. As a result of the liquid moving along the spiral flow path, the liquid exits the flow guide element in such a way that it continues to move in a spiral manner, ie. H. has an axial and a tangential or circumferential velocity component. On the output side of the flow-guiding element, there is thus a rotating flow moving in the flow direction to the nozzle.
Weiter bevorzugt weist der Abschnitt des Düsenkopfes, in welchem das zumindest ein Strömungsführungselement angeordnet ist, einen Innenquerschnitt auf, welcher größer als der kleinste Innenquerschnitt der zumindest einen Düse ist. D. h. der Leitungsquerschnitt, durch welchen die aus dem Strömungsführungselement austretende Strömung strömt, verengt sich zur Düse bzw. Austrittsöffnung hin. Hierdurch wird die FIu- idströmung beschleunigt, so dass die Flüssigkeit mit höherer Geschwin- digkeit aus der Austrittsöffnung der Düse austritt. Dadurch, dass erfindungsgemäß vor Eintritt in die Düse, d. h. vor Eintritt in den verengten Leitungsabschnitt die Flüssigkeit in Rotation versetzt wurde, kann erreicht werden, dass ausgangsseitig die Düse die oben beschriebene Strahlaufweitung stattfindet, d. h. die Flüssigkeit als sich ausgehend von der Düse erweiternder Kegel aus der Austrittsöffnung austritt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Flüssigkeit vor Eintritt in die Düse um die die Strömungsrichtung durch die Düse definierende Linie rotiert.Further preferably, the portion of the nozzle head, in which the at least one flow guide element is arranged, has an inner cross section which is larger than the smallest inner cross section of the at least one nozzle. Ie. the line cross-section, through which the flow emerging from the flow-guiding element flows, narrows towards the nozzle or outlet opening. As a result, the fluid flow is accelerated so that the fluid flows at a higher speed. emerges from the outlet opening of the nozzle. The fact that according to the invention before entering the nozzle, ie before entering the narrowed line section, the liquid was rotated, can be achieved that the output side of the nozzle takes place the beam expansion described above, ie the liquid as starting from the nozzle widening cone the outlet opening emerges. This is the case in particular when the liquid, prior to entering the nozzle, rotates about the line defining the direction of flow through the nozzle.
Weiter bevorzugt ist auch der von dem zumindest einem Strömungsfϋh- rungselement definierte Strömungsweg oder -kanal mit einem Querschnitt ausgebildet, welcher größer als der kleinste Innenquerschnitt der zumindest einen Düse ist. Der Strömungsweg bzw. Strömungskanal ist der Leitungsabschnitt, welcher sich spiralförmig windet, in welchem die Flüssigkeit in Rotation versetzt wird. Besonders bevorzugt ist das Verhältnis von Kanal- zu Düsendurchmesser etwa 8: 1. Die Länge des spiralförmigen Kanals beträgt vorzugsweise etwa das lOfache des Düsendurchmessers.More preferably, the flow path or channel defined by the at least one flow guiding element is also formed with a cross section which is greater than the smallest internal cross section of the at least one nozzle. The flow path is the conduit section which spirals in which the fluid is rotated. More preferably, the ratio of channel to nozzle diameter is about 8: 1. The length of the spiral channel is preferably about 10 times the nozzle diameter.
Die Düse weist vorzugsweise an ihrem dem Strδmungsführungselement zugewandten Ende zumindest einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden Einlasstrichter auf. Dies verbessert den Strömungsverlauf beim Eintritt in die Düse, d. h. in dem sich verengende Leitungsquerschnitt, in welchem die Beschleunigung der Flüssigkeitsströmung stattfindet.The nozzle preferably has, at its end facing the flow guide element, at least one inlet funnel which tapers in the direction of flow. This improves the flow during entry into the nozzle, d. H. in the narrowing line cross section, in which the acceleration of the liquid flow takes place.
Weiter bevorzugt weist die Düse einen sich an die Austrittsöffnung der Düse anschließenden sich stromaufwärts erstreckenden Kanal mit konstantem Querschnitt auf, wobei der Querschnitt vorzugsweise dem Querschnitt der Austrittsöffnung entspricht. Dieser Kanal bildet vorzugs- weise den Teil der Düse, welcher den kleinsten Innenquerschnitt, d. h. im Falle einer kreisförmigen Düse den kleinsten Innendurchmesser auf- weist. Dieser Kanal dient der Verbesserung der Strömungsführung der beschleunigten Flüssigkeit vor dem Austritt aus der Austrittsöffnung.More preferably, the nozzle has an adjoining the outlet opening of the nozzle upstream extending channel with a constant cross section, wherein the cross section preferably corresponds to the cross section of the outlet opening. This channel preferably forms the part of the nozzle which has the smallest inner cross section, ie the smallest inner diameter in the case of a circular nozzle. has. This channel serves to improve the flow guidance of the accelerated liquid before it leaves the outlet opening.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die zumin- dest eine Düse an ihrer Austrittsöffnung einen sich in Strömungsrichtung erweiternden Auslauftrichter auf. Dieser Auslauftrichter verbessert die Strömungsführung beim Austritt aus der Austrittsöffnung, insbesondere dann, wenn ein sich im Durchmesser erweiternder Strömungsverlauf aufgrund der Rotation vor dem Eintritt in die Düse stattfindet.According to a further preferred embodiment, the at least one nozzle has at its outlet opening an outflow funnel which widens in the flow direction. This outlet funnel improves the flow guidance on exiting the outlet opening, in particular if a diameter-expanding flow course takes place due to the rotation before entry into the nozzle.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Düsen vorgesehen und stromaufwärts der mehreren Düsen ist zumindest ein gemeinsames Strömungsführungselement derart angeordnet, dass die auszubringende Flüssigkeit stromaufwärts der Düsen in Rotation ver- setzt wird. Stromabwärts des Strömungsführungselementes behält die in Rotation versetzte Flüssigkeit ihre Rotationsenergie bei, d. h. die Strömung verläuft spiralförmig in der sich stromabwärts anschließenden Strömungsleitung. Der spiralförmig rotierende Strömungsverlauf verbessert die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit und insbesondere einer Suspension auf mehrere sich stromabwärts anschließende Düsen. Es können auch mehrere Strömungsführungselemente derart angeordnet sein, dass die aus ihnen austretende Strömung stromabwärts auf mehrere Düsen verteilt wird. Die einzelnen Düsen können ihrerseits jeweils wieder so wie oben beschrieben ausgebildet sein.According to a particular embodiment of the invention, a plurality of nozzles are provided and upstream of the plurality of nozzles, at least one common flow guide element is arranged such that the liquid to be dispensed is set in rotation upstream of the nozzles. Downstream of the flow guide member, the fluid in rotation retains its rotational energy, i. H. the flow is spiraling in the downstream flow line. The spiraling flow pattern improves the uniform distribution of the liquid and in particular a suspension to a plurality of downstream downstream nozzles. It is also possible to arrange a plurality of flow guide elements such that the flow emerging from them is distributed downstream to a plurality of nozzles. The individual nozzles can in turn be designed again as described above.
