RU68590U1

RU68590U1 - HYDROCAVITATION DEVICE FOR CAVITATION-PULSATING ACTION

Info

Publication number: RU68590U1
Application number: RU2007114350/22U
Authority: RU
Inventors: Игорь Борисович Бондарчук; Александр Владимирович Котов; Артем Олегович Логинов; Сергей Яковлевич Рябчиков; Владимир Иванович Лунев; Михаил Степанович Паровинчак; Владимир Михайлович Зыков
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2007-11-27

Abstract

Полезная модель направлена на повышение эффективности работы устройства для гидродинамического разрушения горных пород за счет увеличения скорости потока жидкости и формирования компактной гидромониторной струи кавитационно-пульсирующего действия, а также улучшение эксплуатационных свойств устройства. Указанный технический результат достигается тем, что корпус устройства выполнен, по меньшей мере, в виде пяти сопел, которые расположены соосно и последовательно по ходу движения жидкости и сообщены между собой.The utility model is aimed at increasing the efficiency of the device for hydrodynamic destruction of rocks by increasing the flow rate of the liquid and the formation of a compact jet of cavitation-pulsating action, as well as improving the operational properties of the device. The specified technical result is achieved in that the housing of the device is made at least in the form of five nozzles, which are located coaxially and sequentially in the direction of movement of the liquid and are interconnected.

Description

Полезная модель относится к средствам для получения пульсирующих струй жидких сред и может найти применение для повышения эффективности гидродинамического разрушения горных пород, в частности при сква-жинной гидродобычи (СГД) полезных ископаемых и бурении скважин.The utility model relates to means for producing pulsating jets of liquid media and can be used to increase the efficiency of hydrodynamic destruction of rocks, in particular in downhole hydraulic production (SRS) of minerals and drilling wells.

К настоящему времени разработано значительное количество различных конструкций гидрокавитационных устройств (кавитаторов), используемых в различных отраслях промышленности (см. например патенты РФ №№2034640 (B01F 5/00), 2053029 (В06В 1/20, В06В 1/18), 2095274 (В63В5 9/00), 2123957 (В63В5 9/08, В08В 3/02), 2113630 (F04F 5/42), 2236915 (В08В 3/02, B01F 5/00), 2258130 (Е21В 37/08, В08В 3/02, В63В 59/08) и др.).To date, a significant number of different designs of hydro-cavitation devices (cavitators) used in various industries have been developed (see, for example, RF patents Nos. 2034640 (B01F 5/00), 2053029 (B06B 1/20, B06B 1/18), 2095274 ( B63B5 9/00), 2123957 (B63B5 9/08, B08B 3/02), 2113630 (F04F 5/42), 2236915 (B08B 3/02, B01F 5/00), 2258130 (E21B 37/08, B08B 3 / 02, B63B 59/08) and others).

Несмотря на существенные отличия в конструкциях устройств по вышеуказанным патентам основным источником создания кавитации является трубка Вентури. Различия в конструктивном выполнении направлены на повышение эффективности работы гидрокавитационных устройств. А именно на формирование компактной струи на выходе из кавитатора, повышение степени кавитации, увеличение скорости потока жидкости на входе в кавитатор, увеличение пульсирующего действия в кавитационной струе и др. В конечном итоге все это приводит к повышению технико-экономических показателей СГД полезных ископаемых и бурения скважин.Despite significant differences in the design of the devices according to the above patents, the main source of cavitation is the venturi. The differences in the design are aimed at increasing the efficiency of hydro-cavitation devices. Namely, the formation of a compact jet at the exit of the cavitator, an increase in the degree of cavitation, an increase in the velocity of the fluid flow at the inlet of the cavitator, an increase in the pulsating effect in the cavitation jet, etc. Ultimately, all this leads to an increase in the technical and economic indicators of SRS of minerals and drilling wells.

В тоже время многие конструкции гидрокавитационных устройств имеют существенные недостатки, что и является причиной их постоянного совершенствования. При этом следует принимать во внимание то, что кавитаторы, находящиеся в составе скважинных снарядов, работают в условиях буровой скважины, что также существенно влияет на их конструкцию.At the same time, many designs of hydro-cavitation devices have significant drawbacks, which is the reason for their continuous improvement. It should be borne in mind that the cavitators that are part of the borehole shells operate in a borehole, which also significantly affects their design.

Известно «Гидрокавитационное устройство» по патенту РФ №2236915 (МПК В08В 3/02, B01F 5/00 - 2004 г.).It is known "Hydrocavitation device" according to the patent of the Russian Federation No. 2236915 (IPC B08B 3/02, B01F 5/00 - 2004).

Это устройство содержит корпус и выполненные в корпусе входной элемент в виде конфузора, входной цилиндрический канал, по меньшей мере, две камеры и диффузор, которые расположены соосно и последовательно по ходу движения жидкости и сообщены между собой. Введен, по меньшей мере, один промежуточный цилиндрический канал, расположенный между камерами. При этом диаметр каждого промежуточного цилиндрического канала меньше диаметра камеры и больше диаметра цилиндрического канала, стоящих непосредственно перед ним. Это устройство и принято за прототип заявляемой полезной модели.This device comprises a housing and an input element in the form of a confuser, an input cylindrical channel, at least two chambers and a diffuser, which are arranged coaxially and sequentially in the direction of flow of the fluid and connected to each other, made in the housing. At least one intermediate cylindrical channel located between the chambers is introduced. In this case, the diameter of each intermediate cylindrical channel is less than the diameter of the chamber and larger than the diameter of the cylindrical channel directly in front of it. This device is taken as a prototype of the claimed utility model.

Недостаток устройства по патенту РФ №2236915 состоит в малой эффективности работы применительно для скважинкой гидродобычи и бурения скважин.The disadvantage of the device according to the patent of the Russian Federation No. 2236915 is the low efficiency with respect to the well of hydraulic production and well drilling.

Поставлена задача: повысить эффективность работы устройства для гидродинамического разрушения горных пород за счет увеличения скорости потока жидкости и формирования компактной гидромониторной струи кавитационно-пульсирующего действия, а также улучшение эксплуатационных свойств устройства.The task: to increase the efficiency of the device for the hydrodynamic destruction of rocks by increasing the flow rate of the liquid and the formation of a compact jet of cavitation-pulsating action, as well as improving the operational properties of the device.

Поставленная задача решена следующим образом. В соответствие с прототипом гидрокавитационное устройство кавитационно-пульсирующего действия включает корпус, в котором выполнены входной конфузор, входной цилиндрический канал, кавитационная камера, промежуточный цилиндрический канал и диффузор, которые расположены соосно и последовательно по ходу движения жидкости и сообщены между собой. При этом диаметр промежуточного цилиндрического канала меньше диаметра кавитационной камеры и больше диаметра входного цилиндрического канала.The problem is solved as follows. In accordance with the prototype, the cavitation device of the cavitation-pulsating action includes a housing in which an inlet confuser, an inlet cylindrical channel, a cavitation chamber, an intermediate cylindrical channel and a diffuser are arranged, which are coaxially and sequentially in the direction of the fluid flow and interconnected. The diameter of the intermediate cylindrical channel is less than the diameter of the cavitation chamber and larger than the diameter of the inlet cylindrical channel.

Согласно полезной модели корпус устройства выполнен, по меньшей мере, в виде пяти сопел, которые расположены соосно и последовательно по ходу движения жидкости и сообщены между собой. При этом первое сопло According to a utility model, the housing of the device is made of at least five nozzles, which are arranged coaxially and sequentially in the direction of movement of the fluid and are interconnected. In this case, the first nozzle

