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VORRICHTUNG ZUM STRAHLFÖRMIGEN AUSSTOSSEN VON FLUOSIG-
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REIEN UNTER HOHEM DRUCK Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
Vorrichtunger.
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zur Erzeugung von Druck in fließenden Medien, genauer -auf Vorrichtungen
zur Erzeugung eines hohen Stoßdruckes in Flüssigkeiten.
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Besonders erfolgreich kann diese Erfindung in der Bergder bauindustrie,
bei Errichtung hydrotechnischer Anlagen, im Straßenbau zur Zerstörung fester G esteine
ohne Sprengarbeiten, zum Beispiel beim Tunnelvortrieb eingesetzt werden.
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Es ist; auch möglich, C-) Vorrichtungen zur Erzeugung eines hohen
Stoßdruckes in Flüssigkeiten erfindungsgemäß ausgführte zur Zerstörung von Eisbildungen,
zum Putzen von Metalloberflächen und Oberflächen von Bau anlagen, zur Zerstörung
des verbrauchten feuerfesten Kauerwerkes von Hüttenöfen, zur Zerstorung von alten
Betonfür
fundamenten und/anderes mehr zu verwenden.
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Bekannt sind Vorrichtungen zur Erzeugung eines hohen Ste druckes
in Flüssigkeiten, die mindestens einen Zylinder mit einem darin angeordneten Stufenkolben
aufweisen. Der Zylinder hat an einer Kolbenseite einen Hohlraum, der mit Preßgas
gefüllt ist und durch Uffnungen im Zylinder mit einem Druckausgleicher kommuniziert.
an dsr anderen Kolbenseite hat der Zylinder einen anderen Hohlraum, der mit Flüssigkeit
gefüllt bung ist, die die Vers chie/ des Kolbens in Richtung des mit Gas gefühlten
Hohlraumes bewirkt. Der mit Flüssigkeit gefüllte Hohlraum geht stufenartig in eine
Hohlraum geringeren Durchchen messers über, der im wesentlidem Durchmesser der Kolbenstufe
gleich ist, die diesem Hohlraum zugekehrt ist. Dieser Hohlrad mit geringere, Durchmesser
dient als Hochdruckkammer, wird ebenfalls mit Flüssigkeit bei der Bewegung des Kolbens
in Richtung des mit Gas gefüllten Hohlraumes gefüllt und hat minderichtung -stens
eine Austrittsöffnung, die mit einer Vor/ zum periodischen Mrs¢hließen versehen
ist. Der Druck in der Hochdruckdie kammer wird durch Stöße des Kolbens auf Flüssigkeit
in dieser Kammer vorher durch Preßgas beschleunigten erzeugt.
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den In/bekannten Vorrichtungen b0ffnet sich die Austtittsöffnung
aus der Hochdruckkammer während des Anlaufs des Kolbens bis zum Beginn der Erhöhung
des stoßdruckes. Dadurch ist die Austrittsöffnung bei der Erhöhung und beim Abfall
des Druckes in der Hochdruckkammer offen (siehe US-PS 3412554 US-PS Re 27244,1971).
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Der Hauptnachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß die
Erhöhung des Druckes in der Hochdruckkammer bis zur
maximalen Hohe
bei offener Austrittso'ffnung erfolgt Das führt dazu, daß beim Erhöhen des Druckes
ein Flüssigkeitsstrahl mit ansteigender Geschwindigkeit aus der Hochdruckkammer
ausströmt. Jeder vorangehende Teil des ausströmenden Str weist eine Geschwindigkeit
auf, dio geringer als die Geschwin digkeit des nachlogenden Teils ist. Die jeweils
vorn befindlichen Strahlen mit niedrigen Geschwindigkeiten werden durch die nachfolgenden
Strahlen mit hohleren Geschwindigkeiten zerstört was die Zerstäubung aer Strahlen
hervorruft und den Verlust von 30-50% kinetischen Ausgangsenergie des Kolbens verursacht
Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß der maximale
Flüssigkeitsdruck in der Hochdruckkarn nqr mer/auf einem geringen Teil des Kolbenweges
gegenüber der llochddruckkammer erhalten bleibt. Dadurch werden die Festigkeitskenndaten
der Hochdruckkammer. die nach dem maximalen Druckwert berechnet werden, auf dem
größten Teil des Kolbenweges nicht vollsständig genutzt. Das verursacht eine Senkung
der zulässigen Ausstoßenergie der Flüssigkeit.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung der
genannten Nachteile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines hohen Stoßdruckes in Flüssigkeiten mit einer derartigen konstruktiven ausfuehrung
des Kolbens und der Hochdruckkammer zu entwickeln, bei der bei . gleichen Abmessungen
der Vorrichtung eine größere kinetische Auswi d stoßenergie der Flüssigkeit erzeugt
und der Nutzfaktor der nigung Kolbenbeschleuwesentlich erhöht ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß in der Vorrichtung zur Erzeugung
eines hohen Stoßdruckes, die mindestens einen Zylinder mit einem einen Antrieb zum
Anlauf enthatenene stufenartigen Kolben aufweist, dessen Stufe mit geringerem Durchmesser
beim Verschieben des Kolbens zwecks Erzeugung eines hohen Stoßdruckes i einer Hochdruckkammer
liegt, die mit der Flüssigkeitsquelle kommuniziert und eine Öffnung zum Ausstoßen
der Flüssigkeit enthält, erfindungsgemäß kolben die Stufe geringeren Durchmessers
des Kolbens eine/stange mit freiem Ende aufweist, in dessen Nahe eine Verbreiterung
ausgeführt ist, und die Hochdruckkammmer Abschnitt mit einer Verengung und einer
anschließenden daran / Verbreiterung in Richtung zur Öffnung zum Ausen mit stop
der Flüssigk3it hat, wobei der Abschnitt/der Verengung derart angeordnet ist, daß
dieser durch die Verbreiterung der Kolben- bung stange zu Beginn der Verschie/ des
Kolbens bis zum Einschliegen eines Teils der Flüssigkeit überdeckt wird, die sich
mit in der Hochdruckkammer zwischen dem Abschnitt der Verengung und der Stufe geringeren
Durchmessers des Kolbens bei der Erzeugung eines hohen Druckes in diesem Teil der
Flüssigkeit bung befindet, und bei der weiteren Verschie/ des Kolbens zwischer Kolbender/stange
und don Abschnitten der Verengung und der anschlisblenden Verbreiterung ein Kanal
mit ringförmigem Querschnitt entsteht, der die Hochdruckkammer mit der oeffnung
zum Ausstoßen der Flüssigkeit verbindet.
