Спосіб одержання потоку частинок і пристрій для його здійснення (варіанти)

1. Спосіб одержання потоку частинок, що рухаються з високою швидкістю через камеру, який відрізняє ться тим, що включає наступні операції: прискорення цих частинок до дозвукової швидкості з використанням принаймні одного струменя газу для створення потоку частинок; прискорення цих частинок до більш високої швидкості за допомогою введення в контакт потоку частинок під непрямим кутом з принаймні одним струменем води під надвисоким тиском усередині камери; і надання спіралеподібного руху частинкам за допомогою вприскування принаймні одного струменя текучого середовища. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що включає додаткову операцію: посилення спіралеподібного руху частинок за допомогою зменшення внутрішнього радіуса камери. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вводять принаймні один струмінь текучого середовища за допомогою вприскування текучого середовища під тиском. 4. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що введення принаймні одного струменя текучого середовища виконують за допомогою пасивного всмоктування текучого середовища. 5. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що текучим середовищем є повітря. 6. Спосіб одержання потоку частинок, що рухаються з високою швидкістю через камеру, який відрізняється тим, що включає наступні операції: прискорення вказаних частинок до дозвукової 2 (19) 1 3 71545 4 вальну камеру для прискорення потоку з повітря і отвором, який з’єднаний із джерелом газу для почастинок до більш високої швидкості; і принаймні дачі потоку газу в змішувальну камеру для поліподин впускний засіб для повітря, розташований до шення розподілу абразивних частинок у струмені впускних засобів для води, суміщений з ними або рідини при надвисокому тиску. розташований після них, яке подається рідинним 19. Пристрій за п.18, який відрізняється тим, що способом у змішувальну камеру для надання або додатково містить: перший клапан, з’єднаний з посилення радіальної течії у потоці. першим соплом, для вибіркового пуску і припинен14. Спосіб одержання потоку з рідини і абразивноня стисненого потоку абразивних частинок у перго матеріалу під надвисоким тиском, який відрізше сопло; другий клапан, з’єднаний зі впускним няється тим, що включає: створення стисненого отвором для рідини, для вибіркового пуску і припотоку з абразивних частинок і повітря, що надхопинення потоку рідини при надвисокому тиску до дить у впускний отвір сопла, яке має ближню зону, змішувальної камери; і третій клапан, з’єднаний з що звужується, і дальню зону, що розширюється; першим впускним отвором, для вибіркового пуску і прискорення стисненого потоку абразивних частиприпинення потоку газу до змішувальної камери. нок до першої швидкості, що становить більше за 20. Пристрій за п.17, який відрізняється тим, що 91,44м/сек, за допомогою пропускання стисненого впускний отвір для рідини містить жиклер, вирівпотоку через сопло, причому стиснений потік абняний відносно проходу, що простягається від жиразивних частинок надходить у змішувальну камеклера до отвору у пристрої вздовж траєкторії, по ру; подачу стр уменя рідини при надвисокому тиску якій струмінь рідини при надвисокому тиску потрав змішувальну камеру, при цьому струмінь рідини пляє до змішувальної камери. при надвисокому тиску входить у контакт і приско21. Пристрій за п.17, який відрізняється тим, що рює стиснений потік абразивних частинок до друдодатково містить живильний кільцевий канал, що гої швидкості, яка перевищує першу швидкість, сполучається по рідині з численністю впускних для одержання потоку з рідини й абразивного маотворів для рідини, які, у свою чергу, сполучені по теріалу при надвисокому тиску; і викид потоку рірідині зі змішувальною камерою, при цьому об’єм дини й абразивного матеріалу при надвисокому рідини при надвисокому тиску подається в живитиску через вихідний отвір. льний кільцевий канал і направляється через чис15. Спосіб за п.14, який відрізняється тим, що ленність впускних отворів для рідини до змішувадодатково включає: вибіркове пропускання і прильної камери. пинення потоку абразивних частинок через вхід 22. Пристрій за п.17, який відрізняється тим, що сопла. змішувальна камера оснащена другим жиклером, 16. Спосіб за п.14, який відрізняється тим, що що сполучається по рідині з джерелом хімічних додатково включає: вибіркове пропускання і приматеріалів. пинення потоку зі струменя рідини при надвисоко23. Пристрій за п.22, який відрізняється тим, що му тиску до змішувальної камери. джерело хімічних матеріалів включає уповільню17. Пристрій для одержання струменя рідини, що вач корозії. містить абразивні частинки, який відрізняється 24. Пристрій для одержання струменя рідини, що тим, що містить: джерело абразивних частинок під містить абразивні частинки, який відрізняється тиском газу, що з’єднане зі входом першого сопла тим, що містить: джерело абразивних частинок під для одержання стисненого потоку абразивних частиском газу, що з’єднане зі входом першого сопла тинок, який надходить до входу першого сопла, для одержання стисненого потоку абразивних часпричому перше сопло має ближню зону, що звутинок, який надходить до входу першого сопла; жується, з’єднану з дальньою зоною, що розшизмішувальну камеру, що сполучена по рідині з вирюється; змішувальну камеру, що сполучається по ходом першого сопла, яка розташована так, що рідині з виходом першого сопла, яка розташована джерело абразивних частинок прилягає до дальтак, що джерело абразивних частинок прилягає до ньої зони, що розширюється, першого сопла, придальньої зони, що розширюється, першого сопла, чому стиснений потік абразивних частинок прохопричому стиснений потік абразивних частинок дить через перше сопло і прискорюється ним до проходить через перше сопло і прискорюється ним швидкості понад 91,44м/сек і викидається у змішудо швидкості понад 91,44м/сек і викидається у вальну камеру; вп ускний отвір для рідини, що спозмішувальну камеру; впускний отвір для рідини, лучений по рідині зі змішувальною камерою і з що сполучається по рідині зі змішувальною камеджерелом рідини при надвисокому тиску, при цьорою і з джерелом рідини при надвисокому тиску, му струмінь рідини при надвисокому тиску викидапри цьому струмінь рідини при надвисокому тиску ється через впускний отвір для рідини з достатвикидається через впускний отвір для рідини з ньою швидкістю для збільшення і прискорення достатньою швидкістю для збільшення і прискостисненого потоку абразивних частинок; і випускну рення стисненого потоку абразивних частинок; і трубу зі входом, що сполучається по рідині зі змівипускну тр убу зі входом, що сполучається по рішувальною камерою, і виходом, через який викидині зі змішувальною камерою, і виходом, через дається струмінь рідини при надвисокому тиску, який викидається струмінь рідини при надвисокоякий містить абразивні частинки. му тиску, який містить абразивні частинки. 18. Пристрій за п.17, який відрізняється тим, що змішувальна камера оснащена першим впускним 5 71545 Цей винахід відноситься до способу і пристрою для отримання високошвидкісного потоку частинок, які використовуються у великій кількості варіантів застосування, включаючи підготовку поверхні, різання і фарбування, але не обмежується ними. Одержання високошвидкісних потоків частинок для підготовки поверхонь, наприклад, для видалення нашарувань, іржі і прокатної окалини з корпусів суден, ємностей для зберігання, трубопроводів і т.д., традиційно виконувалось залученням частинок високошвидкісним потоком газу (такого як повітря) і викиданням їх через прискорювальне сопло на об'єкт, що очищується. Звичайно такі пристрої приводяться в дію стисненим повітрям і містять: повітряний компресор, резервуар для вмісту абразивних частинок, вимірювальний засіб для регулювання маси потоку частинок, рукав для подавання потоку з повітря і частинок і сопло, що звужується - пряме, або що звужуєтьсярозширюється, для викидання потоку. Одержання високошвидкісних потоків частинок для різання матеріалів, наприклад, "холодне різання" (в протилежність різанню факелом пальника, плазмового різання і лазерного різання, які є "гарячими" способами, заснованими на застосуванні тепла) сплавів, кераміки, скла і шаруватих матеріалів і т.