содержит входной конфузор и входной цилиндрический канал, второе - кавитационную камеру и первый промежуточный цилиндрический канал, третье - конфузор пульсации и второй промежуточный цилиндрический канал, четвертое - кавитационную камеру и третий промежуточный цилиндрический канал, пятое - диффузор и выходной цилиндрический канал. При этом входной конфузор выполнен с элептическими кромками входа, диаметр первого и третьего промежуточных цилиндрических каналов меньше диаметра прилегающих кавитационных камер и больше диаметра соответственно входного и второго промежуточного цилиндрических каналов, а также диаметр второго промежуточного цилиндрического канала меньше диаметра входного цилиндрического канала.it contains an input confuser and an input cylindrical channel, a second contains a cavitation chamber and a first intermediate cylindrical channel, a third contains a pulsation confuser and a second intermediate cylindrical channel, a fourth contains a cavitation chamber and a third intermediate cylindrical channel, and a fifth contains a diffuser and an output cylindrical channel. In this case, the inlet confuser is made with elliptical edges of the inlet, the diameter of the first and third intermediate cylindrical channels is smaller than the diameter of the adjacent cavitation chambers and larger than the diameter of the inlet and second intermediate cylindrical channels, as well as the diameter of the second intermediate cylindrical channel is smaller than the diameter of the inlet cylindrical channel.

Далее сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена схема конструкции гидрокавитационного устройства.Further, the essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a diagram of the design of the hydro-cavitation device.

Предлагаемое гидрокавитационное устройство состоит из пяти сопел 1, 2, 3, 4, 5, которые расположены соосно и последовательно по ходу движения жидкости и сообщены между собой. При этом первое сопло содержит входной конфузор 6 с элептическими кромками входа и входной цилиндрический канал 7, второе - кавитационную камеру 8 и первый промежуточный цилиндрический канал 9, третье - конфузор пульсации 10 и второй промежуточный цилиндрический канал 11, четвертое - кавитационную камеру 12 и третий промежуточный цилиндрический канал 13, пятое - диффузор 14 и выходной цилиндрический канал. Соотношение размеров устройства следующее: диаметр первого 9 и третьего 13 промежуточных цилиндрических каналов меньше диаметра прилегающих кавитационных камер 8, 12 и больше диаметра соответственно входного 7 и второго промежуточного 11 цилиндрических каналов, а также диаметр второго промежуточного цилиндрического канала 11 меньше диаметра входного цилиндрического канала 7.The proposed hydrocavitation device consists of five nozzles 1, 2, 3, 4, 5, which are located coaxially and sequentially in the direction of the fluid and are interconnected. In this case, the first nozzle contains an inlet confuser 6 with elliptical edges of the inlet and an inlet cylindrical channel 7, a second cavitation chamber 8 and a first intermediate cylindrical channel 9, a third pulsation confuser 10 and a second intermediate cylindrical channel 11, a fourth cavitation chamber 12 and a third intermediate a cylindrical channel 13, a fifth - a diffuser 14 and an output cylindrical channel. The size ratio of the device is as follows: the diameter of the first 9 and third 13 intermediate cylindrical channels is smaller than the diameter of the adjacent cavitation chambers 8, 12 and larger than the diameter of the input 7 and second intermediate 11 cylindrical channels, as well as the diameter of the second intermediate cylindrical channel 11 is less than the diameter of the input cylindrical channel 7.

Выполнение гидрокавитационного устройства в виде отдельных сопел направлено на улучшение его эксплуатационных свойств, а именно на упрощение The implementation of the hydro-cavitation device in the form of separate nozzles is aimed at improving its operational properties, namely, simplification

изготовления конструкции и возможность замены изношенных частей (сопел).manufacturing design and the possibility of replacing worn parts (nozzles).

Данное устройство работает следующим образом.This device operates as follows.

Рабочая жидкость под давлением подается во входной конфузор 6, который служит для ускорения потока жидкости. При этом элептические кромки входа конфузора обеспечивают снижение гидравлических сопротивлений, тем самым, увеличивая скорость потока жидкости. В области входного цилиндрического канала 7 поток приобретает максимальное ускорение. При попадании потока в резко расширенную полость кавитационной камеры 8, вследствие падения давления до значений, равных упругости паров жидкости, на ее кромках происходит образование кавитационных полостей (пузырьков), перемещающихся совместно с потоком. Далее поток жидкости через первый промежуточный цилиндрический канал 9 поступает в конфузор пульсации 10, где вследствие увеличения давления происходит частичное схлопывание кавитационных полостей, сопровождающееся возникновением ударной волны. При этом в результате колебаний давления жидкости образуется пульсирующий поток. Второй промежуточный цилиндрический канал 11 обеспечивает компактность струи. Далее поток жидкости проходит через кавитационную камеру 12, третий промежуточный цилиндрический канал 13, диффузор 14 и выходной цилиндрический канал 15, который формирует компактную струю жидкости. При этом повторяется и усиливается процесс образования кавитационных полостей. В результате на выходе из гидрокавитационного устройства формируется компактная гидромониторная струя кавитационно-пульсирующего действия. При этом кавитационное и пульсирующее воздействие струи на горную породу вызывает в ней дополнительные разрушающие напряжения, тем самым, повышая эффективность гидродинамического разрушения горных пород.The working fluid under pressure is supplied to the inlet confuser 6, which serves to accelerate the flow of fluid. At the same time, the elliptical edges of the inlet of the confuser provide a reduction in hydraulic resistance, thereby increasing the fluid flow rate. In the region of the input cylindrical channel 7, the flow acquires maximum acceleration. When the flow enters the sharply expanded cavity of the cavitation chamber 8, due to the pressure drop to values equal to the vapor pressure of the liquid, cavitation cavities (bubbles) are formed at its edges, moving together with the flow. Further, the fluid flow through the first intermediate cylindrical channel 9 enters the pulsation confuser 10, where, due to the increase in pressure, the cavitation cavities partially collapse, accompanied by the occurrence of a shock wave. In this case, as a result of fluctuations in fluid pressure, a pulsating flow is formed. The second intermediate cylindrical channel 11 provides a compact jet. Further, the fluid flow passes through the cavitation chamber 12, the third intermediate cylindrical channel 13, the diffuser 14 and the output cylindrical channel 15, which forms a compact stream of liquid. In this case, the formation of cavitation cavities is repeated and intensified. As a result, a compact hydromonitor stream of cavitation-pulsating action is formed at the exit from the hydro-cavitation device. At the same time, the cavitational and pulsating effect of the jet on the rock causes additional destructive stresses in it, thereby increasing the efficiency of hydrodynamic destruction of rocks.

Технический результат: повышение эффективности работы устройства для гидродинамического разрушения горных пород за счет увеличения скорости потока жидкости и формирования компактной гидромониторной струи Effect: increasing the efficiency of the device for the hydrodynamic destruction of rocks by increasing the flow rate of the liquid and the formation of a compact jet monitor

кавитационно-пульсирующего действия, а также улучшение эксплуатационных свойств устройства.cavitation-pulsating action, as well as improving the operational properties of the device.

Claims

A cavitation pulsating cavitation device comprising a housing in which an inlet confuser, an inlet cylindrical channel, a cavitation chamber, an intermediate cylindrical channel and a diffuser are arranged, which are arranged coaxially and sequentially along the liquid and are interconnected, while the diameter of the intermediate cylindrical channel is smaller the diameter of the cavitation chamber and more than the diameter of the input cylindrical channel, characterized in that the housing of the device is made at least in the form of These nozzles are located coaxially and sequentially along the fluid flow and are interconnected, the first nozzle containing an inlet confuser and an inlet cylindrical channel, the second a cavitation chamber and a first intermediate cylindrical channel, the third a pulsation confuser and a second intermediate cylindrical channel, fourth - a cavitation chamber and a third intermediate cylindrical channel; o and the third intermediate cylindrical channels are smaller than the diameter of adjacent cavitation chambers and larger than the diameter of the inlet and second intermediate cylindrical channels, respectively, and the diameter of the second intermediate cylindrical channel is smaller than the diameter of the inlet cylindrical channel.