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JP3320105B2 - Nozzle for cavitation jet - Google Patents

Nozzle for cavitation jet

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Publication number
JP3320105B2
JP3320105B2 JP20396792A JP20396792A JP3320105B2 JP 3320105 B2 JP3320105 B2 JP 3320105B2 JP 20396792 A JP20396792 A JP 20396792A JP 20396792 A JP20396792 A JP 20396792A JP 3320105 B2 JP3320105 B2 JP 3320105B2
Authority
JP
Japan
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water
nozzle
jet
cavitation
conduit
Prior art date
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JP20396792A
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一教 佐藤
丈典 進藤
敬三 原田
孝一 黒沢
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は金属材料の表面改質技術
に係わり、水中において音速以下(遷音速、亜音速もし
くはそれより低速の)の水噴流を金属材料の表面に照射
し、水噴流に発生するキヤビテーシヨン気泡の崩壊圧力
によつて、引張り応力が残留する金属材料表面を、圧縮
応力が作用するように処理しようとするものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology for modifying the surface of a metal material, and irradiates a surface of a metal material with a water jet at a subsonic speed (transonic speed, subsonic speed or lower) in water. In this method, the surface of a metallic material in which a tensile stress remains due to the collapse pressure of the cavitation bubbles generated in the process is treated so that a compressive stress acts.

【0002】[0002]

【従来の技術】既設構造材の残留応力は、鋼球を気流の
勢いで吹きつけるシヨツトブラスト、砂粒を用いるサン
ドブラスト、氷粒を用いるクライオブラスト等によるピ
ーニングによる処理を行い、応力を引張り方向(亀裂を
拡大させる方向)から圧縮方向へと改質する。このよう
なピーニング技術は、残留応力対策として、各種機械構
造物あるいは部品加工時に広く用いられている。
2. Description of the Related Art The residual stress of an existing structural material is subjected to peening treatment using a shot blast in which steel balls are blown by an air current, a sand blast using sand grains, a cryo blast using ice grains, and the stress is reduced in a tensile direction ( From the direction of crack propagation) to the compression direction. Such a peening technique is widely used at the time of processing various mechanical structures or parts as a measure against residual stress.

【0003】しかし、このようなブラスト処理のできな
い環境にありながら、是非ともピーニングしなければな
らない構造物も多い。例えば、経年原子炉圧力容器のノ
ズル部や海洋構造物はいずれも水中にあり、ともに水を
除去しての処理は物理的あるいは経済的に不可能に近
い。原子炉圧力容器では、水を抜くと、多量の放射能が
放出される。またブラスト粒子を回収することも大変な
難作業になる。氷粒を用いれば、回収は不要であるが、
経済的なメリツトは出にくい。
[0003] However, there are many structures which must be peened by all means even in such an environment where blasting cannot be performed. For example, the nozzle portion and the offshore structure of an aged reactor pressure vessel are both in water, and it is almost physically or economically impossible to remove and treat the water. In a reactor pressure vessel, a large amount of radioactivity is released when water is drained. Recovering the blast particles is also a difficult task. If ice particles are used, collection is unnecessary,
Economic merits are unlikely.

【0004】高速ウオータジエツトの利用は、ユニーク
な加工、採鉱あるいは洗浄技術として広く知られるが、
これを表面応力改質に利用する試みがウエスチングハウ
ス社により行われた(特開昭62−63614号公
報)。水噴流によるピーニングには、水冷の効果もあつ
て局所的な温度上昇を防げるというメリツトもある。し
かし、これは水噴流の軸動圧力を有効に利用できる大気
中の作業であり、この技術を水中水噴流によるピーニン
グ技術としてそのまま展開可能であるという保証はな
い。
[0004] The use of high-speed water jets is widely known as a unique processing, mining or cleaning technique.
Attempts to utilize this for surface stress modification have been made by Westinghouse (JP-A-62-63614). Peening with a water jet also has the advantage of preventing the local temperature rise due to the effect of water cooling. However, this is an operation in the atmosphere in which the axial dynamic pressure of a water jet can be effectively used, and there is no guarantee that this technology can be directly applied as a peening technology using a submerged water jet.

【0005】図48には、気相水噴流ノズルと噴流の構
造を示す。
FIG. 48 shows the structure of a gas-phase water jet nozzle and a jet.

【0006】図において、1310は気中水ノズル本
体、1311は高圧供給水、1312はノズル中心軸、
1313は収縮部、1314は噴出孔、1315は連続
液流(コア部)、1316は液滴流、1317は気中水
噴流である。
In the drawing, reference numeral 1310 denotes an aerial water nozzle main body, 1311 denotes high-pressure supply water, 1312 denotes a nozzle central axis,
Reference numeral 1313 denotes a contraction portion, 1314 denotes an ejection hole, 1315 denotes a continuous liquid flow (core portion), 1316 denotes a droplet flow, and 1317 denotes an aerial water jet.

【0007】図49に示すように、水中では噴流軸動圧
力の減衰がかなり速い。これは、周囲水の抵抗と同相で
あるがため拡散が速いためである。水中で、気相中水噴
流なみの軸動圧力を得るためには、超高圧発生装置が必
要になり、コスト的に大変不利な技術になつてしまう。
[0007] As shown in FIG. 49, the decay of the jet axial dynamic pressure is considerably rapid in water. This is because the diffusion is fast because it is in phase with the resistance of the surrounding water. In order to obtain an axial pressure equivalent to that of a gas-phase water jet in water, an ultra-high pressure generator is required, resulting in a very disadvantageous technique in terms of cost.

【0008】一方、水中水噴流には、噴流と周囲水との
剪断作用によりキヤビテーシヨンが発生する。キヤビテ
ーシヨンをうまくコントロールし、発生した気泡を有効
に利用できれば気相中水噴流なみの効果を低噴射圧力で
実現できる可能性がある。
On the other hand, in the underwater water jet, cavitation is generated by a shearing action between the jet and the surrounding water. If the cavitation can be controlled well and the generated bubbles can be used effectively, there is a possibility that the effect equivalent to the gaseous water jet can be realized at a low injection pressure.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】図47に示したのは、
ウオータジエツト加工に用いられるノズルの典型的構造
である。このノズルは、気相中で水流をビーム状にしぼ
ることを目的としたものであり、水中水噴流として利用
してもキヤビテーシヨンは発生しにくい。理由は、収縮
部1305のしぼり角度θが小さく、ここでの減圧作用
が緩やかすぎるためである。
FIG. 47 shows that:
It is a typical structure of a nozzle used for water jet processing. The purpose of this nozzle is to squeeze a water stream into a beam in the gas phase, and even when used as a submerged water jet, cavitation hardly occurs. The reason is that the squeezing angle θ of the contraction portion 1305 is small, and the depressurizing action here is too gentle.

【0010】また、水噴流の外表面の乱れが乏しく、剪
断渦由来のキヤビテーシヨンが発生しにくかつたり、あ
るいはキヤビテーシヨンが発生しても間欠的で再現性が
悪く、キヤビテーシヨンの発達状態が不安定なためであ
る。
In addition, the outer surface of the water jet has little turbulence, and it is difficult to generate cavitation due to shear vortices. That's why.

【0011】なお図において、1301は水中水噴流ノ
ズル本体、1302は高圧供給水、1303は水供給平
行部、1304はノズル中心軸、1306は噴出孔、1
307は水中水噴射、1308は加工対象物の固体面、
1309は加工対象物の周囲水である。
In the drawing, 1301 is a submerged water jet nozzle main body, 1302 is high-pressure supply water, 1303 is a parallel portion of water supply, 1304 is a nozzle center axis, 1306 is a jet hole,
307 is a submerged water jet, 1308 is a solid surface of a processing object,
Reference numeral 1309 denotes ambient water around the object to be processed.

【0012】図50に示す先行技術(特開昭60−16
8554号公報)のノズルは、水中における各種作業の
ために開発されたノズルであり、キヤビテーシヨンの利
用が謳われている。
The prior art shown in FIG.
No. 8554) is a nozzle developed for various operations in water, and the use of cavitation is declared.

【0013】なお図において、1401はノズル本体、
1402はオリフイス部、1403は円錐開口部、14
04は円錐空洞部、1405は配管部材、1406は高
圧噴射装置、1407は噴射加工対象物である。
In the drawing, 1401 is a nozzle body,
1402 is an orifice, 1403 is a conical opening, 14
04 is a conical hollow part, 1405 is a piping member, 1406 is a high-pressure jetting device, and 1407 is an object to be jet-processed.

【0014】図51に示す先行技術(特開昭61−81
84号公報)は、水中水噴流に発生するキヤビテーシヨ
ンの作用によつて、付着汚染物を除去しようとするもの
である。
The prior art shown in FIG. 51 (JP-A-61-81)
No. 84) attempts to remove attached contaminants by the action of cavitation generated in a submerged water jet.

【0015】なお図において、1501は水槽、150
2は被洗浄部品、1503はノズル、1503aはノズ
ル洗浄、1503bは噴出孔、1504は水、1505
は管路である。
In the figure, reference numeral 1501 denotes a water tank;
2 is a part to be cleaned, 1503 is a nozzle, 1503a is nozzle cleaning, 1503b is a jet hole, 1504 is water, 1505
Is a pipeline.

【0016】これらの例では、キヤビテーシヨンを活発
に発生させようとしてもノズルの構造上限界がある。キ
ヤビテーシヨンの促進のためには、ノズル内で水流に強
い乱れを作り出したり、強制的にキヤビテーシヨン気泡
核を供給するような工夫が必要になる。
In these examples, there is a limit in terms of the structure of the nozzle even if the cavitation is actively generated. In order to promote cavitation, it is necessary to devise a strong turbulence in the water flow in the nozzle or to forcibly supply cavitation bubble nuclei.

【0017】図52〜54には、自己共振空洞現象促進
型ノズルの構造を3例示す。このノズルは、ノズル内に
設けたキヤビテイで自己共振現象を発生させ、気相中水
噴流内に発生するキヤビテーシヨンを利用して、切削効
率を高めようとしたものである。このノズルの問題は、
ノズル内でキヤビテーシヨンが発生するため、ノズルが
バブルロツク状態となり(実際にはバブルロツク状態と
バブルのない水だけが噴出する現象が共振周波数に合わ
せて繰り返される)、圧力損失の増大を招くことと、水
流が激しく脈動する(キヤビテイ内の発振が上流側へフ
イードバツクし自励振動的な状態となる)ことである。
FIGS. 52 to 54 show three examples of the structure of the self-resonant cavity phenomenon promoting nozzle. In this nozzle, the self-resonance phenomenon is generated by the cavity provided in the nozzle, and the cutting efficiency is enhanced by utilizing the cavity generated in the gaseous water jet. The problem with this nozzle is
Since the cavitation occurs in the nozzle, the nozzle is in a bubble-locked state (actually, the bubble-locked state and the phenomenon that only bubble-free water is jetted are repeated in accordance with the resonance frequency), causing an increase in pressure loss and an increase in water flow. Violently pulsates (oscillations in the cavity feed back to the upstream side and become a state of self-excited oscillation).

【0018】なおこれらの図において、1601は水、
1602はノズル本体、1603は共振用キヤビテイで
ある。
In these figures, 1601 is water,
Reference numeral 1602 denotes a nozzle main body, and 1603 denotes a resonance cavity.

【0019】また図50に構造を示すノズルのように、
大気中において各種材料を加工するために水噴流をビー
ム状にしぼることを意図した従来型ノズルでは、大気中
においてピーニングに利用しても、図55に示すよう
に、衝突面に生じる衝突圧力部が極めて局所的であるた
め、施工に長時間を要するなどピーニング効率が高いと
は言えない。
Further, as shown in FIG.
A conventional nozzle intended to squeeze a water jet into a beam in order to process various materials in the atmosphere has a collision pressure portion generated on a collision surface as shown in FIG. Is extremely local, so peening efficiency cannot be said to be high, for example, a long time is required for construction.

【0020】なお図55において、1701は高圧水噴
射ノズル、1702は高圧水、1703は気相中水噴
流、1704は被加工対象物、1705は圧力分布、1
706は中心軸である。
In FIG. 55, 1701 is a high-pressure water injection nozzle, 1702 is high-pressure water, 1703 is a gas-phase in-water jet, 1704 is an object to be processed, 1705 is a pressure distribution,
706 is a central axis.

【0021】つまり、図57(a),(b)に示すよう
に、要ピーニング個所1901全域をピーニングするた
めには、ピーニング圧力発生部分1909が軌跡190
5のようになるよう、ノズルを激しく移動させなければ
ならない。ノズルを装着するマニユピレータの先端の構
造も複雑なものとなろう。
That is, as shown in FIGS. 57 (a) and 57 (b), the peening pressure generating portion 1909 has a trajectory 1901 in order to peening the entire area where the peening is required 1901.
The nozzle must be moved vigorously so that it looks like 5. The structure of the tip of the manipulator for mounting the nozzle will also be complicated.

【0022】水中において、図50のような従来型ノズ
ルから水を噴射させると、つまり水中水噴流の場合、水
中において噴流軸上動圧力の減衰が極めて速い。気相中
における特性と比較して図49に示す。一方、このよう
な水中水噴流1803では、噴流の外周において、剪断
型の渦流に起因する渦状キヤビテーシヨン1804が発
生する。図56にその様相を模式的に示すが、従来型ノ
ズルの場合には、渦流による乱れが弱く、キヤビテーシ
ヨンの発生が不十分・不安定であり、キヤビテーシヨン
気泡の崩壊によつて生じる圧力分布1806は、中心軸
1807の周囲に円環(ドーナツ)状となる。
When water is jetted from a conventional nozzle as shown in FIG. 50 underwater, that is, in the case of a submerged water jet, the dynamic pressure on the jet shaft attenuates very rapidly in water. FIG. 49 shows a comparison with the characteristics in the gas phase. On the other hand, in such a submerged water jet 1803, a spiral cavity 1804 due to a shear type vortex is generated on the outer periphery of the jet. FIG. 56 schematically shows such a situation. In the case of the conventional nozzle, the turbulence due to the vortex is weak, the generation of the cavitation is insufficient / unstable, and the pressure distribution 1806 caused by the collapse of the cavitation bubble is small. Around the central axis 1807.