д., традиційно виконувалося залученням частинок високошвидкісним потоком рідини (такої як вода) і наведенням його через сопло, що фокусує, на об'єкт, що розрізається. Як правило, такі пристрої приводяться в дію водою під високим тиском і містять: водяний насос високого тиску, резервуар для вмісту абразивних частинок, вимірювальний засіб для регулювання маси потоку частинок, рукав для подання частинок. рукав для подання води під високим тиском і сопло, що звужується, в якому формується високошвидкісний потік води для залучення і прискорення потоку частинок, який спрямований на об'єкт, що розрізається. Якщо потік частинок подається для підготовки поверхні або для різання, механізм його дії, відомий спеціалістам в даній галузі техніки як "мікрообробка", по суті однаковий. Виникають інші ефекти, але вони є тільки другорядними ефектами. Принципові механізми обробки прості. Абразивна частинка, що має кінетичну енергію (І), яка є добутком її маси (m) і її швидкості (ν), стикається з поверхнею об’єкту. При ударі зміна кінетичної енергії, що отримується за час (m´dv/dt) утворює силу (F). Така сила, що докладається до малої точки контакту дрібної частинки, дає підвищення локалізованих тисків, напруг і зсувів, що значно перевищують критичні характеристики матеріалу, отже, викликають локалізовані пошкодження матеріалу і його видалення, тобто ефект мікрообробки. Як стає очевидним з наведеного вище опису, оскільки питомі ваги доступних на ринку абразивних частинок знаходяться у вузькій межі, будь-яке значне збільшення їх очисної або ріжучої здатності повинно відбуватися від збільшення швидкості. По-друге, важлива не тільки швидкість, але, у варіантах застосування для підготовки поверхні, час 6 тинки повинні входити в контакт з поверхнею у рівномірно розсіяному порядку, тобто у високому ступені сфокусований потік міг би обробляти лише точечну зону, отже, вимагатися витрачати велику кількість людино-годин і велику кількість абразивного матеріалу для обробки заданої поверхні. Потретє, було б ідеально, якби частинки стикалися з поверхнею, що обробляється, але не стикалися одна з одною. Однак для операцій різання необхідний сфокусований потік для руйнування матеріалу об'єкту глибше та глибше і, в деяких випадках. для руйнування його. Спеціаліст в галузі підготовки поверхні потоком частинок і в галузі абразивного різання, що бажає удосконалити пристрій і спосіб підготовки поверхні або різання, стикається з рядом проблем. По-перше, кількість абразивних частинок, необхідних на площу нашарувань, які видаляються, може бути дуже великою, що в свою чергу, означає не тільки підвищення експлуатаційних витрат, але й підвищення витрат на прибирання та видалення відходів. По-друге, використання абразивних частинок способом описаного тут звичайного сухого дуття утворює велику кількість пилу, як від самих частинок, так і від матеріалу об'єкту, що подрібнюється, з яким стикаються частинки. Такий пил надто небажаний, оскільки він завдає шкоди здоров'ю та оточуючому середовищу. Це також стосується безпеки і обмежень роботи оточуючих механізмів і обладнання. Для покращання ситуації, в деякі пристрої додають воду під низьким тиском для зволоження частинок безпосередньо перед їх розпиленням з сопла пристрою. Проте вода дає небажаний побічний ефект зменшення швидкості абразивних частинок, що, в свою чергу, знижує ефективність дії частинок за призначенням (тобто по видаленню нашарувань або різці матеріалу). Додавання води дає додатковий небажаний побічний ефект, який викликає тенденцію частинок збиратися в одне ціле і формувати шматки, що також серйозно знижує ефективність їх дії. В промисловості загальною думкою є те, що вода не може бути додана у сухий потік повітря і частинок без зменшення швидкості частинок. Ця думка була підтверджена широким тестуванням. Однак додавання води у потік повітря і частинок дуже важливо для багатьох варіантів застосування для зменшення утворення пилу і, фактично, може бути єдиним засобом, який узгоджується з правилами техніки безпеки, охорони оточуючого середовища і здоров’я. По-третє, доступні в наш час абразивні пристрої для різання потоком частинок (з використанням абразивних частинок для різання недорогих матеріалів, таких як сталь, бетон, деревина і т.д.) вимагають значно більшої подачі потужності в порівнянні з іншим існуючими способами, такими як, наприклад, різання факелом пальника, плазмове різання, лазерне різання або різання алмазним засобом. Отже, недоліком абразивного різання в порівнянні з іншими способами є не ефективність різання, а скоріше вартість. Абразивне різання з подачею водяного або повітряного струменю ви 7 71545 8 магає великої подачі потужності, що робить її надЗгідно з першим аспектом цього винаходу міру багатовартісною для більшості варіантів застворено спосіб одержання потоку частинок, які стосування, за винятком особливих випадків, що рухаються з високою швидкістю через камеру, стосуються холодного різання і/або контурного який згідно з винаходом включає операції прискорізання теплочутливи х матеріалів. рення частинок до дозвукової швидкості з викориТаким чином, проблемою, що стоїть перед станням принаймні одного струменя газу для спеціалістом у даній галузі техніки, є створення отримання вказаного потоку частинок, прискоренпристрою або способу, який забезпечує напрямок ня вказаних частинок до більш високої швидкості рівномірно розподіленого розсіяного потоку абрашляхом контакту потоку частинок під непрямим зивних частинок на поверхню, що очищується, кутом з принаймні одним струменем води при над(або зосередженого потоку абразивних частинок високому тиску всередині камери, та надання спіна поверхню, що розрізається) з максимальною ралеподібного руху частинкам за допомогою впришвидкістю, при можливо найменшому споживанні скування принаймні одного струменя текучого потужності й без одержання неприпустимих рівнів середовища. утворення завислого пилу. Згідно з іншим аспектом даного винаходу Найбільш просте рішення, що збільшує швидстворено спосіб одержання потоку частинок, що кість частинок, є проблематичним. Звичайно воно рухаються з високою швидкістю через камеру, здійснюється за допомогою збільшення частинок у який згідно з винаходом включає операції прископовітрі, незважаючи на те, що повітря є неефектирення вказаних частинок до дозвукової швидкості вним засобом для прискорення частинок у межах за використання принаймні одного струменя газу короткої відстані внаслідок його низької відносної для створення вказаного потоку частинок, потім щільності й практичних обмежень довжини для прискорення вказаних частинок до більш високої підсмоктуючого/прискорюючого сопла, що керушвидкості шляхом контакту потоку частинок під ється оператором. Тобто частинки, після досягнепрямим кутом з принаймні одним струменем нення певної швидкості, не продовжують присководи при надвисокому тиску всередині камери, та рюватися повітрям, а рухаються повільніше надання спіралеподібного руху частинкам за доповітря в потоці з ковзанням. Швидкість частинок, помогою зменшення внутрішнього радіусу камери. коли вони рухаються потоком повітря, додатково Згідно з іще одним аспектом даного винаходу знижується через те, що часто в потік повітря й створено спосіб одержання потоку частинок, що частинок повинна вводитися вода для "зволоженрухаються з високою швидкістю через камеру, ня" частинок для зменшення утворення завислого який, згідно з винаходом, включає операції припилу. Ця вода, при її збільшеній подачі в потік з скорення численності частинок до дозвукової частинок і повітря, призводить до додаткового швидкості за використання принаймні одного зменшення швидкості потоку, і часто істотного струменя газу для створення потоку частинок, позменшення. тім прискорення вказаних частинок до більш висоЗ рівня техніки відомі рішення, якими намагакої швидкості шляхом контакту потоку частинок під лися вирішити вищевказані проблеми. Зокрема, в непрямим кутом з принаймні одним струменем патенті США №4,125,969, виданому Easton, опиводи при надвисокому тиску всередині камери, і сані спосіб одержання потоку частинок, що рухапісля цього - надання спіралеподібного руху часються з високою швидкістю через камеру та притинкам за допомогою застосування внутрішньої стрій для одержання високошвидкісного текучого конфігурації камери. струминного потоку частинок. Згідно з іще одним аспектом даного винаходу Проте всі вищезгадані проблеми в цьому пастворено пристрій для одержання високошвидкістенті США №4,125,969, виданому Easton, вирішені ного текучого струминного потоку з абразивних не були. частин засіб для повітря і частинок, розташований Таким чином, критична потреба в даній галузі на одному кінці змішувальної камери, для подачі техніки може бути задовільнена розробкою спосопотоку з повітря і частинок у змішувальну камеру з бу та пристрою, яки забезпечили б рівномірно роздозвуковою швидкістю, який згідно з винаходом поділений розсіяний потік абразивних частинок, містить змішувальну камеру, вп ускний, принаймні який подається на поверхню (що очищається), або одне впускне середовище для рідини при надвизосереджений потік частинок, який подається на сокому тиску, яка подається рідинним способом у поверхню (що розрізається), з максимально можзмішувальну камеру для прискорення потоку з ливою швидкістю частинок при максимально низьповітря і частинок до більш високої швидкості, та кий потужності, що споживається, і який не ствопринаймні один впускний засіб для повітря, розрює неприпустимо високі рівні утворення ташований