專利名稱:流體介質(zhì)波高密度能量發(fā)生裝置的制作方法
本發(fā)明屬于高壓流體發(fā)生技術(shù)，確切地講，屬于獲得高壓流體束的技術(shù)裝置。用這種裝置產(chǎn)生的高壓流體束，可以切割多種工程材料，加工特種機(jī)械部件，拆除舊建筑物的框架等。
已有高壓流體束發(fā)生裝置，都是建立在流體靜壓傳遞基礎(chǔ)上的，是運(yùn)用帕斯卡原理設(shè)計(jì)的。這類裝置一般是把低壓狀態(tài)的流體介質(zhì)通過密封腔(壓縮缸或壓縮艙)進(jìn)行壓縮，使其轉(zhuǎn)變成高壓狀態(tài)的流體。然后，把這種高壓狀態(tài)的流體通過管道或通道送入高壓儲艙。在高壓條件下，流體介質(zhì)再從高壓儲艙中通過特制的噴咀(小細(xì)孔)以近1000米/秒左右的速度噴射出去，形成高壓流體束。目前這類裝置產(chǎn)生的高壓流體束的壓強(qiáng)能夠達(dá)到4200公斤/厘米2。(科學(xué)畫報(bào)1985年第9期，題為切割食品的新工具-“流體激光”);(科學(xué)畫報(bào)1985年第11期，題為高壓水射流技術(shù))。根據(jù)帕斯卡原理設(shè)計(jì)的高壓流體束發(fā)生裝置，都存在以下缺點(diǎn)(1)所產(chǎn)生的高壓流體束壓強(qiáng)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于產(chǎn)生這一壓強(qiáng)的裝置自身結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度的極限，這個(gè)極限是阻礙高壓流體束壓強(qiáng)繼續(xù)提高的主要原因。因此，這類裝置能達(dá)到4000公斤/厘米2的壓強(qiáng)就是極不容易的事情了。(2)這類裝置、管件、閥件的材質(zhì)，以及另部件的加工精度和安裝過程的技術(shù)要求都很高。在工作過程中裝置的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力很大，結(jié)構(gòu)的需要，設(shè)計(jì)的安全致使裝置特別笨重。(3)這類裝置在工作過程中，流體介質(zhì)從低壓到高壓的升壓過程，能量、壓強(qiáng)在流體介質(zhì)中的分布是均勻的;能量、壓強(qiáng)是同步上升的;能量、壓強(qiáng)在流體介質(zhì)中的傳遞是各向同性的。(4)這種裝置由于能量、壓強(qiáng)在介質(zhì)中的傳遞具有各向同性，所以裝置、管路、閥件、密封件等一旦發(fā)生泄漏，即刻會對裝置周圍的工作人員直接造成生命危險(xiǎn)。
本發(fā)明的目的是克服上述缺點(diǎn)設(shè)計(jì)的一種全新型的高壓流體束發(fā)生裝置，該裝置經(jīng)濟(jì)、安全、產(chǎn)生的高壓流體介質(zhì)束峰值壓強(qiáng)可達(dá)5000～30000公斤/厘米2。
本發(fā)明是根據(jù)波迭加原理和惠更斯原理設(shè)計(jì)的，所以能量和壓力是以波的形式傳遞的，具有極強(qiáng)的傳遞方向性。圖1表示能量和壓力傳遞的方向特征，圖1中(1)為壓力波原波面(波前)，(2)為次波波源面，(3)為向前推進(jìn)后的新波面(波前)，圖1中各圖箭頭所指方向?yàn)椴芰?、壓力傳播或運(yùn)動的方向，圖1中a為點(diǎn)波源向周圍空間傳播的球面彈性發(fā)散波運(yùn)動形式，圖1中的b為球面波源向球心方向傳播的球面彈性收斂波運(yùn)動形式，圖1中c為點(diǎn)波源沿園錐角向外傳播的彈性發(fā)散波運(yùn)動形式，圖1中d為球面波沿園錐角向球心方向傳播的運(yùn)動形式。圖1中a、c是能量、壓力的擴(kuò)散傳播方式b、d為能量、壓力的集中的傳播方式。
