KR20220110268A

KR20220110268A - Methods and designs for productive low-noise abrasive jetting nozzles

Info

Publication number: KR20220110268A
Application number: KR1020227022777A
Authority: KR
Inventors: 크리스토퍼 설리반
Original assignee: 오세아니트 라보라토리즈, 아이엔씨.
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2020-03-28
Publication date: 2022-08-05
Also published as: EP4072778A4; CN114829068A; AU2020399540A1; CA3159321A1; EP4072778A1; JP2023505838A; WO2021118625A1

Abstract

저소음 연마재 분사 어셈블리 및 시스템을 설명한다. 새로운 어셈블리와 시스템은 표준 분사 호스, 가속기 호스, 커플링 및 노즐을 구비한다. 개선된 연마재 분사 시스템은 연마재 입자 속도를 유지하면서 출구 가스 속도를 감소시켜 결과적으로 소리 생성을 감소시킨다. 이것은 필요한 연마재 입자 속도를 제공하기에 충분한 길이와 감소한 내부 직경을 가진 가속 섹션을 통해 달성된다. 새로운 시스템은 기존의 연마재 분사 시스템의 생산성과 효율성을 유지하면서 소리의 소음 생성을 크게 감소시키고 시스템의 운반 부분의 더 낮은 무게로 인해 작업자 피로를 감소시킨다.A low-noise abrasive dispensing assembly and system is described. The new assemblies and systems have standard spray hoses, accelerator hoses, couplings and nozzles. The improved abrasive dispensing system reduces the outlet gas velocity while maintaining the abrasive particle velocity, resulting in reduced sound production. This is achieved through an acceleration section with a reduced inner diameter and a length sufficient to provide the required abrasive grain velocity. While maintaining the productivity and efficiency of conventional abrasive blasting systems, the new system significantly reduces acoustic noise generation and reduces operator fatigue due to the lower weight of the carrying part of the system.

Description

생산적인 저소음 연마재 분사 노즐을 위한 방법 및 설계 Methods and designs for productive low-noise abrasive jetting nozzles

본 발명은 미국 공군과의 계약 FA8222-14-M-0006에 따라 미국 정부("Government")에 의해 부분적으로 지원되었다. 또한, 본 발명은 해군 연구실과의 계약 N68335-17-C-0581에 따라 정부에 의해 부분적으로 지원되었다. 따라서, 미국 정부는 발명에 대한 특정 권리를 갖는다.This invention was supported in part by the United States Government ("Government") under contract FA8222-14-M-0006 with the United States Air Force. In addition, this invention was supported in part by the Government under contract N68335-17-C-0581 with the Naval Laboratory. Accordingly, the United States Government has certain rights in inventions.

본 발명은 연마재 분사를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 저소음 연마재 분사 어셈블리 및 시스템 및 이러한 시스템을 구성하는 방법을 설명한다.The present invention relates to an apparatus and method for dispensing abrasives. More particularly, the present invention describes a low noise abrasive dispensing assembly and system and methods of constructing such a system.

페인트 및 표면 코팅 제거에 사용되는 연마재 분사 작업은 미군의 선박, 항공기, 육상 차량뿐만 아니라, 산업용 차량 및 기계의 유지 보수에 필수적이다. 그러나, 이러한 작업은 유지 관리 직원에게 일상적으로 119dB 이상의 음압 레벨(sound pressure levels, SPL)에 노출되고, 그 결과, 분사 작업자들에게 심각한 건강, 생산성 및 규정 준수 문제가 발생한다. 많은 분사 작업자는 분사 소음에 장기간 노출된 직접적인 결과로 청력 손실을 경험한다. 귀마개 및 귀 싸개와 같은 개인 보호 장비(PPE)는 즉각적인 위험을 줄일 수 있지만 상황 인식의 손실을 가져오고, 여전히 소음 노출 제한에 대한 OSHA-레벨 요구 사항(OSHA-level requirements)에 충족하지 않다. OSHA 소음 표준(29 CFR 1910.95)은 작업자의 허용 소음 노출 제한(PEL)을 8시간 동안 90dBA의 시간-가중 평균으로 제한하며, 청력 보호는 작업자의 소음 노출을 줄이는 것으로 간주되지 않는다. 단지 소리를 그 소음원에서 감소시킴으로써 작업자가 위험하지 않은 소음을 경험할 것이다.Abrasives used to remove paint and surface coatings are essential for the maintenance of US military ships, aircraft, and land vehicles, as well as industrial vehicles and machinery. However, these operations routinely expose maintenance personnel to sound pressure levels (SPL) above 119 dB, resulting in serious health, productivity and compliance concerns for sprayers. Many sprayers experience hearing loss as a direct result of prolonged exposure to spray noise. Personal protective equipment (PPE), such as earplugs and earmuffs, can reduce immediate risks but result in a loss of situational awareness and still do not meet OSHA-level requirements for noise exposure limits. The OSHA noise standard (29 CFR 1910.95) limits a worker's permissible noise exposure limit (PEL) to a time-weighted average of 90 dBA over an 8-hour period, and hearing protection is not considered to reduce the worker's exposure to noise. By simply reducing the sound at that noise source, the operator will experience a non-hazardous noise.

도 1의 예시는 종래 기술의 초음속 연마재 시스템(10)으로서, 압축기(12), 압축기 호스(14), 및 연마재 매질(18)을 포함하는 연마재 탱크(16)를 포함한다. 연마재 계량 밸브(20)는 연마재 매질(18)의 방출 속도를 표준 분사 호스(22)로 제어한다. 방출 매질(18)은 분사 호스(22)를 통해 클로 커플링(24)으로 이동하고 초음속 수렴-발산 노즐(26)을 통해 초음속 및 상당한 소음으로 환경에 방출된다. The example of FIG. 1 is a prior art supersonic abrasive system 10 comprising a compressor 12 , a compressor hose 14 , and an abrasive tank 16 containing an abrasive medium 18 . The abrasive metering valve 20 controls the rate of discharge of the abrasive medium 18 with a standard spray hose 22 . Emission medium 18 travels through spray hose 22 into claw coupling 24 and is released into the environment at supersonic speed and significant noise through supersonic converging-diverging nozzle 26 .

종래의 기술의 수렴-발산 노즐(26)의 세부사항은 도 2에 단면도로 도시된다. 노즐(26)은 수렴 보어 섹션(32), 스로트(throat)(34) 및 발산 보어 섹션(36)을 갖는 보어(30)를 구비한 배럴(28)을 포함한다. 연마재 매질(18)과 혼합된 가스는, 수렴 섹션(32)을 통과할 때 압축되고 이후에 발산 섹션(36)을 통해 분산되어, 매질(18) 입자가 노즐(26)의 발산 섹션(36)의 내부 및 외부로 가속되도록 한다.A detail of a prior art converging-diverging nozzle 26 is shown in cross-section in FIG . 2 . The nozzle 26 includes a barrel 28 with a bore 30 having a converging bore section 32 , a throat 34 and a diverging bore section 36 . The gas mixed with the abrasive medium 18 is compressed as it passes through the converging section 32 and is then dispersed through the diverging section 36 so that the particles of the medium 18 are dispersed in the diverging section 36 of the nozzle 26 . to accelerate in and out of

종래의 연마재 분사 시스템 설정은 수렴-발산형 초음속 노즐 부착물(26)이 있는 단일 1 "내부 직경의 분사 호스(22)를 사용한다. 이러한 설정에서 연마재 분사 매질은 노즐(26)에서 출구의 내외부에서 짧은 거리에 걸쳐 대부분의 가속을 경험한다.A conventional abrasive jetting system setup uses a single 1″ inside diameter jetting hose 22 with a converging-diverging supersonic nozzle attachment 26. In this setup, the abrasive jetting medium flows from the nozzle 26 to the inside and outside of the outlet. Experience most of the acceleration over short distances.

Settles의 논문(Settles G.. A scientific view of the productivity of abrasive blasting nozzles, 1996)에서 입증된 바와 같이, 입자는 노즐 이전의 상당히 완만한 속도에서 입자가 노즐의 발산 부분 및 출구를 통해 흐를 때 더 높은 속도로 가속된다. 이는 특히 높은 연마재 매질의 경우 호스의 마모를 최소화한다. 이러한 동작은 Laval 노즐을 통해 예측 및 측정된 속도를 보여주는 도 3의 Settles 논문에서 재현된 그래프에 예시되어 있다. 도시된 것처럼, 입자 속도는 노즐 전체에서 가스 속도의 50% 미만으로 잘 유지된다.As demonstrated in Settles' paper ( Settles G.. A scientific view of the productivity of abrasive blasting nozzles, 1996 ), the particles at a fairly gradual velocity prior to the nozzle become more pronounced as the particles flow through the diverging portion and outlet of the nozzle. accelerated to high speed This minimizes hose wear, especially for high abrasive media. This behavior is exemplified in a graph reproduced from the Settles paper in Fig. 3 showing the predicted and measured velocities through a Laval nozzle. As shown, the particle velocity remains well below 50% of the gas velocity throughout the nozzle.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 현재 사용 가능한 연마재 분사 시스템은 작업 환경 소음에 대해 직업 안전 기관(occupational safety organizations)에 의해 설정한 레벨을 초과하는 과도한 소음을 생성하고, 결과적으로 청력 보호를 위한 개인 보호 장비의 사용뿐만 아니라 작업자가 그러한 소음에 대해 노출되는 시간의 제한이 필요하다. 이에 따라, 동등한 생산성 및 효율성을 여전히 입증하면서, 소음을 덜 발생시키고, 소음으로 인한 청력 손실 및/또는 이명을 감소시키고, 소음 작업 환경에서 상황 인식을 개선하는 연마재 분사 시스템의 필요성이 존재한다.Currently available abrasive dispensing systems, such as those shown in Figures 1 and 2, produce excessive noise in excess of levels set by occupational safety organizations for work environment noise, and consequently for hearing protection. Limiting the time workers are exposed to such noises as well as the use of personal protective equipment is necessary. Accordingly, there is a need for an abrasive dispensing system that produces less noise, reduces noise-induced hearing loss and/or tinnitus, and improves situational awareness in noisy working environments, while still demonstrating equivalent productivity and efficiency.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 현재 사용 가능한 연마재 분사 시스템은 크고 무거우며, 사용자에게 스트레스와 피로를 준다. 이와 같이, 사용의 용이성과 장기간의 사용을 위해 더 작고 더 가벼운 연마재 분사 시스템의 필요성이 존재한다.Currently available abrasive blasting systems, such as those shown in FIGS. 1 and 2, are large and heavy, and stress and fatigue the user. As such, there is a need for a smaller and lighter abrasive dispensing system for ease of use and long-term use.

이들 및 다른 목적은 본 발명의 저소음 연마재 분사 어셈블리 및 시스템에서 달성된다. 새로운 어셈블리 및 시스템은 현재의 기술보다 훨씬 적은 소음으로 효과적인 연마재 분사를 제공하면서 시스템의 운반되는 부분의 크기 및 무게로부터 인체 공학적 스트레스를 감소시킨다.These and other objects are achieved in the quiet abrasive dispensing assembly and system of the present invention. The new assembly and system reduce ergonomic stress from the size and weight of the transported parts of the system while providing effective abrasive dispensing with significantly less noise than current technology.

새로운 어셈블리 및 시스템은 호스, 노즐 또는 둘 모두에서 출구 이전에 입자가 가속되는 더 긴 길이를 제공하여, 입자 속도를 출구에서 가스 속도에 더 가깝게 하고, 더 낮은 가스 출구 속도를 사용함으로써, 시스템 소음을 감소시키면서, 입자 속도를 유지하거나 심지어 향상시켜 생산성을 향상시킨다. 분사 작업자에게 허용된 분사의 시간은 소음 노출과 관련이 있지만(예를 들어: 규정 준수 문제로 인해), 노즐에서 나오는 연마재의 속도와 관련된 노즐의 생산성은 연마재 분사와 동일한 관심사이다. 더 높은 속도는 분사 작업자가 평방 미터당 분사에 더 적은 시간을 소비할 수 있다는 것을 의미한다. 더 적은 시간은 작업자 생산성을 높이고 작동 비용을 낮출 수 있다는 것을 의미한다.New assemblies and systems provide a longer length for particles to accelerate before exit from the hose, nozzle, or both, bringing the particle velocity closer to the gas velocity at the exit, and by using lower gas exit velocities, system noise is reduced. while reducing, maintaining or even improving particle velocity to improve productivity. While the amount of time a sprayer is allowed to spray is related to noise exposure (for example: due to compliance concerns), the productivity of a nozzle in relation to the speed of the abrasive exiting the nozzle is of the same concern as abrasive jetting. Higher speeds mean that sprayers can spend less time spraying per square meter. Less time means higher operator productivity and lower operating costs.

일부 실시예에서 새로운 어셈블리 및 시스템은 표준 분사 호스, 신규 가속기 호스 부분, 전환 커플링을 포함하는 커플링, 및 노즐을 포함한다. 이러한 개선된 연마재 분사 시스템은 원하는 연마재 입자 속도를 유지하면서 출구 가스 속도를 감소시켜 결과적으로 소리 생성을 감소시킨다. 이는 필요한 연마재 입자 속도를 제공하기에 충분한 길이를 갖는 종래 기술의 분사 시스템에는 없는 직선 가속 섹션의 통합을 통해 달성된다. 새로운 시스템은 종래의 연마재 분사 시스템의 생산성 및 효율성을 유지하지만 시스템의 운반 부분의 낮은 무게로 인하여 소리 소음 생성이 크게 감소하고 작업자의 피로가 감소한다.In some embodiments the new assemblies and systems include a standard spray hose, a new accelerator hose portion, a coupling comprising a diverting coupling, and a nozzle. This improved abrasive dispensing system reduces the outlet gas velocity while maintaining the desired abrasive particle velocity, resulting in reduced sound production. This is achieved through the incorporation of a linearly accelerated section not found in prior art jetting systems of sufficient length to provide the required abrasive grain velocity. The new system maintains the productivity and efficiency of conventional abrasive blasting systems, but the low weight of the carrying part of the system greatly reduces acoustic noise generation and reduces operator fatigue.

본 발명의 일 관점은 종래 기술의 초음속 연마재 분사 장치와 비교할 때 동등하거나 우수한 효율 및 분사 결과를 입증하면서 종래의 초음속 연마재 분사 시스템보다 훨씬 적은 소음을 발생시키는 연마재 분사 장치이다.One aspect of the present invention is an abrasive blasting apparatus that produces significantly less noise than conventional supersonic abrasive blasting systems while demonstrating equal or superior efficiency and blasting results when compared to prior art supersonic abrasive blasting systems.

본 발명의 다른 관점은 종래의 초음속 연마재 분사 시스템보다 더 작고 가벼우면서 동등하거나 우수한 효율 및 결과를 입증하는 운반 부분(carried portion)을 갖는 연마재 분사 장치이다.Another aspect of the present invention is an abrasive blasting apparatus that is smaller and lighter than conventional supersonic abrasive blasting systems and has a carried portion demonstrating equal or superior efficiencies and results.

본 발명의 또 다른 관점은 입자가 분사 노즐에 들어가기 전에 매질 입자를 원하는 속도로 가속하기 위해 추가 길이를 차지하는 종래의 표준 분사 호스보다 작은 내부 직경을 갖는 가속기 호스의 길이를 사용하는 연마재 분사 시스템이다.Another aspect of the present invention is an abrasive dispensing system that utilizes a length of accelerator hose having an inner diameter smaller than a conventional standard dispensing hose taking up an additional length to accelerate the medium particles to a desired speed before the particles enter the jetting nozzle.

본 발명의 또 다른 관점은 표준 분사 호스에서 가속기 호스까지의 매질 경로의 내부 직경을 낮추기 위해 전환 커플링(transition coupling)을 사용하는 것이다.Another aspect of the present invention is the use of a transition coupling to lower the inner diameter of the media path from a standard spray hose to an accelerator hose.

본 발명의 또 다른 관점은 입자가 분사 노즐을 빠져나가기 이전에 매질 입자를 원하는 속도로 가속하기 위해 발산 섹션을 따르는 직선 섹션을 갖는 노즐을 사용하는 연마재 분사 시스템이다.Another aspect of the present invention is an abrasive jetting system using a nozzle having a straight section along a diverging section to accelerate a medium particle to a desired velocity before the particle exits the jetting nozzle.

본 발명의 다른 관점은 에너지가 입자로 전달됨에 따라 발산 섹션을 따르는 직선 섹션을 빠져나가는 공기 속도가 감소하여 노즐로부터의 더 낮은 소리 생성의 결과를 얻는 것이다.Another aspect of the present invention is that the air velocity exiting the straight section along the diverging section is reduced as energy is transferred to the particles, resulting in lower sound production from the nozzle.