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Durch eine derartige konstruktive Lösung wird das Ausströmen der
Flüs8igkeit aus der Hochdruckkammer während der Erzeugung eines hohen Druckes verhindert.
Dabei gewinnt der ausströmende Strahl eine röhrenartige Form und sichert seinerseite
die
Möglichkeit, bei gleichern Aufwand an Anlaufenergie des Kolbens im Vergleich zu
den bekannten Vorrichtungen eis ne größere Energie der Einwirkung der Flüssigkeit
auf ein Gestein, das der Zerstörung ausgesetzt wird, zu erzeugen.
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Vorteilhafterweise soll der erwähnte Kanal mit ringförmigem Querschnitt
eine Querschnittsfläche aufweisen, die sich in der Kanallänge mit folgender Abhängigkeit
verändert:
wobei X für die laufende Koordinate des Punktes des Uberganges der Kolben stangenoberfläche
zur Verbreiterung ihres freien bung Endes bei der Vers chie/ der Stange längs der
geometrischen Längsachse der Hochdruckkammer (diese Koordinate ist im Loment der
Beendigung des Öffnens der Hochdruckammer gleich Null Sx fur die Größe der Querschnittsfläche
des Kanals, die der laufenden Koordinate X entspricht; So für die Größe der Querschnittsfläche
des Kanals, die der Koordinate x = 0 entspricht a fur. eine für diese Vorrichtung
konstante Größe, die dem Weg der gleichmäßig verzögen Verschiebung der Stange von
x=0 bis Xmax gleich ist, steht.
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Das ermöglichtes, den Flüssigkeitsdruck in der Hochdruckkanmer ungefähr
auf gleicher Höhe > auf dem gesamten Weg der Verschiebung des kolbens gegenüber
der Hochdruckammer Vers chie/ des Kolbens gegenüber der Hochdruckkammer
zu halten, was sichert eine wesentliche Stei gerung der zulasaigen Energie der auszustoßenden
Flüssigkeit ohne eine Vergröperung des Rauminhalts der Hochdruckkammer
Die Vorrichtung zur Erzeugung eines hohen Druckes in Flüssigkeiten
die erfindungsgemäß ausgefuhrt ist, gestattet es im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen,
eine wesentlich größere Energie des Strahls der auszustoßenden Flus'sigkeit zu erzeugen
und den Nutzfaktor der Anlaufenergie des Kolbens beträchtlich zu erhohen.
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Außerdem wind beim Betrieb der Vorrichtung der Energieverbrauch pro
Einheit des zerstörten Gesteins verringert, das heißt, daß sich die leistung bei
gleichen technischen 7,or daten wesentlich vergro"ßert.
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und Gestein Die Effektivität der Zerstörung von Felsen,' mit Flüsssigkeitsstrahlen
aus der eine erfindungsgemäßen Vorrichtung steigt dadurch, daß dem Strahl röhrenartige
Form verliehen wird, weil das erstens, die Anzahl der Zusammenstoße des jeweiligen
Strahls mit Defekten,zum Beispiel mit Rissen an der es Gesteins oberfläche vergrößert
und zweitens ermöglicht, einen sekundären Strahl infolge des Ablaufens der Flüssigkeit
an dc Oberfläche des Felsengesteins von der ringförmigen Kontakt fläche des Ausgangsstrahls
und des Felsengesteins zum Zentrum des Strahls <-> zu bilden. Das Vorhandensein
des inneren Der Hohlraumes im röhrenartigen Strahl bei Ausführung des Austrittskanals
als konvergenter kanal erlaubt,, den Flüssigkeitsteilchen eine Geschwindigkeitskomponente
zu verleihen, die zu Strahlachse gerichtet ist, das heißt die Neigung des Strahls
zur Zerstäubung herabzusetzen und die Dichte des Flu'ssigkeits' strahls zu erhöhen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von konkreten Ausführungsbeispielgn
der
erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezug auf die 2eichnungen näher erläutert; es
zeigen Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines hohen Stoßdruckes
in Flüssigkeiten, im Längsschnitt, in einer Variante, wo die kleinste Querschnittsfläche
des ringförmigen Kanals durch VeränderuBg des Durchmessers der Hochdruckkammer geregelt
wird; Fig.2 das gleiche in einer Variante, wo die kleinste Querschnittsfläche 5x
das ringförmigen Kanals durch Veränderung des Durchmessers der Kolbenstange geregelt
wird; in Form eines Fig. 3/Diagramms die Abhangigkeit des Flüssigkeitsdruckes in
der Hochdruckkammer vom Weg des Kolbens, der durch die x - Achse ausgedrückt wird.