本發(fā)明的主要組成如下1、提供動力和激振波源的動力、振動機(jī)構(gòu)，如超聲頻、聲頻機(jī)構(gòu);2、把流體介質(zhì)波從低密度能量狀態(tài)提高到高密度能量狀態(tài)的發(fā)生機(jī)構(gòu)(簡稱能量發(fā)生機(jī)構(gòu))，其幾何形狀為球面殼體園錐形;3、流體介質(zhì)供應(yīng)補(bǔ)充機(jī)構(gòu)，介質(zhì)為液體如水或油。
圖2中，1為動力、振動機(jī)構(gòu)，例如聲頻、超聲頻振動機(jī)構(gòu)。在超聲頻振動機(jī)構(gòu)中分單元體(整個(gè)裝置只有一個(gè)振動部件帶動)、振動和多元體(整個(gè)裝置是由多個(gè)小的具有同步振動特性的振動部件帶動)振動。振動體2、園錐殼體3、噴咀4、螺栓5、彈性組件6組成能量發(fā)生機(jī)構(gòu)。能量發(fā)生機(jī)構(gòu)是個(gè)中空的球面園錐殼體。中空的球面園錐體在工作中是充滿流體介質(zhì)(水或油)的，這個(gè)被流體介質(zhì)充滿的球面園錐空間稱為波能迭加腔，當(dāng)波能迭加腔中的流體球面受到激發(fā)振動時(shí)，這個(gè)球面上的激波能量將有40%以上以波的形式向球心(或錐頂噴咀)處迭加輸送，從而在噴咀處以高密度能量流體介質(zhì)表現(xiàn)出來，形成脈沖性的高溫高壓流體射向裝置外部。由于壓力波速在流體介質(zhì)水中的傳播速度為1460米/秒，而在鋼材中的傳播速度為5500米/秒左右，所以采用單元體振動機(jī)構(gòu)時(shí)，通過修正波能迭加腔球面曲率的方法達(dá)到使波前同步到達(dá)錐頂噴咀的目的。裝置在工作過程中是流體介質(zhì)消耗的過程，消耗的流體介質(zhì)由儲罐經(jīng)減壓閥9通過給水管8及環(huán)狀流體通道7，不斷的向波能迭加腔補(bǔ)充介質(zhì)。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明及其各個(gè)組成機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和功能圖3、圖4為采用電動機(jī)帶動的雙偏心振動機(jī)構(gòu)，這個(gè)機(jī)構(gòu)是屬于聲頻單元體振動能量發(fā)生裝置。
圖3為動力、振動機(jī)構(gòu)的傳動示意圖。電動機(jī)1通過和其固定連接(如鍵連接或釘絲連接)的皮帶輪2和皮帶3，帶動振動機(jī)構(gòu)的皮帶輪4，皮帶輪4和振動機(jī)構(gòu)的偏心軸5固定連接(如鍵連接或釘絲連接)。偏心軸5的另一端和齒輪6固定連接(如鍵連接或釘絲連接)，齒輪6和同樣幾何參數(shù)的(同規(guī)格)的齒輪7相嚙合。齒輪7和另一同樣力學(xué)參數(shù)的偏心軸8固定連接(如鍵連接或釘絲連接)。偏心軸5和8應(yīng)對稱置放。偶心軸兩端分別加軸承9并通過振動機(jī)構(gòu)的殼體10組合成動力、振動機(jī)構(gòu)，電機(jī)1和殼體10的連接采用固定連接30，例如螺栓連接或焊接。
圖4是整個(gè)裝置的裝配示意圖，振動機(jī)構(gòu)的殼體10的下部與發(fā)生機(jī)構(gòu)中的振動體11用螺栓12連接或焊接。
振動體11的下部，做成(給定狀態(tài)的)球面形或修正后的近似球面形13。球面形13和園錐殼體14組合后形成流體波能迭加腔15。圖5為流體波能迭加腔15的幾何狀態(tài)，其中Ω為立體角，S為立體角Ω對應(yīng)球面上的面積，R為球面的半徑，D為立體角Ω所對應(yīng)的球面上切割園的直徑。立體角Ω和S面所包圍的空間就是波能迭加腔15。立體角Ω從0到4πR2之間的任一數(shù)值。圓錐殼體14的錐頂與噴咀元件27組合，通過噴咀將高壓流體射向外部。