일부 실시예에서 새로운 어셈블리 및 시스템은 호스 및 노즐 어셈블리를 포함하며, 호스 및 노즐 어셈블리는 제 1 내부 직경을 갖는 제 1 부분, 제 1 내부 직경보다 작은 내부 직경을 갖는 수축 부분, 제 1 부분을 수축 부분까지 연결하고 수렴하는 내부 직경을 갖는 수렴하는 부분, 및 수축 부분으로부터 하류의 직선 부분으로서 제 1 부분의 것보다 작은 일정한 내부 직경을 갖는 직선 부분을 갖는다. 직선 부분은 미리 결정된 가스/입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 분사 노즐 어셈블리를 빠져나가는 가스의 속도가 직선 부분이 없는 분사 노즐 어셈블리에 비해 적어도 30% 감소하는 길이를 갖는다. 시스템의 생산성을 손상시키지 않거나 노즐을 다루기 어렵거나 제어하기 어렵게 만들지 않는 어떠한 소음의 감소는 바람직하다. 출구 가스 속도를 7%만 감소시키면 3dB의 소음 감소가 발생하며, 이는 현저한 개선이다. 다양한 실시예에서, 직선 부분의 길이는 미리 결정된 가스/입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 출구 가스 속도를 7% 내지 43%, 일부 실시예에서는 30% 내지 40%, 일부 실시예에서는 35% 감소시키는 데 효과적이다. 작동 시에, 유체는 제 1 부분, 수렴하는 부분, 수축 부분 및 직선 부분을 통해 순서대로 흐른다.In some embodiments the new assemblies and systems include a hose and nozzle assembly, wherein the hose and nozzle assembly has a first portion having a first inner diameter, a retractable portion having an inner diameter less than the first inner diameter, and a retracting first portion. It has a converging portion connecting to the portion and having a converging inner diameter, and a straight portion having a constant inner diameter smaller than that of the first portion as a straight portion downstream from the constricted portion. The straight portion has a length such that, when actuated with a predetermined gas/particle mixture and pressure, the velocity of gas exiting the spray nozzle assembly is reduced by at least 30% as compared to an injection nozzle assembly without the straight portion. Any noise reduction that does not impair the productivity of the system or make the nozzle unwieldy or difficult to control is desirable. Reducing the outlet gas velocity by only 7% results in a 3dB noise reduction, a significant improvement. In various embodiments, the length of the straight portion is such that, when operated with a predetermined gas/particle mixture and pressure, the outlet gas velocity is reduced by 7% to 43%, in some embodiments from 30% to 40%, and in some embodiments by 35%. effective for In operation, the fluid flows sequentially through the first portion, the converging portion, the constricted portion and the straight portion.

일부 실시예에서, 수축 부분, 수렴하는 부분, 및 직선 부분은 노즐의 모든 부분이며, 노즐은 또한 수축 부분을 직선 부분과 연결하는 발산 부분을 가질 수 있다. 수렴하는 부분, 수축 부분, 발산 부분 및 직선 부분은 함께 노즐을 구성할 수 있고, 수축 부분은 노즐의 스로트(throat)일 수 있다. 직선 부분은 길이가 직선 부분의 내부 직경의 적어도 2/10일 수 있고, 길이가 직선 부분의 내부 직경의 10배 미만일 수 있다. 일부 실시예에서 직선 부분은 일정한 내부 직경을 갖지만, 다른 실시예에서는 약간 발산하는 프로파일 또는 약간 수렴하는 프로파일을 갖는다(직선 부분의 길이에 걸쳐 내부 직경의 5% 이하 변화). 약간 발산하거나 수렴하는 프로파일은 직선 부분 내에서 원하는 흐름을 달성하기 위해 직선 부분의 적절한 길이를 계산하는데 고려될 수 있다(즉, 직선 부분의 출구에서 또는 근처에서 1의 마하 수(Mach number)). 일부 실시예에서, 직선 부분은 예를 들어, 1/8"만큼 변하는 교호하는 직경을 갖는 적어도 하나의 섹션을 갖고, 그 섹션의 내부에 표면 마찰을 증가시키고 요구된 길이에 영향을 미치는 릿지(ridges)를 생성(직선 부분의 길이를 결정할 때 마찰 계산에 포함될 수 있음)하지만, 입자 속도의 일부 가능한 감소가 있다. 가변 내부 직경을 갖는 직선 부분의 경우, 본 명세서에서 직선 부분의 직경에 대한 참조는 직선 부분의 평균 내부 직경 또는 출구에서 직선 부분의 내부 직경에 대해 참조로 취해질 수 있다. 노즐은 #6 노즐일 수 있다. 다른 실시예에서는 #4, #5, #7, #8, #9, 및 #10 노즐을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는 임의의 직경 노즐일 수 있다.In some embodiments, the constricted portion, the converging portion, and the straight portion are all portions of the nozzle, and the nozzle may also have a diverging portion connecting the constricted portion with the straight portion. The converging portion, the constricting portion, the diverging portion and the straight portion may together constitute a nozzle, and the constricting portion may be the throat of the nozzle. The straight portion may have a length of at least two tenths of the inner diameter of the straight portion, and the length may be less than ten times the inner diameter of the straight portion. In some embodiments, the straight portion has a constant inner diameter, while in other embodiments it has a slightly diverging or slightly converging profile (no more than 5% change in inner diameter over the length of the straight portion). A slightly diverging or converging profile can be taken into account in calculating the appropriate length of the straight part to achieve the desired flow within the straight part (ie, a Mach number of 1 at or near the exit of the straight part). In some embodiments, the straight portion has at least one section having alternating diameters that vary, for example, by 1/8", and ridges that increase surface friction on the interior of the sections and affect the required length. ) (which can be included in friction calculations when determining the length of the straight part), but there is some possible reduction in particle velocity. Reference can be taken for the average inner diameter of the straight section or the inner diameter of the straight section at the outlet.The nozzle can be #6 nozzle.In other embodiments #4, #5, #7, #8, #9, and #10 nozzles.

일부 실시예에서, 직선 부분의 내부 직경은 연마재 작용의 미리 결정된 "핫 스팟(hot spot)" 직경을 생성하도록 선택된다.In some embodiments, the inner diameter of the straight portion is selected to create a predetermined “hot spot” diameter of abrasive action.

다른 실시예에서, 직선 부분의 내부 직경은 수렴 섹션의 출구와 일치하도록 선택된다.In another embodiment, the inner diameter of the straight portion is selected to coincide with the exit of the converging section.

일부 실시예에서 저소음 연마재 분사 노즐 어셈블리는 매질 탱크, 연마재 매질 및 연마재 매질을 운반하는 압축 가스를 포함하고, 호스 및 노즐 어셈블리는 하나 이상의 호스 섹션을 포함한다.In some embodiments the quiet abrasive spray nozzle assembly includes a media tank, an abrasive media and a pressurized gas carrying the abrasive media, wherein the hose and nozzle assemblies include one or more hose sections.

본 발명은 낮은 출구 속도를 갖는 기류에서 큰 가속 거리를 통해 충분한 연마재 입자 속도를 달성하고, 이에 의해, 초음속 분사 노즐로 경험하는 발생한 노즐 소음을 감소시킨다. 분사 생산성에 대해 조절은 연마재의 질량 흐름 속도를 조절함으로써 이루어 질 수 있다.The present invention achieves sufficient abrasive particle velocities through large acceleration distances in airflows with low exit velocities, thereby reducing the generated nozzle noise experienced with supersonic jetting nozzles. Control over blast productivity can be made by adjusting the mass flow rate of the abrasive.

본 발명의 적어도 하나의 실시예는 수렴하는 내부 직경을 갖는 수렴하는 부분; 수렴하는 부분에 연결된 스로트; 스로트에 연결된 발산하는 부분; 및 발산하는 부분에 연결되어 바로 이어지는 직선 부분을 포함하는 생산적인 저소음 연마재 노즐이다. 직선 부분은, 두 개의 분사 노즐이 동일한 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동된다고 가정하여, 분사 노즐을 빠져나가는 가스의 속도가 직선 부분이 제거된 동일한 분사 노즐에 비해 적어도 30% 감소하는 길이를 갖는다. 부가적으로, 생산적인 저소음 연마재 노즐의 작동에서, 유체는 수렴하는 부분, 스로트, 발산하는 부분, 및 직선 부분을 통해 순서대로 흐른다. 바람직한 실시예에서, 유체는 수렴하는 부분으로부터, 임의의 추가적인 개재 부분 없이, 스로트로, 발산하는 부분으로, 직선 부분으로, 노즐의 외부(대기/환경)로 직접 흐른다.At least one embodiment of the present invention includes a converging portion having a converging inner diameter; throat connected to the converging part; a diverging part connected to the throat; and a straight portion connected directly to the diverging portion. The straight portion is such that, assuming that the two spray nozzles are operated with the same predetermined gas and particle mixture and pressure, the velocity of the gas exiting the spray nozzle is reduced by at least 30% relative to the same spray nozzle with the straight portion removed. have Additionally, in productive quiet abrasive nozzle operation, fluid flows sequentially through the converging portion, the throat, the diverging portion, and the straight portion. In a preferred embodiment, the fluid flows directly from the converging portion, to the throat, to the diverging portion, to the straight portion, out of the nozzle (atmosphere/environment), without any additional intervening portions.

일부 실시예에서, 직선 부분의 내부 직경은 수렴하는 부분의 최대 내부 직경보다 작다. 일부 실시예에서, 직선 부분은 일정한 내부 직경을 갖고, 다른 실시예에서 직선 부분의 내부 직경은 그 길이에 걸쳐 최대 5%까지 변할 수 있다.In some embodiments, the inner diameter of the straight portion is less than the maximum inner diameter of the converging portion. In some embodiments, the straight portion has a constant inner diameter, and in other embodiments the inner diameter of the straight portion may vary by up to 5% over its length.

특정 실시예에서 직선 부분의 길이는 직선 부분의 내부 직경의 적어도 2/10이다. 다른 실시예에서, 직선 부분의 길이는 직선 부분의 내부 직경의 10배 미만이다. 추가적인 실시예에서, 직선 부분의 길이는 1" 내지 10"이다. 또 다른 실시예에서, 직선 부분의 길이는 2.5"이다.In certain embodiments the length of the straight portion is at least 2/10 of the inner diameter of the straight portion. In another embodiment, the length of the straight portion is less than ten times the inner diameter of the straight portion. In a further embodiment, the length of the straight portion is between 1" and 10". In another embodiment, the length of the straight portion is 2.5".

일부 실시예에서, 노즐은, 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대해서, 가스의 초음속 흐름이 노즐의 내부로 격리되고 초음속 가스 흐름이 직선 섹션에서 연마재 입자를 가속하도록 구성된다.In some embodiments, the nozzle is configured such that, for a predetermined gas and particle mixture and pressure, a supersonic flow of gas is isolated into the interior of the nozzle and the supersonic gas flow accelerates the abrasive particles in a straight section.

일부 실시예에서, 노즐은 또한 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가 발산 부분의 출구에서보다 직선 부분의 출구에서 더 낮도록 더 구성되고, 이에 의해 작동의 소음을 감소시킨다.In some embodiments, the nozzle is also further configured such that the gas Mach number for the predetermined gas and particle mixture and pressure is lower at the outlet of the straight section than at the outlet of the diverging section, thereby reducing the noise of operation.

일부 실시예에서, 노즐은 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가 발산 부분의 출구에서 1보다 더 큰 것에서 직선 부분의 출구에서의 1까지 감소되도록 더 구성된다.In some embodiments, the nozzle is further configured such that the gas Mach number for the predetermined gas and particle mixture and pressure is reduced from greater than one at the outlet of the diverging portion to one at the outlet of the straight portion.

본 발명의 적어도 하나의 실시예에서 직선 부분은 발산하는 부분에/으로부터 부착 및 분리되도록 구성된다. 일부 실시예는 발산하는 부분에/으로부터 부착 및 분리되도록 구성된 하나 이상의 추가 직선 부분을 더 포함한다. 직선 부분 및 하나 이상의 추가 직선 부분은 각각 상이한 길이 및/또는 내부 직경을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 추가 직선 부분의 각각은, 상이한 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때, 분사 노즐을 빠져나가는 가스의 속도가 직선 부분이 제거된 분사 노즐에 비해 적어도 30% 감소하는 길이를 갖는다. 일부 실시예에서, 직선 부분 중 하나 이상은 서로 부착되도록 구성될 수 있어, 직선 부분의 총 길이는 그러한 추가 직선 부분을 부착하거나 제거함으로써 신속하게 수정될 수 있다.In at least one embodiment of the invention the straight portion is configured to attach to and detach from the diverging portion. Some embodiments further include one or more additional straight portions configured to attach to and detach from the diverging portion. The straight portion and the one or more additional straight portions may each have a different length and/or inner diameter. In some embodiments, each of the one or more additional straight portions, when operated with a different predetermined gas and particle mixture and pressure, reduces the velocity of gas exiting the spray nozzle by at least 30% relative to the spray nozzle in which the straight portion is removed has a length In some embodiments, one or more of the straight portions may be configured to be attached to each other, such that the total length of the straight portions can be quickly modified by attaching or removing such additional straight portions.

일부 실시예에서, 직선 부분은 형상이 원통형이다.In some embodiments, the straight portion is cylindrical in shape.

일부 실시예에서, 노즐은 #4 노즐, #5 노즐, #6 노즐, #7 노즐, 또는 #8 노즐이다. 일부 실시예에서, 노즐은 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드, 붕소 카바이드, 아크릴, 세라믹, 스테인리스 스틸, 경화 강철, 알루미늄, 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 만들어진다. 또 다른 실시예에서, 노즐은 적어도 하나의 보호 그립을 더 포함한다.In some embodiments, the nozzles are #4 nozzles, #5 nozzles, #6 nozzles, #7 nozzles, or #8 nozzles. In some embodiments, the nozzle is made of a material selected from the group consisting of tungsten carbide, silicon carbide, boron carbide, acrylic, ceramic, stainless steel, hardened steel, aluminum, or combinations thereof. In another embodiment, the nozzle further comprises at least one protective grip.

본 발명의 일부 실시예는 발산하는 부분에서 직선 부분까지의 출구에서 1보다 큰 마하 수를 갖는 발산하는 부분을 통해 흐르는 유체를 더 포함한다.Some embodiments of the present invention further include a fluid flowing through the diverging portion having a Mach number greater than one at the outlet from the diverging portion to the straight portion.

본 발명의 일부 실시예는 직선 부분으로부터의 출구에서 1의 마하 수를 갖는 직선 부분을 통해 흐르는 유체를 더 포함한다.Some embodiments of the present invention further include a fluid flowing through the straight section having a Mach number of 1 at the outlet from the straight section.

본 발명의 일부 실시예는 노즐의 내부의 초음속 유체 흐름에서 복수의 연마재 입자를 포함하고, 초음속 유체 흐름은 직선 부분에서 충격파를 경험한다.Some embodiments of the present invention include a plurality of abrasive particles in a supersonic fluid flow inside the nozzle, wherein the supersonic fluid flow experiences a shock wave in a straight portion.

일부 실시예에서, 직선 부분은 분사 노즐이 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 90 dBA 이하의 소음 레벨을 갖도록 길이를 갖는다. 추가의 실시예에서, 직선 부분은 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 직선 부분이 없는 분사 노즐에 비해 3 dBA 이상의 소음 레벨의 감소를 하도록 길이를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 직선 부분은 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 직선 부분이 없는 분사 노즐에 비해 6dBA 이상의 소음 레벨의 감소를 갖도록 길이를 갖는다.In some embodiments, the straight portion has a length such that the injection nozzle has a noise level of 90 dBA or less when operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure. In a further embodiment, the straight portion has a length to provide a reduction in noise level of at least 3 dBA compared to an injection nozzle without the straight portion when operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure. In another embodiment, the straight portion is lengthened to have a reduction in noise level of at least 6 dBA compared to an injection nozzle without the straight portion when operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure.

일부 실시예에서, 직선 부분의 길이(L)는 다음 식에 의해 주어진 것처럼 적어도 L^*이고,In some embodiments, the length (L) of the straight portion is at least L ^* as given by the equation:

여기서, D는 직선 섹션의 직경이고, M은 직선 부분에 대한 입구에서 유체의 마하 수이고,

는 직선 부분의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

는 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물에 대한 유체 흐름의 비열비(specific heat ratio)이다.where D is the diameter of the straight section, M is the Mach number of the fluid at the inlet to the straight section,

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

is the specific heat ratio of the fluid flow to the predetermined gas and abrasive particle mixture.

일부 실시예에서, 직선 부분의 길이(L)는 출구 압력에 대한 배압의 비율(ratio of back pressure to exit pressure)에 대해 조정된 적어도 L^*이고, 여기서, L^*은 다음 식으로 주어지며,In some embodiments, the length L of the straight portion is at least L ^* adjusted for the ratio of back pressure to exit pressure, where L ^* is given by

는 직선 부분의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

는 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물에 대한 유체 흐름의 비열비이다. 다시 말해서, L^*은 위의 식에 따라 계산될 수 있으며, 길이(L)는 1 이외의 출구 압력에 대한 배압의 비율을 설명하기 위해 L^*에서 조정될 수 있다.where D is the diameter of the straight section, M is the Mach number of the fluid at the inlet to the straight section,

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

is the specific heat ratio of the fluid flow to the predetermined gas and abrasive particle mixture. In other words, L ^* can be calculated according to the above equation, and length L can be adjusted at L ^* to account for the ratio of back pressure to outlet pressure other than 1.