【0023】なお図において、1801は水噴射ノズ
ル、1802は高圧水、1805は被加圧対象物であ
る。
In the figure, reference numeral 1801 denotes a water injection nozzle, 1802 denotes high-pressure water, and 1805 denotes an object to be pressurized.

【0024】上記したように、水中においては噴流の軸
上動圧力が低く、どうしても圧力分布は‘中抜け’とな
る。もし、キヤビテーシヨン気泡の生成が著しく活発で
あるならば、噴流中心へ外周の気泡が巻き込まれる(エ
ントレン)ものの、図56のように不安定なキヤビテー
シヨンでは、巻き込み作業がなかなか期待できない。図
57(c),(d)に示すように、要ピーニング個所1
903をまんべんなく施工するためには、やはりノズル
をかなり複雑にトラバースさせねばならない。ノズルを
振り子状に動かす例を(a),(c)に、またノズルを
往復運動させる例を(b),(d)に示す。
As described above, the on-axis dynamic pressure of the jet is low in the water, and the pressure distribution inevitably becomes "dropout". If the generation of the cavitation bubbles is remarkably active, the bubbles on the outer periphery are entrained into the center of the jet (entrance), but the entrainment work cannot be expected with the unstable cavitation as shown in FIG. As shown in FIGS. 57 (c) and (d), the required peening location 1
In order to apply the 903 evenly, the nozzle must be traversed in a complicated manner. (A) and (c) show examples of moving the nozzle in a pendulum shape, and (b) and (d) show examples of reciprocating the nozzle.

【0025】なお、1902,1904は要ピーニング
個所、1906〜1908はノズルの移動軌跡、191
0はピーニング圧力発生部分である。
Reference numerals 1902 and 1904 denote portions requiring peening, reference numerals 1906 to 1908 denote movement locus of the nozzle, and reference numeral 191.
0 is a peening pressure generating portion.

【0026】図58の先行技術は、ノズルの噴出孔に、
水流の加速による吸い込み作用を利用する空気吸い込み
パイプ2002を設け、高圧水2004中に外気を吸い
込んで混入し、気泡を含む気相中二相噴流2005を作
り出そうとするものである。この場合、吸い込まれた気
泡が、キヤビテーシヨンの作用をすれば好都合である
が、‘クツシヨン’的な緩衝作用となれば、ピーニング
に対しては逆効果である。ピーニング個所が水中深部で
ある場合には、長い空気吸い込みパイプは実用的とは言
えない。
In the prior art shown in FIG.
An air suction pipe 2002 that uses a suction action by accelerating a water flow is provided, and outside air is sucked into high-pressure water 2004 and mixed therewith to create a two-phase jet 2005 in a gas phase containing bubbles. In this case, it is advantageous if the sucked air bubbles act as a cavitation, but if it acts as a 'cushion'-like cushioning effect, it has an adverse effect on peening. If the peening location is deep underwater, a long air suction pipe is not practical.

【0027】なお、2001は環状ノズル本体、200
3は空気である。
Reference numeral 2001 denotes an annular nozzle body;
3 is air.

【0028】本発明は、キヤビテーシヨン発生に伴う弊
害が少ないキヤビテーシヨン噴流用ノズルを提供するこ
とを目的とする。
An object of the present invention is to provide a nozzle for jetting cavitation, which has less adverse effects due to generation of cavitation.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

1.本発明は、水中における水噴流利用の表面応力改質
(ピーニング)において、噴孔から噴出する水中水噴流
に強い乱れあるいは気泡核励起作用を持つ高周波の乱れ
を与え、以下のような手段によつて、キヤビテーシヨン
を活発に行わせようと言うものである。
1. In the present invention, in surface stress reforming (peening) using a water jet in water, a strong turbulence or a high-frequency turbulence having a bubble nucleus exciting action is imparted to a submerged water jet ejected from an orifice. Thus, it is intended that the cavitation be actively performed.

【0030】(1)噴出孔を同軸二重管型とし、噴出水
流の内部に噴流構造を崩壊させる強い乱れを作り出す。
(1) The jet hole is a coaxial double tube type, and strong turbulence is created inside the jet water flow, which disrupts the jet structure.

【0031】(2)噴出孔内で、2方向から供給される
高圧水を合流させ噴出孔内の水流を強制的に加速する。
(2) High-pressure water supplied from two directions is merged in the ejection hole to forcibly accelerate the water flow in the ejection hole.

【0032】(3)周囲水との剪断面積を拡大し、強い
乱れによるキヤビテーシヨンを促進するために、偏平で
扇形の水中水噴流を利用する。
(3) A flat, fan-shaped underwater jet is used to increase the shear area with the surrounding water and promote cavitation due to strong turbulence.

【0033】(4)高圧水供給流路に気泡核となり得る
ような超音波を付与し、キヤビテーシヨンを活発に行わ
せる。超音波には、水の分子構造に欠陥を生ぜしめる機
能がある。これによつて均質核生成が起こり、著しくキ
ヤビテーシヨン気泡が生成する。
(4) Ultrasonic waves that can become bubble nuclei are applied to the high-pressure water supply flow path to activate the cavitation actively. Ultrasound has the function of causing defects in the molecular structure of water. This results in homogeneous nucleation and significant formation of cavitation bubbles.

【0034】2.本発明では、以下のような工夫を施
す。
2. In the present invention, the following measures are taken.

【0035】高圧水を水中へ噴き出す噴出孔の内壁周囲
に、断面が矩形で環状溝型のキヤビテータを1本あるい
は複数本刻設する。このキヤビテータは、環状溝型の他
にも、付着型キヤビテーシヨンを作り出すブレード型で
も代用可能であり、これを噴出孔出口に設ければよい。
One or a plurality of annular groove-shaped cavity vibrators having a rectangular cross section are engraved around the inner wall of a jet hole for jetting high-pressure water into water. This cavitator can be replaced with a blade type for producing an adhesion type cavity in addition to the annular groove type, and this may be provided at the outlet of the ejection hole.

【0036】一方、これらのキヤビテータによる核供給
機能を有効に活用するため、噴出孔の出口において、周
囲水中へ突き出すようにスリーブ型の外周リングを設
け、リング内に生じる渦流の作用によつて水中気泡核を
励起しキヤビテーシヨンを発達させる。
On the other hand, in order to effectively utilize the nuclear supply function of these cavitators, a sleeve-type outer ring is provided at the outlet of the ejection hole so as to protrude into the surrounding water, and the vortex generated in the ring acts on the outer ring. Excites bubble nuclei to develop cavitation.

【0037】3.本発明は、水中で水を噴出するノズル
を、ノズル本体上流側の導管部、収縮部および噴出孔の
各中心軸を傾斜させたり偏心させたり、あるいは両者を
組み合わせた構造とするものである。このようにすれ
ば、これまでのストレート型ノズル(従来型ノズルで
は、導管部、収縮部および噴出孔の中心軸が一直線状に
一致していた)にはないノズル内の減圧流動部に強い乱
れが発生したり、あるいはキヤビテーシヨン気泡が発生
し、ノズルから噴出した水中水噴流のキヤビテーシヨン
が著しく促進される。因に、本発明に係るノズル使用時
と同等の活発なキヤビテーシヨンを起こさせるために
は、従来型ノズルの場合、かなりの高圧(3000kg
f/cm2 以上)の噴射設備が必要になる。
3. According to the present invention, a nozzle for ejecting water in water has a structure in which the respective central axes of a conduit portion, a contraction portion, and an ejection hole on the upstream side of the nozzle body are inclined or eccentric, or a combination of both. In this way, strong turbulence occurs in the depressurized flow portion in the nozzle that is not in the conventional straight type nozzle (in the conventional type nozzle, the central axes of the conduit portion, the contraction portion, and the ejection hole are aligned in a straight line). Or cavitation bubbles are generated, and the cavitation of the submerged water jet spouted from the nozzle is remarkably promoted. By the way, in order to cause the same active cavitation as when using the nozzle according to the present invention, it is necessary to use a considerably high pressure (3000 kg) in the case of the conventional nozzle.
f / cm 2 or more).

【0038】[0038]

【作用】[Action]

1.水中水噴流で発生したキヤビテーシヨン気泡は、被
加工対象物の表面あるいは表面のごく近傍において崩壊
し衝撃圧を発生する。この加圧力によつて、構造材の引
張り残留応力が圧縮側になるよう改質される。キヤビテ
ーシヨン気圧の崩壊は、高速水流が加工物表面へ衝突す
ることによつて促進されるが、この高速水流自体の衝突
による水圧作用も構造材の表面応力改質に効果的であ
る。
1. The cavitation bubbles generated by the submerged water jet collapse on the surface of the object to be processed or very near the surface to generate impact pressure. With this pressing force, the structural material is modified so that the residual tensile stress is on the compression side. The collapse of the cavitation pressure is promoted by the collision of the high-speed water stream with the surface of the workpiece, and the water pressure action caused by the collision of the high-speed water stream itself is also effective in modifying the surface stress of the structural material.

【0039】要するに、本発明は、水中の高速水噴流の
衝突圧力と、キヤビテーシヨン気泡崩壊時に発生する衝
撃圧の相乗作用をうまく利用しようとするものである。
In short, the present invention seeks to make good use of the synergistic effect of the collision pressure of a high-speed water jet in water and the impact pressure generated when the cavitation bubbles collapse.

【0040】2.まず、噴出孔内に刻設した断面矩形で
環状溝型のキヤビテータにおいて、キヤビテーシヨン気
泡核を安定に供給する。さらに、噴出水流によつて、噴
出孔出口において周囲水中へ突き出すようにしたスリー
ブ型の外周リング内に作り出される剪断層由来の渦を安
定に形成し、この渦流内へ上記キヤビテータで生成した
キヤビテーシヨン気泡を流れ込ませるように供給する。
渦流内に生じる強い圧力変動とキヤビテータから供給さ
れる気泡の存在によつて、連鎖的に水中の気泡核が励起
されてキヤビテーシヨンが発達する。このようにしてノ
ズル出口近傍で生成した気泡は、噴流が周囲水を巻き込
むことによつて生じる流れによつて噴流内部全体へ分散
(拡散)する。結果的にノズルからは、発達したキヤビ
テーシヨンを伴う噴流が作り出される。
2. First, a cavity bubble nucleus is stably supplied in an annular groove-shaped cavity vibrator engraved in an ejection hole. Further, the vortex originating from the shear layer formed in the sleeve-shaped outer peripheral ring which projects into the surrounding water at the outlet of the blast hole is stably formed by the blast water flow, and the cavitation bubbles generated by the cavitator are introduced into the vortex flow. Is supplied so as to flow.
Due to the strong pressure fluctuations generated in the vortex and the presence of bubbles supplied from the cavitator, the bubble nuclei in the water are excited in a chain, and the cavitation develops. The bubbles generated in the vicinity of the nozzle outlet in this manner are dispersed (diffused) throughout the inside of the jet by the flow generated by the jet entraining the surrounding water. The result is a jet with developed cavitation from the nozzle.

【0041】3.水中水噴流で発生したキヤビテーシヨ
ン気泡は、被加工対象物の表面あるいは表面のごく近傍
において崩壊し衝撃圧力を発生する。この加圧力によつ
て、構造材の引つ張り残留応力が圧縮側になるよう改質
される。キヤビテーシヨン気圧の崩壊は、高速水流が加
工物表面へ衝突することによつて促進されるが、この高
速水流自体の衝突による水圧作用も構造材の表面応力改
質に効果的である。
3. The cavitation bubbles generated by the submerged water jet collapse on the surface of the object to be processed or very near the surface to generate impact pressure. By this pressure, the tensile residual stress of the structural material is modified so as to be on the compression side. The collapse of the cavitation pressure is promoted by the collision of the high-speed water stream with the surface of the workpiece, and the water pressure action caused by the collision of the high-speed water stream itself is also effective in modifying the surface stress of the structural material.

【0042】要するに、本発明は、水中の高速水噴流の
衝突圧力と、キヤビテーシヨン気泡崩壊時に発生する衝
撃圧の相乗作用をうまく利用しようとするものである。
In short, the present invention seeks to make good use of the synergistic effect of the collision pressure of a high-speed water jet in water and the impact pressure generated when a cavity bubble collapses.

【0043】[0043]

【実施例】本発明を具体化した水中ピーニング用のノズ
ルは、ノズル部において水流へ強制的に強い乱れを付与
することにより、ノズルから噴出した水中水噴流に連続
的に活発なキヤビテーシヨンを発生させようと言う意図
に基づいている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An underwater peening nozzle embodying the present invention generates a continuously active cavitation in a submerged water jet spouted from the nozzle by forcibly imparting strong turbulence to the water stream at the nozzle portion. It is based on the intent to say.

【0044】(実施例−1)図1は、噴出孔内の水流に
対し、同軸に、速度の異なる水流を噴射混合させ、ノズ
ル内の水流に激しい乱れを作る同軸噴射ノズルの構造を
中心軸を通る断面図として示したものである。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows the structure of a coaxial injection nozzle in which water streams of different speeds are jetted and mixed coaxially with a water stream in an ejection hole to produce severe turbulence in the water stream in the nozzle. FIG.

【0045】ノズル本体101では、主流高圧水104
が主流水導管102を経て導かれ、主流水導管102よ
りは口径の小さな(Dj1)噴出孔103より水中の被
加工対象物へ向けて速度Uj1で噴射される。軸上注入
高圧水108は、その噴出孔出口を、噴出孔103内へ
長さl1 だけ挿入した位置とするように、軸上注入水流
導管106を経て軸上注入水流ノズル107(口径Dj
2)から速度Uj2で、噴出孔103内へ同軸に噴射さ
れる。噴出孔103の口径Dj1と軸上注入水流ノズル
107の口径Dj2との関係は、 Dj2=(1/3〜1/6)Dj1 …(1) である。
In the nozzle body 101, the mainstream high-pressure water 104
Is guided through the main flow water conduit 102, and is jetted from the (Dj1) outlet 103 having a smaller diameter than the main flow water conduit 102 toward the underwater workpiece at a speed Uj1. The on-axis injected high-pressure water 108 passes through the on-axis injected water flow conduit 106 into the on-axis injected water flow nozzle 106 (diameter Dj) such that the outlet of the outlet is located at a position inserted by a length l 1 into the outlet 103.
From 2), it is injected coaxially into the ejection hole 103 at the speed Uj2. The relationship between the diameter Dj1 of the ejection hole 103 and the diameter Dj2 of the on-axis injection water flow nozzle 107 is Dj2 = (1/3 to 1/6) Dj1 (1).

【0046】また、Uj1とUj2は等しくても良い
が、Uj2>Uj1とする方が効果があり、 Uj2=(1.5〜4.0)Uj1 …(2) となるように、両者の水流噴射圧力を設定する。
Also, Uj1 and Uj2 may be equal, but it is more effective to satisfy Uj2> Uj1. The water flows of both are set such that Uj2 = (1.5 to 4.0) Uj1 (2) Set the injection pressure.

【0047】このように、噴出直前の噴出孔内の流れ
に、別の流れを混合させることは、見掛けのレイノルズ
数から予測されるよりも遙に激しい過渡的な乱れが発生
し、噴出後の噴流も内部から激しく乱れた状態となる。
As described above, mixing another flow with the flow in the orifice immediately before the jetting causes a much more intense transient turbulence than expected from the apparent Reynolds number, and The jet is also severely disturbed from the inside.

【0048】従つて、水中水噴流では、十分に発達した
キヤビテーシヨンが連続的に安定に発生する。同軸の軸
上注入水108がない場合には、噴出孔103の入口に
近い縮流減圧部でキヤビテーシヨン気泡が発生するもの
の、噴出孔出口近くになると圧力が回復して気泡が消滅
してしまう場合がある。軸上注入水108は、このよう
なキヤビテーシヨン気泡を、消滅する前に強制的に押し
出してやる作用もある。105は中心軸である。
Accordingly, in a submerged water jet, a well-developed cavitation is continuously and stably generated. When there is no coaxial on-axis injection water 108, cavitation bubbles are generated in the contraction pressure reducing section near the inlet of the outlet 103, but the pressure is recovered near the outlet of the outlet and the bubbles disappear. There is. The axial injection water 108 also has the effect of forcibly pushing out such cavitation bubbles before they disappear. 105 is a central axis.

【0049】図2には、本実施例の水供給系統の概略を
示す。2台の水供給ユニツトである主流水供給ユニツト
110と軸上注入水供給ユニツト112から、それぞれ
の所定の噴射圧力で水を供給する。
FIG. 2 shows an outline of the water supply system of this embodiment. Water is supplied from the two water supply units, the mainstream water supply unit 110 and the axial injection water supply unit 112, at respective predetermined injection pressures.

【0050】本発明によれば、比較的低い噴射圧力でも
十分にピーニング効果を発揮するので、超高圧ポンプが
不要になり、噴射ユニツトが2台になつてもさほどコス
ト高にはならない。1台の噴射ユニツトとする場合は、
導管に圧力調整弁を設けて主流水と軸上注入水として分
岐する。
According to the present invention, since the peening effect is sufficiently exhibited even at a relatively low injection pressure, an ultra-high pressure pump is not required, and even if two injection units are used, the cost is not significantly increased. When one injection unit is used,
A pressure regulating valve is provided in the conduit to branch off as mainstream water and axial injection water.

【0051】なお、図において、109は被加工対象
物、111は主流水遠隔導管、113は軸上注入水遠隔
導管、fは噴流である。
In the drawing, reference numeral 109 denotes an object to be processed, 111 denotes a remote conduit for mainstream water, 113 denotes a remote conduit for axial injection water, and f denotes a jet.

【0052】(実施例−2)この例は、高圧でノズルへ
導かれる水へ、高周波の振動を人為的に付与するノズル
である。
(Embodiment 2) This example is a nozzle for artificially applying high-frequency vibration to water guided to the nozzle at high pressure.

【0053】図5にノズルの構造を、また図7には水供
給の概略系統を示す。高圧水511は、ノズル本体50
1の上流側に開口する高圧水導管502から供給され、
径が収縮するノズル収縮部513を経て、噴出孔514
から被加工対象物509に向けて噴射される。高圧水導
管502の側面には、音波ホーン505が設けられてい
て、数KHz〜数百KHzの振動が高圧水に直接付与さ
れる。音波ホーンには、発振器508から増幅器(アン
プ)507を経て信号が与えられる。音波ホーンは発熱
するものの、最も温度の上昇しやすい部分が、水流によ
つて強制的に除熱されるので、ホーンを冷却してやる必
要はない。
FIG. 5 shows the structure of the nozzle, and FIG. 7 shows a schematic system of water supply. The high-pressure water 511 is supplied to the nozzle body 50.
1 is supplied from a high-pressure water conduit 502 opening to the upstream side of
Through the nozzle contraction part 513 whose diameter contracts,
Is sprayed toward the workpiece 509. A sound horn 505 is provided on the side surface of the high-pressure water conduit 502, and vibration of several KHz to several hundred KHz is directly applied to the high-pressure water. The sound horn is supplied with a signal from an oscillator 508 via an amplifier (amplifier) 507. Although the sonic horn generates heat, it is not necessary to cool the horn because the portion where the temperature tends to rise most is forcibly removed by the water flow.

【0054】理論的には、周波数だけ、水中の欠陥空孔
が励起されたり、あるいは不純物(溶存ガスやごみ、イ
オンなど)が同じように励起され、キヤビテーシヨン気
泡が発生する。このようにして発生した気泡の成長は、
その圧力波の伝播がトリガとなり、気泡核も連鎖的に一
斉に励起され、大量のキヤビテーシヨン気泡が発生する
ようになる。
Theoretically, defective vacancies in water are excited only by the frequency, or impurities (dissolved gas, dirt, ions, etc.) are excited in the same manner, and cavitation bubbles are generated. The growth of bubbles generated in this way is
The propagation of the pressure wave triggers the bubble nuclei to be excited simultaneously in a chain, and a large amount of cavitation bubbles is generated.

【0055】なお図において、503は高圧水供給ユニ
ツト、504は高圧水遠隔導管、506はリード線、5
10は水、512はノズル中心軸、515は噴出孔拡大
部、516はシールリングである。
In the figure, 503 is a high-pressure water supply unit, 504 is a high-pressure water remote conduit, 506 is a lead wire,
Reference numeral 10 denotes water, 512 denotes a nozzle center axis, 515 denotes an enlarged orifice portion, and 516 denotes a seal ring.

【0056】(実施例−3)この実施例は、実施例−1
に類するものである。図8と図10には、それぞれノズ
ル部の構造および高圧水の供給系統を示す。このノズル
は、ノズルの噴出孔内の水流に対し、その側壁面に開口
した別の噴出孔から水流を噴射混合させ、ノズル内の水
流に激しい乱れを作ることを意図したものである。
(Embodiment 3) This embodiment corresponds to Embodiment-1.
It is similar to 8 and 10 show the structure of the nozzle portion and the supply system of high-pressure water, respectively. The purpose of this nozzle is to cause the water flow in the nozzle orifice to be jet-mixed from another orifice opened on the side wall surface of the nozzle, thereby creating severe turbulence in the water flow in the nozzle.

【0057】主流高圧水604は、ノズル本体601の
上流側に開通している主流水導管602から供給され、
長い(実施例−1に比べて)噴出孔603(口径Dj)
内へ速度Ujで噴出される。噴出孔603の側壁には、
θmの傾斜角度(合流角)で側方注入水噴出孔609が
開口(口径Dsj)しており、側方注入高圧水610が
流速Usjで、噴出孔603内の水流中へ噴出される。
The mainstream high-pressure water 604 is supplied from a mainstream water conduit 602 opened to the upstream side of the nozzle body 601.
Long (compared to Example-1) ejection hole 603 (diameter Dj)
It is jetted at a speed Uj. On the side wall of the ejection hole 603,
The side injection water jet hole 609 is opened (diameter Dsj) at an inclination angle (confluence angle) of θm, and the side injection high-pressure water 610 is jetted at a flow rate Usj into the water flow in the jet hole 603.

【0058】噴出孔603の口径Djと側方注入水噴出
孔609の口径Dsjは、次の関係になるよう設定す
る。
The diameter Dj of the ejection hole 603 and the diameter Dsj of the side injection water ejection hole 609 are set so as to satisfy the following relationship.

【0059】 Dsj=(1/1.5〜1/4)Dj…(3) また、噴出流速UjとUsjに関しては、 Usj=(1.2〜3.0)Uj …(4) とする。Dsj = (1 / 1.5 to 4) Dj (3) Further, regarding the jet flow velocities Uj and Usj, it is assumed that Usj = (1.2 to 3.0) Uj (4).

【0060】実施例−1に比べて、Ujに対するUsj
の倍率をやや小さめにしたのは、側方注入高圧水の噴出
方向が合流角θmだけ傾いているので、実施例−1の場
合よりも混合が速やかに行われるためである。実施例−
1と同等までUsj/Ujを大きくすると圧力損失が大
きくなり過ぎる。そのため、側方注入水供給ユニツト6
13のポンプ容量を大きくしなければならず、コスト高
になつてしまうきらいがある。なお、合流角θmは、 30°<θm<60° …(5) とするのが好ましい。
As compared with the first embodiment, Usj for Uj
The reason for making the magnification slightly smaller is that the direction of jetting of the laterally injected high-pressure water is inclined by the merging angle θm, so that the mixing is performed more quickly than in the case of Example-1. Example-
If Usj / Uj is increased to a value equal to 1, the pressure loss becomes too large. Therefore, the side injection water supply unit 6
Therefore, the pump capacity of the thirteenth pump must be increased, which may increase the cost. It is preferable that the merging angle θm is 30 ° <θm <60 ° (5).

【0061】なお、図において605は中心軸、606
は側方注入水流導管、607は側方注入水収縮管、60
8は側方注入水軸、611は主流水供給ユニツト、61
2は主流水遠隔導管、613は側方注入水供給ユニツ
ト、614は側方注入水遠隔導管、615は被加工対象
物、616は水、gは噴流である。
In the figure, reference numeral 605 denotes a central axis, and reference numeral 606 denotes
Is a side injection water flow conduit, 607 is a side injection water contraction tube, 60
8 is a side injection water shaft, 611 is a mainstream water supply unit, 61
2 is a mainstream water remote conduit, 613 is a side injection water supply unit, 614 is a side injection water remote conduit, 615 is an object to be processed, 616 is water, and g is a jet.

【0062】(実施例−4)この実施例は、円形の噴出
孔をその出口において、急にその形状を変化させて割れ
状とし、そこから偏平形のキヤビテーシヨン噴射させる
ノズルである。図11、図12、図13にはそのノズル
構造を示す。また図14、図15は扇状水中水噴流を示
す図、図16は水の噴射供給系を示したものである。
(Embodiment 4) This embodiment is a nozzle in which a circular ejection hole is suddenly changed in shape at the outlet thereof into a broken shape, and a flat-type cavity is ejected from the crack. FIGS. 11, 12, and 13 show the nozzle structure. 14 and 15 show a fan-shaped submerged water jet, and FIG. 16 shows a water injection supply system.

【0063】高圧水907は、フアンノズル(水中水噴
流が偏平で扇のような形状になるので、このように呼
ぶ)本体901の上流側に開通する高圧水導管902か
ら供給され、径の縮小するノズル収縮部909で加速さ
れ、断面円形のノズル最細部910を通つて、クラツク
状ノズル開口部911から扇形のキヤビテーシヨン噴流
hとして、被加工対象物903へ向けて噴射される。
The high-pressure water 907 is supplied from a high-pressure water conduit 902 that opens to the upstream side of the fan nozzle (the so-called underwater water jet has a flattened and fan-like shape, and thus is referred to as a fan). The fuel is accelerated by the nozzle contracting portion 909, and is jetted from the crack-shaped nozzle opening 911 as a fan-shaped cavitation jet h toward the workpiece 903 through the nozzle detail 910 having a circular cross section.

【0064】一般に、キヤビテーシヨンは、水中水噴流
の外周の剪断層の渦流部において、その渦が切つ掛けと
なつて発生しやすい。本実施例のように扇形の噴流構造
にすると、略円錐型の通常噴流に比べて、いわゆる噴流
の「外表面」が増大するため、剪断渦もより活発にな
り、キヤビテーシヨン気泡の発生も著しく増幅されるこ
とになる。また、外周でキヤビテーシヨンが発生する
と、噴流が偏平であるためキヤビテーシヨン発生による
乱れが噴流の内部まで伝播しやすく、結局水中水噴流全
体が激しいキヤビテーシヨン気泡で構成されるようにな
る。
In general, cavitation is likely to occur when the vortex is cut off in the vortex portion of the shear layer around the underwater jet. When a fan-shaped jet structure is used as in this embodiment, the so-called "outer surface" of the jet is increased as compared with a substantially conical normal jet, so that the shear vortex becomes more active and the generation of cavitation bubbles is also significantly amplified. Will be done. Further, when the cavitation is generated on the outer circumference, the jet flow is flat, and the turbulence due to the cavitation is likely to propagate to the inside of the jet. As a result, the entire submerged water jet is composed of intense cavitation bubbles.

【0065】このノズルは、比較的大きな鋼材を、一度
の噴流照射で表面応力改質したい場合に好適と言える。
This nozzle can be said to be suitable when a relatively large steel material is to be subjected to surface stress reforming by one jet irradiation.

【0066】なお図において、904は高圧水遠隔導
管、905は高圧水供給ユニツト、906は水、908
はノズル中心軸、912は扇状水中水噴流、913は渦
状キヤビテーシヨンの発生個所である。
In the figure, reference numeral 904 denotes a high-pressure water remote conduit, 905 denotes a high-pressure water supply unit, 906 denotes water, 908
Is a central axis of the nozzle, 912 is a fan-shaped underwater jet, and 913 is a location where a spiral cavitation is generated.

【0067】次に各構成部分の相互関係について述べ
る。
Next, the mutual relationship between the components will be described.

【0068】(実施例−1)図3、図4に、軸上注入水
のない場合(α)と、設けた場合(β)の両条件におけ
る現象を模式的に示す。
(Embodiment 1) FIGS. 3 and 4 schematically show the phenomena under both conditions when there is no axial injection water (α) and when it is provided (β).

【0069】軸上注入水がない場合には、水流の収縮す
る個所で急速に減圧され(a)、キヤビテーシヨン気泡
が発生する(b)。しかし、収縮水流が噴出孔103の
側壁面に再付着すると圧力が回復し、キヤビテーシヨン
気泡が消滅してしまう(c)。従つて(α)のような無
対策の構造の場合には、水噴流内部からの活発なキヤビ
テーシヨン気泡の生成は望めない。水中水噴流外周の剪
断層に生じる渦流に起因するキヤビテーシヨンのみにな
つてしまい、ピーニングの効率を上げることが難しい。
When there is no axial injection water, the pressure is rapidly reduced at the point where the water flow contracts (a), and cavitation bubbles are generated (b). However, when the contracted water flow re-adheres to the side wall surface of the ejection hole 103, the pressure is recovered, and the cavitation bubbles disappear (c). Therefore, in the case of the structure without measures such as (α), generation of active cavitation bubbles from inside the water jet cannot be expected. It is only the cavitation caused by the vortex generated in the shear layer around the underwater jet, and it is difficult to increase the peening efficiency.

【0070】本発明の具体化例では、軸上注入高圧水1
08の作用によつて、キヤビテーシヨン気泡(b)を強
制的に水中水噴流中(d)へ噴き出すことになる
(e)。これによつて、内部からキヤビテーシヨン気泡
によつて激しく乱れた水中水噴流(f)が作り出され、
被加工対象物109の表面あるいはその近傍において、
おびただしい数の気泡が崩壊し(g)、これらの圧力波
の作用によつて鋼材表面に残留する引張り方向の応力が
圧縮側へと改質される。
In the embodiment of the present invention, the high pressure water
By the action of 08, the cavitation bubbles (b) are forcibly ejected into the underwater jet (d) (e). This creates a submerged water jet (f) that is severely disturbed by the cavitation bubbles from inside,
At or near the surface of the workpiece 109,
A large number of bubbles collapse (g), and the action of these pressure waves changes the tensile stress remaining on the steel surface to the compression side.

【0071】(実施例−2)図6に、ノズル内における
現象を模式的に示す。音波ホーン505によつて付与さ
れた圧力波が液中を伝播し(500a)、気泡核を励起
する(500b)。それらの気泡核は、ノズル収縮部5
13あるいは噴出孔514内で減圧される過程で発生・
成長し(500c)、噴出孔514内は発達したキヤビ
テーシヨン流(500d)となる。従つて、噴出孔から
噴き出される水中水噴流は、安定したキヤビテーシヨン
噴流(500e)となるので、効率の良い鋼材表面のピ
ーニングが可能になる。
(Embodiment 2) FIG. 6 schematically shows a phenomenon in the nozzle. The pressure wave applied by the acoustic horn 505 propagates in the liquid (500a) and excites the bubble nucleus (500b). The bubble nuclei are in the nozzle contraction section 5
13 or generated in the process of being depressurized in the vent 514
It grows (500c), and the inside of the ejection hole 514 becomes a developed cavitation flow (500d). Therefore, the underwater water jet spouted from the spout hole becomes a stable cavitation jet (500e), so that the steel material surface can be efficiently peened.

【0072】(実施例−3)図9は、ノズルにおける現
象を模式図として示したものである。2つの高圧水が斜
めに合流した個所において、一部に剥離を伴つて偏りの
ある合流混合部600aができる。噴出孔603内にお
けるこのような流れの偏りがトリガとなつて、水噴流は
内部から激しく乱されることになり、噴出後の水中水噴
流には、噴流内部の構造の乱れに起因するキヤビテーシ
ヨンが激しく生成するようになる。
(Embodiment 3) FIG. 9 is a schematic diagram showing a phenomenon in a nozzle. At a place where the two high-pressure waters merge obliquely, a partially mixed and mixed part 600a is formed with separation. Such a deviation in the flow in the ejection hole 603 triggers the water jet to be violently disturbed from the inside, and the underwater water jet after the ejection has cavitation caused by the disorder of the structure inside the jet. Generates violently.

【0073】一方、水中水噴流の外側の剪断部には、渦
流に起因する渦型のキヤビテーシヨンが生じる(600
b)。発生メカニズムの異なる2つのタイプのキヤビテ
ーシヨンの相乗効果によつて、安定したキヤビテーシヨ
ン噴流が実現し、これによつて高効率のピーニングが可
能になる。600cは噴流内部の構造上の乱れに起因す
るキヤビテーシヨンである。
On the other hand, a vortex-type cavity caused by the vortex is generated in the shear portion outside the underwater jet (600).
b). The synergistic effect of the two types of cavitation with different generation mechanisms provides a stable cavitation jet, which allows for highly efficient peening. 600c is a cavitation caused by structural disturbance inside the jet.

【0074】(実施例−4)図14、図15に示すよう
に、扇形の水中水噴流912では、その表面において、
渦状キヤビテーシヨン913が、通常の略円錐型噴流よ
りも多く発生する。これは、「外表面」が増えるという
噴流の形状に起因するものである。渦状キヤビテーシヨ
ン913の発達は、噴流内部のキヤビテーシヨンの発達
も促すことになるが、偏平な噴流構造はこのような連鎖
的なキヤビテーシヨンの発達に好適である。本発明に係
る偏平状噴流のキヤビテーシヨンは十分に発達したもの
となるので、ピーニングの効率も高めることができる。
Embodiment 4 As shown in FIGS. 14 and 15, the fan-shaped underwater jet 912 has
More spiral cavitations 913 are generated than in a normal substantially conical jet. This is attributable to the shape of the jet, in which the “outer surface” increases. The development of the spiral cavitation 913 also promotes the development of the cavitation inside the jet, but the flat jet structure is suitable for the development of such a chain-like cavitation. Since the flat jet cavitation according to the present invention is sufficiently developed, the peening efficiency can be improved.

【0075】図17は、管材の内壁面に残留する引張り
方向の応力を圧縮方向へ改質できた実証テスト結果の一
例である。図50に示すような従来型のノズルでも、残
留応力をある程度まで改質できるものの、本発明を具体
化した同軸水混合型ノズル(図1)を用いれば、かなり
のレベルまで圧縮側へ応力改質できたことが分かる。本
発明に係る水中水噴流のキヤビテーシヨン促進法は、い
ずれも比較的低圧力・低噴射流速で所定のピーニング効
果を生み出させるものである。従つて、水噴射ポンプの
低容量化が実現する。また、配管等に対する特別な配慮
が不要になるなど、見方を変えればピーニングの低コス
ト化も達成することになる。
FIG. 17 shows an example of the results of a verification test in which the stress in the tensile direction remaining on the inner wall surface of the tube was modified in the compressive direction. Although the conventional nozzle as shown in FIG. 50 can improve the residual stress to some extent, the coaxial water mixing type nozzle (FIG. 1) embodying the present invention can reduce the stress to the compression side to a considerable level. You can see that it was quality. All of the methods for accelerating the cavitation of a submerged water jet according to the present invention produce a predetermined peening effect at a relatively low pressure and a low jet flow velocity. Therefore, the capacity of the water injection pump can be reduced. In addition, the cost of peening can be reduced if the viewpoint is changed, for example, because special consideration for piping and the like is not required.

【0076】水中の高速ジエツトを利用する本発明の応
用は、実施例で説明した原子炉圧力容器鋼材に限らな
い。一般に、表面応力改質にあたつては、熱を加えな
い、つまり金属組織の変態を伴わない常温の処理の方が
格段に好ましい。この点からも本発明は有利であり、ボ
イラ(火力)の耐圧部材等の表面応力改質へも応用する
ことができる。また水中における作業であることを考え
れば、海水中における海洋構造物や船舶へも適用するこ
とができる。
The application of the present invention utilizing the high-speed jet in water is not limited to the steel material of the reactor pressure vessel described in the embodiment. Generally, in the modification of the surface stress, treatment at normal temperature without applying heat, that is, without transformation of the metal structure is much more preferable. The present invention is also advantageous from this point, and can be applied to surface stress modification of a pressure-resistant member of a boiler (thermal power). Considering that the work is underwater, the present invention can be applied to marine structures and ships in seawater.

【0077】海水面下にある船舶の底部には、貝、藻そ
の他小型の生物が付着し、走行に対してかなりの流動抵
抗になるが、本発明では、これらの付着物を海水中にお
いて除去することを可能にする。このように付着生物の
除去が海水中において可能になれば、(1)船をドツク
へ入れ、(2)ドツクから海水を汲み出し、(3)付着
物の混じる廃水を廃棄し、さらに、(4)ドツクへ再び
海水を入れる。
Shells, algae and other small creatures adhere to the bottom of the ship below the sea surface, causing considerable flow resistance to running. In the present invention, these adherents are removed in sea water. To be able to If the removal of attached organisms becomes possible in seawater in this way, (1) the ship is docked, (2) the seawater is pumped out of the dock, (3) the wastewater mixed with attached matter is discarded, and (4) ) Fill the dock again with seawater.

【0078】と言つた一連の操作が一切省略されること
になり、船舶の保全がより経済的に行われるようにな
る。付着物を除くために用いられる特殊な塗料の使用量
も削減されれば、海洋環境保護の観点からは好ましい。
A series of operations described above is omitted altogether, and the maintenance of the ship is performed more economically. It is preferable from the viewpoint of marine environment protection if the amount of the special paint used for removing the deposits is also reduced.

【0079】(実施例−5)図18に、実施例−5に係
るノズルの構造を、中心軸8を通る縦方向断面図として
示す。高圧供給水2が供給される高圧水供給流路3と径
を収縮して高圧供給水2を減圧、加速する収縮部9、お
よび水中へ水を噴射する噴出孔5が中心軸8に沿つて連
結開口するノズル本体1と、ノズル本体1から周囲水中
へ突き出すようにして設けられたスリーブ状の噴出孔外
周リング7と、上記ノズル本体1と噴出孔外周リング7
とを接続するロツクナツト6の3つの部品により構成さ
れている。
(Embodiment 5) FIG. 18 shows the structure of a nozzle according to Embodiment 5 as a vertical cross-sectional view passing through the center axis 8. A high-pressure water supply channel 3 to which the high-pressure supply water 2 is supplied, a contraction section 9 for reducing the pressure and accelerating the high-pressure supply water 2 by contracting the diameter, and a jetting hole 5 for injecting water into the water are provided along a central axis 8. A nozzle body 1 having a connection opening, a sleeve-shaped outer peripheral ring 7 provided so as to protrude from the nozzle body 1 into the surrounding water, and the nozzle main body 1 and the outer peripheral ring 7
And three components of a lock nut 6 for connecting the two.

【0080】噴出孔5の内壁には、断面が矩形で円環状
溝型の気液供給部即ちキヤビテータである溝型キヤビテ
イ4が1本刻設されている。このキヤビテータからは、
詳しくは後述するが、キヤビテーシヨン気泡が安定に供
給される。溝型キヤビテイ4の溝底直径dcは、噴出孔
5の直径dnに対して、 dC =(1.2〜1.6)dn …(6) の関係が成り立つ範囲で寸法設定される。また、溝型キ
ヤビテイ4の幅lC と噴出孔5の長さln は、次のよう
な範囲の関係となるよう設定される。
On the inner wall of the ejection hole 5, a groove-shaped cavity 4, which is a gas-liquid supply section having a rectangular cross section and is an annular groove-shaped cavity, is provided. From this cavitator,
As will be described in detail later, the cavitation bubbles are stably supplied. Groove bottom diameter dc of the channel cavity 4, the diameter dn of ejection holes 5, d C = (1.2~1.6) relationship d n ... (6) is a range in dimensioned to hold. Further, the width l C of the grooved cavity 4 and the length l n of the ejection hole 5 are set so as to satisfy the following range.