圖4中，振動體11和園錐殼體14組合后形成環(huán)狀流體通道16，環(huán)狀流體通道16通過平面間隙17與波能迭加腔15相通。振動體11和園錐殼體14通過滑動配合間隙18形成內(nèi)外套接的形式。在配合間隙18處設(shè)一個(gè)“O”型橡膠密封圈19起密封作用。在振動體11上部開數(shù)條連接通道20，作為連接緩沖環(huán)狀管道21的連接管道，緩沖環(huán)狀管道21通過管22和外部流體儲罐連通，形成了流體介質(zhì)自儲罐經(jīng)管22、緩沖環(huán)狀管道21連接通道20、環(huán)狀流體通道16、平面接觸處縫隙17和球面園錐波能迭加腔15相互連通。振動體11和園錐殼體14通過數(shù)根螺栓23、平墊24、螺帽25、蝶形彈簧26的組合連接起來，這種組合予壓彈性組件，它是保證裝置在工作過程中平面接觸間隙17保持0.5毫米到4毫米之間某一特定間隙的。
振動體11也可作成多通道形31的流體介質(zhì)供應(yīng)、補(bǔ)充機(jī)構(gòu)形式，通過球面形(圖6中)13上的均勻分布小孔(小孔直徑為0.5毫米到1.5毫米之間的某一特定數(shù))溝通波能迭加腔15和環(huán)狀流體通道16。在振動體11上形成近似球面狀流體供應(yīng)、補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)。
高壓流體束的噴咀27與園錐體14固定連接(如絲扣連接、法蘭連接、焊接)。噴咀27的材料采用高強(qiáng)耐熱材料(如高強(qiáng)度合金制造振動體11、園錐殼體14、噴咀27、予壓彈性組件以及流體介質(zhì)在裝置上的供應(yīng)管道、通道、密封圈組成流體介質(zhì)波高密度能量發(fā)生裝置的發(fā)生機(jī)構(gòu)。
機(jī)體支架28，是根據(jù)要求制作的，它是連接園錐殼體外部的一定部位并用螺栓29固定的，它的下腳可固定在混凝土基礎(chǔ)上或適應(yīng)射束角度變化的活動支撐輪上。它是由金屬材料(如炭素鋼或低合金鋼)制成的。支架并不參予流體介質(zhì)的迭加升壓機(jī)制，總之根據(jù)需要制作即可。
本發(fā)明的工作機(jī)制。由動力、振動機(jī)構(gòu)帶動振動體沿裝置的軸線方向作垂直的上下振動，激發(fā)波能迭加腔中流體介質(zhì)S面，產(chǎn)生球面或近似球面波源，該波源激起的流體介質(zhì)壓力波的波前向球心收縮，形成收斂性的球面彈性波前，隨著球面面積的縮小，能量逐步集中到逐步減小的球面上，最后集中到球心處，產(chǎn)生聚焦現(xiàn)象，由此獲得高能的流體介質(zhì)并通過噴咀射向裝置的外部。
本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)1.在工作狀態(tài)中所產(chǎn)生的高壓流體束的峰值壓強(qiáng)達(dá)到5000公斤/厘米2至30000公斤/厘米2;2.發(fā)生機(jī)構(gòu)在工作過程中流體介質(zhì)從低壓到高壓升壓的過程，能量、壓強(qiáng)在流體介質(zhì)中分布是極不均勻的，且具有脈沖性變化的。能量、壓強(qiáng)是同步上升的，能量、壓強(qiáng)在流體介質(zhì)中的傳遞具有極強(qiáng)的方向性，且是不可逆的;3.發(fā)生機(jī)構(gòu)，材料的材質(zhì)、加工精度、安裝技術(shù)要求都不算高;4.由于流體介質(zhì)在裝置中能量、壓強(qiáng)具有很強(qiáng)的方向性，又沒有什么管路閥件，也不要求有很高的密封，即使個(gè)別地方發(fā)生泄漏，對工作人員也無危險(xiǎn)。