다양한 실시예에서 본 발명은, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐, 예를 들어, 본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐을 제조하기 위한 방법을 또한 포함하는데, 본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐은, 수렴하는 내부 직경을 갖는 수렴하는 부분; 수렴하는 부분에 연결된 스로트; 상기 스로트에 연결된 발산하는 부분; 및 발산하는 부분에 연결된 직선 부분을 포함하고, 직선 부분은, 두 개의 분사 노즐이 동일한 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동된다고 가정하여, 분사 노즐을 빠져나가는 가스의 속도가 직선 부분이 제거된 동일한 분사 노즐에 비해 적어도 30% 감소하도록 하는 길이를 갖고, 여기서, 노즐의 작동에서, 유체는 수렴하는 부분, 스로트, 발산하는 부분, 및 직선 부분을 통해 순서대로 흐른다. 이러한 방법은, 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물 및 압력에 대하여, 직선 부분으로부터의 출구 이전의 하나의(one) 직선 섹션 내부 직경에서 또는 그 직경 이내에서 가스에 대해 1의 마하 수를 생성하는 데 요구되는 직선 부분의 최소 길이를 결정하는 단계; 및 최소 길이보다 같거나 긴 길이를 갖는 직선 부분을 갖는 노즐을 제조하는 단계를 포함한다.In various embodiments, the present invention also includes a method for making a productive quiet abrasive spray nozzle, for example, a productive quiet abrasive spray nozzle as described herein, wherein the productive quiet abrasive spray nozzle described herein The nozzle comprises: a converging portion having a converging inner diameter; throat connected to the converging part; a diverging portion connected to the throat; and a straight portion connected to the diverging portion, wherein the straight portion is such that the velocity of the gas exiting the injection nozzles is such that the velocity of the gas exiting the injection nozzles is such that the straight portion is removed, assuming that the two injection nozzles are operated with the same predetermined gas and particle mixture and pressure. and has a length such that it is reduced by at least 30% compared to the same spray nozzle, wherein in operation of the nozzle, the fluid flows sequentially through the converging portion, the throat, the diverging portion, and the straight portion. This method requires, for a predetermined gas and abrasive particle mixture and pressure, to produce a Mach number of one for the gas at or within the inner diameter of one straight section prior to the exit from the straight section. determining the minimum length of the straight line portion; and manufacturing a nozzle having a straight portion having a length equal to or greater than the minimum length.

일부 실시예에서, 방법은, 가스의 마하 수가 발산하는 부분의 단부인 제 1 지점에서의 피크로부터 제 1 지점과 제 2 지점 사이에서 음속 이하로 가지 않고 직선 부분의 출구 이전의 직선 부분의 내부 직경과 동일한 길이에서, 또는 그 길이 이내에서 제 2 지점에서의 1의 마하 수로 감소하도록 직선 부분의 최적 길이를 결정하는 단계; 및 최적 길이를 갖는 직선 부분을 갖는 노즐을 제조하는 단계를 더 포함한다.In some embodiments, the method includes: the inner diameter of the straight portion before the exit of the straight portion without going below the speed of sound between the first and second points from a peak at the first point, which is the end of the portion where the Mach number of the gas diverges. determining the optimal length of the straight line portion to decrease to a Mach number of 1 at the second point at or within the length equal to ; and manufacturing a nozzle having a straight portion having an optimal length.

일부 실시예에서, 최적 길이를 결정하는 단계는, 직선 섹션의 벽으로부터의 마찰의 효과를 분석하는 단계; 및/또는 직선 부분에서 기류 속도를 감소시키는 복수의 연마재 입자의 효과를 분석하는 단계를 포함한다.In some embodiments, determining the optimal length comprises: analyzing the effect of friction from the wall of the straight section; and/or analyzing the effect of the plurality of abrasive particles on reducing the airflow velocity in the straight portion.

일부 실시예에서, 방법은 소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 생성하는 길이를 결정하기 위해 특정 작동 조건에 대해 직선 부분의 길이를 조정하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 노즐을 제조하는 단계를 더 포함한다.In some embodiments, the method further comprises adjusting the length of the straight portion for specific operating conditions to determine the length that produces the desired combination of sound reduction and productivity, and manufacturing the nozzle to have that length. .

일부 실시예에서, 방법은 소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 갖는 길이를 찾기 위해 직선 부분 길이의 범위에 걸쳐 본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐의 반복적인 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 노즐을 제조하는 단계를 더 포함한다.In some embodiments, the method includes performing iterative computer simulations of the productive low noise abrasive spray nozzles described herein over a range of straight segment lengths to find a length having a desired combination of sound reduction and productivity, and Further comprising the step of manufacturing the nozzle to have a length.

다양한 실시예에서 본 발명은 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물을 추가로 포함하고, 노즐 부착물은 연마재 분사 노즐의 출구에 연결하도록 구성된 직선 관을 포함한다. 직선 관은 직선 관이 부착된 연마재 분사 노즐을 빠져나가는 가스의 속도가 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 직선 관이 연결되지 않은 연마재 분사 노즐에 비해 적어도 30% 감소하는 길이를 갖는다. 바람직한 실시예에서, 직선 관은 총 길이를 따라 일정한 내부 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 직선 관의 내부 직경은 그 길이에 걸쳐 최대 5%까지 변할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 직선 관의 내부 직경(특히, 입구에서)은 직선 관이 사용되도록 의도된 연마재 분사 노즐 또는 연마재 분사 노즐 세트의 출구에서의 내부 직경과 일치하도록 설정된다. 바람직한 실시예에서, 직선 관의 발산하거나 수렴하는 부분 또는 그의 부착물이 없으며, 노즐 부착물이 연마재 분사 노즐에 장착될 때, 유체 흐름은 노즐의 발산하는 부분으로부터 직선 관 노즐 부착물로 직접 통과하고, 직선 관으로부터 대기/환경(예를 들어, 연마재 분사를 위한 대상 표면 쪽으로)에 직접 통과한다. 유사하게, 예를 들어 위에서 설명된 바와 같이, 직선 부분이 연마재 분사 노즐의 단부에 내장된 실시예의 경우, 유체는, 어떤 중간 부분 없이, 발산하는 부분에서 직선 부분으로 직접 흐를 수 있고, 직선 부분에서 대기/환경으로 흐를 수 있다. In various embodiments, the present invention further comprises a nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing, the nozzle attachment comprising a straight tube configured to connect to an outlet of the abrasive jetting nozzle. The straight tube has a length such that the velocity of the gas exiting the straight tube attached abrasive spray nozzle is reduced by at least 30% compared to an abrasive spray nozzle without the straight tube attached when operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure. In a preferred embodiment, the straight tube has a constant inner diameter along its total length. In some embodiments, the inner diameter of a straight tube may vary by up to 5% over its length. In a preferred embodiment, the inner diameter of the straight tube (particularly at the inlet) is set to match the inner diameter at the outlet of the abrasive spray nozzle or set of abrasive spray nozzles for which the straight tube is intended to be used. In a preferred embodiment, there is no diverging or converging portion of the straight tube or attachments thereof, and when the nozzle attachment is mounted to the abrasive jet nozzle, the fluid flow passes directly from the diverging portion of the nozzle to the straight tube nozzle attachment, and the straight tube directly into the atmosphere/environment (eg towards the target surface for abrasive jetting). Similarly, for embodiments where a straight portion is embedded at the end of the abrasive spray nozzle, for example as described above, the fluid may flow directly from the diverging portion to the straight portion, without any intermediate portion, and from the straight portion to the straight portion. May flow into the atmosphere/environment.

노즐 부착물의 적어도 하나의 양상으로, 연마재 분사 노즐은 #4 노즐, #5 노즐, #6 노즐, #7 노즐, 또는 #8 노즐이다. 노즐의 수치적 크기 조정(#6, #8 등)은 오리피스 크기(출구의 내부 직경)에 기초하여 잘 알려진 크기 조정 수단이다.In at least one aspect of the nozzle attachment, the abrasive spray nozzle is a #4 nozzle, a #5 nozzle, a #6 nozzle, a #7 nozzle, or a #8 nozzle. Numerical sizing of nozzles (#6, #8, etc.) is a well-known sizing means based on orifice size (internal diameter of outlet).

일부 실시예에서, 노즐 부착물은 직선 관을 연마재 분사 노즐에 연결하기 위한 고정 디바이스를 더 포함한다.In some embodiments, the nozzle attachment further comprises a securing device for connecting the straight tube to the abrasive spray nozzle.

일부 실시예에서, 노즐 부착물은 직선 관과 연마재 분사 노즐의 연결을 돕기 위해 직선 관에 내장된 고정 디바이스를 더 포함한다.In some embodiments, the nozzle attachment further comprises a securing device embedded in the straight tube to aid in connection of the straight tube with the abrasive spray nozzle.

노즐 부착물의 다른 양상으로, 직선 관의 내부 직경은 연마재 분사 노즐의 수렴하는 부분의 최대 내부 직경보다 작다.In another aspect of the nozzle attachment, the inner diameter of the straight tube is less than the maximum inner diameter of the converging portion of the abrasive spray nozzle.

노즐 부착물의 다른 양상으로, 직선 관은, 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대해서, 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 가스의 초음속 흐름이 직선 관의 출구를 넘어 계속되지 않고, 초음속 가스 흐름이 직선 관에서 연마재 입자를 가속하도록 구성된다.In another aspect of the nozzle attachment, the straight tube is configured such that, for a predetermined gas and particle mixture and pressure, when the straight tube is connected to the abrasive jet nozzle, the supersonic flow of gas does not continue beyond the outlet of the straight tube, the supersonic gas flow This straight tube is configured to accelerate the abrasive particles.

노즐 부착물의 또 다른 양상으로, 직선 관은, 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가 연마재 분사 노즐의 발산하는 부분의 출구에서보다 직선 관의 출구에서 낮게 되도록 구성되며, 이에 의해, 작동의 노이즈를 감소시킨다.In another aspect of the nozzle attachment, the straight tube, when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, has a gas Mach number for a predetermined gas and particle mixture and pressure than at the exit of the diverging portion of the abrasive spray nozzle. is configured to be low in , thereby reducing the noise of operation.

노즐 부착물의 다른 양상으로, 직선 관은, 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가 연마재 분사 노즐의 발산하는 부분의 출구에서 1보다 큰 것으로부터 직선 부분의 출구에서 1까지 감소하도록 구성된다.In another aspect of the nozzle attachment, the straight tube is straight from a gas Mach number for a predetermined gas and particle mixture and pressure greater than one at the exit of the diverging portion of the abrasive spray nozzle when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle. It is configured to decrease by 1 at the exit of the part.

노즐 부착물의 추가 양상으로, 직선 관의 길이는 직선 관의 직경의 적어도 2/10이다. 일부 실시예에서 직선 관의 길이는 직선 관의 직경의 10배 미만이다. 다른 실시예에서, 직선 관의 길이는 1" 내지 10"이다. 또 다른 실시예에서, 직선 관의 길이는 2.5"이다.In a further aspect of the nozzle attachment, the length of the straight tube is at least 2/10 the diameter of the straight tube. In some embodiments the length of the straight tube is less than 10 times the diameter of the straight tube. In another embodiment, the straight tube is between 1" and 10" in length. In another embodiment, the length of the straight tube is 2.5".

노즐 부착의 다른 양상으로, 직선 관은 형상이 원통형이다. 일부 실시예에서, 직선 관은 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드, 붕소 카바이드, 아크릴, 세라믹, 스테인리스 스틸, 경화 강철, 알루미늄, 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 만들어진다.In another aspect of the nozzle attachment, the straight tube is cylindrical in shape. In some embodiments, the straight tube is made of a material selected from the group consisting of tungsten carbide, silicon carbide, boron carbide, acrylic, ceramic, stainless steel, hardened steel, aluminum, or combinations thereof.

노즐 부착물의 다른 양상으로, 직선 관은, 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 분사 노즐이 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 90dBA 이하의 소음도를 갖도록 길이를 갖는다. 실시예의 또 다른 측면에서, 직선 관은, 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 분사 노즐이 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 직선 관이 없는 분사 노즐에 비해 3dBA 이상의 소음 레벨이 감소하도록 길이를 갖는다. 노즐 부착물의 또 다른 양상으로, 직선 관은, 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 분사 노즐이 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 직선 관이 없는 분사 노즐에 비해 6dBA 이상의 소음 레벨이 감소되도록 길이를 갖는다.In another aspect of the nozzle attachment, the straight tube has a length such that when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the spray nozzle has a noise level of 90 dBA or less when operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure. In another aspect of an embodiment, the straight tube, when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, reduces the noise level by at least 3 dBA compared to the straight tubeless spray nozzle when the spray nozzle is operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure have a length to In another aspect of the nozzle attachment, the straight tube, when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, produces a noise level of at least 6 dBA compared to a straight tubeless spray nozzle when the spray nozzle is operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure. length to be reduced.

노즐 부착물의 추가 관점은 다음 식에 의해 주어진 것처럼 L이 적어도 L^*인 직선 관의 길이, L을 갖고, A further aspect of the nozzle attachment is having a length of straight tube, L, where L is at least L ^* , as given by the equation

여기서, D는 직선 관의 직경이고, M은 직선 부분에 대한 입구에서 유체의 마하 수이고,

는 직선 부분의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

는 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결된 상태에서 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물에 대한 유체 흐름의 비열비이다.where D is the diameter of the straight tube, M is the Mach number of the fluid at the inlet to the straight part,

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

is the specific heat ratio of the fluid flow to a predetermined gas and abrasive particle mixture with a straight tube connected to the abrasive jet nozzle.

노즐 부착물의 일부 관점은 직선 관의 길이, L을 가지며, 여기서, L은 출구 압력에 대한 배압의 비율에 대해 조정된 적어도 L^*이며, 여기서 L^*은 다음 식으로 주어지며, Some aspects of nozzle attachments have a length of straight tube, L, where L is at least L ^* adjusted for the ratio of back pressure to outlet pressure, where L ^* is given by

는 직선 부분의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

본 발명은, 다양한 실시예에서, 노즐의 생산성을 감소시키지 않으면서 연결된 연마재 분사 노즐의 소음을 감소시키기 위해 본 명세서에 상술한 노즐 부착물을 제조하는 방법을 더 포함한다. 이 방법은, 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물 및 압력에 대하여, 직선 부분으로부터의 출구 이전의 하나의(one) 직선 관 내부 직경에서 또는 그 직경 이내에서 가스에 대해 1의 마하 수를 생성하는 데 요구되는 본 명세서에 상술한 노즐 부착물의 직선 관의 최소 길이를 결정하는 단계; 및 최소 길이보다 같거나 큰 길이를 갖는 직선 관을 제조하는 단계를 포함한다.The present invention, in various embodiments, further includes a method of making the nozzle attachment described herein above for reducing noise of an associated abrasive spray nozzle without reducing the productivity of the nozzle. This method requires, for a predetermined gas and abrasive particle mixture and pressure, to produce a Mach number of 1 for the gas at or within the inner diameter of one straight tube prior to the exit from the straight portion. determining the minimum length of the straight tube of the nozzle attachment described herein to be; and producing a straight tube having a length equal to or greater than the minimum length.

일부 실시예에서, 본 명세서에 상술한 노즐 부착물을 제조하는 방법은, 가스의 마하 수가 연결된 연마재 분사 노즐의 발산하는 부분의 단부인 제 1 지점에서의 피크로부터 제 1 지점과 제 2 지점 사이에서 음속 이하로 가지 않고 직선 관의 출구 이전의 직선 관의 내부 직경과 동일한 길이에서, 또는 그 길이 이내에서 제 2 지점에서의 1의 마하 수로 감소하도록 본 명세서에 상술한 노즐 부착물의 직선 관의 최적 길이를 결정하는 단계; 및 최적 길이를 갖는 직선 관을 제조하는 단계를 더 포함한다.In some embodiments, the method of making a nozzle attachment as described herein above includes the Mach number of the gas between the first and second points from a peak at the first point that is the end of the diverging portion of the connected abrasive spray nozzle. The optimal length of the straight tube of the nozzle attachment described herein is determined such that it decreases to a Mach number of 1 at the second point at, or within that length, equal to the inner diameter of the straight tube prior to the exit of the straight tube without going below or below that length. determining; and manufacturing a straight tube having an optimal length.

일부 실시예에서, 최적 길이를 결정하는 단계는, 직선 관의 벽으로부터의 마찰의 효과를 분석하는 단계; 및/또는 직선 관에서 기류 속도를 감소시키는 복수의 연마재 입자의 효과를 분석하는 단계를 포함한다.In some embodiments, determining the optimal length comprises: analyzing the effect of friction from the wall of the straight tube; and/or analyzing the effect of the plurality of abrasive particles on reducing the airflow velocity in the straight tube.

일부 실시예에서, 본 명세서에 상술한 노즐 부착물을 제조하는 방법은, 소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 생성하는 길이를 결정하기 위해 특정 작동 조건에 대해 직선 관의 길이를 조정하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 직선 관을 제조하는 단계를 더 포함한다.In some embodiments, a method of making the nozzle attachments described herein includes adjusting the length of a straight tube for specific operating conditions to determine a length that produces a desired combination of sound reduction and productivity, and the length thereof. It further comprises the step of manufacturing a straight tube to have a.

일부 실시예에서, 본 명세서에 상술한 노즐 부착물을 제조하는 방법은, 소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 갖는 길이를 찾기 위해 직선 관 길이의 범위에 걸쳐 본 명세서에 상술한 노즐 부착물의 직선 관의 반복적인 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 직선 관을 제조하는 단계를 더 포함한다.In some embodiments, the method of making the nozzle attachments described herein comprises iteratively forming a straight tube of the nozzle attachments described herein over a range of straight tube lengths to find a length having a desired combination of sound reduction and productivity. The method further comprises the steps of performing a computer simulation, and manufacturing the straight tube to have the length.

