JP2668056B2 - ウォータージェット用ノズル - Google Patents
ウォータージェット用ノズルInfo
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- jet
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水中での各種加工に使
用されるウォータージェット用ノズルに関し、特に水中
において激しいキャビテーションを伴う高速水噴流をつ
くり出すウォータージェット用ノズルに関するものであ
る。
用されるウォータージェット用ノズルに関し、特に水中
において激しいキャビテーションを伴う高速水噴流をつ
くり出すウォータージェット用ノズルに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】高速ウォータージェットの利用は、切
断、掘孔、洗浄、はつり及び金属強化等ユニークな加
工、採鉱あるいは洗浄技術として知られている。これを
材料の強化に利用する試みがウェスチングハウス・エレ
クトリック社により行われた。しかしこれは、水噴流の
軸動力を有効に利用できる大気中の作業であり、この技
術を水中水噴流としてそのまま展開できる保証は無い。
水中では、噴流軸動圧力の減衰がかなりはやい。これ
は、周囲水の抵抗と、同じ液相であるがために拡散速度
が大きいことに起因する。水中において、気相中水噴流
なみの軸動力を得るためには、超高圧装置が必要にな
り、コスト的に大変不利な技術になってしまう。
断、掘孔、洗浄、はつり及び金属強化等ユニークな加
工、採鉱あるいは洗浄技術として知られている。これを
材料の強化に利用する試みがウェスチングハウス・エレ
クトリック社により行われた。しかしこれは、水噴流の
軸動力を有効に利用できる大気中の作業であり、この技
術を水中水噴流としてそのまま展開できる保証は無い。
水中では、噴流軸動圧力の減衰がかなりはやい。これ
は、周囲水の抵抗と、同じ液相であるがために拡散速度
が大きいことに起因する。水中において、気相中水噴流
なみの軸動力を得るためには、超高圧装置が必要にな
り、コスト的に大変不利な技術になってしまう。
【0003】一方、図17に示すように、水中水噴流4
0には、噴流の乱れと、それと周囲水39とのせん断作
用の複合効果により、激しいキャビテーションが発生す
る。キャビテーションを促進し、多量に発生する気泡の
崩壊衝撃圧力、特に図17に描いたような渦キャビテー
ションの衝突による衝撃圧力を有効に利用できれば、気
相中水噴流なみのピーニング効果をさほど高くない噴射
圧力で達成できる可能性がある。尚、図17中で、参照
番号4はノズル本体、8は噴出孔、38は高圧水、98
はキャビテーションの初生、99はキャビテーションの
クラウド、100はキャビテーションクラウドの***、
101は渦糸キャビテーション、102はキャビテーシ
ョンクラウドの消滅、103は微細気泡群である。
0には、噴流の乱れと、それと周囲水39とのせん断作
用の複合効果により、激しいキャビテーションが発生す
る。キャビテーションを促進し、多量に発生する気泡の
崩壊衝撃圧力、特に図17に描いたような渦キャビテー
ションの衝突による衝撃圧力を有効に利用できれば、気
相中水噴流なみのピーニング効果をさほど高くない噴射
圧力で達成できる可能性がある。尚、図17中で、参照
番号4はノズル本体、8は噴出孔、38は高圧水、98
はキャビテーションの初生、99はキャビテーションの
クラウド、100はキャビテーションクラウドの***、
101は渦糸キャビテーション、102はキャビテーシ
ョンクラウドの消滅、103は微細気泡群である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図18に示したのは、
一般のウォータージェット用ノズル1′の断面図で、ウ
ォータージェット切断加工に用いられるノズルの典型的
な構造である。このノズルは、縮小部37の絞り角度θ
を小さくすることにより気相中で水噴流をビーム状に絞
ることを目的としたものであり、そのまま水中水噴流に
利用してもキャビテーションの強度(Intensity)は十
分とはいえない。理由は、高圧水38が流路36より縮
小部37、噴出孔8を介して噴出する水中水噴流の乱れ
が激しくなく、噴射水中にある気泡核が、活発なキャビ
テーションに至るまで励起されないことによる。尚、参
照番号5は中心軸である。図19に示すウォータージェ
ット用ノズル1′の構造のように、θを大きくとって絞
りを鋭くすれば、縮小部37における急激な縮流のため
にキャビテーションが活発に発生するが、噴出孔8内に
おいて気泡が発生するため、いわゆるバブルロックによ
って圧力損失が増大する。水中処理性能は向上するもの
の、より高圧のポンプが必要になりコスト的には不利に
なってしまう。
一般のウォータージェット用ノズル1′の断面図で、ウ
ォータージェット切断加工に用いられるノズルの典型的
な構造である。このノズルは、縮小部37の絞り角度θ
を小さくすることにより気相中で水噴流をビーム状に絞
ることを目的としたものであり、そのまま水中水噴流に
利用してもキャビテーションの強度(Intensity)は十
分とはいえない。理由は、高圧水38が流路36より縮
小部37、噴出孔8を介して噴出する水中水噴流の乱れ
が激しくなく、噴射水中にある気泡核が、活発なキャビ
テーションに至るまで励起されないことによる。尚、参
照番号5は中心軸である。図19に示すウォータージェ
ット用ノズル1′の構造のように、θを大きくとって絞
りを鋭くすれば、縮小部37における急激な縮流のため
にキャビテーションが活発に発生するが、噴出孔8内に
おいて気泡が発生するため、いわゆるバブルロックによ
って圧力損失が増大する。水中処理性能は向上するもの
の、より高圧のポンプが必要になりコスト的には不利に
なってしまう。
【0005】図18及び図19のウォータージェット用
ノズル1′から噴射されるキャビテーション噴流は、と
もに単一噴出孔からつくり出されるため、そのひろがり
が乏しい。従って、処理対象面の広い領域を処理するた
めには、ウォータージェット用ノズルを複雑にトラバー
スさせたり、あるいは処理時間を長くしなければならな
いという問題が残る。処理時間を短縮し、ウォータージ
ェット用ノズルのマニュピレーション(位置決め操作)
を簡略化するためには、ひろがりの大きなキャビテーシ
ョン噴流を作り出さねばならない。
ノズル1′から噴射されるキャビテーション噴流は、と
もに単一噴出孔からつくり出されるため、そのひろがり
が乏しい。従って、処理対象面の広い領域を処理するた
めには、ウォータージェット用ノズルを複雑にトラバー
スさせたり、あるいは処理時間を長くしなければならな
いという問題が残る。処理時間を短縮し、ウォータージ
ェット用ノズルのマニュピレーション(位置決め操作)
を簡略化するためには、ひろがりの大きなキャビテーシ
ョン噴流を作り出さねばならない。
【0006】図20に示す先行技術の水中水噴流に使用
するウォータージェット用ノズル1′は、水中における
各種作業のために開発されたものであり、キャビテーシ
ョンの利用が示されている(特開昭60−168554
号公報)。図20に示すウォータージェット用ノズル
1′では、高圧噴出装置107より配管106、噴出孔
8を介して円錐形の拡大部12内において発生する不安
定なはく離渦の作用によりキャビテーションが促進さ
れ、処理対象面48の処理面を加工する。しかしなが
ら、図21に示すように、水中水噴流40のはく離渦1
10の作用は非定常性が強く間欠的であり(図中では、
矢印111で示す出たり入ったりする不安定動作)、キ
ャビテーションを常時激しく活性化し続けるわけではな
い。
するウォータージェット用ノズル1′は、水中における
各種作業のために開発されたものであり、キャビテーシ
ョンの利用が示されている(特開昭60−168554
号公報)。図20に示すウォータージェット用ノズル
1′では、高圧噴出装置107より配管106、噴出孔
8を介して円錐形の拡大部12内において発生する不安
定なはく離渦の作用によりキャビテーションが促進さ
れ、処理対象面48の処理面を加工する。しかしなが
ら、図21に示すように、水中水噴流40のはく離渦1
10の作用は非定常性が強く間欠的であり(図中では、
矢印111で示す出たり入ったりする不安定動作)、キ
ャビテーションを常時激しく活性化し続けるわけではな
い。
【0007】本発明の目的は、このような問題点を解消
し、水中においても定常的に活発なキャビテーションを
続け、圧力損失の小さい、且つ処理効果の大きいウォー
タージェット用ノズルを提供することである。
し、水中においても定常的に活発なキャビテーションを
続け、圧力損失の小さい、且つ処理効果の大きいウォー
タージェット用ノズルを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本第1発明は、高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴
出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウ
ォータージェット用ノズルにおいて、前記拡大部の内壁
に少なくとも一つ以上の階段状段差を設けたことであ
る。
め、本第1発明は、高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴
出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウ
ォータージェット用ノズルにおいて、前記拡大部の内壁
に少なくとも一つ以上の階段状段差を設けたことであ
る。
【0009】本第2発明は、高圧水を噴出させる噴出孔
と、該噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを
備えたウォータージェット用ノズルにおいて、前記拡大
部の内壁に少なくとも一つ以上の環状溝を設けたことで
ある。
と、該噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを
備えたウォータージェット用ノズルにおいて、前記拡大
部の内壁に少なくとも一つ以上の環状溝を設けたことで
ある。
【0010】本第3発明は、高圧水を噴出させる噴出孔
と、該噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを
備えたウォータージェット用ノズルにおいて、前記拡大
部の出口に絞り部を設けたことである。
と、該噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを
備えたウォータージェット用ノズルにおいて、前記拡大
部の出口に絞り部を設けたことである。
【0011】本第4発明は、本第1発明又は第2発明に
おいて、前記拡大部の出口に絞り部を設けたことであ
る。
おいて、前記拡大部の出口に絞り部を設けたことであ
る。
【0012】本第5発明は、高圧水を噴出させる噴出孔
と、該噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを
備えたウォータージェット用ノズルにおいて、前記噴出
孔及び前記拡大部の中心軸に垂直な断面形状は円形であ
り、前記拡大部の出口内径は、前記噴出孔内径の15〜
25倍であることである。
と、該噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部とを
備えたウォータージェット用ノズルにおいて、前記噴出
孔及び前記拡大部の中心軸に垂直な断面形状は円形であ
り、前記拡大部の出口内径は、前記噴出孔内径の15〜
25倍であることである。
【0013】本第6発明は、本第1発明〜第4発明のい
ずれかにおいて、前記噴出孔及び前記拡大部の中心軸に
垂直な断面形状は円形であり、前記拡大部の出口内径
は、前記噴出孔内径の15〜25倍であることである。
ずれかにおいて、前記噴出孔及び前記拡大部の中心軸に
垂直な断面形状は円形であり、前記拡大部の出口内径
は、前記噴出孔内径の15〜25倍であることである。
【0014】
【作用】本発明によれば、高圧水を噴出させる噴出孔
と、この噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部と
を備えたウォータージェット用ノズルにおいて、拡大部
の内壁に少なくとも一つ以上の階段状段差を設けたの
で、拡大部内壁に連続的に並ぶ階段状段差は、はく離渦
を連鎖的に生成する。このはく離渦は、拡大部と水噴流
の間に生じるせん断渦と複雑に干渉し合うために、微小
な低圧部が水中水噴流の界面に数多く発生し、キャビテ
ーションが大幅に促進される。
と、この噴出孔の出口から漸次拡大延設された拡大部と
を備えたウォータージェット用ノズルにおいて、拡大部
の内壁に少なくとも一つ以上の階段状段差を設けたの
で、拡大部内壁に連続的に並ぶ階段状段差は、はく離渦
を連鎖的に生成する。このはく離渦は、拡大部と水噴流
の間に生じるせん断渦と複雑に干渉し合うために、微小
な低圧部が水中水噴流の界面に数多く発生し、キャビテ
ーションが大幅に促進される。
【0015】更に、拡大部の内壁に少なくとも一つ以上
の環状溝を設けたので、拡大部の内壁上の環状溝には、
そこにトラップされている不凝縮性気体(例えば空気)
が次々と離脱して微小気泡となって噴流中に巻き込まれ
るため、いわゆる周囲核(Ambient nuclei)供給の作
用がある。すなわち、環状溝は、キャビテーション核を
供給するキャビテータとしての機能を有する。
の環状溝を設けたので、拡大部の内壁上の環状溝には、
そこにトラップされている不凝縮性気体(例えば空気)
が次々と離脱して微小気泡となって噴流中に巻き込まれ
るため、いわゆる周囲核(Ambient nuclei)供給の作
用がある。すなわち、環状溝は、キャビテーション核を
供給するキャビテータとしての機能を有する。
【0016】更に、拡大部の出口に絞り部を設けたの
で、絞り部によって生じるはく離泡が、水中水噴流と干
渉し、水中水噴流の界面を激しく乱す。このようにして
乱れた噴流界面にはせん断渦の生成が活発になり、材料
に対して強い影響を及ぼすパワフルな渦キャビテーショ
ンが発達する。
で、絞り部によって生じるはく離泡が、水中水噴流と干
渉し、水中水噴流の界面を激しく乱す。このようにして
乱れた噴流界面にはせん断渦の生成が活発になり、材料
に対して強い影響を及ぼすパワフルな渦キャビテーショ
ンが発達する。
【0017】更に、拡大部の内壁に少なくとも一つ以上
の階段状段差又は少なくとも一つ以上の環状溝と拡大部
の出口に絞り部とを設けたので、階段状段差におけるは
く離渦を連鎖的に生成する作用又は環状溝にトラップさ
れている不凝縮性気体(例えば空気)の離脱微小気泡の
噴流中への巻き込みと共に、拡大部の先端に取り付けた
絞り部によって生じるはく離泡が、水中水噴流と干渉
し、水中水噴流の界面を激しく乱す。このようにして乱
れた噴流界面にはせん断渦の生成が活発になり、キャビ
テーションが大幅に促進され、処理対象面に対して強い
影響を及ぼすパワフルな渦キャビテーションとして作用
する。
の階段状段差又は少なくとも一つ以上の環状溝と拡大部
の出口に絞り部とを設けたので、階段状段差におけるは
く離渦を連鎖的に生成する作用又は環状溝にトラップさ
れている不凝縮性気体(例えば空気)の離脱微小気泡の
噴流中への巻き込みと共に、拡大部の先端に取り付けた
絞り部によって生じるはく離泡が、水中水噴流と干渉
し、水中水噴流の界面を激しく乱す。このようにして乱
れた噴流界面にはせん断渦の生成が活発になり、キャビ
テーションが大幅に促進され、処理対象面に対して強い
影響を及ぼすパワフルな渦キャビテーションとして作用
する。
【0018】そして、噴出孔及び拡大部の中心軸に垂直
な断面形状は円形であり、拡大部の出口内径は、前記噴
出孔内径の15〜25倍であるので、拡大部の噴流に発