這些優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)用帕斯卡原理設(shè)計(jì)的，任何高壓流體束發(fā)生裝置所無法實(shí)現(xiàn)的。
實(shí)施例。本發(fā)明實(shí)施例按圖4加工，采用10KW直流調(diào)速電機(jī)作動力，振動裝置采用對稱雙偏心軸作振動部件，雙軸組合最大激振力為2500kgf，偏心距為1.0毫米到2毫米之間。立體角Ω對應(yīng)的球面上的S面直徑D為600毫米，波能迭加腔半徑R為700毫米，園錐殼體壁厚為30毫米，噴咀外徑采用20毫米至30毫米，內(nèi)徑為0.5毫米，加工裝配完成后電機(jī)重心，振動裝置的合力中心，振動體的軸線，園錐殼體的軸線、噴咀的軸線應(yīng)當(dāng)重合在一條軸線上，其偏差不得大于0.1毫米。予壓彈性元件為6組、沿振動體11圓周平均分布，激振力和部件重量均勻分配，每組由蝶形彈簧四對(8片)組成。振動體11和園錐殼體的組合間隙保持2毫米，工作介質(zhì)采用水，當(dāng)偏心軸速度達(dá)到3000轉(zhuǎn)/分時(shí)為工作轉(zhuǎn)速，高壓流體束脈沖峰值壓強(qiáng)可達(dá)5000公斤/厘米2至12000公斤/厘米2，噴咀采用高強(qiáng)合金鋼，如W3CrV，其它工作主體部件采用不銹鋼，蝶簧采用彈簧鋼。
本發(fā)明具有明顯的社會經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。因?yàn)樗朔擞门了箍ㄔ碓O(shè)計(jì)的任何高壓流體束發(fā)生裝置所無法克服的困難，把高壓流體束的壓強(qiáng)大大的提高了，并擴(kuò)展和推延了高壓流體束應(yīng)用的范圍，在技術(shù)應(yīng)用上和已有技術(shù)相比是一個(gè)突破，在制造工藝上降低了難度，提高了經(jīng)濟(jì)性，在使用過程中提高了安全度。
權(quán)利要求
1.一種流體介質(zhì)波高密度能量發(fā)生裝置，其特征是該裝置由動力振動機(jī)構(gòu)、高密度能量發(fā)生機(jī)構(gòu)、流體介質(zhì)供應(yīng)補(bǔ)充機(jī)構(gòu)組成；
2.如權(quán)利要求
1所述的流體介質(zhì)波高密度能量發(fā)生裝置，其特征在于所述的高密度能量發(fā)生機(jī)構(gòu)為振動體11下部的球面或修正球面形和帶噴咀27的園錐殼體14所組合成的球面園錐波能迭加腔15。
3.如權(quán)利要求
2所述的流體介質(zhì)波高密度能量發(fā)生裝置，其特征在于所述的波能迭加腔15立體角Ω的角度大小是從0至4πR2之間的任意特定數(shù)值。
專利摘要
本發(fā)明是利用波的迭加原理制造的一種流體介質(zhì)波高密度能量發(fā)生裝置，由動力振動機(jī)構(gòu)、高密度能量發(fā)生機(jī)構(gòu)，和流體介質(zhì)供應(yīng)補(bǔ)充機(jī)構(gòu)所組成，高密度能量發(fā)生機(jī)構(gòu)為中空的球圓錐形。該裝置用于切割多種工程材料，加工特種機(jī)械部件，拆除舊建筑物等。它所產(chǎn)生的高壓流體束的峰值壓強(qiáng)可達(dá)5000公斤/厘米
文檔編號F15D1/08GK87102863SQ87102863
公開日1988年11月2日 申請日期1987年4月16日
發(fā)明者古成新 申請人:古成新導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan