JP3164931B2 - Water jet nozzle - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、ウォータージェット
ノズルに関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、切削の集中度、均一性に優れ、粗度の低い切削表面
を形成することのできる高性能なウォータージェットノ
ズルに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water jet nozzle. More specifically, the present invention relates to a high-performance water jet nozzle that is excellent in the degree of concentration and uniformity of cutting and can form a cutting surface with low roughness.
【０００２】[0002]
【従来の技術とその課題】従来より、工鉱業、建設業、
医療等において、ウォータージェットを用いた切削、切
断や掘削が行なわれており、そのためのノズル装置につ
いての改良や工夫が進められてきている。しかしなが
ら、この従来のウォータージェットノズルの場合には、
切削部の集中性に乏しく、切削孔は拡大し、切削表面が
粗いという欠点がある。このため、切削部を均一径でか
つ切削表面を滑らかにしたい場合は、ウォータージェッ
トによる切削後、やすり等によって削り落とす工程が必
要となり、非常に効率が悪かった。[Prior art and its problems] Conventionally, mining, construction,
In medical treatment and the like, cutting, cutting, and excavation using a water jet are performed, and improvements and contrivances for a nozzle device therefor are being promoted. However, in the case of this conventional water jet nozzle,
There is a disadvantage that the concentration of the cutting portion is poor, the cutting hole is enlarged, and the cutting surface is rough. For this reason, when it is desired to make the cut portion uniform in diameter and to make the cut surface smooth, a step of shaving off with a file or the like after cutting with a water jet is required, which is extremely inefficient.
【０００３】このような欠点は、ウォータージェット噴
流の発散性および不安定性が原因となっていた。そこ
で、これらの欠点を解決するための方法として、従来の
高圧水に代わって、ポリマーを含んだ高圧水による切削
方法が提案されている。この方法は、噴流の集中性と安
定性が、噴流の粘性に依存し、粘性が高いほど収歛性と
安定性が優れているという物理的考察から導かれたもの
である。[0003] These disadvantages have been attributed to the divergence and instability of the water jet. Therefore, as a method for solving these disadvantages, a cutting method using high-pressure water containing a polymer has been proposed instead of conventional high-pressure water. This method is derived from physical considerations that the concentration and stability of the jet depend on the viscosity of the jet, and that the higher the viscosity, the better the convergence and stability.
【０００４】しかしながら、このようなポリマーを含ん
だ水噴流は、取扱いが面倒で、コストが非常に高くつ
き、きわめて限定された用途でのみしか使用できないと
いう問題がある。このように、これまでは、収歛性およ
び安定性の高い噴流を生成するために噴流の物性の改善
に着眼点がおかれてきた。このため、ウォータージェッ
トノズルの構造から流体制御を行なうという考えはなか
った。[0004] However, water jets containing such polymers are problematic in that they are cumbersome to handle, very expensive and can only be used for very limited applications. Thus, the focus has been on improving the physical properties of jets in order to generate jets with high convergence and stability. For this reason, there was no idea of performing fluid control from the structure of the water jet nozzle.
【０００５】このような状況に鑑みて、この発明の発明
者は、新しいノズル手段そのものを開発し、これを提案
してきた。この手段は、発明者が各種の応用分野への適
用について積極的に検討を進めてきたコアンダスパイラ
ルフローをウォータージェットカッティングのための原
理的方法とするものである。[0005] In view of such circumstances, the inventor of the present invention has developed and proposed a new nozzle means itself. This means uses Coanda spiral flow, which has been actively studied by the inventors for application to various application fields, as a principle method for water jet cutting.
【０００６】すなわち、このコアンダスパイラルフロー
は、流体の流れる軸方向とその周囲との速度差、および
密度差が大きく、軸の流れが速く外側の流れが遅い、い
わゆるスティーパな速度分布を示し、さらには、たとえ
ば乱れ度が通常の乱流の０．２に誓対して０．０９と半
分以下の値を示し、通常の乱流とは異なる安定した状態
を形成するという特徴を有している。しかも、軸方法ベ
クトルと半径方向ベクトルとの合成によって特有のスパ
イラル流を形成するという特徴がある。That is, this Coanda spiral flow has a so-called steeper velocity distribution in which the velocity difference between the fluid flowing in the axial direction and its surroundings and the density difference are large and the axial flow is fast and the external flow is slow. Has a characteristic that the degree of turbulence is 0.09, which is less than half the value of 0.2 of normal turbulence, and forms a stable state different from normal turbulence. Moreover, there is a characteristic that a unique spiral flow is formed by combining the axial method vector and the radial vector.
【０００７】そして、このコアンダスパイラルフローが
軸に収歛しながら旋回し、さらに乱れが少ない安定した
流れであることを利用して、効率よくかつ性能良く切
削、掘削、さらには切断することのできるウォータージ
ェットノズルを実現してきた。図１はこの発明者がすで
に提案しているウォータージェットノズルの断面図であ
る。[0007] By utilizing the fact that this Coanda spiral flow turns while converging on the axis and is a stable flow with less disturbance, it is possible to cut and excavate and further cut efficiently and efficiently. Water jet nozzles have been realized. FIG. 1 is a cross-sectional view of a water jet nozzle already proposed by the present inventors.
【０００８】たとえばこの図１に示したようにう、コア
ンダスパイラルノズル（１）については、噴出口（２）
と吸引口（３）との間に環状のコアンダスリット（４）
と、その近傍の傾斜面（５）、および高圧水の分配室
（６）とを有する構造を一つの典型例として示すことが
できる。コアンダスパイラルノズル（１）には、環状の
コアンダスリット（４）を通じて噴出口（２）に向け
て、ポンプ（７）より高圧の水が、また、吸引口（３）
より水流（８）が供給される。For example, as shown in FIG. 1, for the Coanda spiral nozzle (1), the jet port (2)
Annular Coanda slit (4) between the suction port (3)
And a structure having an inclined surface (5) in the vicinity thereof and a distribution chamber (6) for high-pressure water can be shown as one typical example. Water having a higher pressure than the pump (7) is supplied to the Coanda spiral nozzle (1) through the annular Coanda slit (4) toward the jet port (2), and the suction port (3).
More water stream (8) is provided.
【０００９】傾斜面（５）の角度をたとえば５〜７０°
程度とすることにより、スパイラルフロー（１０）が形
成され、かつ、吸引口（３）には強い負圧吸引力が生
じ、その結果この負圧吸引力によって水が導かれ噴出さ
れる。コアンダスパイラルノズル（１）から噴出された
スパイラルフロー（１０）の水噴流は、非常に乱れが少
なく、軸に収歛しながら対象物に衝突しこれを切削す
る。つまり、このコアンダスパイラルノズル（１）から
噴出された水噴流は、収歛性と安定性に優れたものとな
る。The angle of the inclined surface (5) is, for example, 5 to 70 °.
By setting the degree, the spiral flow (10) is formed, and a strong negative pressure suction force is generated in the suction port (3). As a result, the water is guided and jetted by the negative pressure suction force. The water jet of the spiral flow (10) ejected from the Coanda spiral nozzle (1) has very little turbulence, and collides with the object while being converged on the axis and cuts it. In other words, the water jet ejected from the Coanda spiral nozzle (1) has excellent storability and stability.
【００１０】このため、コアンダスパイラルフローを形
成するウォータージェットノズルは、対象物の切削集中
性と切削面における切削径の均一性、切削表面における
なめらかさを実現し、高性能な切削を行なうことを可能
とし、従来の方法に対して極めて優れた有効性を示すも
のであった。しかしながら、その後の発明者らの検討に
よって、このコアンダスパイラルフローによるウォータ
ージェットノズルの場合にもさらに改善すべき点がある
ことが明らかになってきた。For this reason, the water jet nozzle that forms the Coanda spiral flow realizes high-performance cutting by realizing the cutting concentration of the object, the uniformity of the cutting diameter on the cutting surface, and the smoothness of the cutting surface. It made it possible and showed extremely good effectiveness over conventional methods. However, subsequent studies by the inventors have revealed that there is still a point to be improved in the case of the water jet nozzle using the Coanda spiral flow.
