ГИДРОКАВИТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО КАВИТАЦИОННО-ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к средствам для получения пульсирующих струй жидких сред и может найти применение для повышения эффективности гидродинамического разрушения горных пород, в частности при сква-жинной гидродобычи (СГД) полезных ископаемых и бурении скважин.
К настоящему времени разработано значительное количество различных конструкций гидрокавитационных устройств (кавитаторов), используемых в различных отраслях промышленности (см. например патенты РФ №№2034640 (B01F 5/00), 2053029 (В06В 1/20, В06В 1/18), 2095274 (В63В5 9/00), 2123957 (В63В5 9/08, В08В 3/02), 2113630 (F04F 5/42), 2236915 (В08В 3/02, B01F 5/00), 2258130 (Е21В 37/08, В08В 3/02, В63В 59/08) и др.).
Несмотря на существенные отличия в конструкциях устройств по вышеуказанным патентам основным источником создания кавитации является трубка Вентури. Различия в конструктивном выполнении направлены на повышение эффективности работы гидрокавитационных устройств. А именно на формирование компактной струи на выходе из кавитатора, повышение степени кавитации, увеличение скорости потока жидкости на входе в кавитатор, увеличение пульсирующего действия в кавитационной струе и др. В конечном итоге все это приводит к повышению технико-экономических показателей СГД полезных ископаемых и бурения скважин.
В тоже время многие конструкции гидрокавитационных устройств имеют существенные недостатки, что и является причиной их постоянного совершенствования. При этом следует принимать во внимание то, что кавитаторы, находящиеся в составе скважинных снарядов, работают в условиях буровой скважины, что также существенно влияет на их конструкцию.
Известно «Гидрокавитационное устройство» по патенту РФ №2236915 (МПК В08В 3/02, B01F 5/00 - 2004 г.).
Это устройство содержит корпус и выполненные в корпусе входной элемент в виде конфузора, входной цилиндрический канал, по меньшей мере, две камеры и диффузор, которые расположены соосно и последовательно по ходу движения жидкости и сообщены между собой. Введен, по меньшей мере, один промежуточный цилиндрический канал, расположенный между камерами. При этом диаметр каждого промежуточного цилиндрического канала меньше диаметра камеры и больше диаметра цилиндрического канала, стоящих непосредственно перед ним. Это устройство и принято за прототип заявляемой полезной модели.
Недостаток устройства по патенту РФ №2236915 состоит в малой эффективности работы применительно для скважинкой гидродобычи и бурения скважин.
Поставлена задача: повысить эффективность работы устройства для гидродинамического разрушения горных пород за счет увеличения скорости потока жидкости и формирования компактной гидромониторной струи кавитационно-пульсирующего действия, а также улучшение эксплуатационных свойств устройства.
Поставленная задача решена следующим образом. В соответствие с прототипом гидрокавитационное устройство кавитационно-пульсирующего действия включает корпус, в котором выполнены входной конфузор, входной цилиндрический канал, кавитационная камера, промежуточный цилиндрический канал и диффузор, которые расположены соосно и последовательно по ходу движения жидкости и сообщены между собой. При этом диаметр промежуточного цилиндрического канала меньше диаметра кавитационной камеры и больше диаметра входного цилиндрического канала.
Согласно полезной модели корпус устройства выполнен, по меньшей мере, в виде пяти сопел, которые расположены соосно и последовательно по ходу движения жидкости и сообщены между собой. При этом первое сопло
содержит входной конфузор и входной цилиндрический канал, второе - кавитационную камеру и первый промежуточный цилиндрический канал, третье - конфузор пульсации и второй промежуточный цилиндрический канал, четвертое - кавитационную камеру и третий промежуточный цилиндрический канал, пятое - диффузор и выходной цилиндрический канал. При этом входной конфузор выполнен с элептическими кромками входа, диаметр первого и третьего промежуточных цилиндрических каналов меньше диаметра прилегающих кавитационных камер и больше диаметра соответственно входного и второго промежуточного цилиндрических каналов, а также диаметр второго промежуточного цилиндрического канала меньше диаметра входного цилиндрического канала.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена схема конструкции гидрокавитационного устройства.
Предлагаемое гидрокавитационное устройство состоит из пяти сопел 1, 2, 3, 4, 5, которые расположены соосно и последовательно по ходу движения жидкости и сообщены между собой. При этом первое сопло содержит входной конфузор 6 с элептическими кромками входа и входной цилиндрический канал 7, второе - кавитационную камеру 8 и первый промежуточный цилиндрический канал 9, третье - конфузор пульсации 10 и второй промежуточный цилиндрический канал 11, четвертое - кавитационную камеру 12 и третий промежуточный цилиндрический канал 13, пятое - диффузор 14 и выходной цилиндрический канал. Соотношение размеров устройства следующее: диаметр первого 9 и третьего 13 промежуточных цилиндрических каналов меньше диаметра прилегающих кавитационных камер 8, 12 и больше диаметра соответственно входного 7 и второго промежуточного 11 цилиндрических каналов, а также диаметр второго промежуточного цилиндрического канала 11 меньше диаметра входного цилиндрического канала 7.
Выполнение гидрокавитационного устройства в виде отдельных сопел направлено на улучшение его эксплуатационных свойств, а именно на упрощение
изготовления конструкции и возможность замены изношенных частей (сопел).
Данное устройство работает следующим образом.
Рабочая жидкость под давлением подается во входной конфузор 6, который служит для ускорения потока жидкости. При этом элептические кромки входа конфузора обеспечивают снижение гидравлических сопротивлений, тем самым, увеличивая скорость потока жидкости. В области входного цилиндрического канала 7 поток приобретает максимальное ускорение. При попадании потока в резко расширенную полость кавитационной камеры 8, вследствие падения давления до значений, равных упругости паров жидкости, на ее кромках происходит образование кавитационных полостей (пузырьков), перемещающихся совместно с потоком. Далее поток жидкости через первый промежуточный цилиндрический канал 9 поступает в конфузор пульсации 10, где вследствие увеличения давления происходит частичное схлопывание кавитационных полостей, сопровождающееся возникновением ударной волны. При этом в результате колебаний давления жидкости образуется пульсирующий поток. Второй промежуточный цилиндрический канал 11 обеспечивает компактность струи. Далее поток жидкости проходит через кавитационную камеру 12, третий промежуточный цилиндрический канал 13, диффузор 14 и выходной цилиндрический канал 15, который формирует компактную струю жидкости. При этом повторяется и усиливается процесс образования кавитационных полостей. В результате на выходе из гидрокавитационного устройства формируется компактная гидромониторная струя кавитационно-пульсирующего действия. При этом кавитационное и пульсирующее воздействие струи на горную породу вызывает в ней дополнительные разрушающие напряжения, тем самым, повышая эффективность гидродинамического разрушения горных пород.
Технический результат: повышение эффективности работы устройства для гидродинамического разрушения горных пород за счет увеличения скорости потока жидкости и формирования компактной гидромониторной струи
кавитационно-пульсирующего действия, а также улучшение эксплуатационных свойств устройства.