до впускних засобів для води, суміщезавислого пилу. ний з ними або розташований після них, яке подаПершим завданням цього винаходу є створенється рідинним способом у змішувальну камеру ня способу одержання потоку частинок, що р ухадля надання або посилення радіальної течії у поються з високою швидкістю через камеру, за дотоці. помогою прискорення частинок до дозвукової Згідно з ще одним аспектом даного винаходу швидкості за допомогою одного або більше струстворено пристрій для одержання високошвидкісменів рідини та надання частинкам радіального ного текучого струминного потоку з абразивних руху. частинок, який містить змішувальну камеру, впускДругим завданням цього винаходу є створення ний засіб для повітря і частинок, розташований на пристрою для одержання струменевого потоку з одному кінці змішувальної камери, для подачі поабразивних частинок. току з повітря і частинок у змішувальну камеру з 9 71545 10 дозвуковою швидкістю, принаймні один впускний ванням пристрою практичних розмірів. Абразивні засіб для рідини при надвисокому тиску, яка подачастинки прискорюються, згідно цьому винаходу, ється рідинним способом і під непрямим кутом у до більш високих швидкостей, ніж швидкості, що змішувальну камеру для прискорення потоку з досягаються з використанням звичайних пристроповітря і частинок до більш високої швидкості, і їв, при цьому потрібна істотно менша споживча засіб для створення або посилення спіралеподібпотужність у порівнянні із звичайними пристроями. ної течії в потоці з повітря і частинок. Друга перевага цього винаходу, що відноситьЗгідно з іншим аспектом даного винаходу ся до варіантів його здійснення, які призначені для створено спосіб одержання потоку з рідини під підготовки поверхні або видалення нашарувань, надвисоким тиском і абразивного матеріалу, який полягає в тому, що він забезпечує досягнення рівзгідно з винаходом включає створення стисненого номірного розсіювання частинок. Це збільшує потоку з абразивних частинок і повітря, що надхоплощу поверхні, яка може оброблятися одиницею дить у впускний отвір сопла, яке має ближню зону, кількості абразивних речовин, і приводить до одещо звужується, і дальню зону, що розширюється, ржання більшої продуктивності та менших витрат прискорення стисненого потоку абразивних частина одиницю площі поверхні, що обробляється, і до нок до першої швидкості, що становить більше менших витрат на абразивні речовини, прибиран91,44м/сек, за допомогою пропускання стисненого ня та видалення відходів. (Витрати на видалення потоку через сопло, причому стиснений потік абвідходів можуть бути істотними у випадку видаразивних частинок надходить у змішувальну камелення витрачених абразивних речовин, що містять ру, подачу стр уменя рідини при надвисокому тиску шкідливі відходи). в змішувальну камеру, при цьому струмінь рідини Ці переваги досягаються, згідно цьому винапри надвисокому тиску входить у контакт і прискоходу, за допомогою кількох варіантів його здійсрює стиснений потік абразивних частинок до друнення, в яких створюється і використовується вигої швидкості, яка перевищує першу швидкість, хровий рух, який надає частинкам радіальний для одержання потоку з рідини й абразивного мамомент, що керується, в додаток до осьового мотеріалу при надвисокому тиску, і викид потоку ріменту, що направлений вперед. Це приводить до дини й абразивного матеріалу при надвисокому ефекту, що керується, розсіювання частинок, які тиску через вихідний отвір. виходять із змішувальної камери, і, отже, більш Згідно з іще одним аспектом даного винаходу широка площа поверхні піддається впливу потоку створено пристрій для одержання струменя рідичастинок, що очищують, в результаті чого підвини, що містить абразивні частинки і який згідно з щується продуктивність і зменшуються витрати винаходом містить джерело абразивних частинок для варіантів, які застосовуються для підготовки під тиском газу, з'єднане зі входом першого сопла поверхні, і. відповідно, зменшується споживання для одержання стисненого потоку абразивних часабразивних матеріалів на одиницю площі, що обтинок, який надходить до входу першого сопла, робляється. причому перше сопло має ближню зону, що звуТретя перевага цього винаходу відноситься до жується, з'єднану з дальньою зоною, що розширюпідводного різання і очищення або, в основному, ється, змішувальну камеру, що сполучається по до ситуації, коли високошвидкісний потік частинок, рідині з виходом першого сопла, яка розташована які викидаються з камери, повинен проходити четак, що воно прилягає до дальньої зони, що розрез плинне середовище, що відрізняється від газу ширюється, першого сопла, причому стиснений або повітря, коли він рухається до заданого об'єкпотік абразивних частинок проходить через перше ту. Спеціалісту в даній галузі техніки добре відомо, сопло і прискорюється ним до швидкості понад що ефективність очищення і різання за допомогою 91,44м/сек і викидається у змішувальну камеру, високошвидкісного струменю води і потоку частивпускний отвір для рідини, що сполучається по нок під водою різко падає при збільшенні відстані рідині із змішувальною камерою і з джерелом рідо об’єкту, тобто від відстані між виходом із сопла і дини при надвисокому тиску, при цьому струмінь об'єктом. Причиною є наявність рідкого середовирідини при надвисокому тиску викидається через ща, такого як вода, яка має щільність, приблизно у впускний отвір для рідини з достатньою швидкістю 800 разів більшу, ніж повітря, в зоні між виходом з для збільшення і прискорення стисненого потоку камери і об’єктом. Звичайні високошвидкісні струабразивних частинок, і випускну трубу зі входом, мені рідини, які повинні пробивати таке середовищо сполучається по рідині із змішувальною камеще для досягнення заданого об’єкту, занурюються рою, і вихід, через який викидається струмінь рів оточуючу воду. В результаті, при такій малій віддини при надвисокому тиску, який містить абразистані, як 12,7мм, струмені втрачають велику часвні частинки. тину їх енергії та ефективності, призначених для Даний пристрій та спосіб мають велику кільочищення і різання. Згідно цьому винаходу, повіткість переваг у порівнянні з існуючими на цей час ря викидається з камери з вихровим рухом, утвопристроями. Основною проблемою, що стоїть перюючи обертову і, отже, стабілізовану зону з газу, ред спеціалістами в даній галузі техніки, є питання яка відступає від виходу камери. Між соплом і про те, як прискорити частинки до найвищої пракоб’єктом утворюється локалізований повітряний тично можливої швидкості, використовуючи мініпростір у формі, що обертається, стабілізованої мальну потужність і застосовуючи пристрій пракповітряної кишені, що утворюється вихровим рутичних розмірів. По-перше, таке завдання хом. Отже, високошвидкісні струмені частинок і досягається у цьому винаході за допомогою збіводи тепер можуть проходити через цю стабілізольшення до максимуму швидкості частинок з відвану повітряну кишеню, не втрачаючи різальної носно низкою споживчою потужністю та із застосуабо очищувальної здатності в умовах "повітряного 11 71545 12 простору", що створений під водою. Далі цей винахід буде описаний більш доклаЧетверта перевага цього винаходу полягає в дно в наступному описі переважних варіантів його тому, що він усуває утворення пилу і відповідно здійснення з посиланням на креслення і формулу шкоду оточуючому середовищу, здоров'ю, профевинаходу, що додається. сіональній та виробничій безпеці, які притаманні Вказані вище аспекти і чисельні переваги дапідготовці поверхні сухим потоком частинок (що ного винаходу будуть легше оцінені та стануть звичайно називають піскоструминною обробкою) більш зрозумілими з посиланням на наступний на відкритому повітрі. Добре відомо, що піскострудетальний опис у поєднанні з супровідними кресминна обробка утворює хмари пилу, які можуть леннями, на яких: розповсюджуватися на великі відстані та містять Фіг.1 зображує вид перерізу, що показує сопдостатньо малі частинки, що складають серйозну ло, яке є переважним прикладом здійснення цього небезпеку для органів дихання і викликають повинаходу. дразнення очей не тільки оператора, але й оточуФіг.2 зображує схему перерізу, що показує ючих людей. Цей пил містить не тільки подрібнені внутрішню частину сопла, яке показане на Фіг.1, абразивні частинки, але може містити частинки але стилізовану для того, щоб виділити геометрію матеріалу, видаленого з поверхні, що обробляєтькамери сопла і траєкторію руху абразивних частися. Він може містити пігменти та інші сполуки, що нок через камеру сопла. запобігають корозії та обростанню поверхні, такі як Фіг.4 зображує вигляд поперечного перерізу, окиси важких металів (наприклад, окис свинцю), який показує сопло, виконане згідно альтернативметалоорганічні сполуки (зокрема, оловоорганічні ного варіанту здійснення цього винаходу. сполуки) та інші токсичні сполуки, що нанесені на Цей винахід відноситься до способу одержанповерхню кілька років тому, і застосування яких ня абразивних частинок за допомогою високошвидавно заборонено. Сухе піскоструминне очищендкісного потоку рідини для обробки або різання ня, що є швидким і економічним і, за виключенням поверхні та пристрою для його здійснення. Спочацього винаходу, не має економічної альтернативи, тку абразивні частинки (наприклад, кварцовий пісуворо контролюється і регулюється органами сок) прискорюються за допомогою залучення їх захисту оточуючого середовища і захисту здостисненим газом (таким як повітря) або впусров’я. ком/всмоктуванням через рукав, що веде до сопІз застосуванням звичайних пристроїв вирішила, яке має порожнисту камеру або "змішувальну ти цю проблему намагаються за допомогою ізолякамеру" В цій точці швидкість абразивних частинок ції, тобто закриттям місця проведення робіт велидосягає приблизно 182,9-195,0м/сек, що близько ким пластмасовими листами і створенням до практичної максимальної швидкості. Більш конвсередині отриманої ємності невеликого кретно, повітря є слабким середовищем для привід’ємного тиску. Це виключно дорого. Наприклад, скорення абразивних частинок внаслідок його нитипова підготовка поверхні піскоструминними призької щільності; тобто вище певного рівня строєм може коштувати біля 5,38 долара США/м 2; подальше збільшення швидкості повітря буде випри цьому при ізоляції ця вартість зростає до являти лише незначний вплив на швидкість части21,52 долара США/м 2. нок. Проте повітря є дуже дешевим і ефективним Цей винахід контролює як утворення пилу, так засобом для прискорення частинок приблизно до і вивільнення пилу. По-перше, при використанні цієї швидкості, але не значно вище неї. водних стр уменів з надвисокою швидкістю для Після прискорення частинок до дозвукової прискорення абразивних частинок на другому еташвидкості (відносно швидкості звуку в повітрі), пі, всі частинки достатньо зволожуються, і на випотік з повітря і піску далі проходить через змішуході сопла і на траєкторії польоту частинок до повальну камеру, де він зустрічається з одним або верхні, що обробляється, по суті не утворюється більше впускними отворами для подачі надшвидпил. По-друге, викид частинок супроводжується кісних струменів рідини (таких як водяні струмені) одержанням тонкого туману з крапельок води, що в потік з повітря і частинок. Водяний струмінь або утворений в результаті розбивання надшвидкісних струмені, що мають відносну швидкість до водних стр уменів при їх взаємодії з частинками і 1219,2м/сек відносно швидкості попередньо приповітрям у змішувальній камері. Такий туман поскорених струменем газу частинок (які рухаються глинає на місці будь-які дрібні частинки і пил, що із швидкістю приблизно до 182,9-195,0м/сек), доутворені внаслідок зіткнення частинок з об’єктом і датково прискорює частинки за допомогою прямої їх р уйнуванням або утворені з мікрообробляємого передачі кількості руху і надання їм більшої швидматеріалу, що видаляється, об'єкту. кості. П'ятою перевагою цього винаходу є утворення Впускні отвори для води, яка рухається з надбагато меншої віддачі назад, що створюється привисокою швидкістю, розташовані таким чином, що строєм і способом, що відповідають цьому винавода стикається з потоком з повітря і частинок під ходу. Це відбувається в результаті набагато меннепрямим кутом відносно осі, яка утворена потошої ви трати маси частинок на одиницю площі ком з повітря і частинок. Завдяки конвергенції воповерхні, що очищується (або розрізається), за дяного струменя і потоку з повітря і частинок, або допомогою меншої кількості набагато більш швидзавдяки внутрішній геометрії змішувальної камери, ких частинок. Звідси, робота пристрою викликає або завдяки комбінації того та іншого, всередині меншу стомлюваність оператора і може полегшити змішувальної камери створюється вир або вихроумови праці. Крім того, це робить спосіб і пристрій вий рух потоку з повітря, частинок і води. Вихробільш пристосованими до змін і сприяє включенню вий рух змушує абразивні частинки рухатися радів недорогі автоматизовані пристрої. ально назовні завдяки їх більшій масі (відносно 13 71545 14 повітря і води) за рахунок відцентрової сили, ствомісці всередині камери для збільшення швидкості рюючи кільцеву зону високої концентрації частиобертання абразивних частинок і, отже, збільшеннок. Водяні струмені з надвисокою швидкістю ня взаємодії частинок з водяним струменем або спрямовані в цій зоні таким чином, щоб здійснюваструменями з надвисокою швидкістю. Камера моти ефективну передачу частинкам кількості руху і же потім розширюватися в бік виходу сопла для залучати їх, що призводить до ефективного приодержання контрольованого розсіювання потоку скорення і доведення до максимуму швидкості частинок. Конкретна геометрія (внутрішні радіуси) частинок. Отже, введення водяних стр уменів з зменшувальної камери може бути оптимізована надвисокою швидкістю виконує три основні функекспериментальним шляхом для заданих витрат і ції: (1) другого етапу прискорення частинок; (2) швидкостей потоку з повітря, води і частинок. створення вихрового руху всередині потоку з повіТермін "непрямий", що тут використовується, тря, частинок і води; і (3) створення зони високої відноситься до величини кута, яка більше 0°, але концентрації частинок для переважного і ефективменше 90°. ного контакту потоку частинок з водяними струмеТермін "косий", що тут використовується, віднями з надвисокою швидкістю, що призводить до носиться до величини кута, яка більша 0°, але мебільш ефективного прискорення і більш високої нша 90°, і яка виміряна вздовж різних осей відносшвидкості частинок. но кута, який має "непряму" величину, наприклад, Крім того, в декількох переважних варіантах якщо кут, що утворений двома об'єктами, які лездійснення винаходу ви хровий рух, що створюєтьжать вздовж осі X, має "непряму" величину, то кут, ся в потоці рідини, посилюється декількома шлящо утворений двома об'єктами, які лежать вздовж хами. В одному прикладі здіснення винаходу потік, осі, яка не паралельна цій осі, може називатися що містить повітря, частинки та воду, проходить "косим" (що утворений величиною, яка лежить між через останню частину сопла, де він піддається 0° і 90°). впливу повітря, що вводиться по дотичній. Це поТермін "надвисокий тиск", що тут використовувітря може вводитись в камеру сопла завдяки віється, відноситься до конкретного типу насоса, д'ємному тиску, що створюється в камері рухом який забезпечує подачу води під тисками, які біпотоку. В альтернативному варіанті повітря може льше від приблизно 1055кг/см 2 до приблизно упорскуватись в камеру під тиском, який більше 4219кг/см 2 атмосферного тиску. В інших варіантах здійснення Термін "надвисока швидкість" відноситься до винаходу внутрішній діаметр змішувальної камери швидкості струменя рідини (такої як водяний струзменшується для збільшення радіальної швидкості мінь), що складає більше 182,9м/сек і що сягає частинок і, таким чином, посилення вихрового руприблизно до 1219,2м/сек. ху. В наборі цих варіантів здійснення винаходу Термін "абразивна частинка" відноситься по внутрішній діаметр змішувальної камери потім суті до будь-якого типу частинок, на яких засновапослідовно розширюється для одержання рівноміний процес в галузі обробки дуттям, для викиданрного розсіювання частинок. З сопла виходить ня з пристою. Речовини, що звичайно використовисокошвидкісний потік рівномірно розподілених вують для цієї мети, включають кварцовий пісок, абразивних частинок, що рухаються з високою вугільний шлак, мідний шлак і граніт. "ВВ2049" - це швидкістю, прискорених до такої швидкості двома промислове позначення одного розповсюдженого етапами прискорення, перший з яких здійснюється типу. Індекс 2049 відноситься до розміру частинки; за допомогою газу (стиснене повітря), а другий частинки залишаються з розміром 20-49меш за здійснюється за допомогою рідини (вода при надСтандартом сти США. Іншим розповсюдженим високому тиску). Таке двоетапне прискорення з типом є StarBlast. використанням двох різних носіїв (газ і рідина) На Фіг.1 показаний один переважний варіант може не тільки долати базові обмеження прискоздійснення цього винаходу. Пристрій, переважно, рення частинок вище 182,9м/сек, при використанні виконано з широко доступних матеріалів. відомих повітря як носія, але й перевищувати сумарну спеціалісту в даній галузі те хніки. Потік з повітря і енергетичну ефективність способу одноетапного частинок проходить по впускному рукаву 10 в сопабо двоетапного прискорення частинок з викорисло 20, де він потрапляє в змішувальну камеру 40. танням одного носія, такого як або тільки газ, або Пристрій може бути функціонально підрозділений тільки рідина. на дві частини, перша частина 12 і друга частина Таким чином, швидкість видалення поверхні 14. На першій частині 12 частинки прискорюються (або швидкість різання) є функцією двох широких стисненим газом, переважно, але не виключно, наборів