ГИДРОКАВИТАЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

Устройство относится к областям строительства, горного дела, подводных работ, геологии, добычи полезных ископаемых и может быть использовано для разрушения естественных и искусственных препятствий.
Широко известны устройства, использующие для разрушения преград гидравлический удар, недостатком которых является весьма высокое требуемое гидравлическое давление: 500-1000 атмосфер. Снизить требуемое гидравлическое давление примерно на порядок возможно за счет возбуждения в струйном потоке кавитации.
Известно изобретение «Смеситель» (патент №2081689 по МПК B01F 5/00, Бюл. №17 за 1997 г.), содержащий пустотелый открытый о двух сторон корпус, внутри которого закреплен кавитатор - тело кавитации (в заявленном устройстве - конфузор). Данное известное устройство, имеющее тело кавитации из нескольких усеченных конусов, переусложнено и не обладает оптимальной геометрией корпуса и тела кавитации для получения максимальной мощности кавитационного процесса, что подтверждают результаты исследований, проведенных авторами настоящей заявки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является полезная модель «Устройство гидрокавитационного эрозионного разрушения наростов, отложений и горной породы в водной среде» (патент №55842 по МПК E21B 7/18 от 29.12.2005 г., бюл. №24 от 27.08.2006 г.), содержащее пустотелые открытые с двух сторон корпус, конфузор и диффузор, причем полость внутри корпуса имеет две ступени с разным сечением, при этом конфузор своим наконечником вставлен соосно в корпус через его входную первую ступень и зафиксирован в нем, а диффузор вставлен своей стороной с узким сечением соосно в корпус с его противоположной выходной стороны и зафиксирован в нем.
Недостатком известного устройства является его переусложнение конструкции, связанное с использованием волнообразной внешней поверхности конфузора, резьбового соединения диффузора с корпусом, а также - с креплением конфузора внутри корпуса с помощью спиц. Шестилетняя практическая работа авторов данной заявки со средствами гидрокавитации, главным образом, по удалению с их помощью наростов ракушечника с поверхности подводной части корпусов кораблей, показала неоправданное переусложнение устройства: мизерный выигрыш в мощности устройства за счет существенного усложнения его конструкции и, как следствие, - увеличения его стоимости. Кроме того резьбовое соединение диффузора с корпусом неоднократно приводило к его самоотвинчиванию и потере. Известное устройство не содержит на корпусе снаружи выемки для удобного захвата при сочленинии с руковом и при работе.
Техническим результатом и целью заявляемого устройства является упрощение его конструкции путем упразднения волнообразной поверхности конфузора, путем замены крепления конфузора внутри корпуса на спицах на обычное сочленение, а также путем замены резьбового соединения диффузора с корпусом на сварку и, как следствие, - снижение стоимости устройства при одновременных повышениях его технологичности и надежности.
Указанные технический результат и цель достигаются тем, что устройство, содержащее пустотелые открытые с двух сторон корпус, конфузор и диффузор, причем полость внутри корпуса имеет две ступени с разным сечением, при этом конфузор своим наконечником вставлен соосно в корпус через входную первую ступень и зафиксирован в нем, а диффузор вставлен соосно в корпус с противоположной выходной стороны и зафиксирован в нем, отношение наименьших площадей сечений диффузора и конфузора равно 2,0, а также тем, что конфузор запресовывают в корпус, а диффузор после сочленения с корпусом сваривают с ним снаружи.
На фиг.1 и 2 представлены эскизы заявляемого устройства, например, с цилиндрическим корпусом, с конусообразным конфузором и с конусообразным и шарообразным диффузорами соответственно.
Устройство содержит корпус 1 с первой ступенью 1.1, второй ступенью 1.2 и выемкой 1.3, конфузор 2 с хвостовииком 2.1, наконечником 2.2, и каналом 2.3, диффузор 3 с наименьшим диаметром 3.1, расширением 3.2 и местом 3.3 сварки.
Для пояснений показаны, не входящие в устройство, рукав 4 для подачи воды с запорным механизмом 4.1, направление 5 движения струи воды и оптимальное расстояние 6 до разрушаемой преграды 7. В устройстве может применяться регулировочная шайба 8.
Отношение наименьших диаметров диффузора 3 и конфузора 2 равно 2,0.
Используемый в устройстве материал относится к широко применяемой нержавеющей стали.
Устройство работает следующим образом.
Пусть диффузор 3 устройства направлен в воде на нарост 7 ракушечника на поверхности корпуса корабля и удерживается с помощью выемки 1.3 на корпусе 1 устройства на расстоянии 6 от этой преграды. Необходимо отметить, что экспериментально установлено, что наилучшие результаты устройство показывает при расстоянии до преграды от края диффузора 3 равном 20-1500 мм. После чего открывают запорный механизм 4.1 рукава 4 и направляют струю воды по направлению 5 через устройство. В силу изменяющейся площади сечения устройства (сужение в конфузоре 2, а затем расширение в диффузоре 3) водная струя испытывает вынужденные колебания за счет смешения прямого и отраженного потоков. Возникают микроударные волны (импульсы сжатия), вызывающие локальное нагревание среды и ионизацию, что приводит к разрушению находящихся в жидкости твердых тел (кавитационная эрозия), т.е. - нароста 7.
При использовании прямоугольных или других сечений корпуса 1, конфузора 2 и диффузора 3 устройство работает аналогично.