【0081】 lC =(0.15〜0.40)ln …(7) 以上のようなキヤビテータの寸法がキヤビテーシヨン気
泡の安定供給に対して好適である。キヤビテータが大き
すぎると大気泡離脱後に気泡が消滅してしまうし、キヤ
ビテータが小さすぎると気泡が離脱しない。一方、噴出
孔外周リング7は、水中へ噴出した水流と周囲水との間
に激しい渦流を作り出し、キヤビテーシヨンを増幅させ
る役割がある。この噴出孔外周リング7の内径dR は、
噴出孔5の直径の2〜4倍となるように設計する。
L C = (0.15−0.40) l n (7) The dimensions of the cavitator as described above are suitable for stable supply of the cavitating bubbles. If the cavitator is too large, the bubbles will disappear after large bubbles are released, and if the cavitator is too small, the bubbles will not release. On the other hand, the spout hole outer peripheral ring 7 has a role of creating a strong vortex between the water jet spouted into the water and the surrounding water, and amplifying the cavitation. The inner diameter d R of the ejection hole outer ring 7 is
It is designed to be 2 to 4 times the diameter of the ejection hole 5.

【0082】即ち、 dR =(2〜4)dn …(8) 噴出孔外周リング7の長さlR は、次式のように噴出孔
の長さよりやや大きめにする。
That is, d R = (2-4) d n (8) The length l R of the outer peripheral ring 7 of the ejection hole is set to be slightly larger than the length of the ejection hole as in the following equation.

【0083】 lR =(1.2〜2.5)ln …(9) (実施例−6)図19は、実施例−6に係る水中ノズル
の構造を中心軸28を通る縦方向断面図として示したも
のである。この水中ノズルの構成は、基本的には実施例
−5と同様である。ノズル本体21、噴出孔25の開口
するセラミツクス部材30、セラミツクス部材30を装
着する役割もある噴出孔外周リング27およびノズル本
体21と噴出孔外周リング27を接続するロツクナツト
26より構成される。キヤビテータを刻設した部材にセ
ラミツクスを用いるのは、損耗を極力抑えるためであ
る。
[0083] l R = (1.2~2.5) l n ... (9) ( Example -6) 19, longitudinal section through the central axis 28 of the structure of the water nozzle according to Embodiment -6 It is shown as a diagram. The configuration of this underwater nozzle is basically the same as that of Example-5. It comprises a nozzle body 21, a ceramic member 30 having an opening of the ejection hole 25, an ejection hole outer ring 27 also serving to mount the ceramic member 30, and a lock nut 26 connecting the nozzle body 21 and the ejection hole outer ring 27. The reason for using ceramics for the member engraved with the cavitator is to minimize wear.

【0084】噴出孔25の内壁には、下流へ行くに従い
溝底直径と幅が順次大きくなる3本の溝型キヤビテイ
(キヤビテータ)24−1〜24−3が刻設されてい
る。これらのキヤビテータ列からは、キヤビテーシヨン
気泡が連続的に供給される。この実施例に係るノズル
は、実施例−5と比べて、水温や空気溶存量などキヤビ
テーシヨンが発生しにくい水中環境に向いている。22
は高圧供給水、23は高圧水供給流路、29は収縮部で
ある。
On the inner wall of the ejection hole 25, three groove-type cavities (cavitators) 24-1 to 24-3 whose diameters and widths gradually increase toward the downstream side are engraved. From these cavitator rows, cavitation bubbles are continuously supplied. The nozzle according to this embodiment is suitable for an underwater environment in which cavitation, such as water temperature and dissolved amount of air, is unlikely to occur, as compared with Embodiment-5. 22
Is a high-pressure supply water, 23 is a high-pressure water supply channel, and 29 is a contraction part.

【0085】溝型キヤビテイ24−1〜24−3のそれ
ぞれの溝底直径dC 1 ,dC 2 およびdC 3 は、 dC 1 <dC 2 <dC 3 …(10) の関係があり、噴出孔25の直径dn に対して dC 1 =(1.1〜1.4)dn …(11) dC 2 =(1.2〜1.6)dn …(11) dC 3 =(1.4〜1.8)dn …(11) の寸法範囲になるよう決定される。また、溝型キヤビテ
イ24−1〜3の幅lC1 ,lC 2 およびlC 3 には、 lC 1 <lC 2 <lC 3 …(12) の大きさの順序がある。これらは、噴出孔25の長さl
n に対して、 lC 1 =(0.07〜0.25)ln …(13) lC 2 =(0.15〜0.40)ln …(13) lC 3 =(0.25〜0.45)ln …(13) の関係がある。噴出孔外周リング27の内径dR は、実
施例−5と同様に、次式のように噴出孔25の直径の2
〜4倍となるよう設定する。
The groove bottom diameters d C 1 , d C 2 and d C 3 of the groove cavities 24-1 to 24-3 have a relationship of d C 1 <d C 2 <d C 3 (10). There, d C 1 = the diameter d n of injection holes 25 (1.1~1.4) d n ... ( 11) d C 2 = (1.2~1.6) d n ... (11) d C 3 = (1.4 to 1.8) d n (11) Further, the width l C1, l C 2 and l C 3 of the channel cavity 24-1~3, there is the order of l C 1 <l C 2 < l C 3 ... size of (12). These are the length l of the ejection hole 25.
n C 1 = (0.07 to 0.25) l n (13) l C 2 = (0.15 to 0.40) l n (13) l C 3 = (0. 25 to 0.45) l n (13) The inner diameter d R of the ejection hole outer peripheral ring 27 is 2 times the diameter of the ejection hole 25 as in the following equation, as in Example-5.
Set up to 4 times.

【0086】dR =(2〜4)dn …(14) また、噴出孔外周リング27の長さは、多少の違いはあ
つても良いが、噴出孔25の長さよりも大きめにする。
即ち、 lR =(1.2〜2.5)ln …(15) (実施例−7)図20と図21には、噴出孔35の出口
に、キヤビテーシヨン発生ブレード34を設けた水中ノ
ズルの構造を示す。ノズル本体31の構造は、基本的に
図18に示した実施例のそれと同じである。図25にも
示したが、このキヤビテーシヨン発生ブレード34には
その裏側面に付着型キヤビテーシヨンを安定に発生させ
る役割があり、ここから水中水噴流中にスラグ状(後に
細かな気泡群に分散する)のキヤビテーシヨン気泡が安
定に供給させる。
D R = (2-4) d n (14) The length of the outer peripheral ring 27 may be slightly larger than the length of the outlet 25, although there may be some differences.
That, l R = (1.2~2.5) l n ... (15) to (Embodiment -7) 20 and 21, the outlet of the injection holes 35, water nozzles provided Kiyabiteshiyon generation blade 34 The structure of is shown. The structure of the nozzle body 31 is basically the same as that of the embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 25, the cavitation generating blade 34 has a role of stably generating the adhesive cavitation on the back side surface thereof, from which the cavities are slag-like (dispersed into fine bubbles later) in a submerged water jet. Of the cavitation bubbles are supplied stably.

【0087】なお、図において、32は高圧供給水、3
3は高圧水供給流路、36は中心軸、37は収縮部であ
る。
In the figure, reference numeral 32 denotes high-pressure supply water, 3
3 is a high-pressure water supply channel, 36 is a central axis, and 37 is a contraction part.

【0088】図22に、図18に構造を示した水中ノズ
ルにおけるキヤビテーシヨンの生成・成長に関するメカ
ニズムを模式的に示す。溝型キヤビテイ4内には、気泡
核となる気体が常にキヤビテイにトラツプされている気
泡4aとして存在している。水中の溶存気体がこの気泡
中に拡散し、図中に4bとして示すように気泡は成長
し、溝型キヤビテイ4から離脱する(キヤビテーシヨン
の破断)。
FIG. 22 schematically shows a mechanism relating to the generation and growth of cavitation in the underwater nozzle having the structure shown in FIG. In the groove type cavity 4, gas serving as a bubble nucleus is always present as bubbles 4a trapped in the cavity. The dissolved gas in the water diffuses into the bubbles, and the bubbles grow as shown by 4b in the figure and separate from the groove-shaped cavity 4 (breakage of the cavity).

【0089】気泡は、噴出孔5から噴出した直後に、噴
出孔外周リング7の内壁近くに生じる渦流へ巻き込まれ
(4c)、この強い渦流の剪断作用により微細化する
(4d)。強い剪断作用は水中で不安定な状態にある気
泡核を刺激するため、この個所では連鎖的にキヤビテー
シヨンが著しく発達する。このようにして増幅した高数
密度で細かな気泡群は、噴出孔外周リング7から周囲水
中へ噴出し(4e)、噴流に生じる周囲水の巻き込み
(4f)の流れに乗つて、キヤビテーシヨン噴流内全体
へ分散(拡散)する(4h)。
Immediately after the bubbles are ejected from the ejection holes 5, they are entrained in a vortex generated near the inner wall of the outer ring 7 of the ejection holes (4c), and are refined by the shearing action of the strong vortices (4d). The strong shearing action stimulates the bubble nuclei, which are unstable in water, so that the cavitation develops significantly here in a chain. The high-density and fine bubbles group amplified in this manner are ejected from the orifice outer peripheral ring 7 into the surrounding water (4e), and ride on the flow of the surrounding water entrained (4f) generated in the jet to form the inside of the cavitation jet. Disperse (diffuse) throughout (4h).

【0090】水中水噴流の外周においては、剪断渦層由
来のキヤビテーシヨン気泡4gが生成するが、この気泡
も、キヤビテータやリング内で生成した気泡と同様にキ
ヤビテーシヨン噴流内全体へ分散する(4h)。以上の
ような作用により、ピーニングに好適な発達したキヤビ
テーシヨン噴流が作り出される。
At the outer periphery of the underwater water jet, 4 g of cavitation bubbles derived from the shear vortex layer are generated, and these bubbles are dispersed throughout the cavitation jet similarly to the bubbles generated in the cavitator and the ring (4h). By the action as described above, a developed cavity jet suitable for peening is created.

【0091】図23は、溝型キヤビテイ4内における気
泡の挙動を、時間に対する変化〔(a) →(e)→
(a)へ戻る〕として描いたものである。まず、5aの
ようにキヤビテイにトラツプされている気泡がある。こ
の気泡へは、水流2内の溶存気体が拡散するため次第に
成長する(5b)。水流2の剪断作用により気泡は大き
く変形し(5c)、界面張力よりも水流2による慣性力
が勝るようになると破断し、気泡は溝型キヤビテイ4か
ら離脱する(5d)。しかし、溝型キヤビテイ4内には
気体の一部が付着したまま残り、新しい核となる。この
ようなサイクルによつて、溝型キヤビテイ4はキヤビテ
ータとして連続的に気泡を供給する。溝型キヤビテイ4
が大きすぎると、キヤビテイから気体が全部持ち去られ
てしまう。一方、溝型キヤビテイ4が小さすぎると、ト
ラツプされた気泡は界面張力が著しく支配的になり成長
することがない。従つて、この溝型キヤビテイ4は適切
な範囲の大きさ以外は、キヤビテータとしては「失格」
である。
FIG. 23 shows the behavior of bubbles in the grooved cavity 4 with respect to time [(a) → (e) →
Return to (a)]. First, there are bubbles trapped in cavities as shown in 5a. The dissolved gas in the water stream 2 diffuses into the bubbles and gradually grows (5b). The bubbles are largely deformed by the shearing action of the water stream 2 (5c), and break when the inertia force of the water stream 2 exceeds the interfacial tension, and the bubbles are separated from the grooved cavity 4 (5d). However, a part of the gas remains adhered in the groove type cavity 4 and becomes a new core. By such a cycle, the groove-type cavity 4 continuously supplies bubbles as a cavity. Groove type cavity 4
If it is too large, all gas will be removed from the cavity. On the other hand, if the groove-type cavity 4 is too small, the trapped bubbles will not grow because the interfacial tension will be dominant. Therefore, this groove-shaped cavity 4 is "disqualified" as a cavity except for the appropriate size range.
It is.

【0092】図24は、実施例−6に係る水中ノズル内
における気泡と水流の挙動を模式的に示したものであ
る。キヤビテータである溝型キヤビテイ24−1〜3か
らは、いずれもキヤビテーシヨン気泡が生成するが、そ
れらは次々と合体を繰り返し(6e)、噴出孔25の出
口では、大きなスラグ状気泡6fが生じる。このスラグ
状の気泡6fは、噴流による剪断作用により変形する
(6g)。噴出孔外周リング27の内側には強い渦流が
あり、スラグ状の気泡6fは渦流内で小さな気泡群へ分
裂する(6h)。同時に渦による作用により、水中の気
泡核が励起され、キヤビテーシヨン気泡が連鎖的に発生
する。
FIG. 24 schematically shows the behavior of bubbles and water flow in the underwater nozzle according to Example-6. From the groove-type cavities 24-1 to 3-3, which are the cavitators, cavitation bubbles are all generated, but they are successively united (6e), and large slag-like bubbles 6f are generated at the outlet of the ejection hole 25. This slag-like bubble 6f is deformed by the shearing action of the jet (6g). There is a strong vortex inside the orifice ring 27, and the slag-like bubbles 6f split into small bubbles in the vortex (6h). At the same time, bubble nuclei in the water are excited by the action of the vortex, and cavitation bubbles are generated in a chain.

【0093】前述したのと同様の作用により、キヤビテ
ーシヨン気泡は噴流内へ分散(拡散)し(6i)、発達
したキヤビテーシヨン噴流6jが実現する。6a〜6c
はキヤビテイにトラツプされている気泡、6dは気泡の
離脱である。
By the same operation as described above, the cavitation bubbles are dispersed (diffused) into the jet (6i), and the developed cavitation jet 6j is realized. 6a-6c
Is the bubble trapped by the cavities, and 6d is the escape of the bubble.

