專利名稱:流體介質波高密度能量發生裝置的制作方法
本發明屬于高壓流體發生技術，確切地講，屬于獲得高壓流體束的技術裝置。用這種裝置產生的高壓流體束，可以切割多種工程材料，加工特種機械部件，拆除舊建筑物的框架等。
已有高壓流體束發生裝置，都是建立在流體靜壓傳遞基礎上的，是運用帕斯卡原理設計的。這類裝置一般是把低壓狀態的流體介質通過密封腔(壓縮缸或壓縮艙)進行壓縮，使其轉變成高壓狀態的流體。然后，把這種高壓狀態的流體通過管道或通道送入高壓儲艙。在高壓條件下，流體介質再從高壓儲艙中通過特制的噴咀(小細孔)以近1000米/秒左右的速度噴射出去，形成高壓流體束。目前這類裝置產生的高壓流體束的壓強能夠達到4200公斤/厘米2。(科學畫報1985年第9期，題為切割食品的新工具-“流體激光”);(科學畫報1985年第11期，題為高壓水射流技術)。根據帕斯卡原理設計的高壓流體束發生裝置，都存在以下缺點(1)所產生的高壓流體束壓強都遠遠低于產生這一壓強的裝置自身結構材料強度的極限，這個極限是阻礙高壓流體束壓強繼續提高的主要原因。因此，這類裝置能達到4000公斤/厘米2的壓強就是極不容易的事情了。(2)這類裝置、管件、閥件的材質，以及另部件的加工精度和安裝過程的技術要求都很高。在工作過程中裝置的結構內應力很大，結構的需要，設計的安全致使裝置特別笨重。(3)這類裝置在工作過程中，流體介質從低壓到高壓的升壓過程，能量、壓強在流體介質中的分布是均勻的;能量、壓強是同步上升的;能量、壓強在流體介質中的傳遞是各向同性的。(4)這種裝置由于能量、壓強在介質中的傳遞具有各向同性，所以裝置、管路、閥件、密封件等一旦發生泄漏，即刻會對裝置周圍的工作人員直接造成生命危險。
本發明的目的是克服上述缺點設計的一種全新型的高壓流體束發生裝置，該裝置經濟、安全、產生的高壓流體介質束峰值壓強可達5000～30000公斤/厘米2。
本發明是根據波迭加原理和惠更斯原理設計的，所以能量和壓力是以波的形式傳遞的，具有極強的傳遞方向性。圖1表示能量和壓力傳遞的方向特征，圖1中(1)為壓力波原波面(波前)，(2)為次波波源面，(3)為向前推進后的新波面(波前)，圖1中各圖箭頭所指方向為波能量、壓力傳播或運動的方向，圖1中a為點波源向周圍空間傳播的球面彈性發散波運動形式，圖1中的b為球面波源向球心方向傳播的球面彈性收斂波運動形式，圖1中c為點波源沿園錐角向外傳播的彈性發散波運動形式，圖1中d為球面波沿園錐角向球心方向傳播的運動形式。圖1中a、c是能量、壓力的擴散傳播方式b、d為能量、壓力的集中的傳播方式。
本發明的主要組成如下1、提供動力和激振波源的動力、振動機構，如超聲頻、聲頻機構;2、把流體介質波從低密度能量狀態提高到高密度能量狀態的發生機構(簡稱能量發生機構)，其幾何形狀為球面殼體園錐形;3、流體介質供應補充機構，介質為液體如水或油。
圖2中，1為動力、振動機構，例如聲頻、超聲頻振動機構。在超聲頻振動機構中分單元體(整個裝置只有一個振動部件帶動)、振動和多元體(整個裝置是由多個小的具有同步振動特性的振動部件帶動)振動。振動體2、園錐殼體3、噴咀4、螺栓5、彈性組件6組成能量發生機構。能量發生機構是個中空的球面園錐殼體。中空的球面園錐體在工作中是充滿流體介質(水或油)的，這個被流體介質充滿的球面園錐空間稱為波能迭加腔，當波能迭加腔中的流體球面受到激發振動時，這個球面上的激波能量將有40%以上以波的形式向球心(或錐頂噴咀)處迭加輸送，從而在噴咀處以高密度能量流體介質表現出來，形成脈沖性的高溫高壓流體射向裝置外部。由于壓力波速在流體介質水中的傳播速度為1460米/秒，而在鋼材中的傳播速度為5500米/秒左右，所以采用單元體振動機構時，通過修正波能迭加腔球面曲率的方法達到使波前同步到達錐頂噴咀的目的。裝置在工作過程中是流體介質消耗的過程，消耗的流體介質由儲罐經減壓閥9通過給水管8及環狀流體通道7，不斷的向波能迭加腔補充介質。
下面結合附圖詳細說明本發明及其各個組成機構的結構和功能圖3、圖4為采用電動機帶動的雙偏心振動機構，這個機構是屬于聲頻單元體振動能量發生裝置。
圖3為動力、振動機構的傳動示意圖。電動機1通過和其固定連接(如鍵連接或釘絲連接)的皮帶輪2和皮帶3，帶動振動機構的皮帶輪4，皮帶輪4和振動機構的偏心軸5固定連接(如鍵連接或釘絲連接)。偏心軸5的另一端和齒輪6固定連接(如鍵連接或釘絲連接)，齒輪6和同樣幾何參數的(同規格)的齒輪7相嚙合。齒輪7和另一同樣力學參數的偏心軸8固定連接(如鍵連接或釘絲連接)。偏心軸5和8應對稱置放。偶心軸兩端分別加軸承9并通過振動機構的殼體10組合成動力、振動機構，電機1和殼體10的連接采用固定連接30，例如螺栓連接或焊接。
圖4是整個裝置的裝配示意圖，振動機構的殼體10的下部與發生機構中的振動體11用螺栓12連接或焊接。
振動體11的下部，做成(給定狀態的)球面形或修正后的近似球面形13。球面形13和園錐殼體14組合后形成流體波能迭加腔15。圖5為流體波能迭加腔15的幾何狀態，其中Ω為立體角，S為立體角Ω對應球面上的面積，R為球面的半徑，D為立體角Ω所對應的球面上切割園的直徑。立體角Ω和S面所包圍的空間就是波能迭加腔15。立體角Ω從0到4πR2之間的任一數值。圓錐殼體14的錐頂與噴咀元件27組合，通過噴咀將高壓流體射向外部。
圖4中，振動體11和園錐殼體14組合后形成環狀流體通道16，環狀流體通道16通過平面間隙17與波能迭加腔15相通。振動體11和園錐殼體14通過滑動配合間隙18形成內外套接的形式。在配合間隙18處設一個“O”型橡膠密封圈19起密封作用。在振動體11上部開數條連接通道20，作為連接緩沖環狀管道21的連接管道，緩沖環狀管道21通過管22和外部流體儲罐連通，形成了流體介質自儲罐經管22、緩沖環狀管道21連接通道20、環狀流體通道16、平面接觸處縫隙17和球面園錐波能迭加腔15相互連通。振動體11和園錐殼體14通過數根螺栓23、平墊24、螺帽25、蝶形彈簧26的組合連接起來，這種組合予壓彈性組件，它是保證裝置在工作過程中平面接觸間隙17保持0.5毫米到4毫米之間某一特定間隙的。
振動體11也可作成多通道形31的流體介質供應、補充機構形式，通過球面形(圖6中)13上的均勻分布小孔(小孔直徑為0.5毫米到1.5毫米之間的某一特定數)溝通波能迭加腔15和環狀流體通道16。在振動體11上形成近似球面狀流體供應、補充網絡。
高壓流體束的噴咀27與園錐體14固定連接(如絲扣連接、法蘭連接、焊接)。噴咀27的材料采用高強耐熱材料(如高強度合金制造振動體11、園錐殼體14、噴咀27、予壓彈性組件以及流體介質在裝置上的供應管道、通道、密封圈組成流體介質波高密度能量發生裝置的發生機構。
機體支架28，是根據要求制作的，它是連接園錐殼體外部的一定部位并用螺栓29固定的，它的下腳可固定在混凝土基礎上或適應射束角度變化的活動支撐輪上。它是由金屬材料(如炭素鋼或低合金鋼)制成的。支架并不參予流體介質的迭加升壓機制，總之根據需要制作即可。