параметрів. Перший набір параметрів повітрям. На другій частині 14 частинки додатково (окремо від самих абразивних частинок) відноприскорюються водою при надвисокому тиску. ситься до початкової швидкості повітря, яке забезПриблизна швидкість потоку частинок, коли він печує подачу абразивних частинок в змішувальну потрапляє в сопло 20, складає біля 183,9м/сек. камеру, розташовану до кута нахилу водяного Коли потік з повітря і частинок проходить через струменя або струменів з надвисокою швидкістю, змішувальну камеру 40 він зустрічає один або біякі сходяться з потоками з повітря і частинок, і льше отворів 52,54 для вприскування води при подібним параметрам вприскування повітря для надвисокому тиску, які подають один або більше посилення вихрового руху (якщо воно використоводяних струменів з надвисокою швидкістю у змівується в конкретному варіанті здійснення винахошувальну камеру під непрямим кутом відносно ду). Др угий набір параметрів відноситься до геоцентральної осі, що утворена рухом потоку з повіметрії самої змішувальної камери. Наприклад, тря і частинок. Струмені води утворюються ствомалий діаметр може бути переважним в одному ренням потоку при надвисокому тиску через впус 15 71545 16 кний отвір 50 і кільцевий канал 101 в жиклер 100, ється (тобто, діаметр змішувальної камери зменщо розташований в кожному отворі 52, 54 для шується). Внаслідок цього, радіальна швидкість вприскування. Струмені рідини сходяться з поточастинок збільшується завдяки принципу збереком з повітря і частинок, таким чином прискорююження кутової кількості руху. Збільшення радіальчи частинки до більшої швидкості. Другою функціної швидкості призводить до збільшення концентєю водяних струменів з надвисокою швидкістю, рації частинок в зоні, на яку спрямовані водяні завдяки їх орієнтації під непрямим і/або косим куструмені з надвисокою швидкістю, що посилює їх том, є зміна напрямку потоку від по суті осьового зіткнення та збільшення частинок і, отже, процес до вихрового або ви хрового руху, за допомогою прискорення частинок в камері. Далі за ходом почого посилюється взаємодія частинок в потоці рітоку після цієї звуженої частини камери радіус 44 дини. збільшується, що викликає розсіювання абразивВ одному варіанті здійснення цього винаходу, них частинок, тобто рух в напрямку стінок камери, потік, що містить повітря, частинки і воду, ви хоякий відбувається завдяки радіальному моменту, дить з останнього кінця сопла 80. В інших особлищо прикладений до частинок. Отже, змішувальна во переважних варіантах здійснення винаходу, камера складається з частини 42, що звужується. потік рідини додатково регулюється для посиленза якою йде частина 44, яка розширюється. Рівноня вихрового руху до його виходу з сопла. В одномірне розсіювання, що регулюється, бажане для му особливо переважному варіанті здійснення варіантів застосування для підготування поверхні, винаходу, потік з повітря, частинок і води прохооскільки це збільшує площу поверхні, з якою стидить далі по ходу подачі всередині сопла в точку, каються абразивні частинки. В інших прикладах де він додатково змішується з повітрям. здійснення винаходу, ви хровий рух створюється Повітря може подаватися в змішувальну каабо посилюється за допомогою розташування камеру 40 одним або декількома засобами. В однонавок або ребер або лопаток на всій внутрішній му переважному варіанті здійснення винаходу постінці змішувальної камери або її частини. вітря надходить в змішувальну камеру 40 завдяки В переважному варіанті здійснення винаходу простому всмоктуванню або пасивному входу чезмішувальна камера також обладнана одним або рез один або більше отворів 60, 62, розташованих більше впускним отвором, який знаходиться в в соплі, які забезпечують подачу оточуючого повісполученні по рідини з джерелом хімічних матерітря в змішувальну камеру. Більш конкретно, в алів. Хоча різні хімічні матеріали можуть викорисцьому переважному варіанті здійснення винаходу товуватися в залежності від ситуації, в який викоповітря надходить до змішувальної камери через ристовується пристрій, у переважному варіанті отвори 60 і 62 завдяки від'ємному тиску, який здійснення винаходу в змішувальну камеру подастворюється рухом потоку рідини через змішуваються уповільнювачі корозії. льну камеру. На Фіг.3 показано додатковий переважний ваВ інших варіантах здійснення винаходу, повітріант здійснення цього винаходу. Як і на Фіг.2, діаря може примусово упорскуватися (під тиском) у метр змішувальної камери зменшується (частина змішувальну камеру 40. Також, у показаному варі42, що звужується) для збільшення дотичної анті здійснення винаходу повітря надходить до швидкості й концентрації частинок в зоні для ефезмішувальної камери 40 через отвори 60, 62, що ктивної взаємодії з водяними струменями з надвирозташовані до отворів 52, 54 для вприскування сокою швидкістю, але не розширюється після цьоводи при надвисокому тиску, які подають воду при го для здійснення розсіювання. Замість цього, найвисокому тиску в камеру з впускного отвору 50. сопло звужується для одержання труби 72, що В інших варіантах здійснення винаходу, повітря фокусує. Отже, цей варіант здійснення винаходу може надходити в камеру після отворів 52, 54 для більше придатний для різання на відміну від привприскування води. В інших варіантах здійснення кладу, що показаний на Фіг.2, який більш придатвинаходу повітря і вода можуть надходити в камений для видалення поверхні. ру одночасно. Отже, повітря надходить до змішуЯк додатково показано на Фіг.3, один струмінь вальної камери через пасивний рух завдяки позирідини з надвисокою швидкістю вирівняний віднотивному градієнту тиску, зовні в змішувальну сно поздовжньої осі входу сопла для посилення камеру і змішується з потоком з повітря, частинок і різальних характеристик. Пристрій також обладнаводи, додатково посилюючи вихровий рух і, отже, ний безліччю сопел 20, що зміщені від поздовжсприяючи прискоренню частинок. В іншому особньої осі й струменя рідини з надвисокою швидкісливо переважному варіанті здійснення винаходу, тю, для забезпечення рівномірної подачі повітря не пасивно надходить до змішувальної абразивних матеріалів до пристрою. камери, а активно накачується в змішувальну каОптимальні швидкості видалення або різання меру під тиском. наприклад, під тиском, що знахоможуть бути отримані завдяки оптимізації внутрідиться в межах приблизно від 0,7кг/см 2 до шньої геометрії змішувальної камери, тобто внут10,5кг/см 2. рішніх радіусів, геометрії посилення вихрового В іншому переважному варіанті здійснення вируху, конфігурації отворів для вп уску або вприскунаходу, ви хровий рух створюється (без допомоги вання повітря для підсилення вихрового руху, а притоку повітря у змішувальну камеру 40) або дотакож розміщення частин, що звужуютьдатково посилюється через зміни внутрішньої геося/розширюються відносно впускних отворів для метрії змішувальної камери. В деяких з цих приводи і повітря. кладів, як показано на Фіг.2, потік з повітря, В іншому переважному варіанті здійснення вичастинок і води, що проходить через змішувальну находу, показаному на Фіг.4, виконано декілька камеру 40, зустрічається з проходом 42, що звужумодифікацій для зменшення ваги пристрою, для 17 71545 18 спрощення роботи і для зменшення виробничих зання, механічна обробка, фрезування, фарбувитрат. В переважному варіанті здійснення винавання, коротше, будь-якому варіанті застосування, ходу, що показаний на Фіг.4, на другій частині приякий заснований на подачі високошвидкісних часскорення абразивних частинок здійснюється за тинок на поверхню. Шляхом порівняння швидкодопомогою введення одного струменя рідини при стей видалення поверхневих нашарувань з іденнадвисокому тиску через впускний отвір 50 і жиктичним параметрами, можуть бути лер 100, розташований в отворі 52 для вприскупродемонстровані переважні характеристики привання. Впускний отвір 50 і канал 102 безпосередстрою і способу згідно цьому винаходу в порівнянньо вирівняні з жиклером 100 вздовж траєкторії, по ні із звичайними пристроєм і способом. Такі експеякій струмінь рідини при надвисокому тиску ви хорименти були призначені для (а) підтвердження дить з отвору 52 для вприскування і надходить в продуктивності та економічності збільшення швидзмішувальну камеру, де він захоплює і прискорює кості частинок за допомогою етапів прискорення, і потік абразивного матеріалу. Подібним чином тіль(b) підтвердження продуктивності та економічності ки один впускний отвір 60 для повітря застосовунадання частинкам вихрового руху. ється для подачі повітря по дотичній в змішувальПараметри, що відносяться до наступних ексну камеру 40. Пристрій, що виконаний у периментів, наведені нижче. Крім того, зазначено відповідності з варіантом здійснення винаходу, що діапазон для кожного параметру, в межах якого показаний на Фіг.4, спрощує використання приспосіб і пристрій можуть бути додатково оптимізострою і його виробництво, таким чином