сопло для получения режущей струи жидкости

Классы МПК:B05B1/02 приспособленные для получения струй, брызг или выпуска особого вида и формы, например в виде отдельных капель
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Орловский государственный технический университет
Приоритеты:
подача заявки:
2001-02-27
публикация патента:

Изобретение относится к устройствам для получения режущей струи жидкости и может быть использовано в устройствах для разрезания различных листовых материалов сверхзвуковой струей жидкости. Сопло для получения режущей струи жидкости содержит штуцер со сферическим торцом и осевым каналом подачи жидкости, закрепленный на штуцере держатель, установленный заподлицо в держателе вкладыш, охватываемый втулкой из мягкого материала, примыкающей своим торцом к сферическому торцу штуцера, расположенного с зазором относительно обращенного к нему торца вкладыша, внутренний профиль вкладыша выполнен в виде тела вращения с переменным радиусом сечения. Сопло для получения режущей струи жидкости позволяет повысить режущие свойства струи за счет снижения гидравлического сопротивления и турбулентные возмущения около стенок внутреннего профиля, выполненного во вкладыше, с учетом изменения характеристик сверхзвукового потока жидкости (кинематической вязкости, толщины пограничного слоя и др.). 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

Сопло для получения режущей струи жидкости, содержащее штуцер со сферическим торцом и осевым каналом подачи жидкости, закрепленный на штуцере держатель, установленный заподлицо в держателе вкладыш с наружной конической поверхностью, охватывающую вкладыш втулку, примыкающую своим торцом к сферическому торцу штуцера, расположенного с зазором относительно обращенного к нему торца вкладыша, отличающееся тем, что внутренний профиль вкладыша выполнен в виде тела вращения с переменным радиусом сечения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для получения режущей струи жидкости и может быть использовано в устройствах для разрезания различных листовых материалов сверхзвуковой струей жидкости.

Известно сопло для получения режущей струи жидкости, содержащее цилиндрический корпус с осевым каналом подачи жидкости, установленный на торце корпуса калибродержатель, втулку и калибр с выпускным каналом и конусообразной входной и цилиндрической частями, причем конусообразная входная часть канала калибра выполнена наклонной к оси калибра под углом не более половины угла конуса входной части канала, а цилиндрическая часть канала смещена относительно плоскости наклона конусообразной входной части канала на величину не более половины его диаметра. Однако хотя закрутка струи повышает ее кинетическую энергию, в то же время снижается ее дальнобойность, что не позволяет резать настилы материалов толщиной более 20 мм [1].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является сопло для получения режущей струи жидкости, содержащее штуцер со сферическим торцом и осевым каналом подачи жидкости, закрепленный на штуцере держатель, установленный заподлицо в держателе вкладыш с наружной конической поверхностью и выпускным соплом цилиндрической формы с конической входной частью, охватывающую вкладыш втулку, примыкающую своим торцом к сферическому торцу штуцера, расположенного с зазором относительно обращенного к нему торца вкладыша [2].

Недостатком данного сопла являются высокие гидравлические сопротивления и турбулентные возмущения около стенок коническо-цилиндрического внутреннего профиля выполненного во вкладыше. Кроме этого внутренняя геометрия вкладыша не учитывает изменение характеристик потока жидкости (кинематическую вязкость, толщину пограничного слоя и т.п.), влияние которых при сверхзвуковом истечении значительно.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении режущих свойств струи жидкости при сверхзвуковом истечении.

Это достигается тем, что в сопле для получения режущей струи жидкости, содержащем штуцер со сферическим торцом и осевым каналом подачи жидкости, закрепленный на штуцере держатель, установленный заподлицо в держателе вкладыш, охватываемый втулкой из мягкого материала, примыкающей своим торцом к сферическому торцу штуцера, расположенного с зазором относительно обращенного к нему торца вкладыша, внутренний профиль вкладыша выполнен в виде тела вращения с переменным радиусом сечения.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображено сопло для получения режущей струи жидкости; на фиг.2 - внутренний профиль вкладыша в виде тела вращения с переменным радиусом сечения.

