ГИДРОКАВИТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ПУЛЬСИРУЮЩЕ-КАВИТАЦИОННОГО 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 скважинной гидродобыче (СГД) полезных ископаемых и бурении скважин.
К настоящему времени разработано значительное количество различных конструкций гидрокавитационных устройств (кавитаторов), используемых в различных отраслях промышленности (см., например, изобретения по патентам РФ №№2034640, 2053029, 2095274, 2123957, 2113630, 2236915, 2258130 и др., полезные модели по патентам РФ №№67179, 68590, 68591 и др.).
Различия в их 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 то же 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 пульсирующе-кавитационного действия» по патенту на полезную модель РФ №67179 (МПК Е21С 45/02 - 2007 г. Прототип).
Это устройство состоит из трех 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 промежуточный цилиндрический канал, а третье - конфузор пульсации и выходной цилиндрический канал. Причем поверхность входного конфузора имеет округлую форму, например форму части параболоида или гиперболоида вращения, а диаметр промежуточного цилиндрического канала меньше диаметра кавитационной камеры и больше диаметра входного цилиндрического канала, а диаметр выходного цилиндрического канала меньше диаметра входного цилиндрического канала.
Недостаток устройства по патенту РФ №67179 состоит в недостаточной эффективности воздействия гидромониторной струи на разрушаемую горную породу ввиду значительных гидравлических сопротивлений, возникающих в кавитационной камере.
Поставлена задача: повысить эффективность воздействия гидромониторной струи на разрушаемую горную породу за счет улучшения ее гидродинамических характеристик.
Поставленная задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом гидрокавитационное устройство пульсирующе-кавитационного действия состоит из корпуса, выполненного в виде трех 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 промежуточный цилиндрический канал, третье - конфузор пульсации и выходной цилиндрический канал. Причем поверхность входного конфузора имеет округлую форму, диаметр промежуточного цилиндрического канала больше диаметра входного цилиндрического канала, а диаметр выходного цилиндрического канала меньше диаметра входного цилиндрического канала.
Согласно полезной модели кавитационная камера выполнена в виде диффузора.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена схема конструкции гидрокавитационного устройства.
Предлагаемое гидрокавитационное устройство состоит из трех сопел 7, 2, 3, которые расположены соосно и последовательно по ходу движения жидкости и сообщены между собой. При этом первое сопло содержит входной конфузор 4 и входной цилиндрический канал 5, второе - кавитационную камеру 6 и промежуточный цилиндрический канал 7, а третье - конфузор пульсации 8 и выходной цилиндрический канал 9. Причем диаметр промежуточного цилиндрического канала 7 больше диаметра входного цилиндрического канала 5, а диаметр выходного цилиндрического канала 9 меньше диаметра входного цилиндрического канала 5. При этом выполнение гидрокавитационного устройства из трех сопел направлено на улучшение его ремонтно-эксплуатационных свойств, а также на упрощение технологии изготовления конструкции.
Данное устройство работает следующим образом.
Рабочая жидкость под давлением подается во входной конфузор 4, который служит для ускорения потока жидкости. При этом поверхность входного конфузора имеет округлую форму, что обеспечивает снижение гидравлических сопротивлений, тем самым увеличивая скорость потока жидкости. В области входного цилиндрического канала 5 поток приобретает максимальное ускорение. При попадании потока в уширенную полость кавитационной камеры 6, выполненной в виде диффузора, вследствие падения давления до значений, равных упругости паров жидкости, происходит образование кавитационных пузырьков, перемещающихся совместно с потоком. Далее поток жидкости через промежуточный цилиндрический канал 7 поступает в конфузор пульсации 8, где вследствие увеличения давления происходит частичное схлопывание кавитационных полостей, сопровождающееся возникновением ударной волны. При этом в результате колебаний давления жидкости
образуется пульсирующий поток. Выходной цилиндрический канал 9 обеспечивает компактность струи. В результате на выходе из гидрокавитационного устройства формируется компактная гидромониторная струя пульсирующе-кавитационного действия. При этом пульсирующее и кавитационное воздействие струи на горную породу вызывает в ней дополнительные разрушающие напряжения, тем самым повышая эффективность гидродинамического разрушения горных пород.
По сравнению с устройством по патенту РФ на полезную модель №67179 в предлагаемой конструкции улучшены гидродинамические показатели струи, а именно увеличены расход и компактность струи жидкости, что достигается за счет выполнения кавитационной камеры в виде диффузора с определенным углом раскрытия. При этом по сравнению с цилиндрической кавитационной камерой диффузор обеспечивает меньшие гидравлические сопротивления.
Технический результат: повышение эффективности воздействия гидромониторной струи на разрушаемую горную породу за счет улучшения ее гидродинамических характеристик.