生するキャビテーションは、この範囲で最も活発にな
り、処理対象面に対して強い影響を及ぼすパワフルな渦
キャビテーションとして作用する。
な断面形状は円形であり、拡大部の出口内径は、前記噴
出孔内径の15〜25倍であるので、拡大部の噴流に発
生するキャビテーションは、この範囲で最も活発にな
り、処理対象面に対して強い影響を及ぼすパワフルな渦
キャビテーションとして作用する。
【0019】又、拡大部の内壁に階段状段差又は環状溝
と拡大部の出口に絞り部とを設け、噴出孔及び拡大部の
中心軸に垂直な断面形状を円形とし、拡大部の出口内径
は、噴出孔内径の15〜25倍にすることにより、一層
確実に処理対象面に対して強い影響を及ぼすパワフルな
渦キャビテーションを発生する。
と拡大部の出口に絞り部とを設け、噴出孔及び拡大部の
中心軸に垂直な断面形状を円形とし、拡大部の出口内径
は、噴出孔内径の15〜25倍にすることにより、一層
確実に処理対象面に対して強い影響を及ぼすパワフルな
渦キャビテーションを発生する。
【0020】噴出孔出口における末広がり形で円錐状の
拡大部と、噴出孔から噴射されてひろがる噴流の間に
は、せん断渦が発生し、この渦が噴流を乱すためキャビ
テーションが促進される。特に、噴流界面のせん断層で
は、渦キャビテーションの発生が活発になる。特に渦キ
ャビテーションは、他のキャビテーションに比べてパワ
フルであり、材料に対して強い影響を及ぼす。結果的
に、水中の高速水噴流に発生するキャビテーションのパ
ワーが著しく向上し、水中処理の効率が向上する。本発
明のウォータージェット用ノズルは、噴出孔から噴射さ
れた後に噴流の乱れを促進するために、ノズルの圧力損
失が上昇することが無い。
拡大部と、噴出孔から噴射されてひろがる噴流の間に
は、せん断渦が発生し、この渦が噴流を乱すためキャビ
テーションが促進される。特に、噴流界面のせん断層で
は、渦キャビテーションの発生が活発になる。特に渦キ
ャビテーションは、他のキャビテーションに比べてパワ
フルであり、材料に対して強い影響を及ぼす。結果的
に、水中の高速水噴流に発生するキャビテーションのパ
ワーが著しく向上し、水中処理の効率が向上する。本発
明のウォータージェット用ノズルは、噴出孔から噴射さ
れた後に噴流の乱れを促進するために、ノズルの圧力損
失が上昇することが無い。
【0021】以上述べた作用はいずれも、キャビテーシ
ョンを促進するものである。本発明になる手段を用いれ
ば、ノズルから噴射直後の水中水噴流の界面の乱れ、即
ち、せん断渦の生成を促進し、さらに噴流内部における
大規模な渦の生成をも増進する。これらの乱れの作用が
引き金となって、噴流界面の乱れを通じて気泡核が供給
されるようになる。結果的に、材料に対して強力に作用
する渦キャビテーションの生成が活発になる。拡大部に
おける内壁の階段状段差、環状溝及び拡大部出口におけ
る絞り部の寸法は、前述した最適範囲において、渦や乱
れあるいはキャビテーション核の供給を最も促進する。
ョンを促進するものである。本発明になる手段を用いれ
ば、ノズルから噴射直後の水中水噴流の界面の乱れ、即
ち、せん断渦の生成を促進し、さらに噴流内部における
大規模な渦の生成をも増進する。これらの乱れの作用が
引き金となって、噴流界面の乱れを通じて気泡核が供給
されるようになる。結果的に、材料に対して強力に作用
する渦キャビテーションの生成が活発になる。拡大部に
おける内壁の階段状段差、環状溝及び拡大部出口におけ
る絞り部の寸法は、前述した最適範囲において、渦や乱
れあるいはキャビテーション核の供給を最も促進する。
【0022】
【実施例】以下、本発明に係るウォータージェット用ノ
ズルの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1
は、本発明に係るウォータージェット用ノズルの第1の
実施例の断面図である。第1の実施例のウォータージェ
ット用ノズル1は、拡大部12の内壁15に階段状段差
20が設けられたものである。高圧水38は、流路36
を通じて導かれ、噴出孔8へと絞られて減圧加速され、
その出口10に拡大部12が延設され、ここから周囲水
中へ噴射される。この拡大部12の片振りひろがり角度
は30°である。又、噴出孔8の内径9(Dj)に対し
て、拡大部12の出口内径14(Do)は、 Do=(15〜25)Dj ……(1) となる範囲内から選択する。この(1)式を満たす条件
において、拡大部12内の噴流に発生するキャビテーシ
ョンが最も活発になる。Doがこの範囲外ではキャビテ
ーションが不活発である。本実施例では、拡大部12の
内壁15上に階段状段差20を設けてあり、その段差の
数は5である。
ズルの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1
は、本発明に係るウォータージェット用ノズルの第1の
実施例の断面図である。第1の実施例のウォータージェ
ット用ノズル1は、拡大部12の内壁15に階段状段差
20が設けられたものである。高圧水38は、流路36
を通じて導かれ、噴出孔8へと絞られて減圧加速され、
その出口10に拡大部12が延設され、ここから周囲水
中へ噴射される。この拡大部12の片振りひろがり角度
は30°である。又、噴出孔8の内径9(Dj)に対し
て、拡大部12の出口内径14(Do)は、 Do=(15〜25)Dj ……(1) となる範囲内から選択する。この(1)式を満たす条件
において、拡大部12内の噴流に発生するキャビテーシ
ョンが最も活発になる。Doがこの範囲外ではキャビテ
ーションが不活発である。本実施例では、拡大部12の
内壁15上に階段状段差20を設けてあり、その段差の
数は5である。
【0023】図2は、本発明に係るウォータージェット
用ノズルの第2の実施例の断面図である。このウォータ
ージェット用ノズル1の構造は、基本的には図1のそれ
と同じである。ただし、噴出孔の出口10に延設された
略円錐形の拡大部12の内壁15は丸みをおびており、
回転楕円体に近い形状となっている。このノズルにおい
ても、噴出孔の内径9(Dj)と略円錐形の拡大部の出
口内径14(Do)は、上記(1)式を満足する範囲内
から選択設定される。本実施例において、略円錐形の拡
大部12の内壁上における段差数は、図1の例と同様に
5である。図2中の参照番号の内、図1と同じ構造部分
は同じ参照番号を付して、その説明を省略する。
用ノズルの第2の実施例の断面図である。このウォータ
ージェット用ノズル1の構造は、基本的には図1のそれ
と同じである。ただし、噴出孔の出口10に延設された
略円錐形の拡大部12の内壁15は丸みをおびており、
回転楕円体に近い形状となっている。このノズルにおい
ても、噴出孔の内径9(Dj)と略円錐形の拡大部の出
口内径14(Do)は、上記(1)式を満足する範囲内
から選択設定される。本実施例において、略円錐形の拡
大部12の内壁上における段差数は、図1の例と同様に
5である。図2中の参照番号の内、図1と同じ構造部分
は同じ参照番号を付して、その説明を省略する。
【0024】図3は、本発明に係るウォータージェット
用ノズルの第3の実施例の断面図である。この構造のウ
ォータージェット用ノズル1は、円錐形の拡大部12の
内壁15に環状溝24を設けたものである。この実施例
では、3列の環状溝24を設けた。キャビテーションの
促進に対して、環状溝24には、次のような好適範囲が
ある。環状溝24の外径26(Dt)と、内径25(D
h)の寸法関係は、
用ノズルの第3の実施例の断面図である。この構造のウ
ォータージェット用ノズル1は、円錐形の拡大部12の
内壁15に環状溝24を設けたものである。この実施例
では、3列の環状溝24を設けた。キャビテーションの
促進に対して、環状溝24には、次のような好適範囲が
ある。環状溝24の外径26(Dt)と、内径25(D
h)の寸法関係は、
【0025】
【数1】
【0026】の範囲内で決定するのが好ましく、さら
に、より望ましくは、
に、より望ましくは、
【0027】
【数2】