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Die Vorrichtung zur Erzeugung eines hohen Stoßdruckesin en Flüssigkeit,'enthälb
einen Zylinder 1 (Fig. 1). Innerhalb des Zylinders 1 ist ein zweistufiger Kolben
2 montiert, der eine Stufe 3 mit einem geringeren Durchmesser und eine Stufe 4 mit
einem großeren Durchmesser aufweist. Seitens der Stufe 3 mit geringerem Durchmesser
des Kolbens 2 grenzt an den Zylinder 1 eine starr an demselben befestigte Buchse
5 an, mit der fest ein Aufsatz 6 # verbunden ist. Die geometrischen Achsen des AufJ
satzes 6 und der Buchse 5 stimmen mit der Längsachse 0-0 des Zylinders 1 überein.
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Der durch die Stufe 3 mit geringerem Durchmesser des Sol-t bens 2
und durch die Innenflächen der Buchse 5 und des Aufsatzes 6 begrenzte Hohlraum bildet
eine Hochdruckkammer 7.
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Im Aufsatz 6 ist in der Achse 0-0 eine Austrittsöffnung ausgeführt,
dis die Hochdruckkammer 7 mit/Atmosphäre verbirti Seitens der Stufe 4 mit dem größeren
Durchmesser des K@ bens 2 ist eine Niederdruckkammer 9, angeordnet die durch eine
in der W dung des Zylinders 1 aufgeführte Öffnung 10 mit einem Druckausgleicher
11 kommunziert. Der Druckausgleicher 11 wird durch eine zylindrische Hülse 12 gebildet,
die auf die Außenflache des Zylinders 1 aufgezogen und fest mit demselben verbunden
ist. Die Niederdruckkammer 9 und der Druckausgleicher 11 sind mit Preßgas gefüllt,
das zur Akkumulation von Energie beim zwangsläufigen Hub des Kolbens 2 in Richtung
zur Niederdruokkammer 9 und zum Anlauf des Kolbens 2 in Richtung zur Hochdruckkammer
7 vorgesehen ist.
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In der Stufe 4 des Kolbens 2 ist ein knierohrfo'ri:iiger Kanal 13
ausgeführt, der die Niederdruckkammer 9 mit dem Druckausgleicher 11 verbindet, wenn
sich der Kolben 2 der <-> äußersten rechten Lage <im Bild> nähert. Im
Kanal 13 ist ein Rückschlagventil 14 montiert, das ermöglicht, daß das Preßgas hauptsächlich
nur in Richtung von der Kammer 9 zum Druckausgleicher 11 strömt Im Ventil 14 ist
eine Düse 15 vorgesehen, die Gas in einer unbedeutenden Menge aus don Druckausgleicher
11 in die Rammer 9 durchläßt, wenn der Kolben sich nach links aus der äußersten
rechten Lage im Bild zu verschieben beginnt. Dadurch wird eine gewisse durch den
Durchlaßquerschnitt der Düse 15 regelbare Verzögerung des Kolbens 2 in der äußersten
rechten Lage im Bild vor dem Anlauf gesichert. Die Hochdruckkammer 7 kommuniziert
mit einer Flüssigkeitsquelle
fe 3 des Kolbens 2 aus der Hochdruckkammer
7. Die Verbindung der Kammer 7 mit der Flüssigkeisquelle erfolgt über einen Hohlraum
16 und einen Kanal 17, der im Körper der Buchse 5 Qer ausgeführt ist. Der Hohlraum
16 vergroßert sich bei Bewegung des Kolbens 2 nach rechts im Bild beim Ansammeln
von Flüssigkeit <-> In der Nähe der Buchse 5 sind in der Seitenwandung des
Zylinders 1, mehrere Fenster 18 ausgeführt, die gleichmäßig am Umfang verteilt sind.
Die Gesamtfläche der querschnitte sämtlicher Fenster 18 ist vorzugsweise gleich
bzw.etwa großer als die Fläche des Querschnitts der Stufe 4 des Kolbens 2 auszufuhder
ren, wodurch der hydraulische Widerstand für das Ausströmen Flüssigkeit aus dem
Hohlraum 16 durch die Fenster 18 in die Atmosphäre vermindert wird.
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Auf die Außen fläche des Zylinders 1 ist eine zylindri sche Buchse
19 vor- und zurückverschiebbar aufgesetzt.
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Die zylindrische Buchse 19 dient zum Uberdecken der Fenster 18 beim
zwangsläufigen Hub des Kolbens 1 in Richtung zur Niederdruckkammer 9 und zum nen
der Fenster 18 zwecks anlaufs des Kolbens 2 mit Gas in Richtung zur Buchse 5.