일반적으로, 임의의 알려진 연마재 분사 노즐은 본 발명의 실시예에 따른 노즐이 되도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 기존의 #2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, 또는 12 노즐은, 본 발명의 실시예를 달성하기 위해, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 노즐의 발산하는 부분의 단부에서 직선 부분을 갖도록 적응될 수 있다. 유사하게, 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부착물은 임의의 알려진 연마재 분사 노즐에 대한 부착물을 위해 적응될 수 있다. 노즐 부착물이 기존의 노즐에 장착되면, 전체 어셈블리(즉, 부착된 노즐 부착물과 결합된 기존의 노즐)가 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐로 간주될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 연마재 분사 노즐 및 노즐 부착물은 압력, 입자 로딩, 연마재 입자 및 유체의 유형, 노즐 재료 등을 포함하는 다양한 응용 및 다양한 작동 조건에서 사용하도록 적응될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 임의의 주어진 노즐 또는 노즐 부착물은, 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대해 또는 미리 결정된 범위의 가스 및 입자 혼합물 및 압력 범위에 대해, 소정의 결과 또는 소정의 범위 내의 결과를 달성하도록 적응될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 노즐 및 노즐 부착물은 예를 들어, 20psi와 200psi 사이의 노즐 압력, 시간당 연마재 소모율의 50-10,000 lbs의 입자 로딩, 또는 이들 범위 내의 압력 및 입자 로딩의 임의의 범위를 포함하는 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대해 종래 기술의 연마재 분사 노즐에 비해 적어도 3dB의 소음 감소를 달성하도록 적응될 수 있다. 이러한 조건은 예를 들어, #2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 및 12 노즐에 적용될 수 있다. 입자 로딩은 분사기가 갖고자 하는 거칠기 프로파일의 유형과 사용된 분사 압력에 의해 부분적으로 결정될 수 있다. 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물은 예를 들어, 압축된 공기와 모래, 및/또는 임의의 다른 연마재 입자로 구성될 수 있다. "미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력"이라는 문구는 가스 유형, 입자 유형, 노즐 압력, 배압 및 입자 로딩으로 구성될 수 있다. 배압은 통상적으로 대기압이며, 특별히 언급하지 않는 한 대기압으로 상정될 수 있다. 예를 들어, 모래 입자가 있는 압축 공기, 100psi의 노즐 압력 및 1,000 lbs/hour의 입자 로딩은 하나의 예시적인 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력이다.In general, any known abrasive spray nozzle may be adapted to be a nozzle according to an embodiment of the present invention. For example, conventional #2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, or 12 nozzles, as described herein, to achieve embodiments of the present invention, It can be adapted to have a straight part at the end of the diverging part of the nozzle. Similarly, a nozzle attachment according to an embodiment of the present invention may be adapted for attachment to any known abrasive spray nozzle. Once the nozzle attachment is mounted to an existing nozzle, the entire assembly (ie, the existing nozzle combined with the attached nozzle attachment) can be considered a productive, low-noise abrasive jetting nozzle. In addition, abrasive spray nozzles and nozzle attachments according to embodiments of the present invention may be adapted for use in a variety of operating conditions and in a variety of applications including pressure, particle loading, types of abrasive particles and fluids, nozzle materials, and the like. In particular, any given nozzle or nozzle attachment according to an embodiment of the present invention may result in a predetermined result or predetermined range for a predetermined gas and particle mixture and pressure or for a predetermined range of gas and particle mixture and pressure range. can be adapted to achieve results within Nozzles and nozzle attachments according to embodiments of the present invention include, for example, nozzle pressures between 20 psi and 200 psi, particle loadings of 50-10,000 lbs of abrasive consumption per hour, or any range of pressures and particle loadings within these ranges. can be adapted to achieve a noise reduction of at least 3 dB compared to prior art abrasive spray nozzles for predetermined gas and particle mixtures and pressures. These conditions can be applied to, for example, #2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 and 12 nozzles. Particle loading may be determined in part by the type of roughness profile the injector wishes to have and the injection pressure used. The predetermined gas and particle mixture may be composed of, for example, compressed air and sand, and/or any other abrasive particles. The phrase “predetermined gas and particle mixture and pressure” may consist of gas type, particle type, nozzle pressure, back pressure, and particle loading. The back pressure is usually atmospheric pressure, and unless otherwise stated, it can be assumed to be atmospheric pressure. For example, compressed air with sand particles, a nozzle pressure of 100 psi, and a particle loading of 1,000 lbs/hour are one exemplary predetermined gas and particle mixture and pressure.

본 발명의 부가적인 실시예는 본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 노즐을 포함하는 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐 어셈블리를 포함한다.Additional embodiments of the present invention include a productive quiet abrasive spray nozzle assembly comprising the productive quiet abrasive nozzles described hereinabove.

설명된 본 발명의 원리는 심지어 노즐을 사용하지 않는 경우에도 유체 흐름의 소리 레벨이 문제가 되는 연마재 분사의 외부의 응용에 적용될 수 있다. 특히 초음속 유체 흐름이 높은 소음 레벨을 초래하는 응용에서 대기/환경에 들어가기 전에 직선 관을 통해 유체를 흐르게 하면 유체의 속도를 감소시킬 수 있다. 직선 관이 유체의 출구에서 또는 바로 직전에 충격을 환경으로 유발할 수 있는 크기인 경우, 소음 레벨이 특히 감소한다. 초음속 흐름이 아닌 경우에도, 직선 관은 속도와 소음 레벨을 감소시킨다. 직선 관의 사용은, 직선 부분이 혼입된 객체의 속도를 증가시키면서 유체의 속도를 감소시킬 수 있기 때문에, 유체가 유체보다 낮은 속도로 유체 흐름 내의 입자 또는 다른 물체를 가속하기 위해 사용되는 응용에 특히 유용하며, 이에 의해, 생산성을 희생하지 않고 소음 레벨을 감소시킨다.The principles of the invention described can be applied to applications outside of abrasive jetting where the sound level of the fluid flow is an issue, even when no nozzles are used. Flowing the fluid through a straight tube before entering the atmosphere/environment can reduce the velocity of the fluid, especially in applications where supersonic fluid flow results in high noise levels. The noise level is particularly reduced if the straight tube is sized to cause an impact into the environment at or just before the outlet of the fluid. Even in non-supersonic flows, straight tubes reduce speed and noise levels. The use of a straight tube is particularly useful in applications where a fluid is used to accelerate particles or other objects in a fluid stream to a lower velocity than the fluid, because the straight portion can decrease the velocity of the fluid while increasing the velocity of the entrained object. useful, thereby reducing noise levels without sacrificing productivity.

따라서, 상기 및 계속되는 설명에 기초하여, 다양한 실시예에서 본 발명은 상호 배타적이지 않은 임의의 조합으로 다음의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다:Accordingly, based on the foregoing and subsequent description, the present invention in various embodiments may include one or more of the following features in any combination that is not mutually exclusive:

수렴하는 내부 직경을 갖는 수렴하는 부분이 있는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

productive, quiet abrasive jetting nozzles having a converging portion having a converging inner diameter;

수렴하는 부분에 연결된 스로트가 있는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

productive, low-noise abrasive jetting nozzles with a throat connected to the converging section;

스로트에 연결된 발산하는 부분이 있는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

productive, quiet abrasive jetting nozzles with diverging sections connected to the throat;

직선 부분이 발산하는 부분에 연결되고 바로 이어지는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive low-noise abrasive jetting nozzle with a straight section connected to and directly following the diverging section;

미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때, 분사 노즐을 빠져나가는 가스의 속도가 직선 부분이 제거된 분사 노즐에 비해 적어도 30% 감소하도록 길이를 갖는 직선 부분을 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

A productive quiet abrasive spray nozzle having a straight portion having a length such that, when operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure, the velocity of gas exiting the spray nozzle is reduced by at least 30% as compared to a spray nozzle with the straight portion removed. ;

작동 시, 유체가 수렴하는 부분, 스로트, 발산하는 부분, 및 직선 부분을 통해 순서대로 흐르는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive, quiet abrasive dispensing nozzle in which, in operation, fluid flows sequentially through the converging portion, the throat, the diverging portion, and the straight portion;

직선 부분의 내부 직경이 수렴하는 부분의 최대 내부 직경보다 작은, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

productive low-noise abrasive jetting nozzles, in which the inner diameter of the straight portion is smaller than the maximum inner diameter of the converging portion;

미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대해, 가스의 초음속 흐름이 노즐의 내부로 격리되고, 초음속 가스 흐름이 직선 섹션에서 연마재 입자를 가속하도록 노즐이 구성된, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive low noise abrasive jetting nozzle, wherein, for a predetermined gas and particle mixture and pressure, a supersonic flow of gas is isolated into the interior of the nozzle, the nozzle configured such that the supersonic gas flow accelerates the abrasive particles in a straight section;

미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가 발산하는 부분의 출구에서보다 직선 부분의 출구에서 더 낮아지도록 노즐이 구성되어, 이에 의해 작동의 소음을 감소시키는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive low-noise abrasive jetting nozzle, the nozzle being configured such that the gas Mach number for a predetermined gas and particle mixture and pressure is lower at the exit of the straight section than at the exit of the diverging section, thereby reducing the noise of operation;

미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가 발산하는 부분의 출구에서 1보다 큰 것에서 직선 부분의 출구에서 1까지 감소하도록 노즐이 구성된, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive low-noise abrasive spraying nozzle, wherein the nozzle is configured such that the gas Mach number for a predetermined gas and particle mixture and pressure decreases from greater than one at the outlet of the diverging portion to one at the outlet of the straight portion;

직선 부분의 길이가 직선 부분의 내부 직경의 적어도 2/10인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive low noise abrasive spray nozzle, wherein the length of the straight portion is at least 2/10 of the inner diameter of the straight portion;

직선 부분의 길이가 직선 부분의 내부 직경의 10배 미만인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive low-noise abrasive spray nozzle, wherein the length of the straight section is less than 10 times the inner diameter of the straight section;

직선 부분의 길이가 1" 내지 10"인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

productive, quiet abrasive jetting nozzles with straight sections of 1" to 10" in length;

직선 부분의 길이가 2.5"인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

productive, quiet abrasive jetting nozzles with a straight section of 2.5";

직선 부분이 발산하는 부분에/로부터 부착 및 분리되도록 구성된, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive quiet abrasive spray nozzle configured to attach and detach the straight portion to and from the diverging portion;

발산하는 부분에/로부터 부착 및 분리되도록 구성된 하나 이상의 추가 직선 부분을 더 포함하고, 직선 부분 및 하나 이상의 추가 직선 부분이 각각 상이한 길이 및/또는 내부 직경을 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive quiet abrasive spray nozzle, further comprising one or more additional straight portions configured to attach to and detach from the diverging portion, wherein the straight portions and the one or more additional straight portions each have a different length and/or inner diameter;

하나 이상의 추가 직선 부분의 각각이 상이한 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 분사 노즐을 빠져나가는 가스의 속도가 직선 부분이 제거된 분사 노즐에 비해 적어도 30% 감소하도록 길이를 갖는 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

Productive low noise having a length such that the velocity of the gas exiting the spray nozzle is reduced by at least 30% relative to the spray nozzle from which the straight portion has been removed when each of the one or more additional straight portions is operated with a different predetermined gas and particle mixture and pressure. abrasive spray nozzles;

직선 부분의 형상이 원통형인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive low-noise abrasive spraying nozzle, the straight section of which is cylindrical in shape;

노즐이 #4 노즐, #5 노즐, #6 노즐, #7 노즐 또는 #8 노즐인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

productive, quiet abrasive blasting nozzles, the nozzles being #4 nozzles, #5 nozzles, #6 nozzles, #7 nozzles or #8 nozzles;

노즐이 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드, 붕소 카바이드, 아크릴, 세라믹, 스테인리스 스틸, 경화 강철, 알루미늄, 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어지는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive, quiet abrasive spray nozzle, wherein the nozzle is made of a material selected from the group consisting of tungsten carbide, silicon carbide, boron carbide, acrylic, ceramic, stainless steel, hardened steel, aluminum, or combinations thereof;

노즐이 적어도 하나의 보호 그립을 더 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive quiet abrasive spray nozzle, the nozzle further comprising at least one protective grip;

발산하는 부분으로부터 직선 부분으로의 출구에서 1보다 큰 마하 수를 갖는 발산하는 부분을 통해 흐르는 유체를 더 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive quiet abrasive spray nozzle, further comprising a fluid flowing through the diverging portion having a Mach number greater than one at the exit from the diverging portion to the straight portion;

직선 부분으로부터의 출구에서 1의 마하 수를 갖는 직선 부분을 통해 흐르는 유체를 더 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive quiet abrasive spray nozzle, further comprising a fluid flowing through the straight section having a Mach number of 1 at the outlet from the straight section;

노즐 내부의 초음속 유체 흐름에 복수의 연마재 입자를 더 포함하고, 초음속 유체 흐름이 직선 부분에서 충격파를 경험하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive low-noise abrasive jetting nozzle further comprising a plurality of abrasive particles in the supersonic fluid flow within the nozzle, wherein the supersonic fluid flow experiences a shock wave in a straight portion;

직선 부분은 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 소음도가 90dBA 이하가 되도록 길이를 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive low-noise abrasive spray nozzle, the straight portion being lengthened such that the noise level is 90 dBA or less when operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure;

분사 노즐이 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 직선 부분이 없는 분사 노즐에 비해 3dBA 이상의 소음 레벨이 감소하도록 직선 부분의 길이를 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive low-noise abrasive jetting nozzle having a length of straight section such that when the jetting nozzle is operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure, a noise level of at least 3 dBA is reduced compared to a jet nozzle without a straight section;

분사 노즐이 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 직선 부분이 없는 분사 노즐에 비해 6dBA 이상의 소음 레벨이 감소하도록 직선 부분의 길이를 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;

a productive low-noise abrasive jetting nozzle having a length of straight section such that when the jetting nozzle is operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure, a noise level of at least 6 dBA is reduced compared to a jet nozzle without a straight section;

생산적인 저소음 연마재 분사 노즐로서, 직선 부분의 길이, L이 다음 식에 의해 주어진 것처럼 적어도 L^*이고,

A productive low-noise abrasive spray nozzle, wherein the length of the straight section, L, is at least L ^* as given by the equation:

는 직선 부분의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

는 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물에 대한 유체 흐름의 비열비인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐; where D is the diameter of the straight section, M is the Mach number of the fluid at the inlet to the straight section,

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

is the specific heat ratio of the fluid flow to the predetermined gas and abrasive particle mixture;

생산적인 저소음 연마재 분사 노즐로서, 직선 부분의 길이, L은 출구 압력에 대한 배압의 비율에 대해 조정된 적어도 L^*이고, 여기서, L^*은 다음 식으로 주어지며,

A productive low-noise abrasive spray nozzle, wherein the length of the straight section, L, is at least L ^* adjusted for the ratio of back pressure to outlet pressure, wherein L ^* is given by

는 직선 부분의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

는 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물에 대한 유체 흐름의 비열비인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐;where D is the diameter of the straight section, M is the Mach number of the fluid at the inlet to the straight section,

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

노즐의 생산성을 감소시키지 않으면서 노즐의 소음을 감소시키기 위한 본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐을 제조하기 위한 방법으로서, 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물 및 압력에 대하여, 직선 부분으로부터의 출구 이전의 하나의(one) 직선 섹션 내부 직경에서 또는 그 직경 이내에서 가스에 대해 1의 마하 수를 생성하는 데 요구되는 본 명세서에서 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐의 직선 부분의 최소 길이를 결정하는 단계, 및 최소 길이보다 같거나 긴 길이를 갖는 직선 부분을 갖는 노즐을 제조하는 단계를 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐를 제조하기 위한 방법;

1 . A method for making a productive quiet abrasive spray nozzle as described herein for reducing the noise of the nozzle without reducing the productivity of the nozzle, wherein, for a predetermined gas and abrasive particle mixture and pressure, an outlet from a straight portion To determine the minimum length of the straight section of the productive low noise abrasive spray nozzle described herein required to produce a Mach number of 1 for gas at or within the inside diameter of the previous one straight section. A method for making a productive low noise abrasive spray nozzle comprising the steps of: and manufacturing a nozzle having a straight portion having a length equal to or greater than a minimum length;

본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐을 제조하기 위한 방법으로서, 가스의 마하 수가 발산하는 부분의 단부인 제 1 지점에서의 피크로부터 제 1 지점과 제 2 지점 사이에서 음속 이하로 가지 않고 직선 부분의 출구 이전의 직선 부분의 내부 직경과 동일한 길이에서, 또는 그 길이 이내에서 제 2 지점에서의 1의 마하 수로 감소하도록 본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐의 직선 부분의 최적 길이를 결정하는 단계, 및 최적 길이를 갖는 직선 부분을 갖는 노즐을 제조하는 단계를 더 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐을 제조하기 위한 방법;

A method for manufacturing the productive low-noise abrasive spray nozzle described above in this specification, from a peak at a first point, which is an end of a portion where the Mach number of a gas diverges, to a straight line between the first point and the second point without going below the speed of sound. Determine the optimal length of the straight section of the productive low noise abrasive spray nozzle described herein to decrease to a Mach number of 1 at the second point at, or within that length, equal to the inner diameter of the straight section prior to the exit of the section a method for making a productive low noise abrasive spray nozzle, further comprising the steps of:

본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐을 제조하기 위한 방법으로서, 최적 길이를 결정하는 단계는, 직선 섹션의 벽으로부터의 마찰의 효과를 분석하는 단계; 및/또는 직선 부분에서 기류 속도를 감소시키는 복수의 연마재 입자의 효과를 분석하는 단계를 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐을 제조하기 위한 방법;

A method for making the productive quiet abrasive spray nozzles described hereinabove, wherein determining an optimal length comprises: analyzing the effect of friction from a wall of a straight section; and/or analyzing the effect of the plurality of abrasive particles on reducing the airflow velocity in the straight portion;

본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐을 제조하기 위한 방법으로서, 소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 생성하는 길이를 결정하기 위해 특정 작동 조건에 대해 직선 부분의 길이를 조정하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 노즐을 제조하는 단계를 더 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐을 제조하기 위한 방법;

A method for making the productive quiet abrasive spray nozzles described hereinabove, comprising: adjusting the length of a straight portion for specific operating conditions to determine a length that produces a desired combination of sound reduction and productivity; and A method for manufacturing a productive low-noise abrasive spray nozzle, further comprising the step of manufacturing the nozzle to have a;

본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐을 제조하기 위한 방법으로서, 소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 갖는 길이를 찾기 위해 직선 부분 길이의 범위에 걸쳐 본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐의 반복적인 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 노즐을 제조하는 단계를 더 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐를 제조하기 위한 방법;

A method for manufacturing the productive quiet abrasive spray nozzles described herein over a range of straight segment lengths to find a length having a desired combination of sound reduction and productivity, comprising: a method for making a productive low-noise abrasive spray nozzle, further comprising performing an iterative computer simulation, and fabricating the nozzle to have the length;

노즐이 연마재 분사 노즐의 출구에 연결하기 위한 직선 관을 포함하고, 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때, 연마재 분사 노즐을 빠져나가는 가스의 속도가 직선 관이 연결된 상태에서 적어도 30% 만큼 감소하도록 직선 관의 길이를 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물.

the nozzle comprising a straight tube for connection to the outlet of the abrasive spray nozzle, wherein when operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure, the velocity of the gas exiting the abrasive spray nozzle is reduced by at least 30% with the straight tube connected. Nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing, with a straight tube length to reduce.

연마재 분사 노즐이 #4 노즐, #5 노즐, #6 노즐, #7 노즐 또는 #8 노즐인, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

Nozzle attachments for productive, quiet abrasive dispensing, wherein the abrasive dispensing nozzles are #4 nozzles, #5 nozzles, #6 nozzles, #7 nozzles, or #8 nozzles;

노즐이 직선 관을 연마재 분사 노즐에 연결하는 고정 디바이스를 더 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

a nozzle attachment for productive quiet abrasive dispensing, wherein the nozzle further comprises a securing device connecting the straight tube to the abrasive jetting nozzle;

노즐이 직선 관과 연마재 분사 노즐의 연결을 돕기 위해 직선 관에 내장된 고정 디바이스를 더 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

a nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing, wherein the nozzle further comprises a securing device embedded in the straight tube to assist in connection of the straight tube with the abrasive jetting nozzle;

직선 관의 내부 직경이 연마재 분사 노즐의 수렴하는 부분의 최대 내부 직경보다 작은, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

a nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing, wherein the straight tube inner diameter is less than the maximum inner diameter of the converging portion of the abrasive jet nozzle;

미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대해서, 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 가스의 초음속 흐름이 상기 직선 관의 출구를 넘어 계속되지 않고, 초음속 가스 흐름이 직선 관에서 연마재 입자를 가속하도록 직선 관이 구성된, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

For a predetermined gas and particle mixture and pressure, when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the supersonic flow of gas does not continue beyond the outlet of the straight tube, and the supersonic gas flow is straight to accelerate the abrasive particles in the straight tube. Tube-configured nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing;

직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가 상기 연마재 분사 노즐의 발산 부분의 출구에서보다 상기 직선 관의 출구에서 낮게 되도록 직선 관이 구성되며, 이에 의해, 작동의 노이즈를 감소시키는, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

When the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the straight tube is configured such that the gas Mach number for a predetermined gas and particle mixture and pressure is lower at the outlet of the straight tube than at the outlet of the diverging portion of the abrasive spray nozzle, whereby , nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing, reducing operational noise;

직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가 상기 연마재 분사 노즐의 발산하는 부분의 출구에서 1보다 큰 것으로부터 직선 부분의 출구에서 1까지 감소하도록 직선 관이 구성된, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

When the straight pipe is connected to the abrasive jet nozzle, the gas Mach number for a predetermined gas and particle mixture and pressure decreases from greater than 1 at the exit of the diverging portion of the abrasive jet nozzle to 1 at the exit of the straight pipe. This configured nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing;

직선 관의 길이가 직선 관의 직경의 적어도 2/10인, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

a nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing, wherein the length of the straight tube is at least 2/10 the diameter of the straight tube;

직선 관의 길이가 직선 관의 직경의 10배 미만인, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

Nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing, where the straight tube length is less than 10 times the straight tube diameter;

직선 관의 길이가 1" 내지 10"인, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

Nozzle attachments for productive, quiet abrasive dispensing, with straight tubes ranging from 1" to 10" in length;

직선 관의 길이가 2.5"인, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

Nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing, with straight tube length of 2.5";

직선 관의 형상이 원통형인, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

Nozzle attachment for productive, low-noise abrasive dispensing, with a straight tube shape that is cylindrical;

직선 관이 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드, 붕소 카바이드, 아크릴, 세라믹, 스테인리스 스틸, 경화 강철, 알루미늄, 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어지는, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

nozzle attachments for productive, quiet abrasive dispensing, wherein the straight tube is made of a material selected from the group consisting of tungsten carbide, silicon carbide, boron carbide, acrylic, ceramic, stainless steel, hardened steel, aluminum, or combinations thereof;

직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 분사 노즐이 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 소음 레벨이 90dBA 이하 감소하도록 직선 관의 길이를 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

a nozzle attachment for productive low-noise abrasive jetting, wherein when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the straight tube length is such that the noise level is reduced to 90 dBA or less when the spray nozzle is operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure;

직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 분사 노즐이 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 직선 관이 없는 연마재 분사 노즐에 비해 소음 레벨이 3dBA 이상 감소하도록 직선 관의 길이를 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

When the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the straight tube length is such that the noise level is reduced by at least 3 dBA compared to an abrasive spray nozzle without a straight tube when the spray nozzle is operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure. Nozzle attachment for low-noise abrasive dispensing;

직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 분사 노즐이 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 직선 관이 없는 연마재 분사 노즐에 비해 소음 레벨이 6dBA 이상 감소하도록 직선 관의 길이를 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;

When the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the straight tube length is such that the noise level is reduced by at least 6 dBA compared to an abrasive spray nozzle without a straight tube when the spray nozzle is operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure. Nozzle attachment for low-noise abrasive dispensing;

20psi와 200psi 사이의 노즐 압력, 시간당 연마재 소모율의 50-10,000 lbs의 입자 로딩, 또는 이들 범위 내의 임의의 값 또는 값의 범위에 대해 미리 결정된 소음 레벨 감소를 달성하는, 노즐 부착물;

a nozzle attachment that achieves a predetermined noise level reduction for a nozzle pressure between 20 psi and 200 psi, a particle loading of 50-10,000 lbs of abrasive consumption per hour, or any value or range of values within these ranges;

생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물로서, 직선 관의 길이, L이 다음 식에 의해 주어진 것처럼 적어도 L^*이고,

Nozzle attachment for productive low-noise abrasive dispensing, wherein the length of a straight tube, L, is at least L ^* as given by the equation:

는 직선 부분의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

는 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결된 상태에서 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물에 대한 유체 흐름의 비열비인, 생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물;where D is the diameter of the straight tube, M is the Mach number of the fluid at the inlet to the straight part,

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

is the specific heat ratio of fluid flow for a predetermined gas and abrasive particle mixture with a straight tube connected to the abrasive jet nozzle;

생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물로서, 직선 관의 길이, L이 출구 압력에 대한 배압의 비율에 대해 조정된 적어도 L^*이고, 여기서, L^*은 다음 식으로 주어지며,

Nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing, wherein the length of a straight tube, L, is at least L ^* adjusted for the ratio of back pressure to outlet pressure, where L ^* is given by

는 직선 부분의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

길이를 결합하기 위해 서로 연결하도록 구성된 다중 노즐 부착물;

multiple nozzle attachments configured to connect together to join lengths;

노즐의 생산성을 감소시키지 않으면서 연결된 연마재 분사 노즐의 소음을 감소시키기 위한 본 명세서에 상술한 노즐 부착물을 제조하기 위한 방법으로서, 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물 및 압력에 대하여, 직선 부분으로부터의 출구 이전의 하나의(one) 직선 관 내부 직경에서 또는 그 직경 이내에서 가스에 대해 1의 마하 수를 생성하는 데 요구되는 명세서에 상술한 노즐 부착물의 직선 관의 최소 길이를 결정하는 단계, 및 최소 길이보다 같거나 긴 길이를 갖는 직선 관을 제조하는 단계를 포함하는, 노즐 부착물을 제조하기 위한 방법;

1. A method for making a nozzle attachment as described herein for reducing the noise of an associated abrasive spray nozzle without reducing the productivity of the nozzle, for a predetermined gas and abrasive particle mixture and pressure, prior to exit from the straight portion determining the minimum length of the straight tube of the nozzle attachment described in the specification required to produce a Mach number of 1 for the gas at or within the inner diameter of one straight tube of A method for making a nozzle attachment comprising the step of making a straight tube of equal or greater length;

노즐의 생산성을 감소시키지 않으면서 연결된 연마재 분사 노즐의 소음을 감소시키기 위한 본 명세서에 상술한 노즐 부착물을 제조하기 위한 방법으로서, 가스의 마하 수가 연결된 연마재 분사 노즐의 발산하는 부분의 단부인 제 1 지점에서의 피크로부터 제 1 지점과 제 2 지점 사이에서 음속 이하로 가지 않고 직선 관의 출구 이전의 직선 관의 내부 직경과 동일한 길이에서 또는 그 길이 이내에서 제 2 지점에서의 1의 마하 수로 감소하도록 본 명세서에 상술한 노즐 부착물의 직선 관의 최적 길이를 결정하는 단계, 및 최적 길이를 갖는 직선 관을 제조하는 단계를 더 포함하는, 노즐 부착물을 제조하기 위한 방법;

A method for making the nozzle attachment described herein above for reducing the noise of an associated abrasive spray nozzle without reducing the productivity of the nozzle, the method comprising a first point where the Mach number of the gas is the end of the diverging portion of the connected abrasive spray nozzle. from the peak at which it does not go below the speed of sound between the first and second points but decreases to a Mach number of 1 at the second point at or within that length equal to the inner diameter of the straight tube before the exit of the straight tube. a method for making a nozzle attachment, further comprising the steps of determining an optimal length of a straight tube of the nozzle attachment described hereinabove, and producing a straight tube having the optimal length;

노즐의 생산성을 감소시키지 않으면서 연결된 연마재 분사 노즐의 소음을 감소시키기 위한 본 명세서에 상술한 노즐 부착물을 제조하기 위한 방법으로서, 최적 길이를 결정하는 단계는, 직선 관의 벽으로부터의 마찰의 효과를 분석하는 단계; 및/또는 직선 관에서 기류 속도를 감소시키는 복수의 연마재 입자의 효과를 분석하는 단계를 포함하는, 노즐 부착물을 제조하기 위한 방법;

A method for making the nozzle attachment described herein above for reducing the noise of a connected abrasive jetting nozzle without reducing the productivity of the nozzle, wherein the step of determining the optimal length comprises the steps of: analyzing; and/or analyzing the effect of the plurality of abrasive particles on reducing the airflow velocity in the straight tube;

노즐의 생산성을 감소시키지 않으면서 연결된 연마재 분사 노즐의 소음을 감소시키기 위한 본 명세서에 상술한 노즐 부착물을 제조하기 위한 방법으로서, 소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 생성하는 길이를 결정하기 위해 특정 작동 조건에 대해 직선 관의 길이를 조정하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 직선 관을 제조하는 단계를 더 포함하는, 노즐 부착물을 제조하기 위한 방법;

CLAIMS What is claimed is: 1. A method for making the nozzle attachments described herein for reducing the noise of an associated abrasive spray nozzle without reducing the productivity of the nozzle, the method comprising specific operating conditions to determine a length that produces a desired combination of sound reduction and productivity. a method for making a nozzle attachment, further comprising the steps of adjusting the length of the straight tube with respect to , and manufacturing the straight tube to have the length;

노즐의 생산성을 감소시키지 않으면서 연결된 연마재 분사 노즐의 소음을 감소시키기 위한 본 명세서에 상술한 노즐 부착물을 제조하기 위한 방법으로서, 소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 갖는 길이를 찾기 위해 직선 관 길이의 범위에 걸쳐 본 명세서에 상술한 노즐 부착물의 직선 관의 반복적인 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 직선 관을 제조하는 단계를 더 포함하는, 노즐 부착물을 제조하기 위한 방법; 및

A method for making the nozzle attachments described herein for reducing the noise of a connected abrasive spray nozzle without reducing the productivity of the nozzle, comprising a range of straight tube lengths to find a length having a desired combination of sound reduction and productivity. a method for making a nozzle attachment, further comprising: performing an iterative computer simulation of a straight tube of a nozzle attachment described herein over and fabricating a straight tube to have a length thereof; and

본 명세서에 상술한 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐을 포함하는 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐 어셈블리.

A productive quiet abrasive spray nozzle assembly comprising the productive quiet abrasive spray nozzle described hereinabove.

길이에 걸쳐 내부 직경의 변화가 5% 이하인 말단 직선 부분을 갖는 노즐 또는 노즐 부착물.

A nozzle or nozzle attachment having a distal straight portion with a change in inner diameter of no more than 5% over its length.

도 1은 종래 기술의 초음속 연마재 분사 시스템을 예시한 도면이다.
도 2는 도 1에 예시된 연마재 분사 시스템에 사용되는 종래 기술의 초음속 수렴-발산 노즐(convergent-divergent nozzle)의 단면도를 도시한다.
도 3은 종래의 Laval 노즐을 통해 예측 및 측정된 속도 및 연마재 속도와 배출 가스 속도의 큰 차이를 도시한 Settles의 논문(Settles G.. A scientific view of the productivity of abrasive blasting nozzles, 1996)에서의 그래프를 재현한 도면이다.
도 4는 구체에 대한 2개의 레이놀즈 수(Reynolds numbers)에 대한 마하 수(Mach number)의 함수로서 항력 계수(drag coefficient)를 도시한 그래프이다.
도 5는 제트 출구 속도와 제트 소음 생성의 관계에 기초한 음압 레벨(Sound Pressure Level, SPL)의 원하는 감소를 달성하기 위해 제트 출구 속도의 요구되는 감소를 도시한 그래프이다.
도 6은 V형 아크릴 매질 20/30 메쉬에 대한 345m/s 가속기 섹션에서 거리에 따른 모델링된 입자 속도를 입증하는 그래프이다.
도 7은 레이놀즈 수와 파이프 거칠기로부터 마찰 계수(Friction Factor)의 추정에 사용되는 무디 다이어그램(Moody Diagram)이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 소음 감소한 연마재 분사 시스템을 예시한 도면이다.
도 9는 도 8에 예시된 소음 감소한 연마재 분사 시스템에 사용된 연마재 매질 경로의 내부 직경을 낮추는 단계에 사용된 전환 커플링의 세부 사항 및 노즐과 가속기 호스의 상대적 지오메트리(relative geometry)를 단면으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로토타입 소음 감소(prototype reduced noise)된 연마재 분사 가속기 호스 및 노즐의 사진이다.
도 11은, 연마재 계량 밸브 손잡이를 4회전으로, 30초 동안 노출 및 코팅된 베이킹 팬의 절반에 #8 노즐 분사 V형 매질을 사용하여, 기존의 분사(우측)와 본 발명의 일 실시예(좌측)에 따른 소음 감소한 연마재 분사 노즐의 생산성을 비교 포맷으로 예시한 사진이다.
도 12는 추가 연마재로 작동하는 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 감소한 분사 시스템을 사용한 결과를 표준 #8 노즐로 작동하는 기존 시스템과 비교한 사진이다.
도 13은 분사 압축기 유닛으로부터의 배경 소음 레벨과 함께, V형 매질 및 40psi 작동 압력을 갖는 본 발명의 프로토타입과 표준 #8 노즐을 갖는 기존의 초음속 연마재 분사 장치의 자동 스펙트럼이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 표준 #6 노즐의 측면 및 투시 투시도이다.
도 15는 XL #6 노즐의 단면도이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 분사 노즐(blast nozzle)의 측면 투시도(도 16a) 및 단면도(도 16b)이다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연장된 길이의 개선된 분사 노즐의 측면 투시도(도 17a) 및 단면도(도 17b)이다.
도 18은 축소-확대 노즐 팽창을 예시하는 개략도이다.
도 19a 및 도 19b는 표준 #6 노즐(도 19a)의 경우와 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 노즐(도 19b)의 경우에 ANSYS Fluent를 사용하여 67psig 노즐 압력에서 마하 수 분포를 도시한 CFD 결과이다.
도 20a 및 도 20b는 표준 #6 노즐(도 20a)의 경우와 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 노즐(도 20b)의 경우에 ANSYS Fluent를 사용하여 100 psig 노즐 압력에서 마하 수 분포를 도시한 CFD 결과이다.
도 21a 및 도 21b는 표준 #6 노즐(도 21a)의 경우와 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 노즐(도 21b)의 경우에 ANSYS Fluent를 사용하여 벽 항력(wall drag)이 추가된 67 psig 노즐 압력에서 마하 수 분포를 도시한 CFD 결과이다.
도 22는 다양한 노즐에 대해 평균 1/3 옥타브 소리 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 23은 표준 수렴-발산 연마재 분사 노즐의 단면도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마재 분사 노즐의 단면을 도시한 도면이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른, 유동 중의 연마재 입자들과 함께 연마재 분사 노즐의 단면을 도시한 도면이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른, 길이=L* 또는 길이가 L*보다 약간 더 긴 연마재 분사 노즐의 단면을 도시한 도면이다
도 27은 노즐 직선 섹션의 출구 조건에 대한 노즐 압력의 상승 또는 하락의 효과를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a prior art supersonic abrasive jetting system.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a prior art supersonic convergent-divergent nozzle used in the abrasive dispensing system illustrated in FIG. 1 ;
FIG. 3 is from a paper by Settles ( Settles G.. A scientific view of the productivity of abrasive blasting nozzles, 1996 ) showing the predicted and measured velocities and the large differences between the abrasive velocities and the exhaust gas velocities through a conventional Laval nozzle. It is a drawing that reproduces the graph.
4 is a graph showing the drag coefficient as a function of the Mach number for two Reynolds numbers for a sphere.
5 is a graph illustrating the required reduction in jet exit velocity to achieve a desired reduction in Sound Pressure Level (SPL) based on the relationship between jet exit velocity and jet noise generation.
6 is a graph demonstrating the modeled particle velocity as a function of distance in a 345 m/s accelerator section for a V-shaped acrylic medium 20/30 mesh.
7 is a Moody diagram used for estimation of a friction factor from a Reynolds number and pipe roughness.
8 is a diagram illustrating an improved noise-reduced abrasive spraying system according to an embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view showing details of a diverting coupling used in the step of lowering the inner diameter of the abrasive media path used in the noise reduced abrasive dispensing system illustrated in FIG. 8 and the relative geometry of the nozzle and accelerator hose; it is one drawing
10 is a photograph of a prototype reduced noise abrasive injection accelerator hose and nozzle according to an embodiment of the present invention.
11 shows a conventional spray (right) and an embodiment of the present invention (right) using a #8 nozzle spray V-medium on half of a baking pan exposed and coated for 30 seconds, with the abrasive metering valve knob turned 4 turns. It is a photograph illustrating the productivity of the noise-reduced abrasive spray nozzle according to the left) in a comparative format.
12 is a photograph comparing the results of using a reduced noise spraying system according to an embodiment of the present invention operating with additional abrasives to a conventional system operating with a standard #8 nozzle.
FIG. 13 is an automatic spectrum of a conventional supersonic abrasive blasting apparatus with a prototype and standard #8 nozzle of the present invention with V-shaped media and 40 psi operating pressure, along with background noise levels from the blasting compressor unit.
14A and 14B are side and perspective perspective views, respectively, of a standard #6 nozzle;
15 is a cross-sectional view of an XL #6 nozzle.
16A and 16B are a side perspective view ( FIG. 16A ) and a cross-sectional view ( FIG. 16B ) of an improved blast nozzle according to an embodiment of the present invention.
17A and 17B are a side perspective view ( FIG. 17A ) and a cross-sectional view ( FIG. 17B ) of an improved spray nozzle of an extended length in accordance with an embodiment of the present invention.
18 is a schematic diagram illustrating a shrink-expand nozzle expansion.
19A and 19B show Mach number distributions at 67 psig nozzle pressure using ANSYS Fluent for a standard #6 nozzle (FIG. 19A) and an improved nozzle (FIG. 19B) according to an embodiment of the present invention. CFD results.
20A and 20B show Mach number distributions at 100 psig nozzle pressure using ANSYS Fluent for a standard #6 nozzle (FIG. 20A) and for an improved nozzle (FIG. 20B) according to an embodiment of the present invention; One CFD result.
21A and 21B show 67 with added wall drag using ANSYS Fluent for the standard #6 nozzle (FIG. 21A) and for an improved nozzle (FIG. 21B) according to an embodiment of the present invention. CFD results showing Mach number distribution at psig nozzle pressure.
22 is a graph showing the average 1/3 octave sound spectrum for various nozzles.
23 is a cross-sectional view of a standard converging-diverging abrasive spray nozzle.
24 is a view showing a cross-section of an abrasive spray nozzle according to an embodiment of the present invention.
25 is a cross-sectional view of an abrasive spray nozzle with abrasive particles in flow, according to an embodiment of the present invention.
26 is a cross-sectional view of an abrasive spray nozzle having length=L* or a length slightly longer than L*, according to an embodiment of the present invention;
Fig. 27 is a diagram showing the effect of increasing or decreasing nozzle pressure on the outlet condition of the nozzle straight section.

종래 기술의 초음속 연마재 분사 시스템에서 과도한 소음 문제에 대한 솔루션은 다음의 제시로부터 발견된다.A solution to the problem of excessive noise in the prior art supersonic abrasive dispensing system is found from the following presentation.

스트림에서 입자의 가속은 Bailey와 Hialt의 데이터에 기초하여 이전에 제시된 경험적으로 결정된 항력 계수 입력(Settles & Geppert, 1997)을 사용하여 모델링될 수 있다. 질량, m의 입자의 가속은 항력, D로부터 다음과 같이 구할 수 있다.The acceleration of particles in a stream can be modeled using previously presented empirically determined drag coefficient inputs (Settles & Geppert, 1997) based on Bailey and Hialt's data. The acceleration of a particle of mass, m, can be obtained from the drag force, D, as follows.

여기서, A는 구체의 단면적이고,

는 가스와 입자 사이의 상대 속도이다. 도 4에는 구체에 대해 두 개의 레이놀즈 수에 대한 마하 수의 함수로서의 항력 계수가 예시되어 있다.where A is the cross-sectional area of the sphere,

is the relative velocity between the gas and the particle. Figure 4 illustrates the drag coefficient as a function of the Mach number for two Reynolds numbers for a sphere.

이전 연구에서는 제트의 소음 전력, P가 다음과 같이 속도의 8 거듭제곱과 제트 직경의 제곱으로 스케일링된다는 것이 입증되었다(Powell, 1959).Previous work has demonstrated that the noise power of a jet, P, scales to the eighth power of the velocity and the square of the jet diameter as follows (Powell, 1959).

또한, 음압 레벨, SPL은 음력 레벨, SWL에 비례하며, 여기서, Also, the sound pressure level, SPL, is proportional to the sound power level, SWL, where

결과적으로 SPL, 속도 및 직경 스케일은 다음과 같이 추론될 수 있다.Consequently, the SPL, velocity and diameter scales can be deduced as follows.

이러한 관계는 도 5에서 그래프 형식으로 도시되어 있다. 따라서, 노즐의 출구 속도가 예를 들어 30% 감소하면, SPL이 12.5dB 감소할 것으로 예상되는 반면, 출구 속도가 43% 감소하면, 결과적으로 SPL가 20 dB 감소가 예상된다.This relationship is shown in graph form in FIG. 5 . Thus, if the exit velocity of the nozzle is reduced by, for example, 30%, the SPL is expected to decrease by 12.5 dB, whereas if the exit velocity is decreased by 43%, the resulting SPL is expected to decrease by 20 dB.

현재의 노즐 분사 시스템과 동일한 생산을 하기 위하여, 입자의 속도는 유지되어야 한다. 도 2에 예시된 것처럼, 종래의 노즐은 입자 속도보다 훨씬 더 높은 가스 속도를 가지며, 이러한 높은 가스 속도는 높은 소리 생성 레벨의 원인이 된다. 본 발명은 노즐 출구 가스 속도 등을 감소시키면서 입자 속도를 유지하여 소리 생성을 감소시킨다. 이것은 종래 기술의 노즐 분사 시스템에 비해 더 긴 가속 길이를 필요로 한다.In order to achieve the same production as current nozzle injection systems, the particle velocity must be maintained. As illustrated in Figure 2, conventional nozzles have gas velocities that are much higher than the particle velocities, which result in high sound production levels. The present invention reduces sound production by maintaining particle velocity while reducing nozzle exit gas velocity, etc. This requires a longer acceleration length compared to prior art nozzle injection systems.

구체의 질량은 입자의 밀도,

에 부피

을 곱한 값이다. 따라서, 가속은 다음과 같이 된다.The mass of the sphere is the density of the particles,

in volume

is the value multiplied by Therefore, the acceleration becomes

솔루션은 단계적 방식으로 구할 수 있으며, 도 6에 345m/s의 속도로 기류에서 20/30 메쉬의 V형 아크릴 매질이 도시되어 있다. 이것은 275m/s 입자 속도를 달성하기 위해 4m 가속 섹션이 호스에 필요하다는 것을 입증한다.The solution can be obtained in a stepwise manner, and a V-shaped acrylic medium of 20/30 mesh in airflow at a velocity of 345 m/s is shown in FIG. 6 . This demonstrates that a 4 m acceleration section is required for the hose to achieve a 275 m/s particle velocity.

40psi 압력에서 작동하는 표준 #8 노즐의 이전 모델에서 483m/s의 추정된 출구 속도에 기초하여, 345m/s(대략 음파)로의 30%의 출구 속도 감소는 SPL에서 12.5dB 감소를 생성한다. 이때, 호스의 길이는 40psi에서 #8 노즐의 입자 속도와 일치하도록 충분히 길어야 한다.Based on an estimated exit velocity of 483 m/s in the previous model of a standard #8 nozzle operating at 40 psi pressure, a 30% decrease in exit velocity to 345 m/s (roughly sonic) produces a 12.5 dB decrease in SPL. The hose length should be long enough to match the particle velocity of the #8 nozzle at 40 psi.

본 발명은 낮은 출구 속도를 갖는 기류에서 큰 가속 거리를 통해 충분한 연마재 입자 속도를 달성하며, 이에 의해 초음속 분사 노즐에서 노즐 생성 소음 경험을 감소시킨다. 연마재 질량 유량을 조정함으로써 분사 생산성이 조정될 수 있다.The present invention achieves sufficient abrasive particle velocities through large acceleration distances in airflows with low exit velocities, thereby reducing the nozzle-generated noise experience in supersonic jet nozzles. By adjusting the abrasive mass flow rate, the spraying productivity can be adjusted.

압력 손실 또는 헤드 손실은 불가피하며 반드시 고려해야 한다. 호스의 길이가 증가함에 따라 압력이 감소하고 결국에는 유속이 감소한다. 그러나, 이러한 손실은 계산될 수 있다. 파이프에 따른 마찰로 인한 헤드 손실 또는 압력 손실은 Darcy-Weisbach 식에 의해 다음과 같이 주어진다.Pressure loss or head loss is inevitable and must be considered. As the length of the hose increases, the pressure decreases and eventually the flow rate. However, these losses can be calculated. The head loss or pressure loss due to friction along the pipe is given by the Darcy-Weisbach equation as

여기서, L은 파이프 단면의 길이이고, D는 파이프 직경이며, p는 유체의 밀도이고, V는 평균 유체 속도이며,

는 레이놀즈 수, Re 및 상대적 파이프 거칠기에 기초한 Darcy 마찰 계수이며,

는 플라스틱/고무의 경우 약 0.02와 같다. 도 7은 레이놀즈 수와 파이프 거칠기로부터 마찰 계수를 추정하기 위해 사용되는 무디 다이어그램(Moody Diagram)을 도시한다.where L is the length of the pipe section, D is the pipe diameter, p is the density of the fluid, V is the average fluid velocity,

is the Darcy friction coefficient based on Reynolds number, Re and relative pipe roughness,

is equal to about 0.02 for plastic/rubber. 7 shows a Moody Diagram used to estimate the friction coefficient from the Reynolds number and pipe roughness.

"초크(choked)" 조건에 가깝게 작동하는 3/4" 내부 직경의 분사 호스는 230~340m/s의 속도와 300,000 내지 436,000의 레이놀즈 수를 갖는다. 호스의 길이 위를 드래그하면 파이프의 평균 속도를 감소시키는 압력 손실이 발생한다.A 3/4" inner diameter spray hose operating close to "choked" conditions has velocities between 230 and 340 m/s and Reynolds numbers between 300,000 and 436,000. Dragging over the length of the hose will decrease the average speed of the pipe. reducing pressure loss occurs.

호스의 속도는 하류 압력이 임계값 아래로 떨어지는 초크 흐름 조건이 존재하는 경우에 음속이 될 것이며,The speed of the hose will be sonic if there is a choke flow condition where the downstream pressure drops below the threshold,

여기서, 열 용량 비율, k는 아래와 같이 주어지는 공기의 경우 1.4이다.Here, the heat capacity ratio, k, is 1.4 for air given as

40psi 게이지 압력 또는 54.7psi 절대 압력의 경우, p^*는 28.9psia 또는 14.2psig 이다.For 40 psi gauge pressure or 54.7 psi absolute pressure, p ^* is 28.9 psia or 14.2 psig.

위에서 논의된 분석 모델의 결과에 기초하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 예시 1" 호스에서 공중 입자(airborne particles)를 취하여 생산적인 입자 속도가 얻어지도록 충분한 거리만큼 더 작은 직경의 호스를 통해 가속하도록 설계되었다. 호스의 내부 직경을 낮추는 전환 커플링은 압력 손실을 최소화하면서 다양한 호스 섹션 직경들 간의 원활한 전환을 제공한다.Based on the results of the analytical model discussed above, a preferred embodiment of the present invention is to take airborne particles from the Example 1" hose and accelerate it through the smaller diameter hose by a sufficient distance so that a productive particle velocity is obtained. Designed to reduce the inner diameter of the hose, the changeover coupling provides a smooth transition between various hose section diameters with minimal pressure loss.

도 8에 도시된 본 발명의 저소음 연마재 분사 시스템의 바람직한 실시예에 따르면, 압축기(112)는 가스를 거의 120psi로 가압한다. 압축 가스는 초기 호스 섹션(114)을 통해 연마재 매질(118)을 포함하는 연마재 매질 탱크(116)로 펌핑된다. 연마재 계량 밸브(120)는 연마재 매질(118)의 방출의 속도를 제어한다. 표준 1" 내부 직경의 분사 호스(124)의 한 단부는 계량 밸브(120)에 부착되고, 다른 단부는 전환 커플링(122)에 부착된다. 예를 들어, 3/4"의 감소한 내부 직경의 길이의 가속기 호스(130)는 클로 커플링(claw coupling)(132)을 통해 전환 커플링(122)을 노즐(134)에 연결한다. 전환 커플링(122)은 1" 직경의 분사 호스(124)에서 더 작은 직경의 가속 호스(130)로 연마재 매질(118)에 의해 취해지는 경로의 내부 직경을 낮추는 역할을 한다.According to the preferred embodiment of the silent abrasive dispensing system of the present invention shown in FIG . 8 , compressor 112 pressurizes the gas to approximately 120 psi. Compressed gas is pumped through an initial hose section 114 to an abrasive media tank 116 containing abrasive media 118 . The abrasive metering valve 120 controls the rate of release of the abrasive medium 118 . One end of a standard 1" inner diameter spray hose 124 is attached to a metering valve 120 and the other end is attached to a diverting coupling 122. For example, a reduced inner diameter of 3/4" A length of accelerator hose 130 connects the diverting coupling 122 to the nozzle 134 via a claw coupling 132 . The diverting coupling 122 serves to lower the inner diameter of the path taken by the abrasive medium 118 from the 1" diameter spray hose 124 to the smaller diameter accelerator hose 130 .

전환 커플링(122) 및 노즐(134)의 세부사항은 도 9에 단면으로 예시되어 있다. 커플링(122)은 보어(도시되지 않음)를 둘러싸는 하우징(128)을 포함한다. 전환 커플링(122)의 분사 호스 측면(125)은 1" 내부 직경 보어를 갖는 반면, 전환 커플링(122)의 가속 측면(130)은 3/4" 직경 보어를 갖는다. 전환 커플링(122)의 각각의 측면은 종래의 클로 커플링(132) 기술을 사용하여 각각의 호스와 연결된다.Details of the diverting coupling 122 and the nozzle 134 are illustrated in cross section in FIG. 9 . Coupling 122 includes a housing 128 surrounding a bore (not shown). The spray hose side 125 of the diverting coupling 122 has a 1" inside diameter bore, while the acceleration side 130 of the diverting coupling 122 has a 3/4" diameter bore. Each side of the diverting coupling 122 is connected to a respective hose using conventional claw coupling 132 technology.

노즐(134)의 출구 직경(136)은 저소음 연마재 분사 시스템의 유효 분사 영역이 종래의 초음속 노즐의 유효 분사 영역과 일치할 수 있도록 원하는 연마재 "핫 스팟(hot spot)" 직경을 제어하는 크기로 되어 있다.The exit diameter 136 of the nozzle 134 is sized to control the desired abrasive “hot spot” diameter so that the effective jetting area of a quiet abrasive dispensing system can match the effective jetting area of a conventional supersonic nozzle. have.