【0028】から設定すればよい。又環状溝24の幅2
7(l)に関しては、
7(l)に関しては、
【0029】
【数3】
【0030】の範囲から選択するのが良いが、
【0031】
【数4】
【0032】の条件範囲内であれば、キャビテーション
の促進に対してより適切である。この実施例のノズルに
おいても、噴出孔の内径9(Dj)と円錐形の拡大部1
2の出口内径14(Do)は、前述(1)式の条件に合
わせて決定する。又、図1の実施例と同様に、円錐形の
拡大部12の片振りひろがり角度は30°である。図3
中の参照番号の内、図1と同じ構造部分は同じ参照番号
を付して、その説明を省略する。
の促進に対してより適切である。この実施例のノズルに
おいても、噴出孔の内径9(Dj)と円錐形の拡大部1
2の出口内径14(Do)は、前述(1)式の条件に合
わせて決定する。又、図1の実施例と同様に、円錐形の
拡大部12の片振りひろがり角度は30°である。図3
中の参照番号の内、図1と同じ構造部分は同じ参照番号
を付して、その説明を省略する。
【0033】図4は、本発明に係るウォータージェット
用ノズルの第4の実施例の断面図である。このウォータ
ージェット用ノズル1は、図3に構造を示した環状溝付
きノズルの円錐形拡大部に丸みをもたせた回転楕円体構
造にしたものである。拡大部の形状は、円錐形よりも、
回転楕円体とする方が、内壁と噴流の間の空間が大きく
確保できるので、噴出直後の噴流外周の界面せん断渦が
より活発に生成しやすくなる。図4中の参照番号の内、
図3と同じ構造部分は同じ参照番号を付して、その説明
を省略する。
用ノズルの第4の実施例の断面図である。このウォータ
ージェット用ノズル1は、図3に構造を示した環状溝付
きノズルの円錐形拡大部に丸みをもたせた回転楕円体構
造にしたものである。拡大部の形状は、円錐形よりも、
回転楕円体とする方が、内壁と噴流の間の空間が大きく
確保できるので、噴出直後の噴流外周の界面せん断渦が
より活発に生成しやすくなる。図4中の参照番号の内、
図3と同じ構造部分は同じ参照番号を付して、その説明
を省略する。
【0034】図5は、本発明に係るウォータージェット
用ノズルの第5の実施例の断面図で、円錐形の拡大部1
2の出口に絞り部であるオリフィス30′を設けたもの
である。オリフィス30′の開口径31(Dc)は、円
錐形拡大部の出口内径14(Do)に対して、
用ノズルの第5の実施例の断面図で、円錐形の拡大部1
2の出口に絞り部であるオリフィス30′を設けたもの
である。オリフィス30′の開口径31(Dc)は、円
錐形拡大部の出口内径14(Do)に対して、
【0035】
【数5】
【0036】の範囲より選択するのが好ましい。さらに
望ましくは、
望ましくは、
【0037】
【数6】
【0038】の範囲より選択すれば、圧力損失の増大を
抑えたまま、噴流に発生するキャビテーションを著しく
活発にすることができる。この第5の実施例のノズルに
おいても、噴出孔内径9(Dj)と円錐形の拡大部の出
口内径14(Do)の寸法は(1)式に示す通りであ
り、円錐形の拡大部12の片振りひろがり角度は、他の
ノズルと同様に30°である。図5中の参照番号の内、
図1と同じ構造部分は同じ参照番号を付して、その説明
を省略する。
抑えたまま、噴流に発生するキャビテーションを著しく
活発にすることができる。この第5の実施例のノズルに
おいても、噴出孔内径9(Dj)と円錐形の拡大部の出
口内径14(Do)の寸法は(1)式に示す通りであ
り、円錐形の拡大部12の片振りひろがり角度は、他の
ノズルと同様に30°である。図5中の参照番号の内、
図1と同じ構造部分は同じ参照番号を付して、その説明
を省略する。
【0039】図6は、本発明に係るウォータージェット
用ノズルの第6の実施例の断面図である。このノズルの
基本的構造は図5のそれと同じであり、略円錐形をした
拡大部12の内壁15の形状を丸みのある略回転楕円体
にしたものである。図6中の参照番号の内、図5と同じ
構造部分は同じ参照番号を付して、その説明を省略す
る。
用ノズルの第6の実施例の断面図である。このノズルの
基本的構造は図5のそれと同じであり、略円錐形をした
拡大部12の内壁15の形状を丸みのある略回転楕円体
にしたものである。図6中の参照番号の内、図5と同じ
構造部分は同じ参照番号を付して、その説明を省略す
る。
【0040】図7は、水中水噴流と処理対象面の関係側
面図である。上記ノズル1から高圧水38を水中へ噴射
された激しいキャビテーションを伴う水中水噴流40を
処理対象面48に衝突させると、跳ね返り噴流47が発
生する。ノズル本体4の出口と処理対象面48間のスタ
ンドオフ距離xは、キャビテーションが十分に発達して
パワフルになり、しかも材料に対して壊食(エロージョ
ン)を決して起こさない条件として選択する。ノズル本
体4における噴射圧力が、例えば700kgf/cm2
(70MPa)の場合、好適なスタンドオフ距離は約8
0〜150mmの範囲にある。参照番号46は、噴流の
輪郭である。
面図である。上記ノズル1から高圧水38を水中へ噴射
された激しいキャビテーションを伴う水中水噴流40を
処理対象面48に衝突させると、跳ね返り噴流47が発
生する。ノズル本体4の出口と処理対象面48間のスタ
ンドオフ距離xは、キャビテーションが十分に発達して
パワフルになり、しかも材料に対して壊食(エロージョ
ン)を決して起こさない条件として選択する。ノズル本
体4における噴射圧力が、例えば700kgf/cm2
(70MPa)の場合、好適なスタンドオフ距離は約8
0〜150mmの範囲にある。参照番号46は、噴流の
輪郭である。
【0041】図8は、本発明第1の実施例における水中
水噴流を説明する側面図である。円錐形の拡大部12に
階段状段差20を設けた第1の実施例における水中水噴
流40の状態を模式的に描いたものである。噴出孔8か
ら噴射された水噴流にはキャビテーションが発生し、円
錐形の拡大部12内をひろがって噴出する。円錐形の拡
大部12と水中水噴流40の間には、噴流周囲の環状渦
流55が発生する。この噴流周囲の環状渦流55は、図
示するように比較的大きい。一方、本発明になる階段状
段差20においても段差に生じる渦流54が発生する。
この階段状段差20に生じる渦流54は、噴流周囲の環
状渦流55と干渉することにより、以下の2つの効果を
生み出す。
水噴流を説明する側面図である。円錐形の拡大部12に
階段状段差20を設けた第1の実施例における水中水噴
流40の状態を模式的に描いたものである。噴出孔8か
ら噴射された水噴流にはキャビテーションが発生し、円
錐形の拡大部12内をひろがって噴出する。円錐形の拡
大部12と水中水噴流40の間には、噴流周囲の環状渦
流55が発生する。この噴流周囲の環状渦流55は、図
示するように比較的大きい。一方、本発明になる階段状
段差20においても段差に生じる渦流54が発生する。
この階段状段差20に生じる渦流54は、噴流周囲の環
状渦流55と干渉することにより、以下の2つの効果を
生み出す。
【0042】(a)噴流周囲の乱れを促進する。
【0043】(b)噴流中心にあるコア部56を拡散さ
せる。
せる。
【0044】(a)によれば、噴流界面のせん断層部5
7に強く影響を及ぼし、キャビテーションを促進する。
このせん断層部57は、水中水噴流に発生する数種類の
タイプのキャビテーションの中でも、機能的に重要な渦
キャビテーションの生成領域である。一方、噴流中心の
コア部56には、材料を壊食(エロージョン)させる問
題があるが、(b)の作用によりこの危険性はかなり消
滅する。以上のような作用により、円錐形の拡大部に設
けた階段状段差20は、発達したキャビテーション59
をもたらすとともに水中水噴流40の構造を改質する。
尚、参照番号58は、周囲核の供給である。
7に強く影響を及ぼし、キャビテーションを促進する。
このせん断層部57は、水中水噴流に発生する数種類の
タイプのキャビテーションの中でも、機能的に重要な渦
キャビテーションの生成領域である。一方、噴流中心の
コア部56には、材料を壊食(エロージョン)させる問
題があるが、(b)の作用によりこの危険性はかなり消
滅する。以上のような作用により、円錐形の拡大部に設
けた階段状段差20は、発達したキャビテーション59
をもたらすとともに水中水噴流40の構造を改質する。
尚、参照番号58は、周囲核の供給である。
【0045】図9は、本発明第5の実施例における水中
水噴流を説明する側面図である。円錐形の拡大部の出口
13先端にオリフィス30′を設けた場合における水中
水噴流40の状態を模式的に描いた場合である。オリフ
ィス30′を設けることにより、噴出孔8から噴出直後
の噴流の外周に、すなわち安定な拡大部12に生じる渦
流65が形成される。この拡大部12に生じる渦流65
は、円錐形の拡大部の出口13にオリフィス30′が無
い場合に比べて、かなり安定であり、水中水噴流40に
対して継続的な変動を与え続ける。オリフィス30′の
外周には、オリフィス30′に生じる渦流64や、これ
に誘発される噴流周囲の環状渦流66a及び66bが形
成される。このようにして、水中水噴流40のせん断層
部57において、渦キャビテーションが活発に生成する
ようになる。せん断層部57における活発な渦や気泡の
動きは、図中に白抜きの矢印で示したように、周囲の水
中からの周囲核の供給58により一層活発になる。従っ
て、水中水噴流40では、ノズル本体4に近い上流側の
せん断層部57において渦キャビテーションが、更に、
水中水噴流40の下流では発達したキャビテーション5
9が、噴流の内部に作り出される。
水噴流を説明する側面図である。円錐形の拡大部の出口
13先端にオリフィス30′を設けた場合における水中
水噴流40の状態を模式的に描いた場合である。オリフ
ィス30′を設けることにより、噴出孔8から噴出直後
の噴流の外周に、すなわち安定な拡大部12に生じる渦
流65が形成される。この拡大部12に生じる渦流65
は、円錐形の拡大部の出口13にオリフィス30′が無
い場合に比べて、かなり安定であり、水中水噴流40に
対して継続的な変動を与え続ける。オリフィス30′の
外周には、オリフィス30′に生じる渦流64や、これ
に誘発される噴流周囲の環状渦流66a及び66bが形
成される。このようにして、水中水噴流40のせん断層
部57において、渦キャビテーションが活発に生成する
ようになる。せん断層部57における活発な渦や気泡の
動きは、図中に白抜きの矢印で示したように、周囲の水
中からの周囲核の供給58により一層活発になる。従っ
て、水中水噴流40では、ノズル本体4に近い上流側の
せん断層部57において渦キャビテーションが、更に、
水中水噴流40の下流では発達したキャビテーション5
9が、噴流の内部に作り出される。
【0046】次に、水中水噴流に発生するキャビテーシ
ョンの特性をもとに、本発明の効果を具体的に示してい
く。水中水噴流の軸方向に対する衝撃圧の分布には二つ
のピークが現れる。ノズル本体に近い最初のピークを
「第1ピーク」、一方下流の二番目のピークを「第2ピ
ーク」と称している。図10は、水中水噴流の第1ピー
ク及び第2ピークの測定位置関係を示す側面図である。
それぞれ水中水噴流40の第1ピーク及び第2ピークに
相当するスタンドオフ距離x1及びx2における噴流の直
径D1とD2を測定した。水中水噴流40に発生するキャ
ビテーションが噴流の輪郭46を描き出す。この噴流の
輪郭46は、次のような方法により求めた。
ョンの特性をもとに、本発明の効果を具体的に示してい
く。水中水噴流の軸方向に対する衝撃圧の分布には二つ
のピークが現れる。ノズル本体に近い最初のピークを
「第1ピーク」、一方下流の二番目のピークを「第2ピ
ーク」と称している。図10は、水中水噴流の第1ピー
ク及び第2ピークの測定位置関係を示す側面図である。
それぞれ水中水噴流40の第1ピーク及び第2ピークに
相当するスタンドオフ距離x1及びx2における噴流の直
径D1とD2を測定した。水中水噴流40に発生するキャ
ビテーションが噴流の輪郭46を描き出す。この噴流の
輪郭46は、次のような方法により求めた。
【0047】図11は、水中水噴流の輪郭撮影方法を説
明する側面図である。噴流の背後に暗幕70を設置し、
連続光源71からの光により噴流を光らせてカメラ72
で噴流の輪郭46を写真撮影をし、写真により測定し
た。
明する側面図である。噴流の背後に暗幕70を設置し、
連続光源71からの光により噴流を光らせてカメラ72
で噴流の輪郭46を写真撮影をし、写真により測定し
た。
【0048】図12は、水中水噴流の第1ピークにおけ
る噴射圧力と噴射径との関係曲線図である。噴射圧力P
に対する第1ピーク相当のスタンドオフ距離X1(図1
0)における噴流の直径D1の変化を整理し、本発明の
実施例と従来技術における噴流の太さを比較したもので
ある。横軸の噴射圧力Pは、基準噴射圧力P*を比較基
準として無次元化されている。一方縦軸の噴流直径D1
も、P=P*条件下の「第1ピーク」における噴流の直
径D1*を比較基準として無次元化したものである。曲
線76は、第1の実施例(第1ピーク)を表し、曲線7
8は、従来技術(第1ピーク)を表わす。両曲線ともP
/P*の増加とともにD1/D1*はゆるやかに増加する
が、同一のP/P*で比較すると、本発明の曲線76の
方が、従来技術の曲線78よりも圧倒的にD1/D1*が
大きい。この結果より、ノズルに近い領域においても、
本発明になるウォータージェット用ノズルのキャビテー
ションの促進の効果が実証されたものといえる。
る噴射圧力と噴射径との関係曲線図である。噴射圧力P
に対する第1ピーク相当のスタンドオフ距離X1(図1
0)における噴流の直径D1の変化を整理し、本発明の
実施例と従来技術における噴流の太さを比較したもので
ある。横軸の噴射圧力Pは、基準噴射圧力P*を比較基
準として無次元化されている。一方縦軸の噴流直径D1
も、P=P*条件下の「第1ピーク」における噴流の直
径D1*を比較基準として無次元化したものである。曲
線76は、第1の実施例(第1ピーク)を表し、曲線7
8は、従来技術(第1ピーク)を表わす。両曲線ともP
/P*の増加とともにD1/D1*はゆるやかに増加する
が、同一のP/P*で比較すると、本発明の曲線76の
方が、従来技術の曲線78よりも圧倒的にD1/D1*が
大きい。この結果より、ノズルに近い領域においても、
本発明になるウォータージェット用ノズルのキャビテー
ションの促進の効果が実証されたものといえる。
【0049】図13は、水中水噴流の第2ピークにおけ
る噴射圧力と噴射径との関係曲線である。下流の第2ピ
ークにおける噴流径D2を、無次元化した噴射圧力P/
P*に対する変化として整理したものである。図12と
同様に、D2は、P=P*条件下の「第2ピーク」にお
ける噴流の直径D2*により割られて無次元表記されて
いる。曲線77は、第1の実施例(第2ピーク)を表
し、曲線79は、従来技術(第2ピーク)を表わす。第
2ピーク相当のスタンドオフ距離X2(図10)におけ
る噴流は、本発明の曲線77の方が従来技術の曲線79
よりもかなり大きくなっていることが、この結果からも
明らかである。
る噴射圧力と噴射径との関係曲線である。下流の第2ピ
ークにおける噴流径D2を、無次元化した噴射圧力P/
P*に対する変化として整理したものである。図12と
同様に、D2は、P=P*条件下の「第2ピーク」にお
ける噴流の直径D2*により割られて無次元表記されて
いる。曲線77は、第1の実施例(第2ピーク)を表
し、曲線79は、従来技術(第2ピーク)を表わす。第
2ピーク相当のスタンドオフ距離X2(図10)におけ
る噴流は、本発明の曲線77の方が従来技術の曲線79
よりもかなり大きくなっていることが、この結果からも
明らかである。
【0050】図14は、水中水噴流の衝撃圧力測定方法
を示す側面図である。感圧フィルム法を用いて、水中水
噴流40のキャビテーションから発生する衝撃圧力84
を、本発明の実施例になるウォータージェット用ノズル
1を用いた場合と従来技術のウォータージェット用ノズ
