專利名稱：一種具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種用于高壓射流的具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器。涉及機械工程中高壓射流用的噴具的噴嘴。它是在通常的脈沖自振噴嘴的頂端加設(shè)具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的亥姆霍茲式振蕩腔，從而使產(chǎn)生的射流具有比錐形和脈沖式噴嘴所產(chǎn)生的射流更強的沖蝕和氣蝕效果。它主要是由脈沖噴嘴式的入口導(dǎo)管(1)和亥姆霍茲式振蕩腔(4)及振蕩腔出口(5)等部分組成。
在高壓射流中，尤其在采礦和石油鉆井工程中，輔助機械鉆具進行破巖和沖蝕的射流鉆具多采用錐形噴嘴，以便靠產(chǎn)生氣蝕作用來提高破巖和沖蝕效果。70年代末，美國馬里蘭流體公司有人提出自激氣蝕的概念和理論，即所謂自激空化是一種無源振蕩氣蝕射流，它是利用聲諧振蕩原理將噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計成自激振蕩噴嘴系統(tǒng)，從而使連續(xù)射流能形成大的、斷續(xù)的旋渦環(huán)，在渦環(huán)中心產(chǎn)生氣蝕。這種射流不僅具有強烈的氣蝕現(xiàn)象，而且能把連續(xù)射流同時轉(zhuǎn)變成脈沖射流。但是，這些理論只見于國外的少量文獻報導(dǎo)，并未見到實際應(yīng)用的資料。而目前國內(nèi)在高壓射流工程中的噴具多采用錐形噴嘴，這種錐形噴嘴雖能產(chǎn)生空化流態(tài)，但主要是靠提高壓力來加強沖蝕強度，若在射流設(shè)備的耐壓限度一定時，僅靠提高壓力來加強沖蝕顯然是不合適的，而且易造成設(shè)備不應(yīng)有的故障和縮短設(shè)備使用壽命。
本實用新型的目的就在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，使其加設(shè)在射流噴具的噴嘴頂端，從而產(chǎn)生自激氣蝕現(xiàn)象，這種自激氣蝕射流比一般的氣蝕射流具有更強的氣蝕作用。通過試驗證明，在相同的條件下，本實用新型所采用的具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器比常用的Smith鉆頭噴嘴產(chǎn)生氣蝕作用的井深2～6倍，切槽深度大2～4倍，若裝在三牙輪鉆井鉆頭上，機械鉆速可提高4～6倍，沖蝕能力和清洗效果提高4倍，比能也可降低70％左右。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是在普通的高壓射流噴具的頂端裝設(shè)具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器。這種射流發(fā)生器是由脈沖噴嘴式的入口導(dǎo)管(1)和亥姆霍茲式振蕩腔(4)及振蕩腔出口(5)等部分組成。為了更好地從結(jié)構(gòu)的優(yōu)化上來加強自激振蕩的氣蝕效果，本實用新型還為入口導(dǎo)管(1)的過渡面(6)設(shè)計成園錐面或具有一定幾何形狀的曲面，并為亥姆霍茲式振蕩腔(4)的底部的反饋面(8)也設(shè)計成平面或具有一定幾何形狀的曲面(其形狀可以與過渡面(6)的形狀剛好相反)，這些曲面可以是球面、雙曲面或拋物面等。
附圖
的圖面說明如下1－－入口導(dǎo)管2－－入口導(dǎo)管出口喉部厚度3－－入口導(dǎo)管出口4－－亥姆霍茲式振蕩腔5－－振蕩腔出口6－－入口導(dǎo)管過渡面7－－振蕩腔出口喉部厚度8－－振蕩腔反饋面本實用新型下面將結(jié)合利用水力沖蝕標(biāo)準(zhǔn)砂巖巖樣的性能試驗，給出在試驗中本實用新型結(jié)構(gòu)參數(shù)的范圍1.入口導(dǎo)管出口(3)與入口導(dǎo)管(1)的直徑之比為D1／D＜12.入口導(dǎo)管出口(3)與振蕩腔出口(5)的直徑之比為D1／D2＝0.8～1.53.入口導(dǎo)管出口(3)的直徑與其喉部厚度(2)之比為D1／L1≥14.入口導(dǎo)管出口(3)直徑與振蕩腔出口(5)喉部厚度(7)之比為D1／L2≥15.入口導(dǎo)管出口(3)與亥姆霍茲式振蕩腔(4)的直徑之比為D1／D0≥1／66.入口導(dǎo)管出口(3)直徑與亥姆霍茲式振蕩腔(4)高度之比為D1／L≥1／5
在5、6兩項中，其參數(shù)關(guān)聯(lián)式為D0／D＝1／(2πSdM)＊(D1／L)1／2L／D1＝(n－3／8－θ／2π)＊K／［Sd(M＊K＋1)］其中馬 赫 數(shù) M≤0.01n－－－模態(tài)數(shù)Strouhal 數(shù) Sd＝0.2～1.2θ－－－初始相位角渦旋速度因子 K＝0.57～0.66由于本實用新型采用了具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，從而在相同的條件下使其產(chǎn)生的沖蝕效果比錐形噴嘴提高4倍以上，比能降低70％左右。因此，該實用新型既可在石油、煤礦、化工、水利也可在建筑、海洋、交通等行業(yè)進行輔助機械鉆頭破巖、有效地清洗除污或切割、破碎物體，并可提高工效降低成本。尤其是對石油鉆井的水力－機械聯(lián)合破巖，可大幅度地提高機械鉆速。
權(quán)利要求1.一種具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，其特征在于在高壓射流噴具的脈沖式噴嘴上設(shè)置具有亥姆霍茲式振蕩腔的射流發(fā)生器，該射流發(fā)生器是由入口導(dǎo)管出口(3)和亥姆霍茲式振蕩腔(4)及振蕩腔出口(5)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，其特征在于入口導(dǎo)管(1)與其出口(3)的直徑之比＞1；亥姆霍茲式振蕩腔(4)與入口導(dǎo)管出口(3)的直徑之比≤6；振蕩腔(4)高度與入口導(dǎo)管出口(3)的直徑之比≤5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，其特征在于入口導(dǎo)管出口(3)的過渡面(6)可以是曲面，振蕩腔(4)底部的反饋面(8)也可以是曲面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，其特征在于其反饋面(8)既可以是平面，也可以是與過渡面(6)相反形狀的曲面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，其特征在于所說的曲面可以是園錐面。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，其特征在于所說的曲面可以是球面。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，其特征在于所說的曲面可以是雙曲面。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，其特征在于所說的曲面可以是拋物面。
專利摘要一種具有自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，它主要是在高壓射流噴具的噴嘴上采用了具有亥姆霍茲式振蕩腔結(jié)構(gòu)的射流發(fā)生器，并具有優(yōu)化、合理的過渡面和反饋面。其產(chǎn)生的沖蝕效果比錐形噴嘴提高4倍以上，比能降低70％左右，用于石油鉆井的水力-機械聯(lián)合破巖，可大幅度地提高機械鉆速。
文檔編號F15D1/00GK2108195SQ91204569
公開日1992年6月24日 申請日期1991年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月30日
發(fā)明者沈忠厚, 汪志明 申請人:石油大學(xué)(華東)