【0094】図25には、キヤビテータとしてブレード
を用いた実施例−7におけるキヤビテーシヨン現象を示
す。キヤビテーシヨン発生ブレード34の裏側には、渦
流7aによる圧力急変場が生じ、付着型(白色に見え
て、「雲」のような状態で同一個所に安定に止まつてい
るかのような印象を与えるのでこのように呼ばれる)キ
ヤビテーシヨンが発生する(7b)。このキヤビテーシ
ヨンからは、ほぼ連続的にキヤビテーシヨンの破断が生
じ、細かな気泡群あるいはスラグ状の気泡がブレード3
4から離脱する(7c)。分裂したキヤビテーシヨン気
泡は、キヤビテーシヨン噴流38内へ分散(拡散)し
(7d)、水流7eと混合しながら発達したキヤビテー
シヨン噴流38を作り出していく。
FIG. 25 shows the phenomenon of cavitation in the seventh embodiment using a blade as a cavitator. On the back side of the cavitation generating blade 34, an abrupt pressure change field due to the vortex 7a is generated, giving an impression as if it is stuck at the same place in a sticky type (white appearance and "cloud" state). Cavitation occurs (7b). From this cavitation, the cavitation is broken almost continuously, and fine bubbles or slag-like bubbles are formed in the blade 3.
4 (7c). The divided cavitation bubbles are dispersed (diffused) into the cavitation jet 38 (7d), and produce the cavitation jet 38 that has developed while mixing with the water flow 7e.

【0095】図26は、配管における残留応力の改質効
果を調べた実験結果である。従来式ノズルを用いた場合
(Y)でも、引張り方向成分がほぼなくなるまでの表面
応力改質効果が得られるものの、引張り方向の応力が圧
縮側まで変化するほどの十分な改質効果は得られていな
い。
FIG. 26 shows the results of an experiment for examining the effect of modifying the residual stress in the piping. In the case of using the conventional nozzle (Y), the effect of modifying the surface stress until the component in the tensile direction is almost eliminated is obtained, but the sufficient modifying effect is obtained such that the stress in the tensile direction changes to the compression side. Not.

【0096】これに対し、本発明を具体化したノズルを
用いると、残留応力が圧縮側へと大幅に改質される効果
のあることが分かる(Z)。従来式ノズルでは、キヤビ
テーシヨンの発達が不十分であるのに対し、本発明に係
るノズルでは、発達したキヤビテーシヨン噴流内におけ
る気泡の崩壊圧力が強力であつたために、著しい応力改
質効果が得られたものと考えられる。Xは未処理を示
す。
On the other hand, it is understood that the use of the nozzle embodying the present invention has the effect of significantly improving the residual stress toward the compression side (Z). In the conventional nozzle, the development of the cavitation was insufficient, whereas in the nozzle according to the present invention, the collapse pressure of the bubbles in the developed cavitation jet was strong, so that a remarkable stress reforming effect was obtained. It is considered something. X indicates unprocessed.

【0097】(実施例−8)図27、図28はその図面
である。
(Embodiment-8) FIGS. 27 and 28 are drawings thereof.

【0098】水供給管平行部中心軸52と噴出孔中心軸
54の両中心軸に、ねじれがなく平行状態のままオフセ
ツト(軸ずれ)εを与えている。この実施例では、 Di:導管平行部直径 Dj:噴出孔直径 Lc:収縮部の長さ Lj:噴出孔の長さ ε:中心軸のオフセツト距離 の間に、ノズルとしての好適条件として次のような関係
がある。この範囲外では、キヤビテーシヨンの発生が衰
えたり、圧力損失が増大したり、もしくは噴射圧力を安
定化しにくいという問題が生じる。
An offset (axis shift) ε is given to both central axes of the central axis 52 of the water supply pipe parallel part and the central axis 54 of the jet hole in a parallel state without twist. In this embodiment, Di: diameter of parallel part of conduit Dj: diameter of ejection hole Lc: length of contraction portion Lj: length of ejection hole ε: offset distance of central axis Relationship. Outside of this range, problems such as reduced generation of cavitation, increased pressure loss, and difficulty in stabilizing the injection pressure occur.

【0099】 ε=(0.05〜0.15)Lc …(16−1) Dj=(0.03〜0.15)Di …(16−2) Lc=(2〜5)Di …(16−3) Lj=(0.8〜2)Dj …(16−4) なお、図において、50は水噴射ノズル本体、51は水
供給導管平行部、53は高圧供給水、55は噴出孔中心
軸、56は導管収縮部である。
Ε = (0.05 to 0.15) Lc (16-1) Dj = (0.03 to 0.15) Di (16-2) Lc = (2 to 5) Di (16) -3) Lj = (0.8-2) Dj (16-4) In the figure, 50 is a water injection nozzle main body, 51 is a parallel portion of a water supply conduit, 53 is high-pressure supply water, and 55 is a center of an ejection hole. Shaft 56 is a conduit contraction.

【0100】(実施例−9)図29、図30にその構成
を示す。
Embodiment 9 FIGS. 29 and 30 show the structure.

【0101】基本的には、図27、図28の例と同じで
あるが、水供給導管平行部中心軸60と噴出孔中心軸6
5のオフセツト距離を大きめに設定してある。図27、
図28の例に比べて圧力損失が大きく噴射系統はやや不
経済になるが、キヤビテーシヨンはかなり活発に発生す
るようになり、表面応力改質の効果は大きい。ノズルの
各部寸法は、以下のような関係が性能発揮の上で好適で
ある。
Basically, it is the same as the example shown in FIGS. 27 and 28, except that the central axis 60 of the parallel portion of the water supply conduit and the central axis 6 of the ejection hole are formed.
The offset distance of No. 5 is set to be relatively large. FIG.
As compared with the example of FIG. 28, the pressure loss is large and the injection system is somewhat uneconomical, but the cavitation occurs quite actively and the effect of surface stress modification is great. The following relations of the dimensions of each part of the nozzle are preferable in terms of performance.

【0102】 ε=(0.30〜0.45)Lc …(17−1) Dj=(0.03〜0.15)Di…(17−2) Lc=(2〜5)Dj …(17−3) Lj=(0.8〜2)Dj …(17−4) なお、図において、61は水供給導管平行部、62は水
供給導管平行部中心軸、63は高圧供給水、64は噴出
孔、66は導管収縮部、67は被加工対象物、68は水
である。
Ε = (0.30-0.45) Lc (17-1) Dj = (0.03-0.15) Di ... (17-2) Lc = (2-5) Dj (17) -3) Lj = (0.8-2) Dj (17-4) In the figure, 61 is a parallel portion of the water supply conduit, 62 is a central axis of the parallel portion of the water supply conduit, 63 is high-pressure supply water, and 64 is a high-pressure supply water. An ejection hole, 66 is a conduit contraction part, 67 is a workpiece, and 68 is water.

【0103】(実施例−10)図31、図32に構成を
示す。
Embodiment 10 FIGS. 31 and 32 show the structure.

【0104】この実施例のノズルでも、水供給導管平行
部中心軸72と噴出孔74の中心軸75には、εだけの
オフセツト(軸ずれ)を設ける。ただし、実施例−8,
9とは異なり、導管収縮部76は軸対称に形成されてい
る。従つて、導管収縮部76と噴出孔74は不連続に接
続することになる。図では、左側の接続部に段差がある
ように見えるが、この部分で最も急激に収縮が生じて、
キヤビテーシヨン気泡が活発に生成する。このノズルの
形状は次のように表せる。
Also in the nozzle of this embodiment, an offset (axis shift) of ε is provided between the central axis 72 of the water supply conduit parallel portion and the central axis 75 of the ejection hole 74. However, in Example-8,
Unlike FIG. 9, the conduit contraction portion 76 is formed axially symmetric. Therefore, the conduit contraction portion 76 and the ejection hole 74 are discontinuously connected. In the figure, it looks like there is a step at the connection on the left, but at this point the contraction occurs most rapidly,
The cavitation bubbles are actively generated. The shape of this nozzle can be expressed as follows.

【0105】 ε=(0.005〜0.03)Lc…(18−1) Dj=(0.03〜0.15)Di…(18−2) Lc=(2〜5)Di …(18−3) Lj=(0.8〜2)Dj …(18−4) なお、図において、70は水噴射ノズル本体、71は水
供給導管平行部、73は高圧供給水である。
Ε = (0.005 to 0.03) Lc (18-1) Dj = (0.03 to 0.15) Di (18-2) Lc = (2 to 5) Di (18) -3) Lj = (0.8-2) Dj (18-4) In the figure, 70 is a water injection nozzle main body, 71 is a water supply conduit parallel part, and 73 is high-pressure supply water.

【0106】(実施例−11)図33、図34に構成を
示す。
Embodiment 11 FIGS. 33 and 34 show the structure.

【0107】このノズルでは、従来のノズル(図47)
に対して、噴出孔84のみが、水供給導管平行部中心軸
82に対し角度θj(噴出孔傾斜角度)のみ傾斜してい
る。導管収縮部86において減圧された水は、この傾斜
噴出孔84で急に流れの方向を変えられるために、その
ために生じる乱れで液体内部にある無数の気泡核が励起
され、キヤビテーシヨンが著しく促進される。このノズ
ルでは、ノズル本体軸より角度θjだけ傾斜して噴流が
噴射される。このノズルの構造は以下の通りである。
In this nozzle, a conventional nozzle (FIG. 47)
On the other hand, only the ejection hole 84 is inclined at an angle θj (ejection hole inclination angle) with respect to the central axis 82 of the water supply conduit parallel portion. The water depressurized in the conduit contraction section 86 is rapidly changed its flow direction by the inclined jet holes 84, and the resulting turbulence excites the myriad of bubble nuclei inside the liquid, thereby greatly promoting the cavitation. You. In this nozzle, a jet is jetted at an angle θj from the nozzle body axis. The structure of this nozzle is as follows.

【0108】 ε=(0.005〜0.03)Lc…(19−1) Dj=(0.03〜0.15)Di…(19−2) Lc=(2〜5)Di …(19 −3) Lj=(0.8〜2)Dj …(19−4) θj≦1.8θc …(19−5) ここにθc:導管収縮部86のひろがり角度なお、図に
おいて、80は水噴射ノズル本体、81は水供給導管平
行部、83は高圧供給水、85は噴出孔中心軸である。
Ε = (0.005 to 0.03) Lc (19-1) Dj = (0.03 to 0.15) Di (19-2) Lc = (2 to 5) Di (19) -3) Lj = (0.8 to 2) Dj (19-4) θj ≦ 1.8 θc (19-5) where θc is the spreading angle of the conduit contraction portion 86. A nozzle body, 81 is a parallel portion of a water supply conduit, 83 is high-pressure supply water, and 85 is a central axis of the ejection hole.

【0109】(実施例−12)図35、図36に構成を
示す。
Embodiment 12 FIGS. 35 and 36 show the structure.

【0110】この実施例のノズルでは、導管収縮部96
が、ノズル本体の軸に相当する水供給導管平行部中心軸
92に対して角度θjだけ傾斜し、導管収縮部96の中
心軸が噴出孔94の中心軸95と同一になつている。実
施例−11のノズルよりも、遙にはつきりとノズル本体
の軸から傾いて(角度θj)噴流が噴出する。このノズ
ルの構造は以下の通りである。
In the nozzle of this embodiment, the conduit contraction portion 96
Is inclined by an angle θj with respect to the central axis 92 of the water supply conduit parallel portion corresponding to the axis of the nozzle body, and the central axis of the conduit contraction portion 96 is the same as the central axis 95 of the ejection hole 94. The jet is jetted at a far greater angle than the nozzle of Example-11 and at a tilt (angle θj) from the axis of the nozzle body. The structure of this nozzle is as follows.

【0111】 ε=(0.30〜0.45)Lc …(20−1) Dj=(0.03〜0.15)Di…(20−2) Lc=(2〜5)Dj …(20−3) Lj=(0.8〜2)Dj …(20−4) θj≦0.9θc′ …(20−5) ここにθc′は傾斜導管収縮部の両振り角度である。な
お、図において、90は水噴射ノズル本体、91は水供
給導管平行部、93は高圧供給水である。
Ε = (0.30-0.45) Lc (20-1) Dj = (0.03-0.15) Di ... (20-2) Lc = (2-5) Dj (20) -3) Lj = (0.8 to 2) Dj (20-4) θj ≦ 0.9θc ′ (20-5) where θc ′ is a double swing angle of the inclined conduit contraction portion. In the drawing, 90 is a water injection nozzle main body, 91 is a parallel portion of a water supply conduit, and 93 is high-pressure supply water.

【0112】(実施例−13)図37、図38に構成を
示す。
(Embodiment 13) FIGS. 37 and 38 show the structure.

【0113】このノズルは、図27、図28に構造を示
したノズルにおいて、噴出孔出口を噴出方向へ対し僅か
に径を拡大させた、つまり座ぐりを施したものである。
噴出孔205の口径Djに対し、噴出孔出口拡大部20
8の最大径Ddは、以下の(21−5)式のような関係
で設定するのが望ましい。このように噴出孔出口を座ぐ
つた理由は、噴出孔出口でキヤビテーシヨンが生じて、
そのまま長時間使用すると、出口が壊食してただれるよ
うに噴出孔が変形するからである。噴出孔出口の形状
は、キヤビテーシヨンの発生状態に対して無視し得ない
程度に悪影響を及ぼす。
This nozzle is the same as the nozzle shown in FIGS. 27 and 28, except that the diameter of the outlet of the nozzle hole is slightly enlarged in the direction of the nozzle, that is, the nozzle is counterbore.
For the diameter Dj of the orifice 205, the orifice outlet enlarged portion 20
The maximum diameter Dd of 8 is desirably set in a relationship such as the following equation (21-5). The reason for sitting at the outlet of the orifice in this way is that cavitation occurs at the outlet of the orifice,
If the outlet is used for a long time, the outlet will be eroded and the outlet will be deformed. The shape of the orifice outlet has a non-negligible adverse effect on the state of cavitation.

【0114】 ε=(0.05〜0.15)Lc …(21−1) Dj=(0.03〜0.15)Di…(21−2) Lc=(2〜5)Di …(21−3) Lj=(0.8〜2)Dj …(21−4) Dd≦(1.6〜3)Dj …(21−5) なお、図において、201は水噴射ノズル本体、203
は水供給導管平行部中心軸、204は高圧供給水、20
5は噴出孔、206は噴出孔中心軸、207は導管収縮
部である。
Ε = (0.05-0.15) Lc (21-1) Dj = (0.03-0.15) Di ... (21-2) Lc = (2-5) Di ... (21) -3) Lj = (0.8 to 2) Dj (21-4) Dd ≦ (1.6 to 3) Dj (21-5) In the drawings, 201 denotes a water injection nozzle body, and 203
Is the central axis of the parallel part of the water supply conduit, 204 is high pressure supply water, 20
Numeral 5 denotes an orifice, 206 denotes a central axis of the orifice, and 207 denotes a conduit contraction part.

【0115】図40のノズルは、図37、図38に示し
た単孔ノズルをそのまま多孔化したものである。このよ
うな大容量のノズルは、大面積の部分をピーニングする
のに適している。もちろん、噴射ポンプも相応の大容量
タイプが必要になる。
The nozzle of FIG. 40 is obtained by making the single-hole nozzle shown in FIGS. 37 and 38 porous as it is. Such a large-capacity nozzle is suitable for peening a large area portion. Of course, the injection pump also needs a correspondingly large capacity type.

【0116】なお、図40において、301は水噴射ノ
ズル本体、302は水供給導管平行部、303は水供給
導管平行部中心軸、304は高圧供給水、305は噴出
孔、306は噴出孔中心軸、307は導管収縮部、30
8は噴出孔出口拡大部、309は水噴射ガン、310は
キヤツプナツト、311は水噴射ガン中心軸、312は
水噴射ガン給水管である。
In FIG. 40, reference numeral 301 denotes a water injection nozzle main body, 302 denotes a parallel portion of a water supply conduit, 303 denotes a central axis of the parallel portion of the water supply conduit, 304 denotes high-pressure supply water, 305 denotes a jet hole, and 306 denotes a jet hole center. Shaft, 307 is the conduit contraction, 30
Reference numeral 8 denotes an outlet opening enlarged portion, reference numeral 309 denotes a water injection gun, reference numeral 310 denotes a cap nut, reference numeral 311 denotes a water injection gun central axis, and reference numeral 312 denotes a water injection gun water supply pipe.

【0117】図41には、噴射系統の概略を示す。高圧
水供給装置から送り出された高圧水327は、高圧水導
管322によつてノズル本体321に導かれ、被加工対
象物324へ照射される。
FIG. 41 shows an outline of the injection system. The high-pressure water 327 sent from the high-pressure water supply device is guided to the nozzle body 321 by the high-pressure water conduit 322, and is irradiated on the workpiece 324.

【0118】なお、図において、323は高圧水供給装
置、325はキヤビテーシヨン噴流、326は水環境で
ある。
In the figure, 323 is a high-pressure water supply device, 325 is a cavitation jet, and 326 is a water environment.

【0119】次にその作用を述べる。Next, the operation will be described.

【0120】ここでは、図29、図30に構造を示した
実施例のノズルを例として取り上げ、現象とそれによる
ピーニング効果について述べる。
Here, the phenomenon and the peening effect due to the phenomenon will be described by taking the nozzle of the embodiment whose structure is shown in FIGS. 29 and 30 as an example.

【0121】図39は、ノズル内の流れの状態を模式的
に描いたものである。この例では、水供給導管平行部中
心軸62と噴出孔64の中心軸65にεだけのオフセツ
ト(軸ずれ)があるため、導管収縮部66の半径方向
(図39では左右側)で流速に大きな偏りができる。噴
出孔64内では、導管収縮部66で流れ方向の変化の激
しい側(図では左側)で、急激な縮流が生じて流れが噴
出孔64の内壁から剥離し(2a)、減圧によつて細か
な気泡(キヤビテーシヨン)が発生する(2b)。
FIG. 39 schematically illustrates the flow state in the nozzle. In this example, since there is an offset (axis shift) of ε between the central axis 62 of the water supply conduit parallel part and the central axis 65 of the ejection hole 64, the flow velocity in the radial direction of the conduit contraction part 66 (left and right sides in FIG. 39) is reduced. There is a big bias. In the orifice 64, abrupt contraction occurs on the side (left side in the figure) where the flow direction changes drastically at the conduit contraction part 66, and the flow separates from the inner wall of the orifice 64 (2 a). Fine bubbles (cavitation) are generated (2b).

【0122】噴出孔64内では、一部で激しい縮流が生
じ、一方ではそれが発生せず(図では右側)、このよう
な減圧を伴う著しい噴流の作用によつて、水中68に噴
き出した水噴流には、活発なキヤビテーシヨンが連続し
て発生する。結局、この実施例のノズルから水中へ噴射
される水噴流は、発達したキヤビテーシヨンを伴う水中
水噴流(2c)となる。
In the orifice 64, a violent contraction was generated in part, but it did not occur (right side in the figure), and the jet was spouted into the water 68 by the action of the remarkable jet accompanied by the decompression. Active cavitation is continuously generated in the water jet. Eventually, the water jet jetted into the water from the nozzle of this embodiment becomes the submerged water jet (2c) with the developed cavitation.

【0123】無対策の従来式ノズル(図47)を用いた
水中水噴流のキヤビテーシヨンは、間欠的で不安定であ
り、しかも大きな流速(即ち高い噴射圧力)を必要とす
るきらいがあつた。この実施例では、噴出孔64におけ
る初速が10m/s未満であつても、激しい連続キヤビ
テーシヨン水噴流が得られる。水中水噴流で発生した無
数のキヤビテーシヨン気泡は、被加工対象物67である
固体面上あるいはそのごく近傍において衝突が切つ掛け
となり、連鎖的に崩壊(圧壊)し(2d)、衝撃圧力を
発生する。この作用によつて、金属材料の表面における
引張り方向の残留応力が除去され、圧縮側へと改質され
る。
The underwater water jet cavitation using the conventional nozzle (FIG. 47) without any countermeasures was intermittent, unstable, and required a large flow velocity (ie, high injection pressure). In this embodiment, even if the initial velocity at the ejection hole 64 is less than 10 m / s, a strong continuous cavitation water jet can be obtained. Numerous cavitation bubbles generated by the submerged water jet collide on or close to the solid surface, which is the workpiece 67, and collapse (crush) in a chain (2d), generating an impact pressure. I do. By this action, the residual stress in the tensile direction on the surface of the metal material is removed, and the surface is modified to the compression side.

【0124】実施例−8,10〜13でも、上記した動
作と類似の作用によつて活発なキヤビテーシヨン噴流が
発生する。これらのノズルの性能を比較すると、一般的
な傾向として、急激な縮流を作り出してキヤビテーシヨ
ンを活性化できるノズルほど圧力損失が大きい。即ち、
より高い噴射圧力が必要になる。
Also in Embodiments 8 and 10 to 13, active cavitation jets are generated by an action similar to that described above. Comparing the performance of these nozzles, a general trend is that nozzles that can create a rapid contraction to activate the cavitation have a greater pressure loss. That is,
Higher injection pressure is required.

【0125】図42には、残留応力除去を実証できた施
工試験例を示す。口径12インチの配管部における測定
結果である。無対策の従来型ノズルでも、引つ張り応力
=0のレベルまで改質することが可能であるが、本発明
に係るノズルでは圧縮側まで十分に応力改質がなされて
いることが分かる。従来型ノズルの使用時に比べて、本
発明に係るノズルを用いた場合は、照射時間も約40%
まで短縮することができた。
FIG. 42 shows an example of a construction test in which residual stress removal was verified. It is a measurement result in the piping part of 12 inches in diameter. It is possible to improve the tensile stress to a level of 0 with the conventional nozzle without any measures, but it can be seen that the nozzle according to the present invention is sufficiently stress-modified to the compression side. When using the nozzle according to the present invention, the irradiation time is also reduced by about 40% compared to when using the conventional nozzle.
Could be shortened.

【0126】(実施例−14)図43は、水中水噴流用
ノズルの構造を、中心軸を通る断面図として示したもの
である。高圧水342は、ノズル本体341の上流側に
水供給部として開口する高圧水導管344を通して供給
され、ノズル収縮部346において、減圧・加速され、
ノズル噴出孔347から周囲環境水350中へ噴射され
る。ノズル噴出孔の出口には、僅かにノズル出口座ぐり
部348が刻設してある。ノズル噴出孔347の出口側
に連通するように、他端がノズル本体341の外表面に
開口する吸い込み水細管349が複数本(この実施例で
は3本)開口している。
(Embodiment 14) FIG. 43 shows the structure of a nozzle for underwater water jet as a sectional view passing through a central axis. The high-pressure water 342 is supplied through a high-pressure water conduit 344 that opens as a water supply unit on the upstream side of the nozzle body 341, and is decompressed and accelerated in the nozzle contraction unit 346.
It is sprayed into the surrounding environment water 350 from the nozzle outlet 347. At the exit of the nozzle ejection hole, a nozzle opening counterbore 348 is slightly cut. A plurality (three in this embodiment) of suction water thin tubes 349 having the other end opened on the outer surface of the nozzle body 341 are opened so as to communicate with the outlet side of the nozzle ejection hole 347.

【0127】ノズル噴出孔347における高速水流の加
速作用により、雰囲気水350が吸い込み水343とし
て吸い込み水細管349内に吸引されて、ノズル噴出孔
347の出口近傍においてポンプから供給される高圧水
342と合流混合する。吸い込み時の圧力損失を軽減す
るために、吸い込み水細管349の入口部の口径は、入
口部に近づくほど拡大する構造となつている。345は
ノズル中心軸である。図44は、水中水噴流用ノズルの
中心軸345に直角の断面図として、吸い込み水細管の
開口−連続状態を示す実施例である。即ち、吸い込み水
細管(直交型)349aとノズル噴出孔347とを、そ
れらの中心軸がこの断面図上では直交するように接続さ
せたノズルである。
Atmospheric water 350 is sucked into suction water capillary 349 as suction water 343 by the action of accelerating the high-speed water flow at nozzle ejection hole 347, and high-pressure water 342 supplied from the pump near the outlet of nozzle ejection hole 347 is provided. Combine and mix. In order to reduce the pressure loss at the time of suction, the diameter of the inlet portion of the suction water thin tube 349 is configured to increase as approaching the inlet portion. 345 is a nozzle center axis. FIG. 44 is an embodiment showing the opening-continuous state of the suction water capillary as a cross-sectional view perpendicular to the center axis 345 of the submerged water jet nozzle. That is, it is a nozzle in which a suction water capillary (orthogonal type) 349a and a nozzle ejection hole 347 are connected such that their central axes are orthogonal in this sectional view.

【0128】図45は、実施例−14のノズルにおける
キヤビテーシヨン噴流による衝突圧力分布特性図であ
る。
FIG. 45 is a graph showing the impact pressure distribution characteristics of the nozzle of Example 14 due to the cavitation jet.

【0129】本発明を具体化したノズルでは、噴流中心
軸上で衝突圧力が最大であり、上記した説明の通りに、
キヤビテーシヨン噴流の全域に渡り、キヤビテーシヨン
が活発に生成したことが確認された。また、従来式ノズ
ル使用時に比べると、衝突圧力の拡がりもかなり広く、
キヤビテーシヨンによるピーニング域がかなり拡大し、
効率良いピーニングが期待できる特性と言える。
In the nozzle embodying the present invention, the collision pressure is maximum on the jet center axis, and as described above,
It was confirmed that the cavitation was actively generated over the entire area of the cavitation jet. Also, compared with the conventional nozzle, the spread of the collision pressure is considerably wider,
The peening area by cavitation has expanded considerably,
It can be said that it is a characteristic that efficient peening can be expected.

【0130】図46は、配管における残留応力の改質効
果を調べた実験結果である。従来式ノズルを用いた場合
でも、引張り方向の残留応力がなくなるまでの表面応力
改質が得られるものの、引張り方向の応力が圧縮側まで
変化するほどの十分な改質効果は得られていない。
FIG. 46 shows an experimental result obtained by examining the effect of modifying the residual stress in the piping. Even when a conventional nozzle is used, surface stress reforming until residual stress in the tensile direction disappears is obtained, but sufficient reforming effect such that the stress in the tensile direction changes to the compression side is not obtained.

【0131】これに対し本発明を具体化したノズルを用
いると、残留応力が圧縮側へと大幅に改質される効果の
あることが分かる。従来式ノズルでは、キヤビテーシヨ
ンの発達が不十分であるのに対し、本発明に係るノズル
では、発達したキヤビテーシヨン噴流内における気泡の
崩壊圧力が強力であつたため、著しい応力改質効果が得
られたものと考えられる。
On the other hand, it can be seen that the use of the nozzle embodying the present invention has the effect of significantly reducing the residual stress to the compression side. In the conventional nozzle, the development of cavitation is insufficient, whereas in the nozzle according to the present invention, the collapse pressure of bubbles in the developed cavitation jet is strong, so that a remarkable stress reforming effect is obtained. it is conceivable that.

【0132】本発明に係るノズルを、浅い水中において
ピーニング施工に使用する場合、吸い込み水細管349
から、水面を通して外気を吸い込んでしまう場合があ
る。この時は、大量の気泡がノズル噴出孔347に充満
し、ノズル噴出孔347を閉塞に至らせしめる危険があ
るので注意を要する。
When the nozzle according to the present invention is used for peening in shallow water, the suction water capillary 349 may be used.
Therefore, outside air may be sucked through the water surface. At this time, care must be taken because a large amount of air bubbles may fill the nozzle ejection holes 347 and cause the nozzle ejection holes 347 to be closed.