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richtung Es ist eine Vor/ (nicht gezeigt) zur Verschiebung der vorgesehen
Buchse 19 auf der Seitenfläche des Zylinders 12 welche jede passende Konstruktion
haben kann.
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An der im Bild rechten Stirnseite der Buchse 5 ist kolbenseitig ringformiger
Vorsprung 20 vorgesehen, des-1hin sen Innendurchmesser sich seinem Ende zu vergrößert.
Das erleichtert das Einführen der Stufe 3 des Zolbens
2 in die
Hochdruckkammer 7, Im Vorsprung 20 sind ffnungen 21 für den freien Austritt der
Flussigkeit aus der Eanmer 7 in den Hohlraum 16 und ihr nachfolgendes Abfließen
durch die Fenster 18 ausgeführt, wenn sich die Stufe 3 des Kolbens 2 im Bild nach
links längs des Vorsprungs 20 bewegt.
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An der im Bild linken Stirnseite der Stufe 4 des Kolbens 2 ist eine
ringförmige Vertiefung 22 ausgeführt, in die beim Bewegen des Kolbens 2 nach links
im Bild der Vorsprung 20 eingeht.
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Auf der inneren Oberfläche des Aufsatzes 6 in seinem in einer der
Nähe der Buchse 5 liegenden Teil sind Abschnitte mit/ anschließenden Verengung 23
und einer daran /Verbreiterung 24 ausgeführt, die sich zur Austrittseffnung 8 hin
allrnählic'n vermengt. An eine Kolbender Stufe 3 des Kolbens 2 ist starr stange
25 befestigt, d£-ren freies Ende 26 < die Abschnitte des Aufsatzes 6 mit der
Verengufl£; 23 undsVerbreiterung 24> beim Bewegen des Kolbens 2 nach links im
Bild/passiert0 Kolben- die Am freien Ende 26 der stange 25,/ in der beschriebenen
Ausführungsvariane der Erfindung einen konstanten Querschnitt über der Länge aufweist,
ist eine Verbreiterung ausauch geführt, die durch die Bezugsziffer 26 gekennzeichnet
ist. Dor Durchmesser / Verbreiterung 26 ist etwa gleich dem Durchmesser der Verengung
2 ausgeführt. Dadurch wird der Abschnitt der Verengung 23 des Aufsatzes 6 durch
die Verbreiterung 26 der /Nange 25> beim Bewegen des Kolbens 2Hzum Einschließen
des Teils der Flüssigkeit , die sich in der Hochdruckkammer 7 zwischen dem Abschnitt
mit der Verenbefindet,
gung 23 und der Stufe 3 des Kolbens 2 /unter
Erzeugung eines hohen Druckes in diesem Teil der Flüssigkeit abgedichtet Die Verbreiterung
26 an der @@@@stange 25 ist in einem Sotchen Abstand von der Stirnseite der Stufe
3 des Kolbens 2 ausgefuhrt, daß die Öffnung 21 des Vorsprungs 20 und dis Ve engung
23 des Aufsatzes 6 bei der Bewegung des kolbens 2 gleichzeitig überdeckt werden.
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Bei der weiteren Bewegung des Kolbens 2 nach links entsteht zwischen
der/stange 25 und den Abschnitten mit der Verengung 23 der undfVerbreiterung 24
der Hochdruckkammer 7 ein Kanal 27 mit ringförmigem Querschnitt, der die Hochdruckkammer
7 m.i en der Austrittsöffnung 8 zum Ausstoß der Flüssigkeit in Forn eines i.t /
röhrenartigen Strahls 27a verbindet. Der Kanal 27/in der Nähe der Öffnung 8 verjüngt
ausgeführt.
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Die innere Oberfläche der Verbreiterung 24 und die Ver breiterung
26 der/stange 25 sind derart profiliert, daß dor Kanal 27 eine Querschnittsfläche
aufweist, die sich über die Lange dieses Kanals folgenden Gleichung verändert:
wobei X für die Koordinate des Ubergangspunktes der Ober-Kolbenflache der/stange
25 zur Verbreiterung 26 ihres freien Endes entlang / der geometrischen Längsachse
0-0 der Hochdruckkammer 7, die im Moment der Beendigung des ffnenE der Hochddrudckkammer
7 gleich Null ist; für die Größe der Querschittsfläche des Kanals 27 mit gen dem
ringförmigen Querschnittsfläche, des jeweili Koordinale x entspricht, die entlang
der Achse 0-0 gemessen wird;
So für die Größe der QuerschnittsSlächa
des Kanals 27 mit dem ringförmigen Querschnitt de der Koordinate x = O entspricht,
die in der Achse 0-0 gemessen wird; a Sür eine für diese Vorrichtung konstante Größe,
die gleich bei .. Kolbendem Weg der gleichmaßig verzogerten Bewegung der stange
25 mit dem Kolben 2 von X=O bis Xmax ist, steht.
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Bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung weist die Kolben-/stange
25 am Abschnitt zwischen der Verbreiterung 26 und der Stufe 3 des Kolbens 2 einen
konstanten Durchmesser auf. Zwi-Kolbenschen dem Durchmesser der/stange 25 und der
Verbreiterung 2tz ist ein fließender Ubergang ausgefühtt. Die Größe dieses Durchmessers
wird so gewählt, daß die Querschnittsfläche des ringförmigen Kanals 27 zwischen
der Verngung 23 und der Kolbenstange 25 um ein Mehrfaches die Querschnittsfläche
So übertrifft.