본 발명의 저소음 연마재 분사 시스템의 다른 바람직한 실시예는 가속 호스의 하나 이상의 섹션을 포함하고 하나 이상의 전환 커플링을 사용하는 시스템이며, 가속 호스의 각각의 섹션은 감소하는 내부 직경을 갖는다. 다른 유형의 커플링, 노즐, 계량 밸브 및 연마재 매질은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 시스템에 사용될 수 있다.Another preferred embodiment of the quiet abrasive dispensing system of the present invention is a system comprising one or more sections of an accelerator hose and employing one or more diverting couplings, each section of the accelerator hose having a decreasing inner diameter. Other types of couplings, nozzles, metering valves and abrasive media may be used in the system of the present invention without departing from the scope of the present invention.

수렴 섹션, 스로트 섹션, 발산 섹션, 직선 섹션이 순서대로 이어지는 구성을 사용하기 위해 다양한 실시예에서 본 발명에 따른 노즐을 설계하는 방법에 대해 아래에 더 자세히 설명되어 있다. 마찰이 있는 파이프의 1차원 초음속 흐름은 다음 식으로 나타낼 수 있는데, 여기서, x₁ 및 x₂는 관심 위치이고, M₁ 및 M₂는 이들 위치에서의 로컬 마하 수에 해당한다. D는 파이프의 직경이고,

는 마찰 계수이며,

는 비열비이다.A method of designing a nozzle according to the present invention in various embodiments to use a converging section, a throat section, a diverging section and a straight section in sequence is described below in more detail. A one-dimensional supersonic flow in a pipe with friction can be expressed by the following equation, where x ₁ and x ₂ are the locations of interest, and M ₁ and M ₂ correspond to the local Mach numbers at these locations. D is the diameter of the pipe,

is the coefficient of friction,

is the specific heat ratio.

여기서, 벽 전단 응력,

는 아래의 식에 따른 마찰 계수에 관련된다.where, the wall shear stress,

is related to the coefficient of friction according to the equation below.

L^*이 마하수가 마찰을 통해 1로 감소하는 파이프의 길이 위치로 정의되면, 아래의 잘 알려진 관계가 얻어진다.If L ^* is defined as the length of the pipe where the Mach number decreases to 1 through friction, the well-known relation below is obtained.

여기서, 평균 마찰 계수는 아래와 같이 정의된다. Here, the average coefficient of friction is defined as follows.

음속의 스로트에서 관련된 국부 온도, 정압, 밀도 및 총 압력은 각각 다음 식에 의해 주어진다.The relevant local temperature, static pressure, density and total pressure at the throat of the speed of sound are respectively given by the following equations:

종래의 노즐의 소음-감소한 버전을 생산하기 위하여, 스로트 면적 비율에 대한 종래의 출구 면적을 조사할 수 있는데, 이는 스로트 직경에 대해 출구의 비율의 제곱이다.

이다. 이때, 그러한 면적 비율은 잘 알려진 면적 마하 수 관계에서 발산 섹션의 단부에서 마하 수를 결정한다.To produce a noise-reduced version of a conventional nozzle, the conventional exit area to the throat area ratio can be investigated, which is the square of the ratio of the exit to the throat diameter.

to be. In this case, such area ratio determines the Mach number at the end of the diverging section in a well-known areal Mach number relationship.

다음은, 수렴 섹션의 출구 마하 수,

는 파이프 벽의 마찰 계수와 파이프 내부의 마하 수를 1로 감소하기 위해 필요한 파이프의 길이를 결정하는 식과 함께 사용된다. 이때, 길이, L^*은 출구에서 1의 마하 수를 생산하기 위해 어떠한 연마재 매질도 없이 노즐에 필요한 직선 섹션의 길이이다. 이 길이를 초과하면, 출구에서 수직 충격파(normal shock wave)가 발생하게 된다. 수직 충격파는 충격파의 하류에 음속 이하의 흐름을 가지므로, 유속, 및 흐름에 의해 생성되는 소리는 극적으로 감소한다.Next, the exit Mach number of the converging section,

is used with the formula to determine the coefficient of friction of the pipe wall and the length of pipe required to reduce the Mach number inside the pipe to 1. where the length, L ^* , is the length of the straight section required for the nozzle without any abrasive medium to produce a Mach number of 1 at the exit. If this length is exceeded, a normal shock wave is generated at the exit. Since the vertical shock wave has a subsonic flow downstream of the shock wave, the velocity of the flow, and the sound produced by the flow, is dramatically reduced.

L^*을 풀기 위해 이전의 식을 재정렬하면 다음과 같은 식을 생성한다.Reordering the previous expression to solve for L ^* yields the following expression:

연마재 분사 노즐은 출구를 향해 이동할 때 노즐에서 가속되는 일종의 연마재를 사용한다. 연마재 입자가 가속됨에 따라 에너지는 흐름에서 입자로 전달된다. 연마재를 흐름에 추가하는 효과는 직선 섹션의 마찰 계수를 증가시키는 것과 유사하며, 따라서, 출구에서 또는 출구 직전에 수직 충격파를 달성하기 위해 필요한 길이를 감소시킨다. 일반적으로, 흐름에 연마재를 더 많이 추가할수록, 출구에서 또는 출구 직전에 수직 충격파를 달성하기 위해 필요한 직선 파이프 섹션의 길이가 더 짧아진다. 연마재의 효과에 대한 보다 자세한 추정은 하나의 연마재 입자로부터의 항력으로 시작하여 계산될 수 있으며,Abrasive jet nozzles use a type of abrasive that is accelerated by the nozzle as it moves towards the exit. As the abrasive particles accelerate, energy is transferred from the flow to the particles. The effect of adding abrasive to the flow is similar to increasing the coefficient of friction of a straight section, thus reducing the length required to achieve a normal shock wave at or immediately prior to the exit. In general, the more abrasive you add to the flow, the shorter the length of straight pipe section needed to achieve a vertical shock wave at or immediately before the exit. A more detailed estimate of the effect of the abrasive can be calculated starting with the drag from one abrasive grain,

여기서,

는 입자 속도에 대한 공기/가스 스트림의 상대적인 속도이고,

는 연마재 입자의 직경이다. 특정 부피의 입자 수,

는 다음 식으로부터 해당 체적을 통한 흐름에 대한 전체 힘을 계산하기 위해 사용될 수 있다.here,

is the relative velocity of the air/gas stream to the particle velocity,

is the diameter of the abrasive grain. the number of particles in a certain volume,

can be used to calculate the total force for flow through that volume from the equation

더욱 정확한 계산에는 부피 전체의 변동이 포함되지만, 대략적인 계산에는 평균 값이 사용될 수 있다. 길이(L)의 직선 섹션의

의 값은 다음과 같이 근사치가 계산될 수 있다.More accurate calculations include variations in the volume as a whole, but average values can be used for approximate calculations. of a straight section of length (L)

The value of can be approximated as follows.

여기서,

는 연마재 소모의 질량율이고,

는 공기 흐름의 체적율이고, D는 직선 섹션의 직경이며, L은 직선 섹션의 길이이고,

는 연마재 입자 질량이다. 입자 질량은 다음에서 계산될 수 있다.here,

is the mass fraction of abrasive consumption,

is the volume fraction of the air flow, D is the diameter of the straight section, L is the length of the straight section,

is the abrasive grain mass. The particle mass can be calculated from

그러면, then,

체적, 예를 들어, 저소음 노즐의 직선 섹션의 체적에 대한 항력에 대한 값으로부터, 벽 면적의 함수로서 연마재로부터 유체에 대한 등가 추가 힘은 다음과 같이 계산할 수 있다.From the value for the drag force on the volume, eg the volume of the straight section of the quiet nozzle, the equivalent additional force on the fluid from the abrasive as a function of the wall area can be calculated as

이는 전단력이 아니지만, 유체 체적에 대한 힘이 흐름 횡단면적이 아닌 벽 면적으로 나누어지기 때문에 전단력과 동일한 표기법이 사용되어, 결과적으로 L^*에 대한 식에 통합될 수 있다.It is not a shear force, but the same notation as shear force is used because the force on the fluid volume is divided by the wall area, not the flow cross-sectional area, and consequently can be incorporated into the equation for L ^* .

그러면, 다음 식에 기초하여 마하 수가 1이 되는 대략적인 길이를 계산할 수 있으며, 여기서, M은 직선 섹션의 시작에서 마하 수를 지칭한다.Then, we can calculate the approximate length for which the Mach number becomes 1 based on the following equation, where M denotes the Mach number at the beginning of the straight section.

이러한 길이는 수렴 섹션을 따르는 스로트를 또한 따르며 발산 섹션을 따르는 직선 섹션의 최소 길이로 간주한다. 이러한 길이는 출구 압력이 배압, 또는 출구 이후의 압력과 같다고 가정한다. 이러한 가정으로부터의 편차는 직선 섹션의 출구 압력이 배압보다 큰 경우에 충격이 바깥쪽으로 이동하게 되거나, 직선 섹션의 출구 압력이 배압보다 작은 경우에 안쪽으로 이동하게 될 것이다. 이들 편차는 노즐 입구에서의 압력, 노즐 출구 면적에 대한 노즐 스로트 면적의 비율, 및 배압(일반적으로 국부 대기압)을 기반으로 하는 알려진 방법을 사용하여 정량화될 수 있다. 일반적으로, 출구 압력은 스로트의 상류 압력과 스로트의 면적에 대해 발산 섹션의 출구 면적의 비율의 함수이며, 여기서, 흐름은 음파, 즉 1의 마하이다. 따라서, 수렴 섹션에 대한 입구에서의 상류 압력의 제어는 출구 압력을 제어한다.This length also follows the throat along the converging section and is considered the minimum length of the straight section along the diverging section. This length assumes that the outlet pressure is equal to the back pressure, or the pressure after the outlet. A deviation from this assumption is that the impact will move outward if the outlet pressure of the straight section is greater than the back pressure, or will move inward if the outlet pressure of the straight section is less than the back pressure. These deviations can be quantified using known methods based on the pressure at the nozzle inlet, the ratio of the nozzle throat area to the nozzle outlet area, and the back pressure (usually local atmospheric pressure). In general, the outlet pressure is a function of the pressure upstream of the throat and the ratio of the outlet area of the diverging section to the area of the throat, where the flow is a sound wave, ie Mach of one. Thus, control of the upstream pressure at the inlet to the converging section controls the outlet pressure.

저소음 연마재 분사 노즐은 나사산 또는 클램프 또는 기타 알려진 고정 방법 또는 디바이스를 통해 단부에 연결되는 부착물이 있는 표준 노즐의 형태를 취할 수도 있다. 따라서, 저소음 연마재 분사 노즐의 직선 부분에 대해 본 명세서에 설명된 임의의 특성은 이러한 부착물의 직선 부분에 적용될 수 있으며, 그 반대의 경우도 적용될 수 있다. 발산하는 부분의 출구에서 나사산이 없는 표준 노즐의 경우에, 나사산이 발산하는 부분으로 가공되어 부착물(또는 고정 장치)의 나사산과 짝을 이루거나, 클램프 또는 기타 고정 장치가 사용될 수 있다. 인접한 관형 객체를 연결하기 위한 목적으로 많은 상이한 유형의 클램프는 잘 알려졌다. 실시예에서 이러한 부착물은, 노즐의 다른 구성요소로부터 분리될 수 있는 것을 제외하고, 본 명세서에 설명된 노즐의 "직선 부분"과 동일하다. 이러한 방식으로, 표준 노즐은 저소음 연마재 분사 노즐로 재구성될 수 있다. 이들 부착물 및 이들 부착물의 치수를 결정하는 방법은 본 명세서에서 이미 설명된 것과 동일한 설계 원칙 및 절차를 따른다. 부착물은 기존의 표준 노즐을 새로 장착하는 데 있어 완성된 응용을 위해 단독으로 및/또는 고정 디바이스와 함께 제공될 수 있거나, 노즐의 나머지 부분 및 선택적으로 고정 디바이스와 함께 제공될 수 있다. 노즐의 나머지 부분은 표준 노즐일 수 있거나, 예를 들어 발산하는 부분의 단부에 나사산을 넣어 노즐의 발산하는 부분에 부착물을 제거 가능하게 고정하도록 특별히 적응된 맞춤형 노즐 또는 표준 노즐일 수 있다. 노즐의 부착물 및 발산하는 부분은 발산하는 부분에 부착물을 제거 가능하게 고정하는 것을 돕기 위해 내장된 다양한 알려진 고정 구조를 가질 수 있다. 실시예에서, 다양한 대응 가스/연마재 입자 혼합물 및/또는 압력과 함께 사용하기 위해 다양한 부착물이 제공될 수 있다(노즐의 나머지 부분이 있거나 없음).Quiet abrasive jet nozzles may take the form of standard nozzles with attachments that are connected to the ends via threads or clamps or other known fastening methods or devices. Accordingly, any of the properties described herein for the straight portion of the low noise abrasive spray nozzle may apply to the straight portion of such an attachment, and vice versa. For standard nozzles that are not threaded at the exit of the diverging part, a threaded part may be machined to mate with the threads of an attachment (or fixture), or a clamp or other holding device may be used. Many different types of clamps for the purpose of joining adjacent tubular objects are well known. In embodiments this attachment is identical to the "straight part" of the nozzle described herein, except that it can be separated from other components of the nozzle. In this way, a standard nozzle can be reconfigured as a quiet abrasive spray nozzle. These attachments and methods of sizing these attachments follow the same design principles and procedures as already described herein. The attachment may be provided alone and/or with a fixing device for complete applications in retrofitting an existing standard nozzle, or may be provided with the rest of the nozzle and optionally a fixing device. The remainder of the nozzle may be a standard nozzle, or it may be a custom or standard nozzle specially adapted to removably secure an attachment to the diverging portion of the nozzle, for example by threading the end of the diverging portion. The attachment and the diverging portion of the nozzle may have a variety of known securing structures incorporated to assist in removably securing the attachment to the diverging portion. In embodiments, various attachments may be provided (with or without the remainder of the nozzle) for use with various corresponding gas/abrasive particle mixtures and/or pressures.

예Yes

초기 프로토타입 제작 및 테스팅Initial prototyping and testing

도 8 및 도 9에 예시된 구성요소를 포함하는 프로토타입은 테스팅을 위해 다음과 같은 특성으로 도 10에 도시된 것처럼 제작되었다.A prototype including the components illustrated in FIGS. 8 and 9 was fabricated as shown in FIG. 10 with the following characteristics for testing.

음파 조건(345m/s)을 달성하기 위해 내부 직경이 3/4"인 4미터 가속기 섹션

4 meter accelerator section with 3/4" inner diameter to achieve sonic conditions (345 m/s)

현재 표준 #8 설정과 동일한 "핫 스팟"을 달성하기 위해 #8 노즐의 출력 직경과 일치하는 0.79 보어 직경의 직선 보어 노즐

Straight bore nozzle with 0.79 bore diameter matching the output diameter of #8 nozzle to achieve the same “hot spot” as the current standard #8 setting

커플러 등

coupler, etc.

음압 레벨은 휴대용 통합 음압 측정기와 독립형 마이크로폰 데이터 수집 시스템을 모두 사용하여 측정되었다. 노즐 압력은 커플러 이전의 1" 호스의 단부의 근처에서 40psi로 측정되었다. V형 매질은 4-완전 회전으로 매질 밸브를 개방함으로써 도입되었다. dB 단위의 음압 레벨 테스팅의 결과는 다음과 같다.Sound pressure levels were measured using both a portable integrated sound pressure meter and a standalone microphone data acquisition system. Nozzle pressure was measured at 40 psi near the end of the 1" hose before the coupler. V-medium was introduced by opening the media valve in four full turns. The results of sound pressure level testing in dB were as follows.

도 11에 예시된 것처럼, 코팅된 베이킹 팬의 노출된 절반에서 30초 동안 #8 노즐과 대상 프로토타입을 모두 사용함으로써 생산성이 질적으로 평가되었다. 연마재 계량 밸브 손잡이를 조정하는 효과는 손잡이를 프로토타입에 대해 6-회전으로 조정하고 해당 설정의 생산을 4-텀 설정(4-tum setting)을 사용하는 표준 #8 노즐과 비교함으로써 검사되었다.As illustrated in FIG. 11 , productivity was qualitatively assessed by using both the #8 nozzle and the subject prototype for 30 seconds on the exposed half of the coated baking pan. The effectiveness of adjusting the abrasive metering valve knob was tested by adjusting the knob to a 6-turn on the prototype and comparing the production of that setting to a standard #8 nozzle using a 4-tum setting.

도 12는 6-텀 설정에서 작동하는 프로토타입이 4-텀 설정에서 작동하는 표준 #8보다 분명히 더 생산적이었음을 예시한다. 이들 결과는 본 발명이 표준 #8 노즐과 비교하여 동일하거나 더 나은 생산성으로 작동될 수 있으면서, 작업자가 측정할 때 16dB 더 적은 소음을 생성하는 것을 나타낸다. 12 illustrates that the prototype running in the 6-term setup was clearly more productive than the Standard #8 running in the 4-term setup. These results indicate that the present invention can be operated with the same or better productivity compared to a standard #8 nozzle, while producing 16 dB less noise as measured by the operator.