本發明的工作機制。由動力、振動機構帶動振動體沿裝置的軸線方向作垂直的上下振動，激發波能迭加腔中流體介質S面，產生球面或近似球面波源，該波源激起的流體介質壓力波的波前向球心收縮，形成收斂性的球面彈性波前，隨著球面面積的縮小，能量逐步集中到逐步減小的球面上，最后集中到球心處，產生聚焦現象，由此獲得高能的流體介質并通過噴咀射向裝置的外部。
本發明有以下優點1.在工作狀態中所產生的高壓流體束的峰值壓強達到5000公斤/厘米2至30000公斤/厘米2;2.發生機構在工作過程中流體介質從低壓到高壓升壓的過程，能量、壓強在流體介質中分布是極不均勻的，且具有脈沖性變化的。能量、壓強是同步上升的，能量、壓強在流體介質中的傳遞具有極強的方向性，且是不可逆的;3.發生機構，材料的材質、加工精度、安裝技術要求都不算高;4.由于流體介質在裝置中能量、壓強具有很強的方向性，又沒有什么管路閥件，也不要求有很高的密封，即使個別地方發生泄漏，對工作人員也無危險。
這些優點是運用帕斯卡原理設計的，任何高壓流體束發生裝置所無法實現的。
實施例。本發明實施例按圖4加工，采用10KW直流調速電機作動力，振動裝置采用對稱雙偏心軸作振動部件，雙軸組合最大激振力為2500kgf，偏心距為1.0毫米到2毫米之間。立體角Ω對應的球面上的S面直徑D為600毫米，波能迭加腔半徑R為700毫米，園錐殼體壁厚為30毫米，噴咀外徑采用20毫米至30毫米，內徑為0.5毫米，加工裝配完成后電機重心，振動裝置的合力中心，振動體的軸線，園錐殼體的軸線、噴咀的軸線應當重合在一條軸線上，其偏差不得大于0.1毫米。予壓彈性元件為6組、沿振動體11圓周平均分布，激振力和部件重量均勻分配，每組由蝶形彈簧四對(8片)組成。振動體11和園錐殼體的組合間隙保持2毫米，工作介質采用水，當偏心軸速度達到3000轉/分時為工作轉速，高壓流體束脈沖峰值壓強可達5000公斤/厘米2至12000公斤/厘米2，噴咀采用高強合金鋼，如W3CrV，其它工作主體部件采用不銹鋼，蝶簧采用彈簧鋼。
本發明具有明顯的社會經濟和技術效益。因為它克服了用帕斯卡原理設計的任何高壓流體束發生裝置所無法克服的困難，把高壓流體束的壓強大大的提高了，并擴展和推延了高壓流體束應用的范圍，在技術應用上和已有技術相比是一個突破，在制造工藝上降低了難度，提高了經濟性，在使用過程中提高了安全度。
權利要求
1.一種流體介質波高密度能量發生裝置，其特征是該裝置由動力振動機構、高密度能量發生機構、流體介質供應補充機構組成；
2.如權利要求
1所述的流體介質波高密度能量發生裝置，其特征在于所述的高密度能量發生機構為振動體11下部的球面或修正球面形和帶噴咀27的園錐殼體14所組合成的球面園錐波能迭加腔15。
3.如權利要求
2所述的流體介質波高密度能量發生裝置，其特征在于所述的波能迭加腔15立體角Ω的角度大小是從0至4πR2之間的任意特定數值。
專利摘要
本發明是利用波的迭加原理制造的一種流體介質波高密度能量發生裝置，由動力振動機構、高密度能量發生機構，和流體介質供應補充機構所組成，高密度能量發生機構為中空的球圓錐形。該裝置用于切割多種工程材料，加工特種機械部件，拆除舊建筑物等。它所產生的高壓流體束的峰值壓強可達5000公斤/厘米
文檔編號F15D1/08GK87102863SQ87102863
公開日1988年11月2日 申請日期1987年4月16日
發明者古成新 申請人:古成新導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan