[实用新型]聚能振荡射流喷嘴

说明书

本实用新型涉及一种新型的聚能振荡射流喷嘴，它主要是对石油工程中所使用的射流喷嘴进行结构的改进，从而使产生的射流扩散小、能量集中，且不需任何辅助元件。它主要是由导流管(2)、谐振腔(4)、收缩腔(6)、出口腔(8)及扩散管组成。

目前，国内外广泛用于牙轮钻头的喷嘴大多是连续射流喷嘴，其内部构造主要由双圆弧曲面的导流段和锥形收缩段的内腔两部分构成。这种类型的喷嘴的优点制造简单、寿命长、造价低，其缺点是所产生的射流水力能量利用率低。为了克服这种连续水射流的缺点，提高水力能量的利用率，科研人员发展了振荡脉冲射流和空化射流喷嘴，它们均能更加有效地辅助破碎岩石和清洗井底，曾受到现场工作人员的广泛重视。但是，空化射流喷嘴是在喷嘴的出口段附加一个装置来诱发空泡产生，从而得到空化的射流。由于它的结构复杂，安装不便，所以在实际现场的钻井工程中未见报道。所常见的振荡脉冲喷嘴分为两类：一类是亥姆霍兹振荡脉冲喷嘴，它的主要构成是柱形振荡腔，但由于制造工艺复杂，造价高，使用寿命短，射流能量损失大，限制了它的推广应用；另一类是风琴管喷嘴，它主要是由上收缩截面、谐振管、下收缩截面和圆柱形出口组成，由于喷嘴的出口段易被泥浆冲蚀破坏，降低了其辅助破岩的效果，且寿命短，故没能大面积推广应用。

本实用新型的目的就在于避免现有技术的不足之处而提供的一种新型的聚能振荡射流喷嘴，它主要通过改进上述两类射流喷嘴的内部结构，来达到能量损失小、速度脉动大、耐蚀能力强的目的。它主要是由导流管、谐振腔、收缩腔、出口腔及扩散管构成，其主要的技术特点在于导流管、谐振腔、收缩腔、出口腔及扩散管是依次串联设置在管体内，其导流管的内壁曲面是幂指数曲面、谐振腔的内壁曲面是圆柱曲面、收缩腔的内壁曲面是流线曲面、扩散管的内壁曲面也是幂指数曲面。

附图即为本实用新型的结构示意图。

附图的图面说明如下：

1--管体2--导流管3--导流管内壁4--谐振腔5--谐振腔内壁6--收缩腔7--收缩腔内壁8--出口腔9--出口腔内壁10--扩散管11--扩散管内壁

为了更好地实现本实用新型的上述目的，本实用新型的设计者还将导流管的内壁曲面设计为幂指数曲面，并使它符合方程： r = r 0 - ( r 0 - r 1 ) ( x l ) n ]]>

其中，r₀为入口半径，r₁为出口半径，l为导流段总长度，x为轴线坐标，n为自然常数。

将扩散管的内壁曲面设计为幂指数曲面，并使它符合方程：

    r²=r₀+kxⁿ

其中，r是曲面半径，r₀为出口半径，k是常数，x是轴线距离，n为自然常数。

下面将结合附图来详叙本实用新型的结构特点：

在实际设计时，本实用新型的设计者是将导流管的内壁曲面设计成符合前述的幂指数方程；将收缩腔的内壁曲面设计成流线型曲面；将扩散管的内壁曲面设计成符合前述的曲面方程。在实际制造时，设计者是将导流管、谐振腔、收缩腔、出口腔和扩散管依次串联设置在管体内，其材料采用的是硬质合金。这样，高压流体在经过喷嘴时，利用了导流管的初始涡流扰动、收缩腔对压力扰动信号的反馈和谐振腔的谐振放大作用，使流体产生声谐共振，从而形成不连续的涡流环，扩散管对形成的涡流环进行保护和进一步放大。由于这四个环节相互匹配，便可产生极强的振荡脉动射流。