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Kolben-Durch eine derartige Wahl des Durchmessers der/stange 25 verringert
sich der hydraulische Widerstand des Kanals 27 mit ringförmigem Quershnitt und vergrößert
sich die Einwirkung der Große Sx auf die Abhängigkeit des Druckes in der Hochdruckkammer
7 von der Zeit.
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An der Stirnseite des Aufsatzes 6 ist in der Nähe der Öffnung 8 eine
Platte 28 mit einer Nut 29, die senkrecht zur Achse 0-0 des Zylinders 1 ausgeführt
ist, und mit einer Richtung Öffnung 30, die infdet Achse 0-0 der Vorrichtung ausgeführt
ist, starr befestigt. In der Nut 29 ist ein Schieber 31 hint und herbewegbar angeordnet.
Der Schieber 31 dient zum tiberdecken der Öffnung 8 beim zwangsläufigem Hub des
Kolbens 2 in Richtung zur Niederdruckkammer
9 und zur Freigabe
der Öffnung 8 vor Beginn des Anlaufs der Kolbens 2 in Richtung zur Hochdruckkammer
7. Es ist eine / bung (nicht gezeigt) für die Verschie/ des Schiebers 31 in der
bung Nut 29 synchron zur Verschie der Buchse 19 an der Seitenvorgesehen eine fläche
des Zylinders 1, welche /beliebige, für diesen Zweck geeignete Konstruktion haben
kann.
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Am Boden 32 des Zylinders 1 ist starr ein Kommandogeber 33 mit einem
Steuerstift 34 befestigt. Der Geber 33, der eine Zweck kann beliebige, für diesen
geeignete Konstruktion aufweisen ist fur die Zufuhr von Kommandosignalen zu Vorrichtungen
bung (nicht gezeigt) für die Verschie/ der Buchse 19 in RichtunlS zur bung zum des
öffnens der Fenster 18 und / Verschie/des Schiebers 31/ Aufmachen der Öffnung 8
beim Einwirkung des Kolbens 2 bei / Belegung nach rechts Im Bild auf den Steuerstift
34 vorgesehen.
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Der Kolben 2 ist mit einer elastischen Dichtung 35 zur Hermetisierung
des Preßgas es sowie mit einer metallischen Richtung 36 versehen, die zur Verringerung
des Ltromens von Exegas zwischen der Niederdruckkammer 9 und dem Druckausgleicher
11 dient, wenn sich der Kolben 2 in der außersten rechten Lage Im Bild befindet.
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An der Seitenfläche der Stufe 3 mit geringerem Durchmesser des Kolbens
2 sind Ringnuten 37 ausgeführt, die eine Labyrinthdichtung bilden, die für die Verringerung
der Verluste an Hoehdr uckflüssigkeit aus der Kammer 7 in Richtung zum Hohlraum
22 vorgesehen sind.
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Seitens des Zylinders 1 ist an der Stirnseite der Buchse
gegen
5 ein Dichtungsring 38 eingepreßt, den beim Schließen der Fenster 18 durch die Buchse
19 ein Ringvorsprung 39 gedrückt wird.
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Die Buchse 19 wird gegenüber der Außenfläche des Zylinders 1 mit
einer elastischen Dichtung 40 abgedichtet.
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Möglich ist auch eine andere Ausführungsvariante der Vorrichtung
(gezeigt in Fig. 2) zur Erzeugung eines hohen Stoßdruckes der Flüssigkeiten, in
der an der Innenfläche des Aufsatzes 6 in seinem in der Nähe der Buchse 5 liegenden
Teil Abschnitte mit' Verengung 41 und einer daran an Der breiterung 42 ausgeführt
sind. Kolben-An der Stufe 3 des Kolbens 2 ist eine stange 43 starr befestigt, die
in der beschriebeheh Ausführungsvariante über ihre Länge unterschiedliche Querschnitte
aufweist. Das freie Ende 44 der stange 43 passiert die Abschnitte des Aufsatzes
der der 6 mit Verengung 41 und Verbreiterung 42. Am freien Ende 44 dem stange 43
ist eine Verbreiterung ausgefuhrt, dient dem Bezugszeichen 44 bezeichnet ist. Der
Durchmesser der Verbreiterung 44 wird etwa gleich dem Durchmesser der erengung 41
ausgeführt. Hierdurch wird der Abschnitt der Ver engung 41 des Aufsatzes 6 de Verbreiterung
44 deW ge 43 beim Bewegen des Kolbens zum Einschließen eines Teils der Blüssigkeit
abgedich/, die sich in der Ho<tdruckkammer der 7 zwischen dem Abschnitt mit Verengung
41 und der Stufe 3 des Kolbens 2 während der Erzeugung eines hohen Druckes in diesem
Teil der Flüssigkeit befindet. Die Verbreiterung 44 an der Kolben-stange 43 ist
mit einem solchen Abstand von der Stirn
seite der Stufe 3 des Kolbens
2 ausgeführt, daß die Öffnung 21 des Vorsprungs 20 und die Verengung 41 des Aufsatzes
6 b;i der Bewegung des Kolbens 2 gleichzeitig überdeckt werden.