Сопло для получения режущей струи жидкости содержит штуцер 1 со сферическим торцом 2 и осевым каналом 3 подачи жидкости. На штуцере 1 закреплен держатель 4. В держатель 4 установлены заподлицо вкладыш 5 с внутренней поверхностью в виде тела вращения с переменным радиусом сечения 6 и охватывающая вкладыш 5 втулка 7 из мягкого материала, например латуни. Втулка 7 контактирует торцом 8, со сферическим торцом 2 штуцера 1, расположенного с зазором относительно обращенного к нему торца 9 вкладыша 5.

Внутренняя поверхность вкладыша 5 в виде тела вращения с переменным радиусом сечения выполнена на основе сплайн-интерполяции последовательности ломаных линий (фиг.2):

r(x) = r(xk)+сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620(r(xk+1)-r(xk)).

0сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 21846201, к = 0, 1, 2, ..., n.

Длина отрезка [хk, хk+1] значительно больше толщины пограничного слоя, при этом поворот участка [хk, xk+1] относительно участка [xk-1, xk] не превышает угла сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 21846201-3сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620.

При этом длина отрезка [xk-1, xk]=dk составляет

сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620

сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 218462010-50сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620,

где с - коэффициент сопротивления внутреннего профиля.

сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620

сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620

где u - скорость потока жидкости, сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620 - кинематическая вязкость жидкости, сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620 = 0,4.

Длина участков dk возрастает по мере расширения сопла, а ломаный внутренний профиль выполнен с учетом уравнения:

xk=xk-1+dk, k=1, 2,..., n.

Сопло для получения режущей струи жидкости работает следующим образом.

Вкладыш 5, изготавливаемый из износостойкого материала, например алмаза, эльбора, кварца или твердого сплава, вставляют в латунную втулку 7. Латунную втулку 7 с вкладышем 5 устанавливают в держатель 4 конусной поверхностью, также равной 40o. Верхний торец латунной втулки 7 прижимают к сферическому торцу 2 штуцера 1 и к конусной поверхности держателя 4.

Сверхзвуковой поток жидкости подается через осевой канал 3 штуцера 1, проходит через гладкое отверстие вкладыша 5 в виде тела вращения с переменным радиусом сечения, при этом достигается минимальная толщина пограничного слоя, уменьшение потенциала отрыва пограничного слоя струи, снижение уровня кавитации.

Толщину пограничного слоя сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620 определяют из уравнения

сопло для получения режущей струи жидкости, патент № 2184620

где х - расстояние от начала расширения сопла.

Предлагаемое сопло для получения режущей струи жидкости позволяет повысить режущие свойства струи за счет снижения гидравлического сопротивления и турбулентных возмущений около стенок внутреннего профиля, выполненного во вкладыше, с учетом изменения характеристик сверхзвукового потока жидкости (кинематической вязкости, толщины пограничного слоя и др.).

Источники информации

1. Авт. св. СССР 1245349, кл. B 05 B 1/02, 1986.

2. Авт. св. СССР 942806, кл. B 05 B 1/02, 1980 - прототип.

Класс B05B1/02 приспособленные для получения струй, брызг или выпуска особого вида и формы, например в виде отдельных капель

поликристаллический алмаз -  патент 2522028 (10.07.2014)
фронтальный дождевальный агрегат -  патент 2520984 (27.06.2014)
форсунка со сплошным конусом распыла -  патент 2501610 (20.12.2013)
насадка высокого давления и способ изготовления насадки высокого давления -  патент 2483810 (10.06.2013)
универсальная водосберегающая насадка для водораздаточных средств -  патент 2476273 (27.02.2013)
износостойкое сопло для формирования режущей абразивно-жидкостной струи -  патент 2465064 (27.10.2012)
распылитель жидкости -  патент 2424835 (27.07.2011)
система для пожаротушения -  патент 2379079 (20.01.2010)
способ очистки цилиндрического длинномерного изделия -  патент 2355484 (20.05.2009)
нанесение на поверхность распылением без воздуха вязкой водной композиции строительного покрытия -  патент 2352404 (20.04.2009)
Наверх