устройство для формирования струй жидкости

Формула изобретения

Устройство для формирования струй жидкости, включающее подводящий патрубок и последующие пары конического и цилиндрического патрубков с уменьшающимися по ходу движения жидкости радиусами, отличающееся тем, что внутренние размеры цилиндрических патрубков: объемы, радиусы, длины и тангенсы углов конических патрубков в последовательном ряду пар выполнены как среднегеометрические величины:

объемы



i = 1, 2, 3, 4;

радиусы



i = 1, 2, 3, 4;

длины



i = 1, 2, 3, 4;

тангенсы углов



i = 2, 3, 4;

где V_i-1 при i = 1 равно V₀, рассчитываемому по формуле



где V₀ - внутренний объем подводящего патрубка, м³;

Q - расход жидкости, м³/с;

P₀ - подводимое давление, Па;

- коэффициент истечения, = 0,935;

Ф - число, определяющее оптимальную область функционирования устройства при изменении подводимого давления в диапазоне (P₀ - 15% - P₀+15%), Ф = 1,61803...;

g - гравитационное ускорение, g = 9.8 м/с²;

- плотность жидкости, кг/м³;

₀ - начальная скорость, м/с;

и принят в диапазоне возможных отклонений от расчетной величины 10%;

R_i-1 при i = 1 равно R₀, рассчитываемому по формуле



где R₀ - радиус подводящего патрубка, м;

L_i-1 при i = 1 равно L₀, рассчитываемому по формуле



где L₀ - длина подводящего патрубка, м, и принята в диапазоне возможных отклонений от расчетной величины 10%;

tg₁ = ²/,

принятого в диапазоне возможных отклонений -2% - +1%;

при этом отклонения двух одноименных последовательных величин выполнено постоянным и равным

для объемов V_i/V_i-1 = 1/2Ф; i = 1, 2, 3, 4, 5;

для радиусов



i = 1, 2, 3, 4, 5;

для длин L_i/L_i-1 = 1/Ф; i = 1, 2, 3, 4, 5;

для тангенсов углов

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для формирования струй, обеспечивающих гидравлическое разрушение горных пород, в частности угля.

Известны струеформирующие устройства типа конфузоров. Эти устройства имеют низкий коэффициент передачи энергии, способствуют нагреву воды. Формирующая струя имеет недостаточную компактность и, следовательно, дальнобойность (Охрименко В.А. Подземная добыча угля. - М.: Недра, 1984. С. 134).

Известно устройство для формирования струй жидкости, включающее подводящий патрубок и последовательные пары конических и цилиндрических патрубков с уменьшающимися по ходу движения жидкости радиусами.

Устройство определяет количество пар, но не определяет соотношение их конструктивных параметров, что создает неоптимальные условия формирования струи (авторское свидетельство СССР 1580011, кл. Е 21 С 45/00, 1990, БИ 27).

Целью изобретения является оптимизация передачи энергии струи, и улучшение при этом компактности струи и повышение коэффициента осевого динамического давления.

Поставленная цель достигается тем, что применяют устройство для формирования струй жидкости, включающее подводящий патрубок и последующие пары конического и цилиндрического патрубков с уменьшающимися по ходу движения жидкости радиусами, и внутренние размеры цилиндрических патрубков: объемы, радиусы, длины и тангенсы углов конических патрубков в последовательном ряду пар выполнены как среднегеометрические величины:

объемы



i=1,2,3,4;

радиусы



i=1,2,3,4;

длины



i=1,2,3,4;

тангенсы углов



i=2,3,4;

где V_i-1 при i=1 равно V₀, рассчитываемый по формуле



где V₀ - внутренний объем подводящего патрубка, м³;

Q - расход жидкости, м³/с;

Р₀ - подводимое давление, Па;

- коэффициент истечения, = 0,935;

Ф - число, определяющее оптимальную область функционирования устройства при изменении подводимого давления в диапазоне (P₀-15%-P₀+15%), Ф=1,61803... ;

g - гравитационное ускорение, g = 9,8 м/с²;

- плотность жидкости, кг/м³;

v₀ - начальная скорость, м/с,

и принят в диапазоне возможных отклонений от расчетной величины 10%;

R_i-1 при i=1 равно R₀, рассчитываемый по формуле



где R₀ - радиус подводящего патрубка, (м);

L_i-1 при i=1 равно L₀, рассчитываемой по формуле



где L₀ - длина подводящего патрубка, (м);

и принята в диапазоне возможных отклонений от расчетной величины 10%;

и

tg₁ = ²/,

принятого в диапазоне возможных отклонений -2% + 1%;

при этом отклонения двух одноименных последовательных величин выполнено постоянным и равным:

для объемов V_i/V_i-1=1/2Ф; i=1,2,3,4,5;

для радиусов i=1,2,3,4,5;

для длин L_i/L_i-1=1/Ф; i=1,2,3,4,5;

для тангенсов углов

Струеформирующее устройство представлено на чертеже.

Оно содержит подводящий патрубок 1 и последовательные пары конического и цилиндрического патрубков: 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11. Их объемы, радиусы, длины и углы конусности обозначены соответственно V₀, V₁, ..., V₅; R₀, R₁, ..., R₅; L₀, L₁, ..., L₅; ₁,...,₅.

Устройство выполнено с постоянным соотношением величин

объемов



радиусов



длин



тангенсов углов



По параметрам подводящего давления, расхода и скорости наряду с плотностью жидкости , коэффициентом истечения , ускорением гравитации и числом Ф определены конструктивные параметры подводящего патрубка: объем, радиус, длина и тангенс угла первого конического патрубка по следующим выражениям

V₀ = QP₀10^-3/(Ф²g₀);



L₀ = P₀10^-3/(gФ²);

tg₁ = ²/Ф.

Величина Ф=1,61803..., определяет область оптимального функционирования устройства. Конструктивный параметр выбирают, округляя число Ф до четвертого знака.

Параметр расчета приведен в таблицах 1, 2, 3 и 4.

Устройство работает следующим образом. К подводящему патрубку подводят жидкость под давлением Р₀ с расходом Q и скоростью v₀. На каждой паре происходит удвоение скорости жидкости. На выходе последней пары получают рабочую скорость струи. В цилиндрической части пары во время работы находится масса жидкости

m_i = V_i;

Отношение масс жидкости в последовательных парах равно



Непрерывные удары подводимого давления Р₀ передаются по цепочке масс от подводящего патрубка до последнего, то есть к выходной струе. Это отношение масс соответствует закону Харта и Германа о наибольшей доле передачи энергии при соударении цепочки тел, а величина 1/2Ф соответствует максимальному значению этой доли, кДж. Опыты подтверждают повышение энергии и улучшение компактности струи.