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bung Bei der weiteren Ver schie/ des Kolbens 2 nach links im Bild
entsteht zwischen der Kolbenstange 43 und dem Abschnitt mit der V engung 41 und
der Verbreiterung 42 der Hochdruckkammer 7 ein Kanal 45 mit einem ringförmigen Querschnitt,
der die Hochdruckkammer 7 mit der Austrittsöffnung 8 zum Ausstoßen der Flüssigkeit
in Form eines hohlen röhrenartigen Strahls 45a vo Kolbenbindet. Das Außenprofil
der Kolbenstange 43 und die Verengung 41 sind derart profiliert, daß der Kanal 45
eine Querschnittsflache aufweist, die sich über die Lange dieses Kanals nach der
folgendes Gleichung verändert:
wobei x für die Koordinate des Übergangspunktes der Oberfläche dex zange 43 zur
Verbreiterung ihres freien Endes n de geometrischen Längsachse 0-0 der Hochdruckkammer
7, die im Moment des Abschlusses des Öffnens der Hochdruckkammer 7 gleich Null ist;
Sx- - für die Große der Quetschnittsfläche des Kanals 45 mit ringförmigem Quarschnitt,
die der Koordinate x entspricht, die in der Achse 0-0 gemessen wird; So - für die
Größe der Querschnittsfläche des Kanals 45 mit ringförmigem Querschnitt, die der
Koordinate x=0 entspricht, die in der Achse 0-0 gemessen wird
a-für
eine für diese Vorrichtung konstante Größe, die dem Weg bei ihrer gleichmäßig verzögerten
Bewegung der Kolbenstange 43 mit dem Kotben 2 von X=O bis $.
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gleich ist steht.
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Der Durchmesser der Verbreiterung 42 am Abschnitt zwisch der Verengung
41 und der Austrittsöffnung 8 wird auf der Kolbenrelativen Verschiebung der Verbreiterung
44 der Kolbenstange 43 u' veränderlich ausgeführt und ist im weiteren, genause wie
in der verher beschriebenen Ausführungsvariante, in der Nähe der Öffnung 8 konvergent
ausgeführt. Von der Verlengung 41 zum V breiterung 42 hin wird ein fließender Übergang
ausgeführt. Ein Größe des Durchmessers der Verbreiterung 42 wird so gewählt, daß
die Querschnittsfläche des ringförmigen Kanals 45: der Verbreiterung 44 der Kolbenstange
43 und der Verbreiterung 42 Hochdruckkammer 7 um £in Mehrfaches die Flache O übertrifft
Durch eine solche Wahl des Durchmessers den Verbreiterung wird der Einfluß der Größe
Sx auf die Abhängigkeit des Druck in der Kammer 7 von der Zeit verstärkt.
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fer,ner Moglich ist/eine Variante der Konstruktion der Vorricheinem
tung mit beliebigen anderen Anlaufantrieb des Kolbens, zum Bei spiel durch Explosion
eines brennbaren Gasgemisel in der Kammer 9 oder mittels / des Kolbens durch Magnetkräfte
und anderes mehr.
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Die Vorrichtung zur Erzeugung eines hohen Stoßdruckes in Flüssigkeit,
ausgeführt in Ubereinstimmung mit Fig. 1, hat folgende Funktionsweise.
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In der Ausgangsstellung ist der Kolben 2 durch das Gas an die Stirnsel
te 5a der Buchse 5 angedrückt, die Fenster 18 und die Öffnung
stehen
offen0 Dabei versperrt die Stirnseite 2a des Kolbens 2 den Austritt aus dem Kanal
17 in den Hohlraum 1O.
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erfolgt Durch das Vorhandensein von Sickerrillen (nicht gezeigt)
kein vollständig hermetischer verschluß. Beim Einschalte der Flüssigkeisquelle (nicht
gezeigt) wird in den Kanal 17 Flüssigkeit gepumpt.
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Die Steigerung des Druckes im Kanal 17 wird vom Steuersystem (nicht
gezeigt) zum Ingangsetzen der Vorrichtungen (nicht gezeigt) genutzt, die die Buchse
19 zur Dichtung 38 verschie , wodurch die Fenster 18 überdeckt werden, und den Schieber
31 zum Schließen der Öffnung verschieben. Nach dem Schließen der Fenster 18 und
der Öffnung 8 erhöht sich der Druck der Ilussigkeit im Hohlraum 16 bis zu einer
Größe bei der er fähig ist,eine zwangsläufige Bewegung des Kolbens 2 in Richtung
zur Kammer 9 auszufuhren, die mit dabei Gas gefüllt ist. Das Gas speichert Energie,
indem es sich komprimiert..Teilweise strömt Gas durch die Öffnungen 10 aus der Kammer
9 in den Druckausgleicher 11.
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BeimBewegen des Kolbens 2 nach rechts im Bild im cz Moment, wo die
Stirnseite des Kolbens durch die Öffnung 21 geht, füllt die aus dem Kanal 17 durch
den Hohlraum 16 und die Öffnungen 21 zuzuführende Flüssigkeit die Kammer 7 aus.
