Кавитационная форсунка - RU2222464C2

Описание

Настоящее изобретение относится к области технологий подводной очистки, конкретно - к созданию конструкции усовершенствованных источников струи кавитирующей воды - форсунок.

Такие форсунки используются в инструментах для подводной очистки кавитирующими струями подводных объектов - подводных частей корпусов судов, вышек морских буровых, гидротехнических сооружений и т.п.

Существующий для этой цели ряд форсунок различной конструкции с разного вида диффузорами, центральным телом и без него, с расширительной камерой разного вида и т.п. служит непосредственно для создания рабочего факела кавитирующей струи.

Однако существующие форсунки для создания кавитирующей струи воды имеют ряд недостатков. К ним относятся такие как неравномерное распределение скорости струи по сечению и длине факела и реакция отдачи истекающей струи.

Известен насадок-кавитатор для гидродинамической очистки поверхностей (патент России 2095274, МКИ⁶ B 63 B 59/00, опубл. 10.11.97, БИ 31), содержащий проточный канал, образованный входным конфузором, цилиндрическим участком с расширенной камерой и выходным диффузором. Кроме того, в проточном канале размещено центральное тело так, что оно образует кольцевой зазор постоянного сечения со стенками цилиндрического участка, а плоский торец центрального тела расположен на входе в диффузор.

Известна насадка, используемая в устройстве для гидродинамической очистки корпусов судов (патент России 2123957, МКИ⁶ В 63 В 59/08, опубл. 27.12.98, БИ 36), содержащая проточный канал, образованный входным конфузором, цилиндрическим участком в виде резонансной камеры и выходным диффузором.

Основным недостатком известных насадок является затрата значительной дополнительной энергии на компенсацию реактивной силы истекающей струи воды.

В основу настоящего изобретения положена задача создания кавитационной форсунки, обеспечивающей за счет конструктивного выполнения значительную компенсацию отдачи рабочей струи жидкости, истекающей из форсунки.

Поставленная задача решается тем, что навигационная форсунка, содержащая корпус с центральным проточным каналом, образованным входным конфузором, расширительной камерой и выходным диффузором, согласно изобретению дополнительно снабжена компенсатором, закрепленным на корпусе в области расположения выходного диффузора, при этом внутренняя полость компенсатора на выходе выполнена в виде диффузора, переходящего в кольцеобразную щелевую камеру, а затем в расширительную камеру, образованную между наружной стенкой диффузора форсунки и внутренней стенкой корпуса компенсатора и сообщенную с задиффузорным пространством посредством сквозных каналов, выполненных в теле корпуса компенсатора.

Целесообразно, чтобы корпус компенсатора был бы установлен на корпусе форсунки с возможностью продольного перемещения вдоль него и последующей фиксации в требуемом положении.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и сопровождающим чертежом, на котором представлен общий вид навигационной форсунки, продольный разрез.

Кавитационная форсунка согласно изобретению содержит цилиндрический корпус 1, в котором выполнен центральный проточный канал 2, образованный соосно расположенными и последовательно сопряженными по направлению движения жидкости входным конфузором 3, расширительной камерой 4 и выходным диффузором 5. На корпусе 1 в области расположения выходного диффузора 5 закреплен корпус 6 компенсатора 7. Внутренняя полость компенсатора 7 на выходе выполнена в виде диффузора 8, переходящего сначала в кольцеобразную щелевую камеру 9, а затем в расширительную камеру 10, образованную между наружной стенкой диффузора 5 форсунки и внутренней стенкой корпуса 6 компенсатора 7 и сообщенную с задиффузорным пространством посредством сквозных каналов 11, выполненных в теле корпуса 6 компенсатора 7.

Предлагаемую кавитационную форсунку используют следующим образом.

Во время работы форсунки поток воды высокого давления движется через форсунку (на чертеже - справа налево) - через полость конфузора 3, расширительную камеру 4 и полость диффузора 5, образуя на выходе из форсунки рабочий факел. Проходя через две последние полости, поток воды разгоняется до скорости, обеспечивающей возникновение и сохранение кавитации во всем объеме факела струи воды. Возникновение кавитации происходит в результате увеличения скорости истечения и в соответствии с законом Бернулли понижением давления в струе воды вплоть до величины давления насыщенного пара при давлении окружающей среды.

Далее струя кавитирующей воды истекает через участок, ограниченный внутренней поверхностью диффузора 8 компенсатора 7, которая имеет соответствующий профиль, обеспечивающий дальнейшее расширение рабочей струи. Вследствие этого на периферии полости диффузора 8 компенсатора 7 давление воды понижается, и туда подсасывается вода через кольцеобразную щелевую камеру 9 из расширительной камеры 10. В последней давление также понижается, и в нее, в свою очередь, подсасывается вода через сквозные каналы 11 из задиффузорного пространства в направлении, противоположном направлению рабочей струи.

В результате этого за срезом диффузора 8 образуется рабочий факел, создаваемый не только водой, подаваемой непосредственно насосом высокого давления, но и поступающей в зону факела из щелевой камеры 10. В результате этого рабочий факел получается большего диаметра и состоит из большей массы кавитирующей воды, благодаря чему повышается эффективность форсунки и производительности инструмента в целом.

В связи с тем, что оси каналов форсунки и компенсатора параллельны оси рабочей струи, а направление потоков подсасываемой через каналы воды противоположно направлению рабочей струи, на компенсаторе возникает усилие, направленное также против направления струи, что создает компенсацию усилия отдачи инструмента в целом.

Кроме этого, часть звуковой энергии, ранее распространявшейся в окружающее пространство, будет поглощаться присоединенной частью воды и расходоваться на возбуждение в ней кавитации, и таким образом повышается общий кпд и снижается уровень шума.

Резьбовое крепление корпуса 6 компенсатора 7 на корпусе 1 форсунки позволяет регулировать положение компенсатора в зависимости от параметров рабочей струи - расхода, давления и скорости истечения, а также от заданной степени очистки обрабатываемой поверхности. Корпус 6 компенсатора 7 фиксируется в требуемом положении с помощью контргайки 12.

Таким образом, использование в форсунке эжекционного компенсатора обеспечивает повышение кпд инструмента за счет формирования более объемного рабочего факела за счет эжекции окружающей воды и за счет изменения направления подсасываемой воды обеспечивает как минимум частичную компенсацию отдачи рабочей струи.

Реферат

Изобретение относится к технологии подводной очистки и касается создания форсунок, имеющих компенсацию реактивной силы истекающей струи воды. Кавитационная форсунка содержит корпус с центральным проточным каналом, образованным входным конфузором, расширительной камерой и выходным диффузором. Форсунка дополнительно снабжена компенсатором, закрепленным на корпусе в области расположения выходного диффузора. Внутренняя полость компенсатора на выходе выполнена в виде диффузора, переходящего в кольцеобразную щелевую камеру, а затем в расширительную камеру. Расширительная камера образована между наружной стенкой диффузора форсунки и внутренней стенкой корпуса компенсатора и сообщенна с задиффузорным пространством посредством сквозных каналов. Сквозные каналы выполнены в теле корпуса компенсатора. Корпус компенсатора может быть установлен на корпусе форсунки с возможностью продольного перемещения вдоль корпуса форсунки и последующей фиксации в требуемом положении. Технический результат реализации изобретения заключается в обеспечении значительной компенсации отдачи рабочей струи жидкости, истекающей из форсунки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула