Форсунка высокого давления

Область техники
Полезная модель относится к средствам очистки поверхностей от природных и техногенных загрязнений, а именно к форсункам высокого давления. Полезная модель может использоваться в конструкциях плунжерных насосов, используемых для гидродинамической очистки поверхностей изделий.
Уровень техники
Известна насадка для гидродинамической очистки (патент РФ на изобретение №2123957, дата приоритета 18.06.1998). Известная насадка содержит проточный канал с профилем, образованным соосно расположенными и последовательно сопряженными друг с другом входным конфузором, цилиндрической частью и выходной частью. Цилиндрическая часть выполнена в виде цилиндрической резонансной камеры, имеющей диаметр, больший, чем диаметры выходного отверстия конфузора и входного отверстия выходной части, причем последняя выполнена в виде рупора, а торцевые стенки резонансной камеры образуют вместе с выходным отверстием конфузора и входным отверстием рупора соответственно входное и выходное сопла резонансной камеры. При этом разница диаметров выходного и входного сопел составляет не более 0,3 от длины резонансной камеры, диаметр выходного отверстия рупора составляет не менее 0,04 от длины волны основной частоты резонансной камеры, а конфузор выполнен с углом конусности в пределах от 10° до 20°.
Известна гидрокавитационное устройство (патент РФ на изобретение №2236915, опубл. 27.09.2004). Известное устройство содержит корпус и выполненные в корпусе входной элемент, входной цилиндрический канал, по меньшей мере, две камеры, выполненные с внутренней цилиндрической поверхностью, и диффузор, которые расположены соосно и последовательно по ходу жидкости и сообщены между собой. При этом введен, по меньшей мере, один промежуточный цилиндрический канал, расположенный между камерами, и длина которого выбрана меньшей, чем длина входного цилиндрического канала.
Известна насадка для гидродинамической очистки (патент РФ на изобретение №2641277, опубл. 16.01.2018) - прототип. Известная насадка содержит проточный канал с профилем, образованным соосно расположенными и последовательно сопряженными друг с другом входным конфузором, резонансной камерой и диффузором. При этом конфузор и диффузор соединены резонансной камерой в виде переходного выступа, при этом отношение площади выходного сечения конфузора к площади сечения отверстия резонансной камеры, образующей переходной выступ, составляет 1,5-8,97. Входной конфузор имеет коническую форму и угол конусности, наиболее предпочтительно (10-20)°.
Недостатком прототипа является сниженная износостойкость. Это обусловлено тем, что объем рабочей зоны устройства ограничен значением конусности для входного канала. В результате этого уменьшена площадь поверхности рабочей зоны, что может привести к сравнительно быстрому износу детали.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническая задача, положенная в основу настоящей полезной модели, заключается в обеспечении возможности подачи концентрированной струи жидкости при высоком или сверхвысоком давлении потока.
Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, заключается в повышении износостойкости форсунки.
Дополнительный технический результат - увеличение скорости очистки поверхностей.
В качестве полезной модели заявлена форсунка высокого давления. В корпусе форсунки выполнены соосно ориентированные входной канал, рабочая камера и выходной канал. Входной канал выполнен в форме усеченного конуса, а рабочая камера выполнена в виде цилиндрического канала, диаметр поперечного сечения которого выбран в диапазоне от 0,5 мм до 4,2 мм.
Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящей полезной модели представлены в следующих частных вариантах осуществления.
В частности, входной канал форсунки выполнен с угловой конусностью в диапазоне от 28° до 32°.
В частности, корпус форсунки выполнен в форме тела вращения, например, в форме цилиндра.
В частности, корпус форсунки снабжен поперечным буртиком крепления в устройстве чистки.
В частности, на поверхности корпуса форсунки выполнена внешняя резьба.
В частности, форсунка выполнена из материала, устойчивого к коррозии. В качестве такого материала может быть использована нержавеющая сталь.
В частности, внутренние поверхности форсунки подвергнуты прокалке.
В частности, внешняя поверхность форсунки подвергнута прокалке.
Конусность выражается как отношение разности диаметров двух торцевых поперечных сечений конуса (D и d) к расстоянию между ними (L). При значении конусности, равному 1:1,866, угловая конусность составляет 30° (значение угла в вершине конуса).
Повышение износостойкости достигается за счет увеличения объема внутренней полости рабочей зоны форсунки. Это обеспечивается тем, что значение угловой конусности входного канала выбирают в диапазоне от 28° до 32°. В этом диапазоне параметра достигается оптимальное закручивание потока жидкости по направлению к рабочей камере. Необходимость увеличения длины рабочей зоны для повышения износостойкости также вызвана тем, что при подаче жидкости под давлением, жидкость агрессивно воздействует на внутреннюю поверхность форсунки. Это приводит к износу форсунки и утрате ее рабочих характеристик.
При значении угловой конусности, выбранному в диапазоне при вершине от 18° до 22°, среднее время работы форсунки при максимальном рабочем давлении без потери рабочих характеристик составляет 50 ч.