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Beim Bewegen des Kolbens 2 nach rechts im Bild kommt der Moment 9
wo der Kolben 2 die öffnung 10 überdeckt und einen Teil der Kammer 9 zwischen dem
Kolben 2 und dem Boden 32 abtrennt. Von diesem Moment an stront das Gas aus der
Kam-11 mer 9 in den Druckausgleicher durch das Rückschlagventil 14
In
der/außersten rechten Stellung im Bild wirkt der Kolben 2 auf den Steuerstift 34
des Kommandogebers 33 ein.
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Durch diese Einwirkung gelangt ein Kommando vom Geber 33 zu tungen
den Vorrich (nicht gezeigt), die die Buchse 19 und den Schie ber 31 zum Öffnen der
Fenster 18 und der Öffnung 8 verschieb ben. Vom Beginn des Öffnens der Fenster 18
bis zu ihrem voll.
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ständigen Öffnen sinkt der Druck der Flüssigkeit im Hohlraum 16 Aus-
punkt infolge ihrer/dehnung . Von dieses eist an ist der Kolben 2 lediglich der
Einwirkung des Preßgases ausgesetzt, das sich zwischen dem Boden 32 des Zylinders
1 und der Stirnseite des Kolbens 2 befindet. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens
unter der Einwirkung des GasSist jedoch begrenzt, weil d;e Gas'zufuhr in den Hohlraum
zwischen dem Boden 32 und der gegenüberliegenden /Stirnseite des Kolbens 2 durch
den Dichtungsring 36 und die ,1 ..- durch Duseeingeschrankt ist und die Fenster
10 / den Kolben 2 verschlossen sind.
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bung Die Zeit der Verschie des Kolbens 2 mit geringer Gedem schwindigkeit
vom Boden 3 bis zu 1Moment, wo der Kolben die Öffnungen 10 freizugeben beginnt,
ist die Verzögerungszeit des Kolbens vor dem Anlauf. Diese Zeit wird durch den Durch
laßquerschnite der D'u'se 15 geregelt und ausreichend für aie gabe vollständige
Frei/ der Fenster 18 durch die Buchse 19 und gabe für die vollständige Frei/ der
Öffnung 8 durch den Schieber 31 bemessen, Mit Beginn des Öffnens der Öffnungen 10
steigt der Geszufuhr aus dem Druckausgleicher 11 in die Kammer 9 intensiv an und
es beginnt / intensive / des Kolbens in Richs
tung zur Hochdruckkammer
7. Dabei wird die Flüssigkeit aus dem Hohlraum 16 durch die Fenster 18 in die Atmosphäre
ausge stoßen. Bei seiner Bewegung verschließt der Kolben 2 mit seine Stufe 3 die
Öffnungen 21 im Vorsprung 20 und mit der Verbreiterung 26 der/stange 25 die Verengung
23 des Aufsatzes 6,;;obe-, er einen Teil der in der Kammer 7 befindlichen Flüssigkeit
ein schließt.
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naeh links Bei der weiteren Bewegung des Kolbens 2 entsteht zwischen
der/stange 25 und den Abschnitten mit Verangung 23 und der nachfolgenden Verbreiterung
24 der Hochdruckkammer 7 ein Kanal 27 mit ringförmigem Ruerschnitt, der die Hochdruckkammer
en 7 mit der Öffnung 8 zum Ausstoß/der Flüssigkeit verbindet0 Der ringförmige Querschnitt
des Kanals 27 zwischen der Verbreiterung 26 dettstangs 25 und der Verbreiterung
24 der gesamte Hochdruckkammer 7 ist über die Länge des Kanals 27 minimal und bildet
einen röhrenförmigen hohlen Strahl 27a, der in Richtung zur Öffnung 8 galenkt wird.
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Dabei wird die Gesetzmäßigkeit der Druckänderung in der Hochdruckkammer
7 durch das Profil der Innenfläche der Verbreiterung 24 bestimmt Die Ausbildung
des Profils der Innenfläche der Verbreiterung 24 gemäß der obenangeführten mathematischen
Abhängigkeit gewährleistet des Ausströmen der Flüssigkeit bei rast konstantem Druck
in der Hochdruckkammer 7 und demzufolge auch mit fast konstanter Geschwindigkeit.
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In der ersten der hier angeführten Ausführungsvarianten der Erfindung,
die in Fig. 1 abgebildet ist, ist die Differens zwischen der Fläche der Öffnung
des Aufsatzes 6 an der
Stelle der Verengung 23 und der Fläche des
Quer-Kolben hin Schnittes der stange 25, die durch diese Veregung durchgeht, zu
jedem Zeitpunkt der Verschibung der Kolbenstange bedeutend großer als Querschnittsdie
Differenz zwischen der,flache der Offnung des Aufsatzes 6 und der maximalen Querschnittsfläche
der Verbreiterung 26 der Kolben stange 25 bei jedem beliebigen Querschnitt der Kanal
über seine länge hin 27/ist. Deshalb bleibt der Druck der Flüssigkeit im Kanal 27
tets nahe dem maximalen Druck, wodurch die Flüssigkeit auch unter einem Druck ausströmt,
der dem maximalen Druck nahe ist.
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Kolben-Links von der Verbreiterung 26 der/stange 25 gemäß Fig.
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1 strömt die Flüssigkeit in Form eines hohlen Strahls 27a aus.
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und rechts davon wird der Kanal vollständig mit Flüssigkeit ausgefullt.
