專利名稱：自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種用于高壓射流的自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器。涉及機械工程中高壓射流用的噴具的噴嘴。它是在通常的脈沖自振噴嘴的頂端加設亥姆霍茲式振蕩腔，從而使產生的射流具有比錐形和脈沖式噴嘴所產生的射流更強的沖蝕和氣蝕效果。它主要是由脈沖噴嘴式的入口導管和亥姆霍茲式振蕩腔及振蕩腔出口等部分組成。
在高壓射流中，尤其在采礦和石油鉆井工程中，輔助機械鉆具進行破巖和沖蝕的射流鉆具多采用錐形噴嘴，以便靠產生氣蝕作用來提高破巖和沖蝕效果。70年代末，美國馬里蘭流體公司有人提出自激氣蝕的概念和理論，即所謂自激空化是一種無源振蕩氣蝕射流，它是利用聲諧振蕩原理將噴嘴結構設計成自激振蕩噴嘴系統(tǒng)，從而使連續(xù)射流能形成大的、斷續(xù)的旋渦環(huán)，在渦環(huán)中心產生氣蝕。這種射流不僅具有強烈的氣蝕現(xiàn)象，而且能把連續(xù)射流同時轉變成脈沖射流。但是，這些理論只見于國外的少量文獻報導，并未見到實際應用的資料。而目前國內在高壓射流工程中的噴具多采用錐形噴嘴，這種錐形噴嘴雖能產生空化流態(tài)，但主要是靠提高壓力來加強沖蝕強度，若在射流設備的耐壓限度一定時，僅靠提高壓力來加強沖蝕顯然是不合適的，而且易造成設備不應有的故障和縮短設備使用壽命。
本實用新型的目的就在于避免上述現(xiàn)有技術的不足之處，而提供一種自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器，使其加設在射流噴具的噴嘴頂端，從而產生自激氣蝕現(xiàn)象，這種自激氣蝕射流比一般的氣蝕射流具有更強的氣蝕作用。通過試驗證明，在相同的條件下，本實用新型所采用的自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器比常用的Smith鉆頭噴嘴產生氣蝕作用的井深大2～6倍，切槽深度大2～4倍，若裝在三牙輪鉆井鉆頭上，機械鉆速可提高4～6倍，沖蝕能力和清洗效果提高4倍，比能也可降低70％左右。
附圖
即為本實用新型的結構示意圖。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是在普通的高壓射流噴具的頂端裝設自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器。這種射流發(fā)生器是由脈沖噴嘴式的入口導管(1)和亥姆霍茲式振蕩腔(4)及振蕩腔出口(5)等部分組成。為了更好地從結構的優(yōu)化上來加強自激振蕩的氣蝕效果，本實用新型還為入口導管(1)的過渡面(6)設計成園錐面或具有一定幾何形狀的曲面，并為亥姆霍茲式振蕩腔(4)的底部的反饋面(8)也設計成平面或具有一定幾何形狀的曲面(其形狀可以與過渡面(6)的形狀剛好相反)，這些曲面可以是球面、雙曲面或拋物面等。
附圖的圖面說明如下1－－入口導管2－－入口導管出口喉部厚度3－－入口導管出口4－－亥姆霍茲式振蕩腔5－－振蕩腔出口6－－入口導管過渡面7－－振蕩腔出口喉部厚度8－－振蕩腔反饋面下面將結合利用水力沖蝕標準砂巖巖樣的性能試驗，給出在試驗中本實用新型結構參數(shù)的范圍1.入口導管出口(3)與入口導管(1)的直徑之比為D1／D＜012.入口導管出口(3)與振蕩腔出口(5)的直徑之比為D1／D2＝0.8～1.53.入口導管出口(3)的直徑與其喉部厚度(2)之比為D1／L1≥14.入口導管出口(3)直徑與振蕩腔出口(5)喉部厚度(7)之比為D1／L2≥15.入口導管出口(3)與亥姆霍茲式振蕩腔(4)的直徑之比為D1／D0≥1／66.入口導管出口(3)直徑與亥姆霍茲式振蕩腔(4)高度之比為D1／L≥1／5在5、6兩項中，其參數(shù)關聯(lián)式為D0／D＝1／(2πSdM)*(D1／L)L／D1＝(n－3／8－θ／2π)*K／［Sd(M＊K＋1)］其中馬 赫 數(shù) M≤0.1n－－－模態(tài)數(shù)Strouhal 數(shù) Sd＝0.2～1.2θ－－－初始相位角渦旋速度因子 K＝0.57～0.66由于本實用新型采用了自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器，從而在相同的條件下使其產生的沖蝕效果比錐形噴嘴提高4倍以上，比能降低70％左右。因此，該實用新型既可在石油、煤礦、化工、水利，也可在建筑、海洋、交通等行業(yè)進行輔助機械鉆頭破巖、有效地清洗除污或切割、破碎物體，并可提高工效降低成本。尤其是對石油鉆井的水力－機械聯(lián)合破巖，可大幅度地提高機械鉆速。
權利要求1.自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器，其特征在于在高壓射流噴具的脈沖式噴嘴上設置亥姆霍茲式振蕩腔的射流發(fā)生器，該射流發(fā)生器是由入口導管出口(3)和亥姆霍茲式振蕩腔(4)及振蕩腔出口(5)組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器，其特征在于入口導管(1)與其出口(3)的直徑之比＞1；亥姆霍茲式振蕩腔(4)與入口導管出口(3)的直徑之比≤6；振蕩腔(4)高度與入口導管出口(3)的直徑之比≤5。
3.根據(jù)權利要求1所述的自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器，其特征在于入口導管出口(3)的過渡面(6)可以是曲面，振蕩腔(4)底部的反饋面(8)也可以是曲面。
4.根據(jù)權利要求3所述的自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器，其特征在于其反饋面(8)既可以是平面，也可以是與過渡面(6)相反形狀的曲面。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器，其特征在于所說的曲面可以是園錐面。
6.根據(jù)權利要求3或4所述的自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器，其特征在于所說的曲面可以是球面。
7.根據(jù)權利要求3或4所述的自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器，其特征在于所說的曲面可以是雙曲面。
8.根據(jù)權利要求3和4所述的自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器，其特征在于所說的曲面可以是拋物面。
專利摘要本實用新型是一種自激振蕩氣蝕結構射流發(fā)生器，它主要是在高壓射流噴具的噴嘴上采用了具有亥姆霍茲式振蕩腔結構，并具有優(yōu)化、合理的過渡面和反饋面。其產生的沖蝕效果比錐形噴嘴提高4倍以上，比能降低70％左右，用于石油鉆井的水力-機械聯(lián)合破巖，可大幅度地提高鉆頭的機械鉆速。
文檔編號F15D1/08GK2124339SQ92225759
公開日1992年12月9日 申請日期1992年6月27日 優(yōu)先權日1992年6月27日
發(fā)明者沈忠厚, 汪志明 申請人:石油大學(北京)