Die mehreren Düsen sind vorzugsweise mit einer zentralen Strömungsleitung stromabwärts des gemeinsamen Strömungsführungselementes verbunden. Vorzugsweise sind die Düsen dabei im Bereich des Außen- umfanges dieser Strömungsleitung mit dieser verbunden. Die rotierende spiralförmig verlaufende Strömung in der Strömungsleitung wird aufgrund der auftretenden Zentrifugalkraft eine Kraftkomponente in radialer Richtung aufweisen. Insofern begünstigt der Anschluss der einzelnen Düsen an der zentralen Strömungsleitung im Bereich des Außenumfan- ges der Strömungsleitung eine gleichmäßige Verteilung der Strömung auf die einzelnen Düsen. Insbesondere in dem Fall, dass die Flüssigkeit eine Suspension ist, welche Partikel enthält, ist dies von Vorteil, da die Partikel sich aufgrund der Zentrifugalkraft in der Strömung am Außenumfang der Strömungsleitung konzentrieren bzw. entlang des Außen- umfanges in axialer Richtung gefördert werden. Auf diese Weise können auch die Partikel in der Suspension gleichmäßig auf die einzelnen Düsen verteilt werden.The plurality of nozzles are preferably connected to a central flow line downstream of the common flow guide element. Preferably, the nozzles are connected in the region of the outer circumference of this flow line with this. The rotating spiraling flow in the flow line will have a force component in the radial direction due to the centrifugal force that occurs. In this respect, the connection favors the individual Nozzles on the central flow line in the region of the outer circumference of the flow line, a uniform distribution of the flow to the individual nozzles. In particular, in the case that the liquid is a suspension containing particles, this is advantageous since the particles are concentrated in the flow on the outer circumference of the flow line or are conveyed along the outer circumference in the axial direction due to the centrifugal force. In this way, the particles in the suspension can be evenly distributed to the individual nozzles.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, die Flüssigkeit nicht gleichmäßig auf die einzelnen Düsen zu verteilen, so dass gerade bei Verwendung einer Suspension erreicht werden kann, dass unterschiedliche Partikelkonzentrationen an verschiedenen Düsen bereitgestellt werden, ohne dass unterschiedliche Suspensionen über separate Zumischeinrichtungen für die Partikel dem Düsenkopf und den Düsen zugeführt werden müssten. Erfindungsgemäß kann eine zentrale Suspensionszuführung zu dem Düsenkopf verwendet werden, wobei dann in dem Bereich des Strömungsweges im Düsenkopf, in welchem die Suspension in Rotation versetzt ist, an unterschiedlichen Stellen die Flüssigkeit für die einzelnen Düsen abgezweigt wird, wobei an diesen Stellen unterschiedliche Konzentrationen von Partikeln in der Suspension vorherrschen.According to a particular embodiment, however, it is also possible not to distribute the liquid uniformly to the individual nozzles, so that it can be achieved, especially when using a suspension, that different particle concentrations are provided at different nozzles, without different suspensions via separate mixing devices for the Particles should be supplied to the nozzle head and the nozzles. According to the invention, a central suspension feed to the nozzle head can be used, in which case the liquid for the individual nozzles is branched off at different points in the region of the flow path in the nozzle head in which the suspension is set in rotation, at which points different concentrations of particles prevail in the suspension.
Um dies zu erreichen ist der Düsenkopf gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise so ausgestaltet, dass der Düsenkopf zumindest eine erste und zumindest eine zweite Düse aufweist und dass stromaufwärts der ersten und der zweiten Düsen zumindest ein gemeinsames Strömungsführungselement angeordnet ist, welches eine auszu- bringende Suspension stromaufwärts der Düsen derart in Rotation versetzt, dass Partikel der Suspension in zumindest einem bestimmten Bereich einer Strömungsleitung zwischen dem Strömungsführungselement und den Düsen konzentriert werden, wobei zumindest eine erste Düse mit diesem zumindest einen Bereich verbunden ist und zumindest eine zweite Düse mit einem Bereich der Strömungsleitung verbunden ist, in welchem eine geringere Pαrtikelkonzentrαtion gegeben ist. Durch diese Anordnung kann erreicht werden, dass aus der ersten Düse eine Suspension mit einer höheren Konzentration von Partikeln austritt, wobei aus der zweiten Düse eine Flüssigkeit mit geringerem Partikelanteil, vorzugsweise im Wesentlichen ohne Partikel austritt. So kann beispielsweise die erste Düse so angeordnet werden, dass sie zum Schneiden bzw. zum Abtragen von Material verwendet wird, wozu die Partikel der Suspension erforderlich sind. Die zweite Düse hingegen kann beispielsweise lediglich zum Abfördern von abgetragenem Material eingesetzt werden, wozu lediglich eine Flüssigkeitsströmung erforderlich ist, nicht jedoch abrasive Partikel in der Flüssigkeit. Das Trennen der Suspension im Düsenkopf in einen Anteil mit Partikeln und einen Anteil mit einer geringeren Partikelanzahl oder im Wesentlichen ohne Partikel hat den Vorteil, dass keine separate Flüssigkeitszufuhr für eine Flüssigkeit ohne Partikel erforderlich ist, sondern dass bis zum Düsenkopf hin eine gemeinsame Flüssigkeitszufuhr verwendet werden kann und dennoch im Düsen- köpf Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Partikelkonzentrationen unterschiedlichen Düsen zugeführt werden können.In order to achieve this, according to a preferred embodiment, the nozzle head is designed, for example, such that the nozzle head has at least one first and at least one second nozzle and at least one common flow guide element is arranged upstream of the first and the second nozzles, which is a suspension to be delivered upstream the nozzle is rotated in such a way that particles of the suspension in at least a certain area of a flow line between the flow guide element and the nozzles are concentrated, wherein at least a first nozzle is connected to this at least one area and at least one second nozzle is connected to a region of the flow line in which a smaller particle concentration is given. By this arrangement can be achieved that emerges from the first nozzle, a suspension having a higher concentration of particles, wherein from the second nozzle, a liquid with a lower particle content, preferably substantially without particles exits. For example, the first nozzle may be arranged to be used for cutting or abrading material, which requires the particles of the suspension. The second nozzle, however, can be used, for example, only for the removal of removed material, for which only a liquid flow is required, but not abrasive particles in the liquid. The separation of the suspension in the nozzle head in a proportion with particles and a proportion with a smaller number of particles or substantially without particles has the advantage that no separate liquid supply for a liquid without particles is required, but that up to the nozzle head through a common liquid supply can be used can and still be supplied in the nozzle head liquids with different particle concentrations different nozzles.
Die Aufteilung der Strömung auf die beiden Arten Düsen erfolgt vorzugsweise in der Weise, dass die Partikel der Suspension aufgrund der Rotation im Umfangsbereich der Strömungsleitung konzentriert werden und dass die zumindest eine erst Düse im Umfangsbereich der Strömungsleitung mit dieser verbunden ist und dass die zumindest eine zweite Düse mit einem Zentralbereich der Strömungsleitung verbunden ist. Da sich aufgrund ihres höheren Gewichtes bei der Rotation der Flüs- sigkeit die Partikel aufgrund der Zentrifugalkraft am Außenumfang der Strömungsleitung sammeln, befindet sich in der Strömungsleitung im Zentralbereich im Wesentlichen nur Flüssigkeit ohne Partikel, welche aufgrund der Verbindung mit der zweiten Düse in diesem Bereich lediglich an die zweite Düse geleitet wird. Da die erste Düse mit dem Um- fangsbereich verbunden ist, wird dieser eine Suspension mit höherer Partikelkonzentration zugeführt.The distribution of the flow to the two types of nozzles is preferably carried out in such a way that the particles of the suspension are concentrated due to the rotation in the peripheral region of the flow line and that the at least one first nozzle in the peripheral region of the flow line is connected thereto and that the at least one second Nozzle is connected to a central region of the flow line. Because of their higher weight during the rotation of the liquid, the particles collect on the outer circumference of the flow line due to the centrifugal force, essentially only liquid without particles is present in the flow line in the central region due to the connection with the second nozzle in this area, only to the second nozzle is passed. Since the first nozzle is connected to the peripheral region, this is fed to a suspension with a higher particle concentration.
