Устройство для формирования струй жидкости

 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для формирования струй, обеспечивающих гидравлическое разрушение горных пород, в частности угля. Сущность изобретения заключается в том, что объемы, радиусы и длины цилиндрических патрубков устройства, тангенсы углов конических патрубков в последовательном ряду выполнены как среднегеометрические величины. Отношение последовательных величин постоянны и равны: для объемов 1/2Ф, для радиусов для длин 1/Ф, для тангенсов углов . Параметры подводящего патрубка устройства определяются по гидравлическим характеристикам подводящей жидкости: расходу, начальной скорости, подводимому давлению, плотности, коэффициенту истечения, ускорению гравитации и числу Ф, определяющему оптимальную область функционирования устройства. Изобретение позволяет достигнуть оптимизацию передачи энергии струи и улучшить при этом компактность струи, а также повысить коэффициент осевого динамического давления. 1 ил., 4 табл.

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;
μ - коэффициент истечения, μ = 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;
ρ - 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
tgα₁ = μ²/Φ,
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; α₁,...,α₅.
Устройство выполнено с постоянным соотношением величин
объемов

радиусов

длин

тангенсов углов

По параметрам подводящего давления, расхода и скорости наряду с плотностью жидкости ρ, коэффициентом истечения μ, ускорением гравитации и числом Ф определены конструктивные параметры подводящего патрубка: объем, радиус, длина и тангенс угла первого конического патрубка по следующим выражениям
V₀ = QP₀•10^-3/(μФ²gρν₀);

L₀ = P₀•10^-3/(μgρФ²);
tgα₁ = μ²/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 = ρV_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.

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;
μ - коэффициент истечения, μ = 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;
ρ - плотность жидкости, кг/м³;
υ₀ - 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%;
tgα₁ = μ²/Φ,
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

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3