【0133】[0133]

【発明の効果】本発明を実施したことによる効果は次の
ようにまとめられる。
The effects of implementing the present invention can be summarized as follows.

【0134】(1)水中構造物の表面応力状態を効率よ
く改質することができる。
(1) The surface stress state of an underwater structure can be efficiently modified.

【0135】(2)ブラストビーズを用いないため、そ
れらを回収あるいは廃棄したりする手間が省ける。結果
的に経済的な操作となる。
(2) Since no blast beads are used, it is not necessary to collect or discard them. The result is an economic operation.

【0136】(3)水中でピーニングを行うため、ピー
ニング部の温度が局所的に上昇することがなく、対象構
造物の温度を低く抑え、しかもより均等にすることがで
きる。 (4)水中でのピーニングのため、騒音を防止できる。
(3) Since peening is performed in water, the temperature of the peening portion does not locally increase, so that the temperature of the target structure can be kept low and more uniform. (4) Noise can be prevented due to peening in water.

【0137】(5)(4)と同様に水中でのピーニング
のため、飛沫(飛び散る水滴)の始末に苦慮することが
なくなる。
(5) As in the case of (4), since peening is performed in water, there is no need to worry about the disposition of droplets (splashing water droplets).

【0138】(6)水中水噴流に発生するキヤビテーシ
ヨンを有効に利用するため、比較的低圧力で所定の効果
を上げることができる。超高圧水供給系(ポンプ、配
管、バルブ等)が不要となり、設備費(イニシヤルコス
ト)および運用費(ランニングコスト)を抑えることが
できる。
(6) Since the cavitation generated in the submerged water jet is effectively used, a predetermined effect can be obtained at a relatively low pressure. An ultra-high pressure water supply system (pumps, piping, valves, etc.) is not required, and equipment costs (initial costs) and operation costs (running costs) can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ノズルの縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図2】水供給系統の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a water supply system.

【図3】軸上注入水のない場合の現象を示す模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a phenomenon in a case where there is no axial injection water.

【図4】軸上注入水のある場合の現象を示す模式図であ
る。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a phenomenon in a case where there is axial injection water.

【図5】ノズルの縦断面図である。FIG. 5 is a vertical sectional view of a nozzle.

【図6】ノズル内における現象を模式的に示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a phenomenon in a nozzle.

【図7】水供給系統の概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a water supply system.

【図8】ノズルの縦断面図である。FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図9】ノズル内における現象を模式的に示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a phenomenon in a nozzle.

【図10】水供給系統の概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a water supply system.

【図11】ノズルの縦断面図である。FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図12】図11のノズルの他の方向からの縦断面図で
ある。
12 is a longitudinal sectional view of the nozzle of FIG. 11 from another direction.

【図13】図11のノズルの平面図である。FIG. 13 is a plan view of the nozzle of FIG. 11;

【図14】扇状水中水噴流を中心とした斜視図である。FIG. 14 is a perspective view centered on a fan-shaped submerged water jet.

【図15】図14のC−C方向視図である。FIG. 15 is a view in the direction of arrows CC in FIG. 14;

【図16】水の噴射供給系を示す図である。FIG. 16 is a view showing a water injection supply system.

【図17】実証テスト結果の一例を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a verification test result.

【図18】ノズルの縦断面図である。FIG. 18 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図19】ノズルの縦断面図である。FIG. 19 is a vertical sectional view of a nozzle.

【図20】ノズルの縦断面図である。FIG. 20 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図21】図20のノズルのA−A′方向視図である。FIG. 21 is a view of the nozzle of FIG.

【図22】図18のノズルにおけるキヤビテーシヨンの
生成・成長に関するメカニズムを模式的に示す図であ
る。
FIG. 22 is a diagram schematically showing a mechanism relating to generation and growth of cavitation in the nozzle of FIG. 18;

【図23】溝型キヤビテイ内における気泡の挙動を時間
に対する変化として描いた図である。
FIG. 23 is a diagram illustrating the behavior of bubbles in a grooved cavity as a change with time.

【図24】ノズル内における気泡と水流の挙動を模式的
に示す図である。
FIG. 24 is a view schematically showing the behavior of bubbles and a water flow in a nozzle.

【図25】キヤビテーシヨン現象を模式的に示す図であ
る。
FIG. 25 is a diagram schematically showing the phenomenon of cavitation.

【図26】配管における残留応力の改質効果を調べた実
験結果を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing an experimental result of examining the effect of modifying the residual stress in the pipe.

【図27】ノズルの縦断面図である。FIG. 27 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図28】図27のノズルの平面図である。FIG. 28 is a plan view of the nozzle of FIG. 27.

【図29】ノズルの縦断面図である。FIG. 29 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図30】図29のノズルの平面図である。FIG. 30 is a plan view of the nozzle of FIG. 29.

【図31】ノズルの縦断面図である。FIG. 31 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図32】図31のノズルの平面図である。FIG. 32 is a plan view of the nozzle of FIG. 31.

【図33】ノズルの縦断面図である。FIG. 33 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図34】図33のノズルの平面図である。FIG. 34 is a plan view of the nozzle of FIG. 33.

【図35】ノズルの縦断面図である。FIG. 35 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図36】図35のノズルの平面図である。FIG. 36 is a plan view of the nozzle of FIG. 35.

【図37】ノズルの縦断面図である。FIG. 37 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図38】図37のノズルの平面図である。FIG. 38 is a plan view of the nozzle of FIG. 37.

【図39】ノズル内の流れの状態を模式的に示す図であ
る。
FIG. 39 is a view schematically showing a state of a flow in a nozzle.

【図40】ノズルの縦断面図である。FIG. 40 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図41】噴射系統の概略図である。FIG. 41 is a schematic diagram of an injection system.

【図42】残留応力除去を実証できた施工試験例を示す
図である。
FIG. 42 is a diagram showing an example of a construction test in which residual stress removal was demonstrated.

【図43】ノズルの縦断面図である。FIG. 43 is a longitudinal sectional view of a nozzle.

【図44】図43のA−A線視図である。FIG. 44 is a diagram viewed from the line AA of FIG. 43.

【図45】キヤビテーシヨン噴流による衝突圧力分布特
性図である。
FIG. 45 is a graph showing a collision pressure distribution characteristic due to a cavitation jet.

【図46】配管における残留応力の改質効果を調べた実
験結果を示す図である。
FIG. 46 is a diagram showing the results of an experiment in which the effect of modifying residual stress in a pipe was examined.

【図47】従来例のノズルの噴射の様子を示す図であ
る。
FIG. 47 is a view showing a state of ejection of a nozzle of a conventional example.

【図48】従来例のノズルの噴射の様子を示す図であ
る。
FIG. 48 is a view showing a state of ejection of a conventional nozzle.

【図49】圧力減衰特性図である。FIG. 49 is a pressure decay characteristic diagram.

【図50】従来例に係るノズルの縦断面図である。FIG. 50 is a longitudinal sectional view of a nozzle according to a conventional example.

【図51】従来例の付着汚染物除去構造を示す図であ
る。
FIG. 51 is a diagram showing a conventional structure for removing adhering contaminants.

【図52】従来例に係るノズルの縦断面図である。FIG. 52 is a longitudinal sectional view of a nozzle according to a conventional example.

【図53】従来例に係るノズルの縦断面図である。FIG. 53 is a longitudinal sectional view of a nozzle according to a conventional example.

【図54】従来例に係るノズルの縦断面図である。FIG. 54 is a longitudinal sectional view of a nozzle according to a conventional example.

【図55】従来例の問題点を模式的に示す図である。FIG. 55 is a view schematically showing a problem of the conventional example.

【図56】従来例の問題点を模式的に示す図である。FIG. 56 is a view schematically showing a problem of the conventional example.

【図57】従来例の問題点を模式的に示す図である。FIG. 57 is a diagram schematically showing a problem of the conventional example.

【図58】従来例に係るノズルの縦断面図である。FIG. 58 is a longitudinal sectional view of a nozzle according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ノズル本体 102 主流水導管 103 噴出孔 105 中心軸 106 軸上注入水流動管 107 軸上注入水流ノズル 108 軸上注入高圧水 109 被加工対象物 110 主流水供給ユニツト 111 主流水遠隔導管 112 軸上注入水供給ユニツト 113 軸上注入水遠隔導管 Reference Signs List 101 Nozzle body 102 Main flow water conduit 103 Spout hole 105 Central axis 106 On-axis injection water flow pipe 107 On-axis injection water flow nozzle 108 On-axis injection high-pressure water 109 Workpiece 110 Main flow water supply unit 111 Main flow water remote conduit 112 On axis Injection water supply unit 113 On-axis injection water remote conduit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒沢 孝一 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭61−146428(JP,A) 特開 昭57−41139(JP,A) 特開 平2−222760(JP,A) 特開 平5−195052(JP,A) 実開 平2−145959(JP,U) 実開 平4−54664(JP,U) 実開 昭55−71000(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23P 17/00 B05B 1/02 C21D 7/04 - 7/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Koichi Kurosawa 3-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Inside the Hitachi Plant (56) References JP-A-61-146428 (JP, A) JP-A-57-41139 (JP, A) JP-A-2-222760 (JP, A) JP-A-5-195052 (JP, A) JP-A-2-145959 (JP, U) JP-A-4-54664 ( JP, U) Shokai 55-71000 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23P 17/00 B05B 1/02 C21D 7/04-7/06

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 水中において水を噴射衝突させることに
より加工対象物の表面応力状態を改善するキヤビテーシ
ヨン噴流用ノズルにおいて、噴出孔を有する第1の導管内に第2の導管を挿入し、そ
の第2の導管のノズルを前記第1の導管の噴出孔内に同
軸上に挿入して、 高圧水をそれぞれ第1の導管と第2の導管に供給して、
前記第1の導管の噴出孔内の噴射水流に対して第2の導
管のノズルから速度の異なる高圧水を同軸上に噴射・混
合する ことを特徴とするキヤビテーシヨン噴流用ノズ
ル。
In a cavitation jet nozzle for improving the surface stress state of an object to be processed by jetting and impinging water in water, a second conduit is inserted into a first conduit having an ejection hole.
The nozzle of the second conduit is inserted into the outlet of the first conduit.
Inserted on the shaft to supply high-pressure water to the first conduit and the second conduit, respectively;
A second conduit is provided for the water jet in the outlet of the first conduit.
High-pressure water with different speeds is injected and mixed coaxially from the pipe nozzle.
A nozzle for jetting cavitation, characterized by being combined .
【請求項2】 水中において水を噴射衝突させることに
より加工対象物の表面応力状態を改善するキヤビテーシ
ヨン噴流用ノズルにおいて、 径が徐々に縮小するノズル縮小部と、そのノズル縮小部
の先端部に設けられた断面円形のノズル最細部と、その
ノズル最細部の先端部に設けられた偏平状のノズル開口
部を有している ことを特徴とするキヤビテーシヨン噴流
用ノズル。
2. A method of jetting and colliding water in water.
Cavity to improve surface stress condition of workpiece
In the Yon jet nozzle, a nozzle reduction portion whose diameter gradually decreases, and the nozzle reduction portion
The smallest detail of the nozzle with a circular cross section provided at the tip of
Flat nozzle opening at the tip of the smallest nozzle
A cavity jet nozzle characterized by having a portion .
【請求項3】 水中において水を噴射衝突させることに
より加工対象物の表面応力状態を改善するキヤビテーシ
ヨン噴流用ノズルにおいて、 高圧水が供給される高圧水供給流路と、その高圧水供給
流路の先端部に設けられた径が収縮した収縮部と、その
収縮部の先端部に設けられ水中へ水を噴射する噴出孔と
を有し、その噴出孔の内壁に円環状溝が形成され、 その円環状溝の溝底直径dcが噴出孔の直径dnに対し
dc=(1.2〜1.6)dn で、円環状溝の幅lcが噴出孔の長さlnに対して lc=(0.15〜0.40)ln である ことを特徴とするキヤビテーシヨン噴流用ノズ
ル。
3. A method of jetting and colliding water in water.
Cavity to improve surface stress condition of workpiece
A high-pressure water supply flow path through which high-pressure water is supplied to a Yong jet nozzle;
A contracted portion having a contracted diameter provided at the tip of the flow path;
An orifice provided at the tip of the shrinking part to inject water into the water
An annular groove is formed on the inner wall of the ejection hole, and the groove bottom diameter dc of the annular groove is smaller than the diameter dn of the ejection hole.
In Te dc = (1.2~1.6) dn, wherein the width lc of the annular groove is lc = (0.15 to 0.40) ln the length ln of the ejection hole Nozzle for cavitation jet.
【請求項4】 水中において水を噴射衝突させることに
より加工対象物の表面応力状態を改善するキヤビテーシ
ヨン噴流用ノズルにおいて、 水供給管平行部の先端側に細径の噴出孔が設けられ、そ
の噴出孔の中心軸が前記水供給管平行部の中心軸に対し
てずれており、前記水供給管平行部と噴出孔の間が傾斜
した縮小部で繋がっている ことを特徴とするキヤビテー
シヨン噴流用ノズル。
4. A method of causing water to impinge and collide in water.
Cavity to improve surface stress condition of workpiece
In the Yon jet nozzle, a small-diameter jet hole is provided at the tip
The central axis of the spout hole is aligned with the central axis of the water supply pipe parallel part.
And the gap between the water supply pipe parallel part and the ejection hole is inclined.
A nozzle for jetting cavitation, which is connected by a reduced portion .
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