зменшуювані. На Фіг.1 показані визначення, розташування, чи витрати. Для додаткового зменшення ваги прирозміри і співвідношення. строю, змішувальна камера може бути виконана з Першим параметром, переліченим в таблиці 1, алюмінію або нітриду кремнію або інших подібних є "співвідношення діаметрів критичного перерізу", матеріалів. який є співвідношенням двох діаметрів D1 і D2. Пристрій, що отриманий згідно будь-якому з Кожне з цих значень показано на Фіг.1; D1 виміряпереважних варіантів здійснення цього винаходу, ний в точці, що розташована ближче до початку може містити елемент, який утримується в руках, потоку, поблизу рукава 10 для впуску потоку з пощо зазвичай називається пушкою. В переважному вітря і частинок; D2 виміряний далі за ходом потоваріанті здійснення винаходу, як схематично покаку, де горловина етапу 2 досягає її самого вузького зано на Фіг.4, сопло обладнано рядом клапанів 90, діаметра. Другим показаним параметром ("співвід92, 94, які дозволяють оператору вибірково переношення довжини і діаметру", яке є відношенням ривати потік води і/або абразивного матеріалу. D1 і L2, що також зображено на Фіг.1. Наступним Наприклад, оператор може припинити потік абрапоказаним параметром є "кут з'єднання першого зивного матеріалу так, щоб тільки потік рідини і етапу і другого етапу". Для пристрою, показаного повітря виходив з сопла, що дозволить оператору на Фіг.1, цей кут складає нуль градусів, оскільки змити залишки матеріалу, що зчи щається, з об'єкперша частина 12 і друга частина 14 вирівняні спіту, який обробляється. В альтернативному випадввісно. Наступним параметром, показаним в табку, оператор може перервати потоки води і абралиці 1, є "косий кут першого етапу викиду в другий зивного матеріалу так, щоб тільки потік повітря етап". Пристрій, показаний на Фіг.1, має косий кут, виходив з сопла, що дозволить оператору висушищо дорівнює нулю і його неможливо побачити на ти об'єкт, який обробляється. Якщо оператор виФіг.1. Цей параметр аналогічний попередньому, за конує суху піскоструминну обробку, потік рідини виключенням того, що останній показує просторопри надвисокому тиску, що ви ходить з сопла, мове співвідношення між двома етапами з точки зору же бути перерваний. Оператор може, таким чирозташування одного етапу відносно другого в ном, вибірково змінювати функції сопла, не випусплощині, що перпендикулярна аркушу, на якому каючи його з рук або йти до віддаленого місця зображене креслення, "співвідношення потужносрозташування джерела абразивного матеріалу ті" - це відношення потужності в кінських силах на або рідини при надвисокому тиску. Хоча можуть першій частині; або потужності рідинного потоку використовува тися різні клапани, в переважному до потужності повітряного потоку. Цей параметр є варіанті здійснення винаходу, клапани 90, 92, 94 є інформаційним, оскільки, як ясно видно на Фіг.1, керованими клапанами, які приводять в дію клапачастина прискорюється двома джерелами: повітни джерела рідини при надвисокому тиску і джерям, що поступає через впускний рукав 10 на перрела абразивного матеріалу. шому етапі, і водою, що поступає через отвори 52, Було проведено ряд порівняльних експериме54 для вприскування на другому етапі. Кожна понтів промислового масштабу в умовах належного дача забезпечується джерелом потужності, звідси контролю для дослідження як продуктивності, так і параметр "співвідношення потужності". "Співвідекономічності способу і пристрою згідно цьому ношення потужності вихрового руху" є подібним винаходу і звичайних пристроїв і способів. Резульпопередньому параметру і потужністю в кінських тати деяких з цих експериментів викладені нижче. силах, що прикладається для створення або посиВидалення ґрунтування на цинковій основі або лення вихрового руху над потужністю, яка приклапрокатної окалини з сталевою поверхню до чистодається на першій частині (потужність повітряного го металу було вибране для оцінки ефективності потоку). Наступний параметр - це "отвори для поцього винаходу в порівнянні із звичайними спосовітряних струменів для створення вихрового руху", бами. Хоча зоною даної демонстрації є підготовка який відноситься до кількості впускних отворів, поверхні, вона призначена не тільки для ілюстрації через які подається повітря для створенпереваги цього винаходу в цьому варіанті застосуня/посилення вихрового руху. Два вп ускних отвори вання, але також і в інших варіантах, таких як рі60, 62 показані на Фіг.1. "Кут звуження вихрового 19 71545 20 потоку" відноситься до кута, під яким звужується ся в точці D2 (зображено на Фіг.1). Значення паравнутрішній діаметр другого етапу 14 сопла. Більш метру засновані на множині D2; звідси, значення конкретно, він відноситься до кута, який утворений +10´D2 означає, що стр умені сходяться далі точки, лініями, що позначають перетин внутрішньої стінки де виміряно значення D2, на відстані, що в десять другого етапу, визначеному від початку другої часразів перевищує D2. Наступний параметр віднотини 14 до D2. "Косий кут впускного отвору для ситься до кількості отворів 52, 54 для подачі води повітря для створення вихрового потоку" віднопри надвисокому тиску. Два таких отвори показані ситься для розташування впускних отворів 60, 62 на Фіг.1. Наступний параметр, наведений в таблидля повітря. Кут, під яким повітря надходить у внуці 1, - це "діаметр отвору для вприскування водятрішній простір пристрою відносно площини, що ного струменя надвисокого тиску", який просто є паралельна аркушу, на якому зображене кресленвнутрішнім діаметром отворів 52, 54 для вприскуня, є "косим кутом впускного отвару для повітря вання. Наступним параметром є "кут сходження для створення вихрового потоку1". Наступним паводяних струменів надвисокого тиску", який зораметром є "точка перетину траєкторій водяних бражує кут, що утворений двома струменями, які струменів надвисокого тиску", показана на фіг.1 як виходять з отворів 52, 54. Останнім параметром в L1. Як показано на Фіг.1, L1 - це відстань від точки, таблиці 1 є "косий кут водяного струменя надвисоде окремі водяні струмені надвисокого тиску (що кого тиску". Цей параметр частково визначає поподаються з отворів 52, 54) сходяться, до кінця ложення окремих отворів 52, 54 вздовж площини, другого етапу (кінець L2). Значення точки перетину що перпендикулярна аркушу, на якому зображена траєкторій водяних струменів надвисокого тиску, Фіг.1. що дорівнює "ND2", означає, що стр умені сходятьТаблиця 1 Діапазон параметрів. Експериментальні Переважні варіанти значення Параметр Співвідношення діаметрів критичного перетину (D1/D2) Співвідношення довжини і діаметру (L2/D1) Кут з єднання першої частини і другої частини Косий кут першої частини викиду у др угу частину Співвідношення потужності; води СВД, частина друга/повітря, частина перша Співвідношення потужності; вихрового р уху: вихрового повітря/повітря першої частини Отвори для повітряних стр уменів для створення вихрового руху (шт.) Кут звуження вихрового потоку Косий кут впускного отвору для повітря для створення вихрового потоку Точка перетину водяних стр уменів СВД (L1) Отвори для вприскування води СВД (шт.) Діаметр отворів для вприскування водяного струменя СВД (см/1000) Кут сходження водяних стр уменів СВД Косий кут водяного струменя СВД Приклад 1 (видалення цинкової грунтовки) Порівняння одного варіанту здійснення цього винаходу із звичайними пристроєм і способом для підготовки поверхні Звичайний пристрій містить сопло, що звужується/розширюється, для сухої піскоструминної обробки діаметром 4,76мм (3/16") (№3), яке широко розповсюджено в промисловості. Сопло приводиться в дію повітрям під тиском 7,0кг/см 2 з витратою 1,4м 3/хв для викиду 118кг/год. абразивних частинок розміром 16-40меш на поверхню. Пристрій згідно цьому винаходу містить описаний вище звичайний засіб, що служить його першою частиною прискорення, який приводиться 1-3,5 >5 осьове (0°)-30 осьове (0°)-30 2,33 23 0° і 13° 0° 0,5-5,0 1,2-1,7 0,05-1,0 0,17 1-20 -30° - +30° 1-4; 6 16° 0°-30° +/-10´D2 1-10 0° CD2 3, 4, 6 20,3-101,6 0-30° 0-30° 17,8-33,0 16° 0°, 2°, 6° в дію повітрям під таким же тиском, з такою витратою повітряного потоку, і доставляє таку ж кількість абразивних частинок такого ж розміру у другу частину прискорення. Друга частина прискорення приводиться в дію водяним струменем з швидкістю струменя, що складає біля 670,6м/сек. Вихрова дія не стимулювалася зовнішнім впливом, тобто додаткова рідина не упорскувалась з боку в змішувальну камеру для посилення вихрової дії в змішувальній камери. Тим не менш слід відмітити, що хоча ви хровий рух не був створений примусово, такий рух може відбуватися в будь-якому випадку, як притаманний внутрішній геометрії камери. Результати наведені нижче: 21 71545 Параметр Швидкість видалення Кількість частинок, які використовуються на одиницю площі, що очищується Потужність, що споживається (к.