[实用新型]自激振荡气蚀结构射流发生器

说明书

本实用新型是一种用于高压射流的自激振荡气蚀结构射流发生器。涉及机械工程中高压射流用的喷具的喷嘴。它是在通常的脉冲自振喷嘴的顶端加设亥姆霍兹式振荡腔，从而使产生的射流具有比锥形和脉冲式喷嘴所产生的射流更强的冲蚀和气蚀效果。它主要是由脉冲喷嘴式的入口导管和亥姆霍兹式振荡腔及振荡腔出口等部分组成。

在高压射流中，尤其在采矿和石油钻井工程中，辅助机械钻具进行破岩和冲蚀的射流钻具多采用锥形喷嘴，以便靠产生气蚀作用来提高破岩和冲蚀效果。70年代末，美国马里兰流体公司有人提出自激气蚀的概念和理论，即所谓自激空化是一种无源振荡气蚀射流，它是利用声谐振荡原理将喷嘴结构设计成自激振荡喷嘴系统，从而使连续射流能形成大的、断续的旋涡环，在涡环中心产生气蚀。这种射流不仅具有强烈的气蚀现象，而且能把连续射流同时转变成脉冲射流。但是，这些理论只见于国外的少量文献报导，并未见到实际应用的资料。而目前国内在高压射流工程中的喷具多采用锥形喷嘴，这种锥形喷嘴虽能产生空化流态，但主要是靠提高压力来加强冲蚀强度，若在射流设备的耐压限度一定时，仅靠提高压力来加强冲蚀显然是不合适的，而且易造成设备不应有的故障和缩短设备使用寿命。

本实用新型的目的就在于避免上述现有技术的不足之处，而提供一种自激振荡气蚀结构射流发生器，使其加设在射流喷具的喷嘴顶端，从而产生自激气蚀现象，这种自激气蚀射流比一般的气蚀射流具有更强的气蚀作用。通过试验证明，在相同的条件下，本实用新型所采用的自激振荡气蚀结构射流发生器比常用的Smith钻头喷嘴产生气蚀作用的井深大2～6倍，切槽深度大2～4倍，若装在三牙轮钻井钻头上，机械钻速可提高4～6倍，冲蚀能力和清洗效果提高4倍，比能也可降低70％左右。

附图即为本实用新型的结构示意图。

为了实现上述目的，本实用新型是在普通的高压射流喷具的顶端装设自激振荡气蚀结构射流发生器。这种射流发生器是由脉冲喷嘴式的入口导管（1）和亥姆霍兹式振荡腔（4）及振荡腔出口（5）等部分组成。为了更好地从结构的优化上来加强自激振荡的气蚀效果，本实用新型还为入口导管（1）的过渡面（6）设计成园锥面或具有一定几何形状的曲面，并为亥姆霍兹式振荡腔（4）的底部的反馈面（8）也设计成平面或具有一定几何形状的曲面（其形状可以与过渡面（6）的形状刚好相反），这些曲面可以是球面、双曲面或抛物面等。

附图的图面说明如下：

1－－入口导管    2－－入口导管出口喉部厚度

3－－入口导管出口    4－－亥姆霍兹式振荡腔

5－－振荡腔出口    6－－入口导管过渡面

7－－振荡腔出口喉部厚度    8－－振荡腔反馈面

下面将结合利用水力冲蚀标准砂岩岩样的性能试验，给出在试验中本实用新型结构参数的范围：

1.入口导管出口（3）与入口导管（1）的直径之比为    D1／D＜01

2.入口导管出口（3）与振荡腔出口（5）的直径之比为    D1／D2＝0.8～1.5

3.入口导管出口（3）的直径与其喉部厚度（2）之比为    D1／L1≥1

4.入口导管出口（3）直径与振荡腔出口（5）喉部厚度（7）之比为    D1／L2≥1

5.入口导管出口（3）与亥姆霍兹式振荡腔（4）的直径之比为    D1／D0≥1／6

6.入口导管出口（3）直径与亥姆霍兹式振荡腔（4）高度之比为    D1／L≥1／5

在5、6两项中，其参数关联式为：

D0／D＝1／（2πSdM）*（D1／L）

L／D1＝（n－3／8－θ／2π）*K／［Sd（M＊K＋1）］

其中：马  赫  数  M≤0.1    n－－－模态数

Strouhal  数  Sd＝0.2～1.2    θ－－－初始相位角

涡旋速度因子  K＝0.57～0.66

由于本实用新型采用了自激振荡气蚀结构射流发生器，从而在相同的条件下使其产生的冲蚀效果比锥形喷嘴提高4倍以上，比能降低70％左右。因此，该实用新型既可在石油、煤矿、化工、水利，也可在建筑、海洋、交通等行业进行辅助机械钻头破岩、有效地清洗除污或切割、破碎物体，并可提高工效降低成本。尤其是对石油钻井的水力－机械联合破岩，可大幅度地提高机械钻速。