【００１１】一般的に、対象物がコンクリート、金属等
の硬質の場合、切削、切断等を行なうための噴流は、超
高速にする必要があり、そのため、水噴流の供給圧力を
５００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2 程度の高圧にしなければ
ならない。このような場合、従来のコアンダスパイラル
ノズル（１）においては、前記図１の環状のコアンダス
リット（４）から噴出した流れは超高速となり、傾斜面
（５）において、流れの剥離が生じ、吸引口（３）に負
圧吸引力が生じることがなく、吸引口（３）からの逆流
が生じ、噴出口（２）から噴出する噴流速度は急激に減
少するという問題があった。In general, when the object is hard such as concrete or metal, the jet for cutting, cutting, etc. needs to be super-high-speed, so that the supply pressure of the water jet is 500 to 2000 kg /. The pressure must be as high as about cm 2 . In such a case, in the conventional Coanda spiral nozzle (1), the flow ejected from the annular Coanda slit (4) in FIG. There is a problem that a negative pressure suction force is not generated at the port (3), a backflow from the suction port (3) occurs, and a jet velocity spouted from the jet port (2) rapidly decreases.
【００１２】従って、従来のノズル（１）においては、
収歛性および安定性に優れた噴流を形成することは可能
ではあるが、超高速噴流を得ることはできず、硬質の対
象物を切削することは不可能であった。この発明は、以
上の通りの欠点を解消するためになされたものであっ
て、たとえ、水噴流の供給圧力を高圧にしても、収歛性
および安定性に優れた超高速噴流を形成し、対象物の切
削集中性と切削面における切削径の均一性、そして切削
表面における滑らかさを実現し、高性能な切削を可能と
するウォータージェットノズルを提供することを目的と
している。Therefore, in the conventional nozzle (1),
Although it is possible to form a jet with excellent storability and stability, it was not possible to obtain an ultra-high-speed jet, and it was impossible to cut a hard object. The present invention has been made in order to solve the above-described drawbacks, even if the supply pressure of the water jet is high, to form an ultra-high-speed jet excellent in storability and stability, It is an object of the present invention to provide a water jet nozzle that achieves high-performance cutting by realizing the cutting concentration of an object, the uniformity of the cutting diameter on the cutting surface, and the smoothness of the cutting surface.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、コアンダスパイラルフローを生
成する高圧水供給用の環状のコアンダスリットとともに
このコアンダスリットと噴出口とを結ぶ傾斜面とを有す
るコアンダスパイラルノズルにおいて、コアンダスリッ
ト後方部を密閉してなることを特徴とするウォータージ
ェットノズルを提供する。またさらに、この発明は、コ
アンダスリット後方部に切削粒子導入用の開閉自在な逆
止弁を設けてなるウォータージェットノズルをも提供す
る。According to the present invention, there is provided an annular Coanda slit for supplying high-pressure water for generating a Coanda spiral flow, together with an inclined surface connecting the Coanda slit and the jet port. A water jet nozzle, characterized in that the rear part of the Coanda slit is sealed in the Coanda spiral nozzle having the following. Furthermore, the present invention also provides a water jet nozzle provided with a check valve that can be opened and closed for introducing cutting particles at the rear part of the Coanda slit.
【００１４】[0014]
【作用】図２はこの発明のウォータージェットノズルを
例示した断面図である。たとえばこの図２に例示したよ
うに、従来のノズルの吸引口（３）に相当するコアンダ
スリット（４）の後方部（９）を密閉する。このため、
たとえ、高圧の水を環状コアンダスリット（４）を介し
て分配室（６）よりコアンダスパイラルノズル（１）の
傾斜面（５）に沿って供給する場合でも、流れの剥離は
生じることがなく、コアンダスパイラルフローが破壊さ
れることもなく、ノズル内部の圧力の減少を防ぎ、逆流
を防ぐことが可能となる。FIG. 2 is a sectional view illustrating a water jet nozzle according to the present invention. For example, as illustrated in FIG. 2, the rear part (9) of the Coanda slit (4) corresponding to the suction port (3) of the conventional nozzle is sealed. For this reason,
Even when high-pressure water is supplied from the distribution chamber (6) through the annular Coanda slit (4) along the inclined surface (5) of the Coanda spiral nozzle (1), flow separation does not occur. The Coanda spiral flow can be prevented from being destroyed, the pressure inside the nozzle can be prevented from decreasing, and the backflow can be prevented.
【００１５】またさらに、この発明においては、図３に
例示したように、前記の後方部（９）に開閉可能な逆止
弁（１１）を備えてもよい。この逆流防止弁（１１）を
開いた場合には、研磨剤（アブレシブ）などの切削粒子
を混入した液体を高圧で供給することによって、逆流を
防ぐと同時に、切削効率も向上する。以下、実施例を示
し、さらに詳しくこの発明のウォータージェットノズル
について説明する。Still further, in the present invention, as shown in FIG. 3, a check valve (11) that can be opened and closed may be provided in the rear portion (9). When the backflow prevention valve (11) is opened, the backflow is prevented and the cutting efficiency is improved by supplying a liquid mixed with cutting particles such as an abrasive (abrasive) at a high pressure. Hereinafter, examples will be shown, and the water jet nozzle of the present invention will be described in more detail.
【００１６】[0016]
【実施例】実施例 実際、図２に示した噴出口（２）の口径８ｍｍのコアン
ダスパイラルノズル（１）を用い、ノズル噴出口から１
０ｃｍのところで、厚さ２０ｃｍのコンクリートの切削
を行なった。このとき、圧力２０００ｋｇ／ｃｍ2 、流
量４ｌ／ｍｉｎの高圧水を環状のコアンダスリット
（４）より供給した。 EXAMPLE In practice, a Coanda spiral nozzle (1) having a diameter of 8 mm of the jet port (2) shown in FIG.
At 0 cm, a 20 cm thick concrete was cut. At this time, high-pressure water having a pressure of 2000 kg / cm 2 and a flow rate of 4 l / min was supplied from the annular Coanda slit (4).
【００１７】また、比較のため通常の乱流を発生する。
従来のウォータージェットノズルを用い切削粒子を混入
させてウォータージェットカッティングを試みた。水の
供給圧力、噴出口口径は、コアンダスパイラルノズルの
場合と同じであった。この切削の結果は、図４に示す通
りであった。すなわち、この発明のコアンダスパイラル
ノズルを用いた場合（Ａ）には、コンクリート（１２）
の切削径は、５ｍｍφのまま、ほぼ一定で均一に集中切
削されているが、一方、従来のウォータージェットノズ
ルを用いた場合（Ｂ）には、コンクリートの切削径は上
面は約１２ｍｍ、その後４ｃｍ付近までは、縮小の傾向
にあり、最小で約５ｍｍφ程度になったが、その後、拡
大の傾向にあり、コンクリート下面では、約２０ｍｍφ
まで広がっていた。In addition, a normal turbulence is generated for comparison.
Water jet cutting was attempted by mixing cutting particles using a conventional water jet nozzle. The water supply pressure and the outlet diameter were the same as in the case of the Coanda spiral nozzle. The result of this cutting was as shown in FIG. That is, when the Coanda spiral nozzle of the present invention is used (A), the concrete (12)
The cutting diameter is approximately constant and uniformly concentrated while keeping the diameter of 5 mmφ. On the other hand, when the conventional water jet nozzle is used (B), the cutting diameter of the concrete is about 12 mm on the upper surface and 4 cm thereafter. Up to the vicinity, there is a tendency to shrink, and the minimum is about 5 mmφ, but then it tends to expand, and on the concrete lower surface, about 20 mmφ
It had spread to.
【００１８】またさらに、切削表面を比較するとこの発
明のコアンダスパイラルノズルを用いた場合には、その
切削表面は非常になめらかであるが、従来のウォーター
ジェットノズルを用いた場合には、その切削表面は非常
に粗かった。そして切削時間は、この発明の場合には、
乱流ノズルの場合の約２／３であった。この発明のコア
ンダスパイラルノズルから噴出した超高速噴流は収歛
し、乱れが非常に少なく安定していることがわかる。そ
れに対して、従来の乱流ウォータージェットノズルから
噴出した噴流は発散し、乱れが非常に大きく不安定であ
ることがわかる。Further, when the cutting surfaces are compared, when the Coanda spiral nozzle of the present invention is used, the cutting surface is very smooth. However, when the conventional water jet nozzle is used, the cutting surface is extremely low. Was very coarse. And the cutting time is, in the case of the present invention,
It was about 2/3 that of the turbulent nozzle. It can be seen that the ultra-high-speed jet ejected from the Coanda spiral nozzle of the present invention is conserved, and has very little turbulence and is stable. On the other hand, it can be seen that the jet jet ejected from the conventional turbulent water jet nozzle diverges, and the turbulence is very large and unstable.
【００１９】また、比較のために、図１に示した従来の
コアンダスパイラルノズルを用いて同様に切削を試みた
が、吸引口（３）への逆流が生じ、切削は中断を余儀な
くされた。ただ、切削とその中断を繰り返し、全切削を
行ったところ、その時間は、従来の乱流ノズルの場合と
ほとんどかわらなかった。切削の集中性、均一性はこの
発明と同様に得られていた。切削の持続、安定性、およ
び効率は、この発明の場合が優れていた。For comparison, cutting was attempted in the same manner using the conventional Coanda spiral nozzle shown in FIG. 1, but backflow to the suction port (3) occurred, and cutting was forced to be interrupted. However, when the cutting and the interruption were repeated and the entire cutting was performed, the time was almost the same as that of the conventional turbulent nozzle. Concentration and uniformity of cutting were obtained as in the present invention. Cutting persistence, stability, and efficiency were excellent with this invention.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上から明らかなように、この発明のコ
アンダスパイラルノズルから噴出した超高速噴流は、収
歛性および安定性に優れており、その結果、対象物がコ
ンクリートや金属等の硬質体であっても、切削集中性に
優れ、切削面における切削径が広がることなく、均一で
あり、かつ、切削表面の粗度が低く、高性能な切削が可
能となる。As is apparent from the above description, the ultra high-speed jet ejected from the Coanda spiral nozzle of the present invention is excellent in storability and stability, and as a result, the object is hard material such as concrete or metal. Even with this, it is possible to perform high-performance cutting with excellent cutting concentration, uniformity of the cutting diameter on the cutting surface without spreading, and low roughness of the cutting surface.
【図１】従来のコアンダスパイラルウォータージェット
ノズルの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional Coanda spiral water jet nozzle.
【図２】この発明のウォータージェットノズル断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view of a water jet nozzle according to the present invention.
【図３】この発明の別の態様としてのウォータージェッ
トノズルの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a water jet nozzle as another embodiment of the present invention.
【図４】実施例としての切削状況を示した断面図であ
る。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cutting situation as an example.
１ コアンダスパイラルノズル ２ 噴出口 ３ 吸引口 ４ コアンダスリット ５ 傾斜面 ６ 分配室 ７ ポンプ ８ 水流 ９ 後方部 １０ コアンダスパイラルフロー １１ 逆止弁 １２ コンクリート DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coanda spiral nozzle 2 Spout 3 Suction port 4 Coanda slit 5 Inclined surface 6 Distribution chamber 7 Pump 8 Water flow 9 Rear part 10 Coanda spiral flow 11 Check valve 12 Concrete
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B05B 1/00 - 1/36 B24C 5/04 B26F 3/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B05B 1/00-1/36 B24C 5/04 B26F 3/00
Claims (2)
圧水供給用の環状のコアンダスリットとともにこのコア
ンダスリットと噴出口とを結ぶ傾斜面とを有するコアン
ダスパイラルノズルにおいて、コアンダスリット後方部
を密閉してなることを特徴とするウォータージェットノ
ズル。1. A Coanda spiral nozzle having an annular Coanda slit for supplying high-pressure water for generating a Coanda spiral flow and an inclined surface connecting the Coanda slit and an ejection port, wherein a rear part of the Coanda slit is sealed. A water jet nozzle characterized by the following.
圧水供給用の環状のコアンダスリットとともにこのコア
ンダスリットと噴出口とを結ぶ傾斜面とを有するコアン
ダスパイラルノズルにおいて、コアンダスリット後方部
に切削粒子導入用の開閉自在な逆止弁を設けてなるウォ
ータージェットノズル。2. A Coanda spiral nozzle having an annular Coanda slit for supplying high-pressure water for generating a Coanda spiral flow and an inclined surface connecting the Coanda slit and a jet port. Water jet nozzle with a check valve that can be opened and closed.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP03014893A JP3164931B2 (en) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | Water jet nozzle |
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| JP03014893A JP3164931B2 (en) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | Water jet nozzle |
Publications (2)
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| JPH06238198A JPH06238198A (en) | 1994-08-30 |
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Cited By (1)
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