За счет увеличения величины угловой конусности при вершине до (28-32)° время работы форсунки при максимальном давлении без потери рабочих характеристик возрастает до 70 ч. Предпочтительным значением угловой конусности является значение в 30°, поскольку оно является стандартизированным для рабочего инструмента, при помощи которого производятся форсунки. Это позволяет добиться технологичности процесса их изготовления. При этом увеличение конусности не приводит к увеличению материалоемкости изделия в сравнении с форсунками, входные зоны которых имеют меньшую конусность. При прочих равных условиях, заявленная форсунка обладает улучшенными рабочими характеристиками без увеличения затрат на производство и может быть использована в узлах стандартного оборудования.
Помимо этого, удлиненная рабочая камера позволяет лучше сконцентрировать поток воды, в результате чего на выходе выходного канала формируется сконцентрированная струя жидкости с большей кинетической энергией. В результате этого увеличивается энергия, с которой струя жидкости воздействует на загрязненную поверхность, и, как следствие, повышается скорость ее очистки.
Краткое описание чертежей
Настоящая полезная модель иллюстрируется следующими фигурами:
фиг. 1 иллюстрирует форсунку высокого давления;
фиг. 2 иллюстрирует форсунку с цилиндрическим корпусом, снабженным поперечным буртиком для крепления в устройстве чистки;
фиг. 3 иллюстрирует форсунку с цилиндрическим корпусом, на поверхность которого нанесена резьба для крепления в устройстве чистки, и внутренним шестигранником для инструмента монтажа;
фиг. 4 иллюстрирует внешний вид форсунки с цилиндрическим корпусом, на поверхность которого нанесена резьба для крепления в устройстве чистки, и внешним квадратом для инструмента монтажа.
Описание варианта осуществления полезной модели
В соответствии с фиг. 1 форсунка представляет собой деталь с цельным продолговатым корпусом 1. В корпусе 1 выполнены соосно ориентированные входной канал 2, рабочая камера 3 и выходной канал 4, которые сообщены друг с другом отверстиями. Корпус 1 может быть выполнен в форме тела вращения, например, цилиндра. В качестве материала выполнения корпуса выбирают материал, который обеспечивает устойчивость к агрессивным воздействиям. В частности, таким материалом может являться нержавеющая сталь. Дополнительно внешние, внутренние поверхности форсунки могут быть подвергнуты глубокой прокалке. Диаметр торцевого отверстия, через которое входной канал 2 сообщен с рабочей камерой 3, меньше, чем диаметр торцевого отверстия на входе форсунки.
В соответствии с фиг. 2 форсунка имеет цилиндрический корпус 1 с поперечным буртиком 5 для крепления в узле подачи жидкости устройства очистки.
В соответствии с фиг. 3 форсунка имеет цилиндрический корпус 1, на внешнюю поверхность которого нанесена резьба 6. Резьба может быть нанесена как на всю внешнюю поверхность корпуса. При этом резьба может быть нанесена на внешнюю поверхность корпуса только частично. Наличие резьбы позволяет зафиксировать форсунку в узле подачи жидкости устройства чистки. В корпусе форсунки предусмотрено внутреннее отверстие 7 в виде шестигранника. Отверстие 7 обеспечивает опору форсунки на монтажном инструменте при ее закреплении в устройстве чистки.
В соответствии с фиг. 4 форсунка имеет цилиндрический корпус 1, на внешнюю поверхность которого нанесена резьба 6. Корпус форсунки может быть снабжен внешним выступом 8. Поперечное сечение выступа 8 может иметь форму квадрата. Выступ 8 обеспечивает опору форсунки на монтажном инструменте при ее закреплении в устройстве чистки.
В различных вариантах осуществления форсунки входной канал 2 имеет форму усеченного конуса, сечения оконечных частей которого выполнены в соотношении около 1:1.866025. Соответствующая величина угловой конусности принимает значение от 28° до 32°. Рабочая камера 3 представляет собой цилиндр с постоянным диаметром по его длине, выбранным из диапазона от 0,5 мм до 4,2 мм. Выходной канал 4 может иметь сечение, совпадающее по диаметру с сечением рабочей камеры. При этом выходной канал 4 может иметь заужение для создания «веерной струи». Выходной канал 4 выполнен на продольной оси форсунки.
Форсунку используют следующим образом.
Во время работы плунжерного насоса жидкость под давлением от 10 МПа до 400 МПа поступает в устройство чистки. По внутренним каналам устройства чистки жидкость поступает к месту крепления форсунки. Далее она попадает во входной канал, где за счет конуса происходит уплотнение потока жидкости. Далее в рабочей камере формируется и концентрируется рабочая струя жидкости, которая поступает в выходной канал и попадает на загрязненную поверхность. За счет высокой кинетической энергии струя жидкости разрушает загрязнение, в результате чего загрязненная поверхность очищается.