ル1′について比較した。キャビテーションを伴う水中
水噴流40の中心軸5から半径方向へ5mm離した位置
において、中心軸5と平行に感圧フィルム73を設置し
た。
を示す側面図である。感圧フィルム法を用いて、水中水
噴流40のキャビテーションから発生する衝撃圧力84
を、本発明の実施例になるウォータージェット用ノズル
1を用いた場合と従来技術のウォータージェット用ノズ
ル1′について比較した。キャビテーションを伴う水中
水噴流40の中心軸5から半径方向へ5mm離した位置
において、中心軸5と平行に感圧フィルム73を設置し
た。
【0051】図15は、スタンドオフ距離と衝撃圧力の
関係曲線図である。スタンドオフ距離xに対する衝撃圧
力Pshの分布の結果をまとめたもので、曲線86は、
第1の実施例の無次元化したスタンドオフ距離〜無次元
化した衝撃圧力の関係曲線を示し、曲線87は従来技術
の無次元化したスタンドオフ距離〜無次元化した衝撃圧
力の関係曲線を示す。横軸のスタンドオフ距離xは、従
来技術における「第1ピーク」相当のスタンドオフ距離
x*で割り無次元化している。縦軸の衝撃圧力Psh
も、従来技術の「第1ピーク」における衝撃圧力Psh
*を基準として無次元表記した。一般にPsh/Psh
*の曲線は、図から明らかなように2つのピークを有す
る分布形状となり、ノズルに近い第1ピークは、x/x
*の狭い範囲で鋭くとがった特性を示している。下流の
第2ピークは、逆にかなりなだらかな形状を示す。本発
明の実施例になるウォータージェット用ノズル1を用い
た場合には、全x/x*の領域においてPsh/Psh
*のレベルがかなり高く、且つ従来技術の曲線87より
も全領域に渡ってキャビテーションがパワフルであるこ
とが分かる。又、第1ピーク相当のスタンドオフ距離x
/x*は従来技術におけるそれと大差は無いが、第2ピ
ークに相当するx/x*は、下流へシフトしている。
関係曲線図である。スタンドオフ距離xに対する衝撃圧
力Pshの分布の結果をまとめたもので、曲線86は、
第1の実施例の無次元化したスタンドオフ距離〜無次元
化した衝撃圧力の関係曲線を示し、曲線87は従来技術
の無次元化したスタンドオフ距離〜無次元化した衝撃圧
力の関係曲線を示す。横軸のスタンドオフ距離xは、従
来技術における「第1ピーク」相当のスタンドオフ距離
x*で割り無次元化している。縦軸の衝撃圧力Psh
も、従来技術の「第1ピーク」における衝撃圧力Psh
*を基準として無次元表記した。一般にPsh/Psh
*の曲線は、図から明らかなように2つのピークを有す
る分布形状となり、ノズルに近い第1ピークは、x/x
*の狭い範囲で鋭くとがった特性を示している。下流の
第2ピークは、逆にかなりなだらかな形状を示す。本発
明の実施例になるウォータージェット用ノズル1を用い
た場合には、全x/x*の領域においてPsh/Psh
*のレベルがかなり高く、且つ従来技術の曲線87より
も全領域に渡ってキャビテーションがパワフルであるこ
とが分かる。又、第1ピーク相当のスタンドオフ距離x
/x*は従来技術におけるそれと大差は無いが、第2ピ
ークに相当するx/x*は、下流へシフトしている。
【0052】図16は、処理対象面の付着物の除去効果
を説明する棒グラフで、付着物の除去効果を、従来技術
と比較して示す。初期条件としての付着物の質量m1に
対する処理後に残存した付着物の質量Δmの比Δm/m
1として評価する。各棒は、処理対象面の付着物量を示
し、棒90は、処理前付着物量、棒91は、図18のウ
ォータージェット用ノズル1′を使用した場合、棒92
は、図19のウォータージェット用ノズル1′を使用し
た場合、棒93は、図20のウォータージェット用ノズ
ル1′を使用した場合、棒94は、本発明である図1の
ウォータージェット用ノズル1を使用した場合である。
尚、各棒の頭部にある値はそれそれの付着量Δm/m1
の値を示す。この試験結果から、図18、図19及び図
20に示す従来技術においても付着量Δm/m1は大幅
に減少し、付着物を除去できる効果はあるが、本発明の
実施例によれば、付着量Δm/m1をさらに著しく減ら
すことが可能であることが確認された。本発明を適用し
た場合の付着量Δm/m1は、棒91の場合の1/10
以下である。
を説明する棒グラフで、付着物の除去効果を、従来技術
と比較して示す。初期条件としての付着物の質量m1に
対する処理後に残存した付着物の質量Δmの比Δm/m
1として評価する。各棒は、処理対象面の付着物量を示
し、棒90は、処理前付着物量、棒91は、図18のウ
ォータージェット用ノズル1′を使用した場合、棒92
は、図19のウォータージェット用ノズル1′を使用し
た場合、棒93は、図20のウォータージェット用ノズ
ル1′を使用した場合、棒94は、本発明である図1の
ウォータージェット用ノズル1を使用した場合である。
尚、各棒の頭部にある値はそれそれの付着量Δm/m1
の値を示す。この試験結果から、図18、図19及び図
20に示す従来技術においても付着量Δm/m1は大幅
に減少し、付着物を除去できる効果はあるが、本発明の
実施例によれば、付着量Δm/m1をさらに著しく減ら
すことが可能であることが確認された。本発明を適用し
た場合の付着量Δm/m1は、棒91の場合の1/10
以下である。
【0053】以上述べた作用はいずれも、キャビテーシ
ョンを促進するものである。本発明になる手段を用いれ
ば、ウォータージェット用ノズルから噴射直後の水中水
噴流の界面の乱れ、即ちせん断渦の生成を促進し、さら
に噴流内部における大規模な渦の生成をも増進する。こ
れらの乱れの作用が引き金となって、噴流界面の乱れを
通じて気泡核が供給されるようになる。結果的に、材料
に対して強力に作用する渦キャビテーションの生成が活
発になる。拡大部におけるその内周壁上の階段状段差、
環状溝及び拡大部出口における絞り部であるオリフィス
の寸法は、前述した最適範囲において、渦や乱れあるい
はキャビテーション核の供給を最も促進する条件であ
る。
ョンを促進するものである。本発明になる手段を用いれ
ば、ウォータージェット用ノズルから噴射直後の水中水
噴流の界面の乱れ、即ちせん断渦の生成を促進し、さら
に噴流内部における大規模な渦の生成をも増進する。こ
れらの乱れの作用が引き金となって、噴流界面の乱れを
通じて気泡核が供給されるようになる。結果的に、材料
に対して強力に作用する渦キャビテーションの生成が活
発になる。拡大部におけるその内周壁上の階段状段差、
環状溝及び拡大部出口における絞り部であるオリフィス
の寸法は、前述した最適範囲において、渦や乱れあるい
はキャビテーション核の供給を最も促進する条件であ
る。
【0054】他の実施例として、船舶関係にも適用する
ことができる。海水面下にある船舶の底部には、貝・藻
その他の生物が付着し、走航に際してかなりの走航抵抗
になる。本発明になるウォータージェット用ノズルは、
これらの付着物を海洋走航中において除去することを可
能にする。このように付着物の除去が海水中において可
能になれば、 船をドックへ入れ ドックから海水を汲み出し 付着物の混じる洗水を廃棄し さらに ドックへ再び海水を入れる といった一連の操作がいっさい省略されることになり、
船舶の保守、保全がより経済的に行われるようになる。
付着物を防止するために用いる特殊な塗料の使用も削減
されれば、海洋の環境保護の観点からも好ましい。特
に、ドック付近の有機すず化合物による海洋汚染を防止
することができる。
ことができる。海水面下にある船舶の底部には、貝・藻
その他の生物が付着し、走航に際してかなりの走航抵抗
になる。本発明になるウォータージェット用ノズルは、
これらの付着物を海洋走航中において除去することを可
能にする。このように付着物の除去が海水中において可
能になれば、 船をドックへ入れ ドックから海水を汲み出し 付着物の混じる洗水を廃棄し さらに ドックへ再び海水を入れる といった一連の操作がいっさい省略されることになり、
船舶の保守、保全がより経済的に行われるようになる。
付着物を防止するために用いる特殊な塗料の使用も削減
されれば、海洋の環境保護の観点からも好ましい。特
に、ドック付近の有機すず化合物による海洋汚染を防止
することができる。
【0055】以上この発明を図示の実施例について詳し
く説明したが、それを以ってこの発明をそれらの実施例
のみに限定するものではなく、この発明の精神を逸脱せ
ずして種々改変を加えて多種多様の変形をなし得ること
は云うまでもない。
く説明したが、それを以ってこの発明をそれらの実施例
のみに限定するものではなく、この発明の精神を逸脱せ
ずして種々改変を加えて多種多様の変形をなし得ること
は云うまでもない。
【0056】
【発明の効果】本第1発明によれば、高圧水を噴出させ
る噴出孔と、この噴出孔の出口から漸次拡大延設された
拡大部とを備えたウォータージェット用ノズルにおい
て、拡大部の内壁に少なくとも一つ以上の階段状段差を
設けたので、拡大部内壁に連続的に並ぶ階段状段差は、
はく離渦を連鎖的に生成する。このはく離渦は、拡大部
と水噴流の間に生じるせん断渦と複雑に干渉し合うため
に、微小な低圧部が水中水噴流の界面に数多く発生し、
キャビテーションが大幅に促進される。その結果、次の
ような効果を奏する。
る噴出孔と、この噴出孔の出口から漸次拡大延設された
拡大部とを備えたウォータージェット用ノズルにおい
て、拡大部の内壁に少なくとも一つ以上の階段状段差を
設けたので、拡大部内壁に連続的に並ぶ階段状段差は、
はく離渦を連鎖的に生成する。このはく離渦は、拡大部
と水噴流の間に生じるせん断渦と複雑に干渉し合うため
に、微小な低圧部が水中水噴流の界面に数多く発生し、
キャビテーションが大幅に促進される。その結果、次の
ような効果を奏する。
【0057】(1)キャビテーションを伴う水中水噴流
の広がりが大きくなるため、処理対象面の広い部分の処
理が可能になる。
の広がりが大きくなるため、処理対象面の広い部分の処
理が可能になる。
【0058】(2)水中水噴流に発生するキャビテーシ
ョンが著しく発達したものであるので、短時間のうちに
処理を完了することが出来、処理効率が向上し、処理コ
ストが低減する。
ョンが著しく発達したものであるので、短時間のうちに
処理を完了することが出来、処理効率が向上し、処理コ
ストが低減する。
【0059】(3)ピーニング処理においては、衝撃圧
力が大きく激しいキャビテーションを利用出来るため、
処理対象面の強化が表層からより深い箇所まで及ぶ。従
って、処理対象面を効率良く強化出来る。
力が大きく激しいキャビテーションを利用出来るため、
処理対象面の強化が表層からより深い箇所まで及ぶ。従
って、処理対象面を効率良く強化出来る。
【0060】(4)ノズル本体の噴出孔以降の流れにお
いてキャビテーションを促進するため、噴出孔がキャビ
テーション気泡により充満、閉塞するような圧力損失増
大による問題は発生しない。
いてキャビテーションを促進するため、噴出孔がキャビ
テーション気泡により充満、閉塞するような圧力損失増
大による問題は発生しない。
【0061】本第2発明によれば、拡大部の内壁に少な
くとも一つ以上の環状溝を設けたので、拡大部の内壁上
の環状溝には、そこにトラップされている不凝縮性気体
が次々と離脱して微小気泡となって噴流中に巻き込ま
れ、キャビテーションが大幅に促進される。従って、上
記第1発明の効果である(1)〜(4)項と同じ効果を
奏する。
くとも一つ以上の環状溝を設けたので、拡大部の内壁上
の環状溝には、そこにトラップされている不凝縮性気体
が次々と離脱して微小気泡となって噴流中に巻き込ま
れ、キャビテーションが大幅に促進される。従って、上
記第1発明の効果である(1)〜(4)項と同じ効果を
奏する。
【0062】本第3発明によれば、拡大部の出口に絞り
部を設けたので、この絞り部によって生じたはく離泡
が、水中水噴流の界面を激しく乱し、せん断渦の生成を
活発にし、処理対象面に対して強い影響を及ぼすパワフ
ルな渦キャビテーションが発達し、本第2発明と同じ
く、上記第1発明の効果である(1)〜(4)項と同じ
効果を奏する。
部を設けたので、この絞り部によって生じたはく離泡
が、水中水噴流の界面を激しく乱し、せん断渦の生成を
活発にし、処理対象面に対して強い影響を及ぼすパワフ
ルな渦キャビテーションが発達し、本第2発明と同じ
く、上記第1発明の効果である(1)〜(4)項と同じ
効果を奏する。
【0063】本第4発明によれば、本第1発明又は第2
発明において、拡大部の出口に絞り部を設けたので、階
段状段差におけるはく離渦の連鎖的生成又は環状溝にト
ラップされている不凝縮性気体の離脱微小気泡の噴流中
への巻き込みと共に、拡大部の先端に取り付けた絞り部
によって生じるはく離泡が、水中水噴流の界面を激しく
乱し、乱れた噴流界面にせん断渦の生成を活発にさせ、
キャビテーションが大幅に促進され、本第1発明又は第
2発明と同じ効果をより確実に奏する。
発明において、拡大部の出口に絞り部を設けたので、階
段状段差におけるはく離渦の連鎖的生成又は環状溝にト
ラップされている不凝縮性気体の離脱微小気泡の噴流中
への巻き込みと共に、拡大部の先端に取り付けた絞り部
によって生じるはく離泡が、水中水噴流の界面を激しく
乱し、乱れた噴流界面にせん断渦の生成を活発にさせ、
キャビテーションが大幅に促進され、本第1発明又は第
2発明と同じ効果をより確実に奏する。
【0064】本第5発明によれば、拡大部及び噴出孔の
中心軸に垂直な断面形状は円形であり、拡大部の出口内
径は、前記噴出孔内径の15〜25倍であるので、単純
な手段でキャビテーションを大幅に促進させることが可
能になる。
中心軸に垂直な断面形状は円形であり、拡大部の出口内
径は、前記噴出孔内径の15〜25倍であるので、単純
な手段でキャビテーションを大幅に促進させることが可
能になる。
【0065】本第6発明によれば、本第1発明〜第4発
明のいずれかにおいて、拡大部の内壁に階段状段差又は
環状溝と拡大部の出口に絞り部とを設け、拡大部及び噴
出孔の中心軸に垂直な断面形状を円形とし、拡大部の出
口内径は、噴出孔内径の15〜25倍にすることによ
り、本第1発明〜第4発明のいずれかの効果をより確実
に奏する。
明のいずれかにおいて、拡大部の内壁に階段状段差又は
環状溝と拡大部の出口に絞り部とを設け、拡大部及び噴
出孔の中心軸に垂直な断面形状を円形とし、拡大部の出
口内径は、噴出孔内径の15〜25倍にすることによ
り、本第1発明〜第4発明のいずれかの効果をより確実
に奏する。
【図1】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
1の実施例の断面図である。
1の実施例の断面図である。
【図2】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
2の実施例の断面図である。
2の実施例の断面図である。
【図3】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
3の実施例の断面図である。
3の実施例の断面図である。
【図4】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
4の実施例の断面図である。
4の実施例の断面図である。
【図5】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
5の実施例の断面図である。
5の実施例の断面図である。
【図6】本発明に係るウォータージェット用ノズルの第
6の実施例の断面図である。
6の実施例の断面図である。
【図7】水中水噴流と処理対象面の関係側面図である。
【図8】本発明第1の実施例における水中水噴流を説明
する側面図である。
する側面図である。
【図9】本発明第5の実施例における水中水噴流を説明
する側面図である。
する側面図である。
【図10】水中水噴流の第1ピーク及び第2ピークの測
定位置関係を示す側面図である。
定位置関係を示す側面図である。
【図11】水中水噴流の輪郭撮影方法を説明する側面図
である。
である。
【図12】水中水噴流の第1ピークにおける噴射圧力と
噴射径との関係曲線図である。
噴射径との関係曲線図である。
【図13】水中水噴流の第2ピークにおける噴射圧力と
噴射径との関係曲線図である。
噴射径との関係曲線図である。
【図14】水中水噴流の衝撃圧力測定方法を示す側面図
である。
である。
【図15】スタンドオフ距離と衝撃圧力の関係曲線図で
ある。
ある。
【図16】処理対象面の付着物の除去効果を説明する棒
グラフである。
グラフである。
【図17】水中水噴流のキャビテーションを説明する側
面図である。
面図である。
【図18】従来技術に係るウォータージェット用ノズル
の断面図である。
の断面図である。
【図19】従来技術に係る他のウォータージェット用ノ
ズルの断面図である。
ズルの断面図である。
【図20】従来技術に係る水中水噴流に使用するウォー
タージェット用ノズルの断面図である。
タージェット用ノズルの断面図である。
【図21】図20における水中水噴流に使用するウォー
タージェット用ノズルの作用を説明する側面図である。
タージェット用ノズルの作用を説明する側面図である。
1 ウォータージェット用ノズル 5 中心軸 8 噴出孔 9 噴出孔内径 10 噴出孔の出口 12 拡大部 13 拡大部の出口 15 内壁 20 階段状段差 24 環状溝 30′ オリフィス(絞り部) 38 高圧水
Claims (7)
- 【請求項1】 高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴出孔
の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウォー
タージェット用ノズルにおいて、前記拡大部の内壁に少
なくとも一つ以上の階段状段差を設けたことを特徴とす
るウォータージェット用ノズル。 - 【請求項2】 高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴出孔
の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウォー
タージェット用ノズルにおいて、前記拡大部の内壁に少
なくとも一つ以上の環状溝を設けたことを特徴とするウ
ォータージェット用ノズル。 - 【請求項3】 高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴出孔
の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウォー
タージェット用ノズルにおいて、前記拡大部の出口に絞
り部を設けたことを特徴とするウォータージェット用ノ
ズル。 - 【請求項4】 請求項1又は2において、前記拡大部の
出口に絞り部を設けたことを特徴とするウォータージェ
ット用ノズル。 - 【請求項5】 高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴出孔
の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウォー
タージェット用ノズルにおいて、楕円形状の前記拡大部
を備えたことを特徴とするウォータージェット用ノズ
ル。 - 【請求項6】 高圧水を噴出させる噴出孔と、該噴出孔
の出口から漸次拡大延設された拡大部とを備えたウォー
タージェット用ノズルにおいて、前記噴出孔及び前記拡
大部の中心軸に垂直な断面形状は円形であり、前記拡大
部の出口内径は、前記噴出孔内径の15〜25倍である
ことを特徴とするウォータージェット用ノズル。 - 【請求項7】 請求項1乃至5のいずれかにおいて、前
記噴出孔及び前記拡大部の中心軸に垂直な断面形状は円
形であり、前記拡大部の出口内径は、前記噴出孔内径の
15〜25倍であることを特徴とするウォータージェッ
ト用ノズル。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3443394A JP2668056B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | ウォータージェット用ノズル |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3443394A JP2668056B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | ウォータージェット用ノズル |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07241494A JPH07241494A (ja) | 1995-09-19 |
JP2668056B2 true JP2668056B2 (ja) | 1997-10-27 |
Family
ID=12414096
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3443394A Expired - Fee Related JP2668056B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | ウォータージェット用ノズル |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2668056B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP3795240B2 (ja) * | 1998-12-08 | 2006-07-12 | バブコック日立株式会社 | ウォータージェットノズル |
JP2000290966A (ja) * | 1999-04-01 | 2000-10-17 | Babcock Hitachi Kk | 取水口の閉塞防止装置 |
JP4887555B2 (ja) * | 2000-09-12 | 2012-02-29 | パナソニック電工株式会社 | 微細気泡発生装置のノズル |
DE10155161A1 (de) * | 2001-11-12 | 2003-05-22 | Emu Unterwasserpumpen Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser, Klärschlamm und organischen Substraten |
JP3876167B2 (ja) | 2002-02-13 | 2007-01-31 | 川崎マイクロエレクトロニクス株式会社 | 洗浄方法および半導体装置の製造方法 |
JP2009154120A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Dyflex Corp | 防水材料用混合式スプレー装置 |
JP5269493B2 (ja) * | 2008-06-18 | 2013-08-21 | 佐藤工業株式会社 | マイクロバブル発生装置 |
KR101100801B1 (ko) * | 2011-06-15 | 2012-01-02 | (주)한국캐비테이션 | 수리동력학적 캐비테이션장치 |
CN103056052B (zh) * | 2013-01-10 | 2016-04-06 | 中国海洋工程公司 | 一种空化射流喷嘴 |
MX2016004900A (es) | 2013-10-17 | 2016-11-18 | Adrian Singh Ashok | Aparato y proceso para tratamiento de fluidos. |
-
1994
- 1994-03-04 JP JP3443394A patent/JP2668056B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07241494A (ja) | 1995-09-19 |
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