Alternativ kann das Strömungsfϋhrungselement derart ausgebildet sein, dass die Suspension so in Rotation versetzt wird, dass sich Partikel in der zentralen Strömungsleitung und/oder der Düse in einem in Strömungsrichtung begrenzten Bereich, vorzugsweise entlang einer schrauben- förmigen Linie konzentrieren, und dass die zumindest eine erste Düse in diesem Bereich und die zumindest eine zweite Düse außerhalb dieses Bereiches mit der Strömungsleitung bzw. einer anderen Düse verbunden ist. D. h. durch diese Ausgestaltung werden unterschiedliche Partikelkonzentrationen an unterschiedlichen Bereichen in axialer Richtung, d. h. in Strömungsrichtung erreicht. Beispielsweise bei einer schraubenförmigen Konzentration der Partikel wird entsprechend am Außenumfang der Strömungsleitung eine schraubenförmige Linie bzw. ein schraubenförmiger Bereich mit höherer Partikelkonzentration und eine dazwischen liegende Linie mit geringer Konzentration von Partikeln ge- schaffen. Es ist nun möglich, die erste und die zweite Düse entsprechend mit diesen definierten Bereichen zu verbinden, so dass einer der Düsen Suspension mit hoher Partikelkonzentration und der anderen Düse Flüssigkeit mit geringer Partikelkonzentration, insbesondere im Wesentlichen ohne Partikel zugeführt wird.Alternatively, the flow guide element can be designed such that the suspension is rotated so that particles in the central flow line and / or the nozzle concentrate in a flow-limited area, preferably along a helical line, and that the at least one first nozzle in this area and the at least one second nozzle outside this area is connected to the flow line or another nozzle. Ie. By this embodiment, different particle concentrations at different areas in the axial direction, d. H. reached in the flow direction. For example, in the case of a helical concentration of the particles, a helical line or zone with a higher particle concentration and an intermediate line with a low concentration of particles are created correspondingly on the outer circumference of the flow line. It is now possible to connect the first and the second nozzle correspondingly with these defined regions, so that one of the nozzles with high particle concentration and the other nozzle liquid with low particle concentration, in particular substantially without particles is supplied.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist es möglich, dass die erste Düse in axialer Verlängerung der Strömungsleitung angeordnet ist, so dass die Rotation in der Strömungsleitung um die Längsachse der Düse, d. h. um die Austrittsrichtung des Fluids aus dieser ersten Düse erfolgt. Die zweite Düse kann dann mit einem Bereich in der Strömungsleitung bzw. auch einem Abschnitt in einem Kanal in der ersten Düse verbunden sein, in welchem geringere oder keine Partikelkonzentrationen vor- hαnden sind, so dass hier reine Flüssigkeit abgezweigt und der zweiten Düse zugeführt wird.According to a particular embodiment, it is possible for the first nozzle to be arranged in the axial extension of the flow line, so that the rotation in the flow line takes place about the longitudinal axis of the nozzle, ie about the outlet direction of the fluid from this first nozzle. The second nozzle can then be connected to a region in the flow line or else to a section in a channel in the first nozzle, in which there are lower or no particle concentrations. Hän are, so that here pure liquid is branched off and the second nozzle is supplied.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest eine erste Düse mit ihrer Austrittsöffnung zu einer Stirnseite des Düsenkopfes gerichtet und die zumindest eine zweite Düse mit ihrer Austrittsöffnung in eine der Austrittsöffnungen der ersten Düse abgewandte Richtung gerichtet. Besonders bevorzugt sind mehrere erste Düsen an der vorderen Stirnseite des Düsenkopfes angeordnet. Dies ist insbeson- dere dann von Nutzen, wenn der Düsenkopf als Bohrkopf ausgebildet ist. Dann sind die ersten Düsen, aus welchen vorzugsweise Suspension austritt an der in Vorschubrichtung vorderen Stirnseite des Düsenkopfes angeordnet, um Material abtragen zu können. Die zweiten Düsen, aus welchen vorzugsweise nur Flüssigkeit oder im Wesentlichen nur Flüssig- keit austritt, sind hingegen entgegen der Vorschubrichtung nach hinten gerichtet, um das abgetragene Material entgegen der Vorschubrichtung wegzufördem.According to a particularly preferred embodiment, the at least one first nozzle is directed with its outlet opening to an end face of the nozzle head and the at least one second nozzle is directed with its outlet opening in a direction away from the outlet openings of the first nozzle. Particularly preferably, a plurality of first nozzles are arranged on the front end side of the nozzle head. This is particularly useful when the nozzle head is designed as a drill head. Then, the first nozzles, from which suspension preferably exits at the front end face of the nozzle head in the feed direction, in order to be able to remove material. On the other hand, the second nozzles, from which preferably only liquid or substantially only liquid emerges, are directed backwards counter to the feed direction in order to remove the removed material counter to the feed direction.
Der erfindungsgemäße Düsenkopf eignet sich insbesondere für den Oberflächenabtrag, welcher mit einer aus dem Düsenkopf ausgebrachten Suspension erfolgen soll. So kann der Düsenkopf beispielsweise für Gesteinsbohrungen, für verschiedene Abtragaufgaben, beispielsweise für den Abtrag von Beton, für den Farbabtrag oder beispielsweise auch zum Entfernen von Farbe an Schiffen zum Einsatz kommen.The nozzle head according to the invention is particularly suitable for the surface removal, which is to take place with a suspension discharged from the nozzle head. Thus, the nozzle head can be used, for example, for rock drilling, for various removal tasks, for example for the removal of concrete, for the removal of paint or, for example, for removing paint on ships.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. In these shows:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Düsenkopfes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 eine Schnittαnsicht eines Düsenkopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Einsatz als Bohrkopf,1 is a sectional view of a nozzle head according to a first embodiment of the invention, 2 is a sectional view of a nozzle head according to a second embodiment of the invention in use as a drill head,
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Düsenkopfes gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung undFig. 3 is a sectional view of a nozzle head according to a third embodiment of the invention and
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Düsenkopfes gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung im Einsatz als Bohrkopf.Fig. 4 is a sectional view of a nozzle head according to a fourth embodiment of the invention in use as a drill head.
Der in Fig. 1 gezeigte Düsenkopf weist an seinem hinteren Stirnende 2 eine Anschlussleitung 4 auf, welche lösbar mit dem Düsenkopf 1 verbunden ist. Am entgegengesetzten Stirnende 6, d. h. dem vorderen Stirnende 6 ist am Düsenkopf die eigentliche Düse 8 in Form eines Einsatzes angeordnet. Im Inneren des Düsenkopfes 1 ist ein sich vom hinteren Stirnende 2, d. h. der Anschlussleitung 4, zum vorderen Stirnende 6, d. h. zu der Düse 8, hin erstreckender zentraler Durchgang 10 ausgebildet, welcher eine Flüssigkeitsleitung bildet, welche sich entlang der Längsachse X des Düsenkopfes erstreckt. Die Längsachse X bildet somit gleichzeitig die Strömungsrichtung, in welcher die Flüssigkeit von der Anschlussleitung 4 zu der Düse 8 durch das Innere des Düsenkopfes 1 strömt. In dem Durchgang 10, d. h. einer im Inneren des Düsenkopfes 1 angeordneten Strömungs- bzw. Flüssigkeitsleitung ist ein Strömungsfüh- rungselement 12 in Form einer Schnecke angeordnet. Diese Schnecke definiert in ihrem Wendel einen spiralförmigen Strömungsweg bzw. - kanal von dem dem hinteren Stirnende 2 zugewandten Ende des Strö- mungsführungselementes zu dem der Düse 8 zugewandten Ende des Strömungsführungselementes. Die Schnecke des Strömungsführungs- elementes 12 endet kurz vor dem Düsenkörper 8. Das Strömungsführungselement 12 bewirkt, dass die Flüssigkeit, welche vom Anschluss 4 her kommend in Strömungsrichtung durch den Durchgang 10 strömt, wenn sie durch das Strömungselement 12 strömt, spiralförmig durch den durch die Schnecke definierten spiralförmigen Kanal strömen muss, so dass sie zusätzlich zu ihrer Bewegung in Richtung der Längsachse X eine rotatorische Bewegung um die Längsachse X erfährt. Beim Austritt der Flüssigkeit aus dem Strömungsführungselement 12 zu der Düse 8 hin, behält die Strömung diese rotatorische Geschwindigkeitskomponente bei und führt neben ihrer axialen Bewegung in Richtung der Längsachse X gleichzeitig eine rotatorische Bewegung um diese aus. In dieser spiralförmigen Bewegung strömt die Flüssigkeit dann in den Einlauftrichter 14 der Düse 8. Der Einlauftrichter 14 verengt sich zu einem Kanal 16 hin, welcher sich im Inneren der Düse 8 in Richtung der Längsachse X erstreckt. Der Kanal 16 definiert den kleinsten Querschnitt der Düse normal zur Längsachse X. Weiter stromabwärts erweitert sich der Kanal 16 in einem Auslauftrichter 18. Der Auslauftrichter 18 schließt sich somit an die eigentliche Austrittsöffnung 20 am stromabwärtigen Ende des Kanals 16 an.The nozzle head shown in Fig. 1 has at its rear end face 2, a connecting line 4, which is detachably connected to the nozzle head 1. At the opposite end 6, ie the front end 6, the nozzle 8, the actual nozzle 8 is arranged in the form of an insert. In the interior of the nozzle head 1, a central passage 10 extending from the rear end face 2, ie the connecting line 4, to the front end 6, ie to the nozzle 8, is formed, which forms a fluid line which extends along the longitudinal axis X of the nozzle head , The longitudinal axis X thus simultaneously forms the flow direction in which the liquid flows from the connection line 4 to the nozzle 8 through the interior of the nozzle head 1. In the passage 10, ie, a flow or liquid line arranged in the interior of the nozzle head 1, a flow-guiding element 12 is arranged in the form of a screw. This worm defines in its helix a helical flow path or channel from the end of the flow guidance element facing the rear end end 2 to the end of the flow guidance element facing the nozzle 8. The screw of the flow guiding element 12 ends shortly before the nozzle body 8. The flow guide member 12 causes the liquid, which flows from the port 4 in the flow direction through the passage 10 when flowing through the flow member 12, must flow spirally through the spiral channel defined by the screw, so that in addition to their movement in the direction of the longitudinal axis X undergoes a rotational movement about the longitudinal axis X. As the liquid exits the flow guide member 12 toward the nozzle 8, the flow retains this rotational velocity component and, in addition to its axial movement in the direction of the longitudinal axis X, simultaneously performs a rotational movement about it. In this spiral movement, the liquid then flows into the inlet funnel 14 of the nozzle 8. The inlet funnel 14 narrows towards a channel 16, which extends in the interior of the nozzle 8 in the direction of the longitudinal axis X. The channel 16 defines the smallest cross section of the nozzle normal to the longitudinal axis X. Farther downstream, the channel 16 widens in a discharge hopper 18. The discharge hopper 18 thus connects to the actual outlet opening 20 at the downstream end of the channel 16.
Beim Eintritt der Flüssigkeit in den Einlauftrichter 14 wird die Flüssigkeitsströmung zum Kanal 16 hin aufgrund des abnehmenden Querschnitts beschleunigt. Beim Eintritt der Strömung in den Einlauftrichter 14 und in Kanal 16 wird der Rotationseffekt der Strömung beibehalten, so dass beim Austritt der Strömung aus der Austrittsöffnung 20 durch den Aus- lauftrichter 18 ein kegelförmiger Flüssigkeitsstrahl 22 gebildet wird, welcher sich in Strömungsrichtung entlang der Längsachse X erweitert.As the liquid enters the inlet funnel 14, liquid flow to the channel 16 is accelerated due to the decreasing cross-section. Upon entry of the flow into the inlet funnel 14 and into the channel 16, the rotational effect of the flow is maintained, so that on exit of the flow from the outlet opening 20 through the discharge funnel 18, a conical liquid jet 22 is formed, which extends in the flow direction along the longitudinal axis X extended.
Die in Fig. 1 gezeigte Düse eignet sich insbesondere zum Ausbringen einer Suspension bestehend aus einer Flüssigkeit mit darin enthaltenen Partikeln, insbesondere Abrasivmittelpartikeln. Aufgrund der Rotation der Strömung in der Schnecke des Strömungsführungselementes 12 und weiter stromabwärts werden die Partikel in der Flüssigkeit aufgrund der Zentrifugalkraft nach außen gepresst, da die Partikel eine größere Masse aufweisen als die Flüssigkeit bzw. Trägerflüssigkeit, in welcher sie sich befinden. Dieser Effekt wird innerhalb des Einlaufstrudels, welcher sich im Einlauftrichter 14 bildet und innerhalb des Kanals 16 der Düse 8 bei- behalten, so dass nach dem Austritt aus der Düse durch den Auslauftrichter 18 die Partikel in dem Flüssigkeitsstrahl 22 einen Hohlkegel 24 bilden. D. h. die Partikel befinden sich am Außenumfang des kegelförmigen Flüssigkeitsstrahls 22. So bilden die Partikel in dem Flüssigkeitsstrahl 22 im Querschnitt normal zu der Längsachse X eine Kreisringfläche. Die- se Kreisringfläche bleibt auch beim Auftreffen auf ein Objekt im Wesentlichen bestehen. Auch beim Auftreffen auf das Objekt wirkt immer noch die Rotationsenergie in dem Flüssigkeitsstrahl 22 und insbesondere in dem von den Partikeln gebildeten Hohlkegel 24, wodurch die Abtragsenergie der einzelnen Partikel beim Abtragen erhöht werden kann. Daher kann mit einer vergleichsweisen geringen Menge von Partikeln eine große Abtragsleistung erzielt werden.The nozzle shown in Fig. 1 is particularly suitable for dispensing a suspension consisting of a liquid with particles contained therein, in particular abrasive particles. Due to the rotation of the flow in the screw of the flow guide element 12 and further downstream, the particles in the liquid due to the Centrifugal force pressed outwards, since the particles have a greater mass than the liquid or carrier liquid in which they are located. This effect is maintained within the inlet flow, which forms in the inlet funnel 14 and within the channel 16 of the nozzle 8, so that after exiting the nozzle through the outlet funnel 18, the particles in the liquid jet 22 form a hollow cone 24. Ie. the particles are located on the outer circumference of the conical liquid jet 22. Thus, the particles in the liquid jet 22 in cross section normal to the longitudinal axis X form an annular surface. This annular surface also essentially remains when it hits an object. Even when hitting the object, the rotational energy still acts in the liquid jet 22 and in particular in the hollow cone 24 formed by the particles, as a result of which the removal energy of the individual particles during removal can be increased. Therefore, a large removal rate can be achieved with a comparatively small amount of particles.
Fig. 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Der in Fig. 2 gezeigte Düsenkopf entspricht im Wesentlichen den anhand von Fig. 1 erläuterten Düsenkopf, nur dass hier zusätzlich rückwärts gerichtete zweite Düsen 26 vorgesehen sind. In Fig. 2 ist der Düsenkopf 1 im Einsatz in einem Bohrloch 28 gezeigt, wobei er in der Richtung S vorgeschoben wird. Der Hohlkegel 24 aus Abrasivmittel trägt das Material an der Stirnseite des Bohrloches ab, wobei das Material durch die Flüs- sigkeit im Flüssigkeitsstrahl 22 weggespült wird. Um das abgetragene Material entgegen der Vorschubrichtung S aus dem Bohrloch herausfördern zu können, sind die zweiten Düsen 26 vorgesehen. Diese sind ausgehend von dem Bohrkopf 1 radial schräg nach hinten, d. h. schräg entgegengesetzt zu der Vorschubrichtung S gerichtet.Fig. 2 shows a second preferred embodiment of the invention. The nozzle head shown in FIG. 2 essentially corresponds to the nozzle head explained with reference to FIG. 1, except that additionally second nozzles 26 directed backward are provided here. In Fig. 2, the nozzle head 1 is shown in use in a borehole 28, being advanced in the direction S. The hollow cone 24 made of abrasive carries off the material at the end face of the borehole, wherein the material is flushed away by the liquid in the liquid jet 22. In order to be able to convey the removed material out of the borehole counter to the feed direction S, the second nozzles 26 are provided. These are starting from the drill head 1 radially obliquely backwards, d. H. directed obliquely opposite to the feed direction S.
Die Düsen 26 sind über Verbindungsleitungen 30 mit dem stromabwärts des Strömungsführungselementes 12 gelegenen Bereich 32 des Durch- ganges 10 verbunden, welcher eine zentrale Strömungsleitung bildet. Dabei ragen die Verbindungsleitungen 30 in den Zentralbereich des Bereiches 32 hinein, so dass die den Düsen 26 abgewandten Eintrittsöffnungen der Verbindungsleitungen 30 beabstandet vom Außenumfang des Bereiches 32 des Durchganges 10 gelegen sind. Dies bewirkt, dass von der im Inneren des Bereichs 32 befindlichen Flüssigkeit nur Flüssigkeit aus dem zentralen Bereich, nicht vom Umfangsbereich in die Verbindungsleitungen 30 und damit zu den Düsen 26 geführt wird. Aufgrund der durch das Strömυngsführungselement 12 erzeugten Rotation der Flüssigkeit werden die Partikel in einer Suspension durch die Zentrifugalkraft zum Außenumfang des Bereiches 32 hin gedrückt, so dass sie sich in dem Bereich 32 in einem umfänglichen Bereich befinden, welcher zwischen den Eintrittsöffnungen der Verbindungsleitungen 30 und der Umfangswandlung gelegen ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Partikel nicht in die Verbindungsleitungen 30 eintreten, sondern nur die im Zentralbereich. So wird erreicht, dass aus den Düsen 26 im Wesentlichen nur Flüssigkeit austritt, welche das vor der Stirnseite 6 des Düsenkopfes 1 im Bohrloch 28 abgetragene Material parallel zu der Anschlussleitung 4 nach hinten entgegen der Vorschubrichtung S wegspült. Für diesen Spülvorgang sind keine Partikel erforderlich, während für den Abtrag mittels der aus der Düse 8 austretenden Suspension die Partikel aus Abrasivmittel wesentlich sind.The nozzles 26 are connected via connecting lines 30 to the region 32 of the through-flow located downstream of the flow-guiding element 12. Ganges 10 connected, which forms a central flow line. In this case, the connecting lines 30 project into the central region of the region 32, so that the inlet openings of the connecting lines 30 facing away from the nozzles 26 are located at a distance from the outer circumference of the region 32 of the passage 10. This causes only liquid from the central area, not from the peripheral area, to be conducted into the connecting lines 30 and thus to the nozzles 26 from the liquid located inside the area 32. Due to the rotation of the liquid produced by the fluid guide element 12, the particles are suspended in a suspension by the centrifugal force towards the outer periphery of the region 32 so that they are in the region 32 in a circumferential region which exists between the inlet openings of the connecting lines 30 and the Peripheral conversion is located. In this way it is achieved that the particles do not enter the connecting lines 30, but only those in the central area. It is thus achieved that essentially only liquid emerges from the nozzles 26, which flushes away the material removed in front of the end face 6 of the nozzle head 1 in the borehole 28 parallel to the connecting line 4 against the feed direction S. For this rinsing process no particles are required, while for the removal by means of emerging from the nozzle 8 suspension particles of abrasive are essential.
So werden aus den Düsen 26 und der ersten Düse 8 unterschiedliche Flüssigkeiten, nämlich aus der Düse 8 eine Suspension und aus den Düsen 26 im Wesentlichen nur Trägerflüssigkeit ausgebracht, während dem Düsenkopf 1 dennoch nur eine Suspension durch die Anschlussleitung 4 zugeführt werden muss. Eine Trennung in eine Suspension mit einer höheren Konzentration von Partikeln und nur Flüssigkeit zum Spülen erfolgt im Düsenkopf 1 selber, wodurch zusätzliche Zufuhrleitungen zur Zufuhr von Spülflüssigkeit überflüssig werden. Rg. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Düsenkopfes, welcher im Wesentlichen dem anhand von Fig. 2 erläuterten Düsenkopf entspricht, wobei in Fig. 3 der Düsenkopf außerhalb eines Bohrloches gezeigt ist.Thus, from the nozzles 26 and the first nozzle 8 different liquids, namely from the nozzle 8 a suspension and the nozzles 26 essentially only carrier liquid discharged, while the nozzle head 1 still only a suspension through the connecting line 4 must be supplied. A separation into a suspension with a higher concentration of particles and only liquid for rinsing takes place in the nozzle head 1 itself, whereby additional supply lines for the supply of rinsing liquid become superfluous. FIG. 3 shows a further embodiment of a nozzle head according to the invention, which essentially corresponds to the nozzle head explained with reference to FIG. 2, the nozzle head being shown outside a borehole in FIG.
Bei dem Düsenkopf gemäß Fig. 3 ist der Düse 8 in einem gemeinsamen Düsenkörper stromaufwärts des Einlauftrichters 14 ein weiterer Kanal 36 vorgelagert, welcher sich entlang der Längsachse X stromaufwärts zu dem Strömungsführungselements 12 hin erstreckt. Stromaufwärts des Kanals 36 ist ein weiterer Einlauftrichter 38 vorgesehen, welcher sich zu dem Durchgang 10 hin in stromaufwärtiger Richtung erweitert. Die aus dem Strömungsführungselements 12 austretende in Rotation versetzte Flüssigkeit oder Suspension strömt in den Einlauftrichter 38 ein, welcher den Querschnitt des Strömungskanals zu dem Kanal 36 hin verengt, wodurch eine Beschleunigung der Strömung erreicht wird. Hinter dem Kanal 36 verengt sich der Strömungsweg im Einlauftrichter 14 weiter zu dem Kanal 16 der Düse 8 hin. Aus der Austrittsöffnung 20 tritt die Flüssigkeit dann wie anhand von Fig. 1 und 2 beschrieben, kegelförmig aus.In the nozzle head according to FIG. 3, the nozzle 8 is preceded in a common nozzle body upstream of the inlet funnel 14 by a further channel 36, which extends along the longitudinal axis X upstream of the flow guide element 12. Upstream of the channel 36, another inlet funnel 38 is provided, which widens toward the passage 10 in the upstream direction. The rotated fluid or suspension exiting the flow guide member 12 enters the inlet funnel 38, which narrows the cross-section of the flow passage toward the passage 36, thereby accelerating the flow. Behind the channel 36, the flow path in the inlet funnel 14 narrows further to the channel 16 of the nozzle 8. From the outlet opening 20, the liquid then emerges as described with reference to FIGS. 1 and 2, cone-shaped.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist wesentlich, dass die Flüssigkeit in dem Kanal 36 ihre Rotation um die Längsachse X beibehält. Dadurch wird erreicht, dass in dem Kanal 36 ein Spiralverlauf der Flüssigkeit bzw. Suspension beibehalten wird. Es kommt so in dem Kanal 36 zu einer in axialer Richtung X geschichteten Verteilung von Partikeln und Flüssig- keit, insbesondere einer spiralförmigen Verteilung entlang des Innenum- fangs des Kanals 36. D. h. am Innenumfang des Kanals 36 gibt es in axialer Richtung hintereinanderliegend Bereiche mit höherer Konzentration von Partikeln und Bereiche mit geringerer Konzentration von Partikeln. Diese Bereiche liegen im Kanal 36 an definierten Positionen entlang der Längsachse X, so dass auch auf diese Weise eine Trennung von Suspension und Trägerflüssigkeit erreicht werden kann. Die Verbindungskanäle 34 zu den zweiten Düsen 26 sind mit dem Kanal 36 in axialen Bereichen verbunden, an welchen Flüssigkeit mit geringerer Partikelkonzentration vorzugsweise Flüssigkeit im Wesentlichen ohne Partikel, spiralförmig vorbei strömt. D. h. in die Verbindungskanäle 34 tritt im Wesentlichen nur Flüssigkeit bzw. Trägerflüssigkeit ein, welche dann aus den Düsen 36 in der Richtung F schräg rückwärts gerichtet zu der Vorschubrichtung S ausgebracht wird, um abgetragenes Material wie anhand von Fig. 2 beschrieben wegzufördern. Der nicht durch die Verbindungskanäle 34 aus dem Kanal 36 abgeführte Flüssigkeitsanteil mit den Partikeln tritt dann in der beschriebenen Weise als Suspension aus der Düse 8 aus und bildet dort den kegelförmigen Flüssigkeitsstrahl mit der hohlkegelförmigen Verteilung 24 der Partikel.In the embodiment according to FIG. 3, it is essential that the liquid in the channel 36 retains its rotation about the longitudinal axis X. This ensures that in the channel 36 a spiral course of the liquid or suspension is maintained. In this way, a distribution of particles and liquid stratified in the axial direction X, in particular a spiral-shaped distribution along the inner circumference of the channel 36, occurs in the channel 36. On the inner circumference of the channel 36 there are regions in the axial direction one behind the other with a higher concentration of particles and areas with a lower concentration of particles. These areas are located in the channel 36 at defined positions along the longitudinal axis X, so that in this way a separation of suspension and carrier liquid can be achieved. The connection channels 34 to the second nozzles 26 are connected to the channel 36 in axial regions connected to which liquid with a lower particle concentration preferably liquid flows substantially without particles, spirally over. Ie. essentially only liquid or carrier liquid enters into the connecting channels 34, which is then directed out of the nozzles 36 in the direction F obliquely backwards directed to the feed direction S in order to convey away removed material as described with reference to FIG. The liquid fraction with the particles not discharged from the channel 36 through the connecting channels 34 then exits the nozzle 8 in the manner described as a suspension, where it forms the conical liquid jet with the hollow cone-shaped distribution 24 of the particles.
Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform, bei welcher mehrere erste Düsen 40 und mehrere zweite Düsen 42 am Düsenkopf 44 angeordnet sind.4 shows a fourth embodiment in which a plurality of first nozzles 40 and a plurality of second nozzles 42 are arranged on the nozzle head 44.
Bei dem Düsenkopf 44 gemäß Fig. 4 ist ebenfalls in einem zentralen Durchgang 10 ein Strömungsführungselement 12 in Form einer Schnecke angeordnet, welche einen spiralförmigen Strömungskanal 48 defi- niert. Durch diesen Strömungskanal bzw. Strömungsweg 48 muss die durch die Anschlussleitung 4 zugeführte Flüssigkeit bzw. Suspension hindurch fließen, um in den stromabwärtigen Bereich 32 des Durchganges 10 zu gelangen. Dadurch wird in dem Strömungsführungselement 12 die Strömung so umgelenkt, dass sie in Rotation versetzt wird, d. h. zu- sätzlich zu der Strömungsrichtung entlang der Längsachse X eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung erhält, so dass die Flüssigkeit eine spiralförmige Bewegung vollführt.In the case of the nozzle head 44 according to FIG. 4, a flow guide element 12 in the form of a screw is likewise arranged in a central passage 10, which defines a spiral flow channel 48. Through this flow channel or flow path 48, the liquid or suspension supplied through the connection line 4 must flow through in order to reach the downstream region 32 of the passage 10. Thereby, the flow is deflected in the flow guide member 12 so that it is set in rotation, d. H. In addition to the flow direction along the longitudinal axis X receives a velocity component in the circumferential direction, so that the liquid performs a spiral movement.
Dieses Strömungsmuster behält die Flüssigkeit auch in dem Bereich 32 des Durchganges 10 bei, so dass hier aufgrund der Zentrifugalkraft Partikel in der Suspension an die Innenwandung des Durchgangs 32 ge- presst werden und die leichtere Trägerflüssigkeit allein im Zentralbereich des Bereiches 32 nahe der Längsachse X verbleibt. Die Verbindungsleitungen 30, welche die zweiten Düsen 42 mit dem Bereich 32 des Durchganges 10 verbinden, sind wie im Beispiel gemäß Fig. 2 so ausgebildet, dass sich ihre Eintrittsöffnungen, welche im Bereich 32 gelegen sind, radial beabstandet von den Innenwandungen des Bereichs 32 in einem Zentralbereich dieses Bereichs 32 befinden. Dadurch wird gewährleistet, dass im Wesentlichen nur Flüssigkeit bzw. Trägerflüssigkeit ohne Partikel in die Verbindungsleitungen 30 einströmt und von diesen den Düsen 42 zugeführt werden. Die Düsen 42 sind wie die Düsen 26 in Fig. 2 und 3 rückwärts, d. h. entgegen der Vorschubrichtung S gerichtet, so dass die Flüssigkeit aus dem Düsenkopf 44 in Richtung F nach hinten austritt, um abgetragenes Material parallel zu der Anschlussleitung 4 aus dem Bohrloch 28 herauszufordern.This flow pattern also maintains the liquid in the region 32 of the passage 10, so that in this case due to the centrifugal force particles in the suspension are pressed against the inner wall of the passage 32 and the lighter carrier liquid alone in the central region of the region 32 near the longitudinal axis X remains. The connecting lines 30, which connect the second nozzles 42 with the region 32 of the passage 10 are formed as in the example of FIG. 2 so that their inlet openings, which are located in the area 32, radially spaced from the inner walls of the area 32 in a central area of this area 32 are located. This ensures that essentially only liquid or carrier liquid without particles flows into the connecting lines 30 and is supplied to them by the nozzles 42. The nozzles 42, like the nozzles 26 in FIGS. 2 and 3, are directed backwards, ie counter to the feed direction S, so that the liquid exits from the nozzle head 44 in the direction F to the rear to remove material parallel to the connecting line 4 from the borehole 28 challenge.
Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 3 sind bei der Ausführungsform gem. Fig. 4 mehrere erste Düsen 40 vorgesehen, welche im Wesentlichen in Vorschubrichtung S des Düsenkopfes 44 gerichtet sind, um Material am stirnseitigen Ende des Bohrloches 28, d. h. der Stirnseite des Düsenkopfes gegenüberliegend abzutragen. Aus die- sen Düsen 40 soll Suspension mit Partikeln von Abrasivmittel austreten, um den Abtrag des Materials im Bohrloch zu bewirken. Daher sind die Düsen 40 über Verbindungsleitungen 26 mit dem Bereich 32 des Durchganges 10 verbunden. Die Verbindungsleitungen bzw. -kanäle 46 sind dabei am in Strömungsrichtung vorderen stirnseitigen Ende des Durch- ganges 10 am Außenumfang des Bereiches 32 angeschlossen. So wird erreicht, dass in die Verbindungskanäle 46 Suspension, bestehend aus Flüssigkeit und Partikeln, einströmt, welche den Düsen 40 zugeführt wird. Die Rotation der Suspension im Inneren des Bereiches 32 bewirkt dabei eine gleichmäßige Verteilung der Suspension auf die mehreren Verbin- dungskanäle 46. So wird auch in dem Düsenkopf gemäß Fig. 4 eine Trennung von Suspension und Trägerflüssigkeit erreicht, wie auch bei den Düsenköpfen gemäß Fig. 2 und 3. Es ist zu verstehen, dass bei dem Düsenkopf gemäß Fig. 4 auch mehr als zwei erste Düsen 40 und/oder mehr als zwei zweite Düsen 42 angeordnet werden können.In contrast to the embodiments according to FIGS. 1 to 3 according to the embodiment. 4, a plurality of first nozzles 40 are provided, which are directed essentially in the feed direction S of the nozzle head 44 in order to remove material at the front end of the borehole 28, ie the end face of the nozzle head opposite. From these nozzles 40 is to emerge suspension with particles of abrasive to cause the removal of the material in the borehole. Therefore, the nozzles 40 are connected via connecting lines 26 to the region 32 of the passage 10. The connecting lines or channels 46 are connected to the outer circumference of the region 32 at the front end of the passageway 10 in the flow direction. It is thus achieved that in the connecting channels 46 suspension consisting of liquid and particles, flows, which is the nozzles 40 is supplied. The rotation of the suspension in the interior of the region 32 causes a uniform distribution of the suspension on the plurality of connecting channels 46. Thus, a separation of suspension and carrier liquid is achieved in the nozzle head according to FIG. 4, as is the case with the nozzle heads according to FIGS. 2 and 3. It is to be understood that in the nozzle head according to FIG. 4, more than two first nozzles 40 and / or more than two second nozzles 42 can be arranged.
Die zweiten Düsen 26 und 42, welche neben den ersten Düsen, welche als Hauptdüsen zum Ausbringen der Suspension mit hohem Abrasivmit- telanteil fungieren, als Nebendüsen dienen, können neben dem Ab- transport von abgetragenen Material noch weitere Funktionen übernehmen. So ist es möglich, durch entsprechende Ausrichtung bzw. durch entsprechendes Anstellen dieser zweiten Düsen 26 und 42 den gesamten Düsenkopf 1 , 44 in Rotation um die Längsachse X zu versetzen. Dazu werden die Düsen 26, 42 so angeordnet, dass die Richtung des Flüssigkeitsaustrittes F eine tangential bzw. umfängliche Richtungskomponente bezüglich der Längsachse X aufweist. Ferner können die Düsen 26 und 42 auch als Vortriebsdüsen genutzt werden, welche den Düsenkopf 1 bzw. 44 in der Vorschubrichtung S bewegen. The second nozzles 26 and 42, which serve as secondary nozzles in addition to the first nozzles, which act as main nozzles for discharging the suspension with a high abrasive content, can perform further functions in addition to the removal of removed material. It is thus possible to set the entire nozzle head 1, 44 in rotation about the longitudinal axis X by appropriate alignment or by corresponding adjustment of these second nozzles 26 and 42. For this purpose, the nozzles 26, 42 are arranged so that the direction of the liquid outlet F has a tangential or peripheral directional component with respect to the longitudinal axis X. Furthermore, the nozzles 26 and 42 can also be used as propulsion nozzles which move the nozzle head 1 or 44 in the feed direction S.
BezυgszeichenBezυgszeichen
1 Düsenkopf1 nozzle head
2 hinteres Stirnende2 back front ends
3 Anschlussleitung3 connecting cable
4 Anschlussleitung4 connecting cable
6 vorderes Stirnende6 front end
8 Düse8 nozzle
10 Durchgang10 passage
12 Strömungsführungselement12 flow guide element
14 Einlauftrichter14 inlet funnel
16 Kanal16 channel
18 Auslauftrichter18 discharge funnel
20 Austrittsöffnung20 outlet opening
22 ■Flüssigkeitsstrahl22 ■ Fluid jet
24 Hohlkegel24 hollow cone
26 zweite Düsen26 second nozzles
28 Bohrloch28 borehole
30 Verbindungsleitungen30 connecting lines
32 Bereich des Durchganges 1032 area of the passage 10
34 Verbindungskanäle34 connection channels
36 Kanal36 channel
38 Einlauftrichter38 inlet funnel
40 erste Düsen40 first nozzles
42 zweite Düsen42 second nozzles
44 Düsenkopf44 nozzle head
46 Verbindungskanäle46 connection channels
48 Strömungskanal48 flow channel
X LängsachseX longitudinal axis
S VorschubrichtungS feed direction
F Richtung des Flüssigkeitsaustritts aus den zweiten Düsen F direction of the liquid outlet from the second nozzle

Claims

Ansprüche claims
1. Düsenkopf (1 , 44) zum Ausbringen einer Flüssigkeit, insbesondere einer Suspension, mit zumindest einer Düse (8, 26, 40, 42), welche eine Austrittsöffnung (20) zum Austritt der Flüssigkeit aufweist, da- durch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der zumindest einen1. nozzle head (1, 44) for dispensing a liquid, in particular a suspension, with at least one nozzle (8, 26, 40, 42), which has an outlet opening (20) for the outlet of the liquid, characterized in that upstream the at least one
Düse zumindest ein Strömungsfϋhrungselement (12) derart angeordnet ist, dass die auszubringende Flüssigkeit stromaufwärts der Düse (8, 26, 40, 42) in Rotation versetzt wird.Nozzle at least one Strömungsfϋhrungselement (12) is arranged such that the auszubringende liquid upstream of the nozzle (8, 26, 40, 42) is rotated.
2. Düsenkopf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsfϋhrungselement (12) einen spiralförmigen Strömungsweg (48) für die Flüssigkeit definiert und insbesondere einen spiralförmigen Strömungskanal (48) aufweist.2. Nozzle head according to claim 1, characterized in that the Strömungsfϋhrungselement (12) defines a spiral flow path (48) for the liquid and in particular a spiral flow channel (48).
3. Düsenkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Düsenkopfes (1 , 44), in welchem das zu- mindest eine Strömungsfϋhrungselement (12) angeordnet ist, einen Innenquerschnitt (16) aufweist, welcher größer als der kleinste Innenquerschnitt der zumindest einen Düse (8) ist.3. Nozzle head according to claim 1 or 2, characterized in that the portion of the nozzle head (1, 44), in which the at least one Strömungsfϋhrungselement (12) is arranged, an inner cross section (16) which is greater than the smallest inner cross section the at least one nozzle (8).
4. Düsenkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem zumindest einen Strömungs- führungselement (12) definierte Strömungsweg (48) oder -kanal einen Querschnitt aufweist, welcher größer als der kleinste Innenquerschnitt (16) der zumindest einen Düse (8) ist.4. Nozzle head according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one flow guiding element (12) defined flow path (48) or channel has a cross section which is greater than the smallest inner cross section (16) of the at least one nozzle ( 8).
5. Düsenkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (8, 40) an ihrer dem Strömungsfüh- rungselement zugewandten Ende zumindest einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden Einlauftrichter (14) aufweist.5. Nozzle head according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle (8, 40) at its the Strömungsfüh- Having facing end member at least one in the flow direction tapered inlet funnel (14).
6. Düsenkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (8, 40) einen sich an die Austritts- Öffnung (20) der Düse (8, 40) anschließenden sich stromaufwärts erstreckender Kanal (16) mit konstantem Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt vorzugsweise dem Querschnitt der Austrittsöffnung (20) entspricht.A nozzle head according to any one of the preceding claims, characterized in that the nozzle (8, 40) has a channel (16) of constant cross-section which adjoins the outlet opening (20) of the nozzle (8, 40), wherein the cross section preferably corresponds to the cross section of the outlet opening (20).
7. Düsenkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Düse (8, 40) an ihrer Austrittsöffnung (20) einen sich in Strömungsrichtung erweiternden Auslauftrichter (18) aufweist.7. Nozzle head according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one nozzle (8, 40) at its outlet opening (20) has a widening in the flow direction discharge funnel (18).
8. Düsenkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsen (8, 26; 40, 42) vorgesehen sind und dass stromaufwärts der mehreren Düsen (8, 26; 46, 42) zumindest ein gemeinsames Strömungsführungselement (12) derart angeordnet ist, dass die auszubringende Flüssigkeit stromaufwärts der Düsen (8, 26; 46, 42) in Rotation versetzt wird.8. Nozzle head according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of nozzles (8, 26, 40, 42) are provided and that upstream of the plurality of nozzles (8, 26, 46, 42) arranged at least one common flow guide element (12) in that the liquid to be dispensed is set in rotation upstream of the nozzles (8, 26, 46, 42).
9. Düsenkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehren Düsen (40) mit einer zentralen Strömungsleitung (32) stromabwärts des gemeinsamen Strömungsführungselementes (12) verbunden sind, wobei die Düsen (40) vorzugsweise im Bereich des Außenumfangs dieser Strömungsleitung (32) mit dieser verbunden sind.9. Nozzle head according to claim 8, characterized in that the plurality of nozzles (40) with a central flow line (32) downstream of the common flow guide element (12) are connected, wherein the nozzles (40) preferably in the region of the outer periphery of this flow line (32). associated with this.
10. Düsenkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf zumindest eine erste (8; 40) und zumindest eine zweite Düse (26; 42) aufweist und dass stromaufwärts der ersten (8; 40) und zweiten (26; 42) Düsen zumindest ein gemeinsames Strömungsführungselement (12) angeordnet ist, welches eine auszubringende Suspension stromaufwärts der Düsen (8, 26; 40, 42) derart in Rotation versetzt, dass Partikel der Suspension in zumindest einen bestimmten Bereich einer Strömungsleitung (32) zwischen dem Strömungsführungselement (12) und den Düsen (8, 26; 40, 42) konzentriert werden, wobei die zumindest eine erste Düse (8; 40) mit diesem zumindest einen Bereich verbunden ist und die zumindest eine zweite Düse (26; 42) mit einem Bereich der Strömungsleitung (32) verbunden ist, in welchem eine geringere Partikelkonzentration gegeben ist.10. Nozzle head according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle head has at least one first (8; 40) and at least one second nozzle (26; 42) and in that upstream of the first (8; 40) and second (26; 42) nozzles at least one common flow guide element (12) is arranged, which has a suspension to be applied upstream of the nozzles (8, 26 40, 42) in such a way that particles of the suspension are concentrated in at least a certain area of a flow line (32) between the flow guide element (12) and the nozzles (8, 26, 40, 42), the at least one first Nozzle (8; 40) is connected to this at least one area and the at least one second nozzle (26; 42) is connected to a region of the flow line (32) in which a lower particle concentration is given.
1 1 . Düsenkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der Suspension aufgrund der Rotation im Umfangsbereich der Strömungsleitung (32) konzentriert werden, dass die zumindest eine erste Düse (8; 40) im Umfangsbereich der Strömungsleitung (32) mit dieser verbunden ist und dass die zumindest eine zweite Düse (26; 42) mit einem Zentral bereich der Strömungsleitung (32) verbunden ist.1 1. Nozzle head according to claim 10, characterized in that the particles of the suspension due to the rotation in the peripheral region of the flow line (32) are concentrated, that the at least one first nozzle (8; 40) in the peripheral region of the flow line (32) is connected thereto and that the at least one second nozzle (26, 42) is connected to a central region of the flow line (32).
12. Düsenkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsführungselement (12) derart ausgebildet ist, dass die Suspension derart in Rotation versetzt wird, dass sich Partikel in der zentralen Strömungsleitung (32) und oder einer Düse in einem in Strömungsrichtung begrenzten Bereich, vorzugsweise entlang ei- ner schraubenförmigen Linie konzentrieren, und dass die zumindest eine erste Düse (8) in diesem Bereich und/oder die zumindest eine zweite Düse (26) außerhalb dieses Bereiches mit der Strömungsleitung oder der Düse verbunden sind. 12. Nozzle head according to claim 10, characterized in that the flow guide element (12) is designed such that the suspension is rotated in such a way that particles in the central flow line (32) and or a nozzle in a limited flow area, preferably concentrate along a helical line, and that the at least one first nozzle (8) in this area and / or the at least one second nozzle (26) outside this area are connected to the flow line or the nozzle.
13. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Düse (8; 40) mit ihrer Austrittsöffnung zu einer Stirnseite des Düsenkopfes gerichtet ist und die zumindest eine zweite Düse (26; 42) mit ihrer Austrittsöffnung in eine der Austrittsöffnung der ersten Düse (8; 40) abgewandte Richtung gerichtet ist. 13. Nozzle head according to one of claims 10 to 12, characterized in that the at least one first nozzle (8; 40) is directed with its outlet opening to an end face of the nozzle head and the at least one second nozzle (26; 42) with its outlet opening in one of the outlet opening of the first nozzle (8; 40) facing away from the direction.
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