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In der anderen Ausführungsvariante, die in Fig. 2 Querschnittsfläche
der Öffnung abgebildet ist, ist die Differenz zwischen der / des Aufsatzes 6 an
der Stelle der Verengung 41 und der uerschni ts-Kolbenflache der zwischen stange
43 zu jedem Zeit punkt geringer als die Diffevenz/det Quetschnittsfläche der öffnung
des Aufsatzes 6 und bei jeden der maximalen Querschnittsfläche der Verbreiterung
44 über seine Länge hin beliebigen Querschnitt des Kanals 45/ist. Deshalb ist der
Druck der Flüssigkeit im Kanal 45 geringer als der Druck in der Kammer 7, und das
Ausströmender Flüssigkeit in Form eines hohlen Strahls 45a beginnt am Querschnitt
der maximalen Verengung 41 des aufsatzes 6. Infolgedessen wird der Kanal 45 nicht
vollstandig mit Flüssigkeit ausgefüllt.
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Indks von der Versngung 41 gemäß Fig. 2 bewegt sich der hohle Strahl
45a im Kanal 45 über die Oberfläche der Kolbenstange 43, und an der Stelle der Verbreiterung
44 der Kolbenstange 43 geht
er Kauf die Wandung des Aufsatzes über
und bewegt sich längs derselben bis zum Austritt aus der Vorrichtung0 Wie aus der
Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorriob'-tung hervorgeht, erfolgt die Erhöhung
des Druckes in der Kammer 7 ohne Ausströmen der Flüssigkeit, das hinterher fast
bei dem konstanten Druck erfolgt Dadurch gelingt es, den INu4: faktor der Anlaufenergie
des Kolbens wesentlich zu ersehen, weil man keine Energie für den Ausstoß von Strahlen
mit geringeren Geschwindigkeiten verbraucht, die zulässige Energie der auszustoßenden
Flüssigkeit wesentlich zu erhöhen, weil auf dem gesamten Weg der Verschiebung des
Kolbens 2 gegenüber der Hochdruckkammer 7 die Flüssigkeit mit der maximalen, nahezu
konstanten Geschwindigkeit ausgeschleudert wird0 ist ein In Fig. 3 Diagramm der
Abhängigkeit des Druckes der Flüssigkeit in der Hochdruckkammer 7 (Ordinatenachse)
bei seiner Verschiebung von Weg des Kolbens 2 (Abszissenachse) abge bildet. Die
Kurve A entspricht der Veränderung des Druckes in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Kurve B entspricht der Veränderung des Druckes in der bekannten Vorrichtung
Wie zu ersehen ist, entspricht die Kurve B der maximal Wert möglichen Gro"ße der
Energie, die proportional dem das Integrals ##dx bei der vorgegebenen maxiamalen
Druckgröße # ist.
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Aus der Betrachtung der Kurven C ist zu ersehen, daß die Realisierung
dieser Erfindunges/erlaubt, jede beliebige andere Gesetzma"ßigkeit' der Änderung
der Funktion = t ( t) durch die Veränderung der Profilgebung der inneren Oberfläche
der Verbreiterung
24 der Hochdruckkammer 7 verzusehen.
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unter Bei der weiteren Bewegung des Kolbens 2 / Annäherung der Größe
X an den Wert "a" tendiert Sx gegen Null, und demzufolge tendiert auch die Geschwindigkeit
des kolbens 2 gegn Null.
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# wegen Da jedoch Fertigung der Vorrichtung vor gesehenen Luftspaltes
(nicht gezeigt) praktisch nie gleich Null sein kann, nimmt der kolben 2 schlißlich
eine gleichmäßige niedrige Geschwindigkeit an und drückt die flüssigkeit aus der
Hochdruckkammer 7 durch den Ringspalt zwischen der verbreiterung 26 der Kolbensten
ge 25 und der Verbreiterung 24 der Kammer 7 hinaus Am Ilubende liegt die Stirnseite
2a des Kolbens 2 an Stirnseite 5a der Buchse 5 an und verschließt den Austritt in
den Hohlraum 16 aus dem kanal 17 und der ganze Prozeß wie derholt sich automatisch0
Die Funktionsweise der Vorrichtung laut Fig. 2 ist mit dem Unterscheid analog, daß
die gesetzmäßigkeit der Verärderung des Druckes in der Hochdruckkammer 7 in dieser
Variante durch eine entsprechende gestaltung des Profils der Kolbenstange 43 gemäß
der gleichen mathematischen Abhängigkeit vorgegeben wird.
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In den beiden Ausführungsvarianten der Erfindung gemäß Fig.
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1 und 2 sind die in der Nähe der Austrittsöffnung 8 liegende Verbreiterung
24 (Fig. 1) und die Verbreiterung 42 (Fig. 2) konvergent ausgeführt, was den Flüssigkei
steilchen der hohlen Strahlen 27a und 45a eine Geschwindigkeit skonponont;o verleiht,
die zur Achse der Strahlen gerichtet und deren Zerstäubung antgegenwirkt .
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Eine Probeausführung der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Erzeugung
eines hohen Stoßdruckes in Flussigkeiten wurde vielen fach geprüft, und die Ergebnisse
dieser Prüfung bestätigten die hohe Effektivität der Vorrichtung.
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L e e r s e i t e