с.) на одиницю площі, яка очищується Сумарні витрати на одиницю площі, що очи щується (що включає працю, паливо, абразивні матеріали і обладнання) Утворення пилу біля сопла Утворення пилу на об'єкті (оцінено візуальною перевіркою) Приклад 2 (видалення цинкової грунтовки) Порівняння одного варіанту здійснення цього винаходу із звичайним пристроєм і способом для підготовки поверхні Звичайний пристрій містить сопло, що звужується/розширюється, для сухої піскоструминної обробки діаметром 6,35мм (4/16") (№4), який широко розповсюджений в промисловості. Сопло приводиться у дію повітрям під тиском 7,0кг/см 2 з витратою 2,55м 3/хв. для викиду 226,8кг/год. абразивних частинок розміром 16-40меш на поверхню, що випробовується. Пристрій згідно цьому винаходу містить опи 22 Цей винахід Звичайний пристрій 16,7м 2/год 5,6м 2/год 6,84кг/м 2 2,04к.с./м 2 20,99кг/м 2 2,26к.с./м' 1,94дол./м 2 Невизначено Невизначено 4,09дол./м 2 Явно виражене Явне виражене саний вище засіб, який служить його першою частиною прискорення, що приводиться в дію повітрям під таким же тиском, з такою ж витратою повітряного потоку, і що доставляє таку ж кількість абразивних частинок такого ж розміру у др угу частину прискорення. Друга частина прискорення приводиться в дію водяним струменем із швидкістю струменя, що складає біля 670,6м/сек. Вихрова дія не стимулювалась зовнішнім впливом, тобто додаткова рідина не упорскувалась з боку в змішувальну камеру для посилення вихрової дії в змішувальній камери. Результати наведені нижче: Параметр Цей Винахід Швидкість видалення 26,3м 2/год Кількість частинок, що використовуються на одиницю поверхні, яка очищується 8,78кг/м 2 Потужність, що споживається (к.с.) на одиницю площі, яка очищується 1,94к.с./м 2 Витрати на одиницю площі, що очищується 1,61дол./м 2 Утворення пилу біля сопла невизначено Утворення пилу біля об’єкту невизначено Приклад 3 (видалення прокатного окалини) Порівняння одного варіанту здійснення цього винаходу із звичайним пристроєм і способом для підготовки поверхні Звичайний пристрій містить сопло, що звужується/розширюється, для сухої піскоструминної обробки діаметром 6,36мм (4/16") (№4), який широко розповсюджений в промисловості. Сопло приводиться в дію повітрям під тиском 7,0кг/см 2 з витратою 2,55м 3/хв. для викиду 226,8кг/год абразивних частинок розміром 16-40меш на поверхню, що випробовується. Пристрій, згідно цьому винаходу, містить опи Звичайний пристрій 6,9м 2/год 32,22кг/м 2 3,23к.с./м 2 4,51дол./м 2 явно виражено явно виражено саний вище засіб, який служить його першою частиною прискорення, що приводиться в дію повітрям під таким же тиском, з такою ж витратою повітряного потоку, і що доставляв таку ж кількість абразивних частинок такого ж розміру в другу частину прискорення. Друга частина прискорення приводиться в дію водяним струменем із швидкістю струменя, що складає біля 670,6м/сек. Вихрова дія не стимулювалася зовнішнім впливом, тобто додаткова рідина не упорскувалась збоку в змішувальну камеру для посилення вихрової дії в змішувальній камері. Результати наведені нижче: Параметр Цей Винахід Швидкість видалення Кількість частинок, що використовуються на одиницю площі, що очищується Потужність, що споживається (к.с.) на одиницю поверхні, що очищується Витрати на одиницю поверхні, що очищується Утворення пилу біля сопла Утворення пилу біля об'єкту 15,32м 2/год. Звичайний пристрій 5,11м 2/год. 14,64кг/м 2 44,43кг/м 2 3,23к.с./м 2 2,79дол./м 2 4,41к.с./м 2 6,24дол./м 2 невизначено невизначено явно виражено явно виражено Приклад 4 (видалення цинкової ґрунтовки) Порівняння одного варіанту здійснення цього винаходу із звичайним пристроєм і способом для 23 71545 24 підготовки поверхні саний вище звичайний засіб, який служить його Порівняння одного варіанту здійснення цього першою частиною прискорення, що приводиться в винаходу із звичайним пристроєм і способом для дію повітрям під таким же тиском, з такою ж витрапідготовки поверхні тою повітряного потоку, і що доставляє таку ж кіЗвичайний пристрій містить сопло, що звужулькість абразивних частинок такого ж розміру в ється/розширюється, для сухої піскоструминної другу частину прискорення. Друга частина прискообробки діаметром 4,76мм (3/16") (№3), який ширення приводиться в дію водяним струменем із роко розповсюджений в промисловості. Сопло швидкістю стр уменя, що складає біля 670,6м/сек. приводиться в дію повітрям під тиском 7,0кг/см 2 з Вихрова дія стимулювалась вприскуванням додатвитратою 1,4м 3/хв. для викиду 118кг/год. абразивкового стиснення повітря, яке утворює ефект обених частинок розміром 16-40меш на поверхню, що ртання, що досягає 4,30мм-г на г повітря, яке надвипробовується. ходить до першого етапу прискорення. Пристрій, згідно цьому винаходу, містить опиРезультати наведені нижче: Параметр Швидкість видалення Кількість частинок, що використовуються на одиницю площі, що очищується Потужність, що споживається (к.с.) на одиницю поверхні, що очищується Витрати на одиницю поверхні, що очищується Утворення пилу біля сопла Утворення пилу біля об’єкту Приклад 5 (видалення MIR - окалини) Порівняння одного варіанту здійснення цього винаходу із звичайним пристроєм і способом для підготовки поверхні Звичайний пристрій містить сопло, що звужується/розширюється, для сухої піскоструминної обробки діаметром 6,35мм (4/16") (№4), який широко розповсюджений в промисловості. Сопло приводиться в дію повітрям під тиском 7,0кг/см 2 з витратою 2,55м 3/хв. для викиду 226,8кг/год абразивних частинок розміром 16-40меш на поверхню, що випробовується. Пристрій, згідно цьому винаходу, містить опи Звичайний пристрій 5,57м 2/год. 5,85кг/м 2 20,99кг/м 2 1,83к.с./м 2 1,61дол./м 2 невизначено невизначено 2,26к.с./м 2 4,08дол./м 2 явно виражено явно виражено саний вище засіб, який служить його першою частиною прискорення, що приводиться в дію повітрям під таким ще тиском, з такою ж витратою повітряного потоку, і що доставляє таку ж кількість абразивних частинок такого ж розміру в другу частин) прискорення. Друга частина прискорення приводиться в дію водяним струменем із швидкістю струменя, що складає біля 670,6м/сек. Вихрова дія стимулювалася вприскуванням додаткового стисненого повітря, яке утворює ефект обертання, що досягає 4,30 см-г на г повітря, яке надходить до першого етапу прискорення. Результати наведені нижче: Параметр Швидкість видалення Кількість частинок, що використовуються на одиницю площі, що очищується Потужність, що споживається (к.с.) на одиницю поверхні, що очищується Витрати на одиницю поверхні, що очищується Утворення пилу біля сопла Утворення пилу біля об'єкту Приклад 6 (видалення AM - окалини) Порівняння одного варіанту здійснення цього винаходу із звичайним пристроєм і способом для підготовки поверхні Звичайний пристрій містить водометне сопло, що має потужність 25 гідравлічних к.с. і що приводиться в дію тиском 2460кг/см 2. Абразивні частинки (розміром 40-60меш) в кількості 226,8кг/год всмоктувались вакуумом, що виробляв водяний Цей Винахід 19,5м 2/год. Цей Винахід 18,6м 2/год. Звичайний пристрій 5,11м 2/год. 11,7кг/м 2 44,43кг/м 2 2,79к.с./м 2 2,26дол./м 2 невизначено невизначено 4,41к.с./м 2 6,24дол./м 2 явно виражено явно виражено струмінь, в змішувальну камеру (на відміну від подачі стиснення повітрям і попереднього прискорення в першому етапі сопла, як в прикладах 1-5). Пристрій, згідно цьому винаходу, містив звичайний пристрій. ідентичний описаному вище, плюс засіб для вприскування повітря для посилення вихрового р уху додаткової потужності 7 гідравлічних к.с, що доводить сумарну потужність пристрою до 32 гідравлічних к.с. Результати наведені нижче: 25 71545 Параметр Швидкість видалення Кількість частинок, що використовуються на одиницю площі, що очищується Потужність, що споживається (к.с.) на одиницю поверхні, що очищується Витрати на одиницю поверхні, що очищується Утворення пилу біля сопла Утворення пилу біля об'єкту Приклад 7 Перевага енергетичної і економічної ефективності двоетапного прискорення Вода та повітря можуть використовуватися для прискорення частинок. Сила, що впливає на частинку, що рухається в рідині, є її опором (FD). Рівняння для сили опору таке: FD=CD´ρν2 Α/2, де FD - сила опору, СD - коефіцієнт опору частинки, ρ - щільність рідини, ν - відносна швидкість частинки відносно оточуючої її рідини і А - площа поперечного перерізу частинки або, у випадку неправильної форми частинки, площа, яка проектується. CD - це експериментально визначена функція числа Рейнольдса (ΝR) частинки. Число Рейнольдса визначаться так: NR=ρνd/μ, де ρ - щільність рідини, ν - відносна швидкість частинки, d - діаметр частинки, і μ - динамічна в'язкість рідини. Для NR, що складає приблизно від 500 до 2000, і для сферичної частинки, що представляють типовий діапазон швидкостей для прискорення частинок за допомогою потоку рідини з більшою швидкістю, коефіцієнт опору CD для дозвукових швидкостей повітря знаходиться приблизно в межах 0,4-0,5. З наведеного вище аналізу можна зробити висновок, що вода, переважніше ніж повітря, може бути е фективним засобом для прискорення частинок внаслідок того, що сила опору пропорційна щільності рідини, що рухається. Співвідношення щільності води і повітря близько 800. Проте, використання тільки води як текучої рідини є надто дороговартісним. Подача повітря під тиском 7,0кг/см 2 з витратою 0,028м 3/хв. може виконуватися компресором промислових розмірів вартістю всього 60 доларів США, а потужність двигуна, що вимагається, досягає всього 0,25к.с. для одержання потоку повітря з витратою 0,028м 3/хв. і тиском 7,0кг/см 2. Такий потік повітря може прискорювати частинки до швидкості близько 182,9м/сек, але не значно більше, внаслідок ефектів потоку з ковзанням, що превалюють при більш високих швидкостях. Для вирішення такої задачі за допомогою води потрібний був би водяний насос високого тиску, що здатний виробляти тиск близько 379,6кг/см 2 з витратою 0,028м 3/хв. (28,39л за хвилину) для прискорення частинок до швидкості близько 182,9м/сек (або до приблизно 70% швидкості рідини) вартістю приблизно 6000 доларів США, який би приводився в дію двигуном потужністю приблизно 25к.с. Порівняння грошових витрат і енергії, що споживається, показує, що повітря може при 26 Цей Винахід 13,94м 2/год. Звичайний Пристрій 8,36м 2/год. 16,11кг/м 2 27,34кг/м 2 2,47к.с./м 2 2,90дол./м 2 невизначено невизначено 3,33к.с./м" 4,62дол./м 2 невизначувано невизначувано скорювати частинки до швидкості приблизно 182,9м/сек з витратою 1/100 коштів і приблизно 1/100 енергії, що споживається, які потрібні були б для виконання цієї задачі з використанням води як несучої рідини. Отже, повітря економічніше та ефективніше з точки зору споживання енергії і є переважним середовищем для первинного (перша частина) прискорення часток до швидкості близько 182,9м/сек, тоді як надшвидкісний потік води є переважним середовищем для прискорення частинок до швидкості понад 182,9м/сек (друга частина) до швидкості, яка складає приблизно 914,4м/сек і вище. Другим міркуванням на користь застосування повітря на першому етапі прискорення є те, що частинки легко переміщуються в турбулентному повітряному потоці всередині рукава або труби на значні відстані і висоти. Отже, резервуар для абразивних частинок може бути великим, що дає менше простоїв на поповнення резервуару і може не знаходитись поблизу сопла, яке викидає частинки на поверхню, що очи щується або розрізується. Приклад 8 Зменшення споживання потужності, яка потрібна для різання матеріалів завдяки переважній подачі частинок за допомогою вихрового всмоктування. В одному прикладі здійснення цього винаходу перевага від прискорення частинок за допомогою надшвидкісного водяного струменя або струменів додатково збільшується через надання вихрового і/або вирового руху потоку рідини і надання частинкам такого вихрового або вирового руху. Випробування, що проведені з такою конфігурацією, дали чудові результати (що оцінені по видаленню поверхні), які показали очевидність кращої передачі кількості руху частинкам та їх збільшення несучим надшвидкісним водяним струменем. Коли частинки входять в контакт з рідиною, що має вихровий рух, частинки відкидаються радіально назовні відцентровою силою. Ця сила і одержаний рух частинок використовуються в одному варіанті цього винаходу наступним чином. Коли частинки відкидаються назовні відцентровою силою, вони концентруються в зоні, де вони переважно входять в контакт з надшвидкісними водяними струменями, які примусово направляються в цю зону. В результаті радикально збільшується вихідна швидкість частинок, що викидаються з камери, процес прискорення стає більш ефективним з точки зору енергії, що споживається, і забезпечується можливість подачі великої концентрації частинок у потік несучих надшвидкісних водяних струменів. Експерименти, що проведені для підтвердження даного опису, показали, що доступна в наш час техноло 27 71545 28 гія обмежена подачею приблизно 12% частинок в такого потоку частинок на можливо найменшу несучу рідину. В протилежність цьому цей винахід, пляму, яка має діаметр Do (мкм). завдяки наданню вихрового або вирового руху, Як було показано в прикладах 4, 5 і 6 надання забезпечує ефективно прискорення до надвисоких частинкам вихрового або вирового руху радикальшвидкостей концентрацій частинок, які складають но посилює процес прискорення і можливість введо 50% (відносно несучого водного середовища). дення великої кількості частинок за одиницю часу Ця перевага, як було експериментально визначев надшвидкісний потік води (що називається конно, забезпечується двома джерелами. По-перше, центрацією частинок) від приблизно 12%, згідно кількість частинок, що входять в контакт з водянидоступній в наш час технології, до 50%, тобто в ми струменями, збільшена вихровим рухом, який чотири рази. Вихрова дія також сприяє фокусузабезпечує подачу максимальної кількості частиванню потоку частинок на меншу площу Do і, отже, нок на траєкторію водяного струменю. По-друге, концентрація частинок на одиницю площі матеріавідцентрова сила, що прикладається до частинок, лу, що обробляється, збільшується. В порівнянні із дуже низька в порівнянні з вектором, що орієнтозвичайним піскоструминним пристроєм, що досяваний приблизно перпендикулярно водяним стругає діаметру фокусування Dc, концентрація частименям. Якщо, наприклад, водяні струмені входять нок на одиницю площі зростає як квадрат віднов контакт з частинками, що рухаються з великою шення діаметрів (Dc/Dо). Згідно способу і пристрою результуючою швидкістю по суті перпендикулярно цього винаходу діаметр фокусування може бути напрямку руху водяних струменів, то прискорення зменшений приблизно на 25% в порівнянні із звичастинок в напрямку руху водяних стр уменів може чайними пристроями для різання потоком абразизводитися нанівець. Цей винахід долає це обмевних частинок, що призводить до двократного збіження, при цьому досягають максимального часльшення різальної спроможності. Комбінований тинок шляхом концентрації частинок на траєкторії ефект від наведених вище аргументів наступний: водяних струменів відцентровою силою з низькою результуючою швидкістю в напрямку, перпендикуЗбільшення хаЩо змінюється лярному напрямку руху водяних струменів. рактеристик Вихровий рух може створюватись чисельністю Швидкість частинок 2х засобів, відомих спеціалістам в даній галузі техніКонцентрація абразивного ки. Наприклад, могла б використовуватись камера матеріалу у потоці 4х з радіусом, що зростає за ходом потоку. Також на Фокусування 2х внутрішній поверхні камери можуть бути виконані Комбінований ефект: 2x4x2= 16х канавки або додані ребра, в альтернативному варіанті рідина може впорскуватись, входити або З практичної точки зору це зменшення хараквсмоктуватись в камеру під непрямими кутами або теристик має велике значення. Більш конкретно, в по дотичній відносно поздовжньої осі, що утворюнаш час потрібне вкладання грошей в звичайний ється камерою. пристрій для різання потоком частинок складає Приклад 9 близько 2000 доларів США за кінську силу, або 60 Досягнення кращих різальних характеристик і 000 доларів США за типовий пристрій потужністю ефективності шляхом збільшення швидкості, кон30к.с. зменшення в 16 разів знижує вартість прицентрації і фокусування частинок близно до 4000 доларів США. Це забезпечує ствоВ рамках цього винаходу було показано, що рення способу і пристрою, який тепер може конкудодаткова швидкість частинок (що перевищує перувати з різанням факелом пальника, і плазмовим вний поріг) радикально прискорює видалення марізанням для широкого кола звичайних крупноотеріалу у варіантах застосування для підготовки б'ємних варіантів застосування, таких як різання поверхні і різання. Фактично швидкість видалення сталевих пластин, будівельних матеріалів, скла, матеріалу зростає в квадраті від збільшення деревини і т.д. швидкості частинок. Швидкість частинок, завдяки Таким чином, цей винахід добре пристосовацього винаходу, може збільшуватись на 40-50% в ний для досягнення вказаних вище, а також інших порівнянні зі швидкістю, що досягається засобами властивих йому задач, результатів і переваг. Хоча для різання потоком частинок, які відносяться до в наш час не були дані для опису істотних ознак відомої технології, що призводить до подвійного цього винаходу, може бути зроблена чисельність підвищення різальних характеристик. Два інших змін в деталях конструкції, розташуванні компонефактори також матеріально сприяють тому, щоб нтів, робочих операціях і т.д., які будуть очевидні зробити процес різки абразивним потоком більш для спеціаліста в даній галузі техніки і які охоплені ефективним, а саме, (а) кількість або концентрація сутністю винаходу і об'ємом формули винаходу. частинок з мінімальною швидкістю, що викидаються за одиницю часу М1 (г/сек), і (в) фокусування 29 Комп’ютерна в ерстка Н.Трухан 71545 Підписне 30 Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601