또한, 테스팅은 40psi에서 작동하는 표준 #8 노즐과 비교하여 프로토타입에 대한 전체 음압 레벨과 음향 스펙트럼을 검사하기 위해 수행되었다. 테스팅 결과는 도 13에 예시된 것처럼 소음 감소가 광범위한 스펙트럼인 것을 입증한다.In addition, testing was performed to examine the full sound pressure level and sound spectrum on the prototype compared to a standard #8 nozzle operating at 40 psi. The testing results demonstrate that the noise reduction is broad spectrum as illustrated in FIG. 13 .

본 발명의 저소음 연마재 분사 시스템의 다른 바람직한 실시예는 입자가 분사 노즐을 빠져나가기 전에 매질 입자를 원하는 속도로 가속하기 위해, 발산하는 섹션을 따르는 직선 섹션을 갖는 새로운 노즐을 사용하는 시스템이다. 이러한 저소음 연마재 분사 노즐은 분사 생산성이 향상되고 소음 생성이 감소한 표준 #6 노즐과 같은 노즐을 대체하기 위해 적합하다. 새로운 노즐의 출구 충격 조건은 노즐을 빠져나가는 흐름으로부터의 제트 소음을 크게 줄이도록 설계된다. 새로운 노즐과 기존의 상용 노즐의 비교 테스팅은 17dB(A)의 소음 감소를 달성하면서 가넷을 이용한 테스트에서 생산성 향상을 나타내었다. CFD 모델링은 개선된 입자 가속 영역을 나타낸다. 또한, 평가는 표준 #6 노즐에 비해 새로운 노즐을 사용한 스틸 샷으로 생산성이 향상되고 소음이 감소하여, 생산성의 향상, 음향 소음의 감소, 및 핸들링 피로의 감소와 함께 나타난다. Another preferred embodiment of the quiet abrasive blasting system of the present invention is a system that uses a novel nozzle with a straight section along the diverging section to accelerate the media particles to a desired velocity before the particles exit the blast nozzle. These quiet abrasive jet nozzles are suitable for replacing nozzles such as standard #6 nozzles with improved jetting productivity and reduced noise generation. The exit impact conditions of the new nozzles are designed to significantly reduce jet noise from the flow exiting the nozzle. Comparative testing of the new nozzle and the existing commercial nozzle showed an increase in productivity in the test using the garnet while achieving a noise reduction of 17 dB(A). CFD modeling reveals an improved region of particle acceleration. In addition, the evaluation shows improved productivity and reduced noise with the steel shot using the new nozzle compared to the standard #6 nozzle, along with improved productivity, reduced acoustic noise, and reduced handling fatigue.

도 14a 및 도 14b는 각각 표준 #6 노즐(1400)의 측면 및 투시도이다. 도시된 노즐의 총 길이는 6.53"이고, 수렴하는 섹션(1410)의 길이가 2.80"이며, 스로트의 길이가 14200.50"이고, 발산하는 섹션(1430)의 길이가 3.13"이고, 내부 직경의 개구가 1.25"이며, 스로트의 직경이 0.38"이고, 출구의 직경이 0.55"이다. 출구 부분(1440)의 길이 길이가 0.10"이고 또한 발산한다. 노즐은 연마재 분사 작업을 위한 표준이다. 종래의 노즐은 표준 #6과 같은 수렴/발산 노즐이다. 도시된 특정 버전에는 입자 분포 균질성을 향상시키기 위한 광범위한 엔트리를 갖는다. 입구에서 수렴하는 섹션, 6/16-인치 직경(이에 따라 #6 지정)의 직선 스로트 섹션, 및 출구로 이어지는 발산하는 섹션을 갖는다. 이러한 설계의 피크 속도는 출구(및 그 이후)에서 발생한다. 도 15는 도 14a 및 도 14b에 도시된 표준 #6 노즐보다 더 긴 발산하는 섹션(1530)(3.13" 대신 8.31")과 도시된 바와 같이 총 길이가 11.71인치를 갖는 XL #6 노즐(1500)의 단면도이다. 수렴하는 섹션(1510), 스로트(1520), 및 출구(1540)는 동일하다. 14A and 14B are side and perspective views, respectively, of a standard #6 nozzle 1400 . The total length of the nozzle shown is 6.53", the converging section 1410 is 2.80" long, the throat is 14200.50" long, the diverging section 1430 is 3.13" long, and the inner diameter opening is 1.25", the throat is 0.38" in diameter, and the outlet is 0.55" in diameter. The outlet portion 1440 is 0.10" long and also diverging. Nozzles are standard for abrasive blasting operations. Conventional nozzles are converging/diverging nozzles as standard #6. The specific version shown has extensive entries for improving particle distribution homogeneity. It has a converging section at the inlet, a straight throat section of 6/16-inch diameter (hence designation #6), and a diverging section leading to the outlet. The peak velocity of this design occurs at the exit (and beyond). 15 shows an XL #6 nozzle 1500 having a longer diverging section 1530 (8.31" instead of 3.13") than the standard #6 nozzle shown in FIGS. 14A and 14B and a total length of 11.71 inches as shown. is a cross section of Converging section 1510 , throat 1520 , and outlet 1540 are identical.

도 16a 및 도 16b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 개선된 분사 노즐(1600)의 측면 투시도 및 단면도이다. 도시된 노즐의 총 길이는 9.07"이고, 0.50" 긴 스로트(1620), 3.13" 긴 발산하는 섹션(1630) 및 2.56" 긴 직선 섹션(1650)이 있고, 수렴하는 부분(1610)이 나머지 길이를 구성한다. 개구의 내부 직경은 1.25"이고, 스로트의 직경은 0.375"이며, 직선 섹션의 직경은 0.55"이다. 수렴하는 각도는 8.88도이고, 발산하는 출구 부분(1640)의 각도는 50도이다. 도 17a 및 도 17b는 수렴하는 부분(1710), 스로트(1720), 발산하는 부분(1730), 직선 부분(1750), 및 출구 부분(1740)을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 연장된 길이의 개선된 분사 노즐(1700)의 측면 투시 및 단면도이다. 이러한 노즐(1700)은 도 16a 및 도 16b에 도시된 노즐(1600)보다 더 긴 직선 섹션(1750)을 갖고, 11.71"의 총 길이로 도 15에 도시된 XL #6 노즐과 총 길이가 유사하다. 치수는 직선 부분(1750)의 길이가 5.20"인 것을 제외하고 도 16a 및 도 16b에 도시된 노즐(1600)의 것들과 동일하다. 16A and 16B are side perspective and cross-sectional views, respectively, of an improved spray nozzle 1600 in accordance with an embodiment of the present invention. The total length of the nozzle shown is 9.07", with a 0.50" long throat 1620, a 3.13" long diverging section 1630 and a 2.56" long straight section 1650, with a converging portion 1610 having the remainder of the length. make up The inner diameter of the opening is 1.25", the diameter of the throat is 0.375", and the diameter of the straight section is 0.55". The angle of converging is 8.88 degrees and the angle of the diverging outlet portion 1640 is 50 degrees . 17A and 17B show an extended length in accordance with an embodiment of the present invention having a converging portion 1710 , a throat 1720 , a diverging portion 1730 , a straight portion 1750 , and an outlet portion 1740 . A side perspective and cross-sectional view of an improved spray nozzle 1700. This nozzle 1700 has a straight section 1750 that is longer than the nozzle 1600 shown in FIGS. 16A and 16B, and has a total length of 11.71". The total length is similar to the XL #6 nozzle shown in 15. The dimensions are the same as those of the nozzle 1600 shown in FIGS. 16A and 16B except that the straight portion 1750 is 5.20″ long.

노즐을 빠져나오는 공기의 소리 생성이 공기 속도에 크게 의존하므로, 연마재 입자의 속도를 감소시키지 않고 공기 출구 속도를 낮추는 설계는 소리 볼륨을 크게 감소시키면서 동등하거나 더 큰 생산성을 허용한다. 이러한 접근 방식을 적용한 새로운 노즐은 종래의 노즐 디자인의 발산하는 섹션의 단부에 직선 섹션(수렴도 발산도 아님)을 부가한다. 이것은 에너지가 공기에서 입자로 전달될 때 출구 마하 수를 감소시키면서 입자 가속 섹션을 연장한다. 가속 섹션의 연장은 발산하는 섹션의 단부에서 달성되는 최대 마하 수에 기초한다. 다양한 실시예에서, 이러한 직선 섹션의 길이는 노즐 스로트 직경의 1/5 내지 노즐 스로트 직경의 10배 범위이지만, 직선 섹션 직경의 10배까지 연장될 수도 있다. 흐름에서 더 느린 연마재와 공기 사이에 추가된 상호 작용 거리는 벽 마찰과 유사한 방식으로 공기를 느리게 하여, 노즐 출구 속도를 줄이면서 연마재 입자를 보다 효율적으로 가속한다.Since the sound generation of the air exiting the nozzle is highly dependent on the air velocity, a design that lowers the air outlet velocity without reducing the velocity of the abrasive particles allows for equal or greater productivity while significantly reducing the sound volume. New nozzles with this approach add a straight section (neither converging nor diverging) to the end of the diverging section of the conventional nozzle design. This extends the particle acceleration section while reducing the exit Mach number as energy is transferred from the air to the particle. The extension of the acceleration section is based on the maximum Mach number achieved at the end of the diverging section. In various embodiments, the length of this straight section ranges from 1/5 the diameter of the nozzle throat to 10 times the diameter of the nozzle throat, but may extend up to 10 times the diameter of the straight section. The added interaction distance between the slower abrasive and air in the flow slows the air in a manner similar to wall friction, thereby accelerating the abrasive particles more efficiently while reducing the nozzle exit velocity.

도 18은 과팽창(1810), 완전 팽창(1820), 및 과소팽창(1830)의 조건에서 수렴-발산 노즐 팽창을 설명하는 개략도이다. 종래의 연마재 분사 노즐은 일반적으로 과팽창 상태로 간주하는 상태에서 작동되며, 이는 노즐 출구 이후의 배출 및 수축(1840)할 때 흐름이 경사 충격(1870)을 통해 통과하는 것을 의미한다. 흐름은 노즐의 발산하는 부분 전체와 출구에서 초음속이고, 제트 압력은 출구 평면의 외측의 경사 충격파(1840)에 의해 대기압으로 조정한다. 대조적으로, 완전 팽창된 흐름(1850)은 출구 이후에 팽창하거나 수축하지 않는 반면, 팽창 팬(1880)이 있는 출구 이후에 과소팽창 흐름은 팽창(1860)한다. 18 is a schematic diagram illustrating converging-diverging nozzle inflation under conditions of overinflation 1810, full inflation 1820, and underinflation 1830. As shown in FIG. Conventional abrasive spray nozzles are generally operated in what is considered an overinflated state, meaning that the flow passes through an oblique impact 1870 as it discharges and contracts 1840 after the exit of the nozzle. The flow is supersonic at the exit and throughout the diverging portion of the nozzle, and the jet pressure is adjusted to atmospheric pressure by an inclined shock wave 1840 outside the exit plane. In contrast, the fully inflated stream 1850 does not expand or contract after the outlet, whereas the underinflated stream expands 1860 after the outlet with the expansion fan 1880.

#6 노즐을 고려할 때, 출구-대-스로트 면적 비율이 A/A^*=2.15인 완전 팽창된 노즐은 183psi 압력 저장소에 의해 구동되고 2.3의 출구 마하 수를 달성한다. 적절한 상황에서 저장소 압력을 낮추면 노즐의 출구 평면에서 수직 충격을 유발하여 노즐을 빠져나갈 때 가스의 속도를 실질적으로 감소시킬 수 있다. 그러나, 종래의 연마재 분사 노즐의 저장소 압력을 줄이면 입자 속도를 감소시키고 이러한 설정을 비실용적으로 만든다. 그러나, 초음속 흐름 구조에 대해 분사 매질의 효과는 초음속 섹션이 균일하게 확장될 때 예상된 저장소 압력보다 높은 수직 충격 형성으로 이어진다. 길고 높은 마하 수 노즐 섹션에 이어 노즐 출구에서의 수직 충격은 공기의 출구 속도를 감소시키며, 이에 따라, 음향 소음 발생을 감소시킨다. 이것은 출구에서 수직 충격파를 생성하기 위해 충분히 낮은 압력에서 연마재가 없는 노즐(abrasive-free nozzle)을 작동시키는 것과 같은 효과를 갖는다. 출구에 수직 충격파가 있으면 순 연마재 속도에 거의 영향을 미치지 않으면서 공기 출구 속도를 크게 감소시킨다. 직선 원통형 섹션은 또한 벽면 거칠기 때문에 약간의 마찰 손실이 발생하여, 노즐의 단부쪽으로 마하 수가 약간 낮아진다. 예를 들어 2.56인치의 직선 섹션 길이에 대해 0.005의 공칭 마찰 계수의 경우, 이는 마하 수를 예를 들어 M=2.3에서 M=1.8로 떨어뜨린다. 이 상태는 훨씬 더 과도하게 확장되어 출력이 아음속이고 조용한 정상적인 충격파를 초래할 가능성이 더 크다. 2.56인치의 직선 섹션의 길이에 대해 0.005의 공칭 마찰 계수의 경우, 이는 마하 수를 예를 들어 M=2.3에서 M=1.8로 낮추는 결과를 얻는다. 이 조건은 심지어 훨씬 더 과도하게 확장되어 출력이 음속 이하이면서 조용한 수직 충격파를 초래할 가능성이 더 크다.Considering the #6 nozzle, a fully inflated nozzle with an outlet-to-throat area ratio of A/A ^* =2.15 is driven by a 183 psi pressure reservoir and achieves an outlet Mach number of 2.3. Reducing the reservoir pressure under appropriate circumstances can cause a vertical impact at the exit plane of the nozzle, which can substantially reduce the velocity of the gas as it exits the nozzle. However, reducing the reservoir pressure of conventional abrasive jet nozzles reduces the particle velocity and makes this setup impractical. However, the effect of the jetting medium on the supersonic flow structure leads to the formation of a higher than expected reservoir pressure when the supersonic section is uniformly expanded. A long, high Mach number nozzle section followed by a vertical impact at the nozzle exit reduces the exit velocity of the air, thus reducing acoustic noise generation. This has the same effect as operating an abrasive-free nozzle at a sufficiently low pressure to create a vertical shock wave at the exit. The presence of a normal shock wave at the exit greatly reduces the air exit velocity with little effect on the net abrasive velocity. The straight cylindrical section also suffers some friction losses due to wall roughness, resulting in a slightly lower Mach number towards the end of the nozzle. For example, for a nominal coefficient of friction of 0.005 for a straight section length of 2.56 inches, this drops the Mach number from M=2.3 to M=1.8, for example. This state is much more overextended and more likely to result in a normal shock wave with subsonic output and quiet. For a nominal coefficient of friction of 0.005 for a length of a straight section of 2.56 inches, this results in a lower Mach number, for example from M=2.3 to M=1.8. This condition is even more likely to be even more over-extended, resulting in a quiet vertical shock wave with sub-sonic output.

도 19a 및 도 19b는 표준 #6 노즐(그림 19a)과 본 발명의 실시예에 따른 개선된 노즐(도 19b)에 대해 매질이 없는 단상 압축 공기 흐름에 대해 ANSYS Fluent를 사용하여 67psig 노즐 압력에서 마하 수의 분포를 도시한 CFD 결과(1900, 1901)이다. 도 20a 및 도 20b는 표준 #6 노즐(도 20a) 및 본 발명의 실시예에 따른 개선된 노즐(도 20b)에 대해 ANSYS Fluent를 사용하여 100psig 노즐 압력에서 마하 수의 분포를 도시한 CFD 결과(2000, 2001)이다. 결과는 개선된 노즐이 표준 #6 노즐과 비교하여 다양한 조건에서 확장된 가속 섹션을 가진다는 것을 분명히 도시한다. 이 모델에서, 67psig의 개선된 노즐은 표준 #6 노즐(2.21 대 2.26)보다 약간 더 낮은 최대 마하 수를 갖지만, 더 긴 섹션에는 입자를 가속하기 위한 초음속 흐름이 존재한다. 100psig 노즐 압력에서도 유사한 결과가 발견되었다. 19A and 19B show Mach at 67 psig nozzle pressure using ANSYS Fluent for medium-free, single-phase compressed air flow for a standard #6 nozzle (Fig. 19A) and an improved nozzle according to an embodiment of the present invention (Fig. 19B). CFD results (1900, 1901) showing the distribution of numbers. 20A and 20B are CFD results showing the distribution of Mach number at 100 psig nozzle pressure using ANSYS Fluent for a standard #6 nozzle (FIG. 20A) and an improved nozzle according to an embodiment of the present invention (FIG. 20B). 2000, 2001). The results clearly show that the improved nozzle has an extended acceleration section in various conditions compared to the standard #6 nozzle. In this model, the improved nozzle at 67 psig has a slightly lower maximum Mach number than the standard #6 nozzle (2.21 vs. 2.26), but in the longer section there is a supersonic flow to accelerate the particles. Similar results were found at 100 psig nozzle pressure.

도 21a 및 도 21b는 표준 #6 노즐(도 21a) 및 본 발명의 실시예에 따른 개선된 노즐(도 21b)에 대해 ANSYS Fluent를 사용하여 벽 항력이 추가된 67psig 노즐 압력에서 마하 수의 분포를 도시하는 CFD 결과(2100, 2101)이다. 추가된 벽 항력은 증가한 벽 마찰 계수를 사용하여 흐름에 있는 입자의 항력을 시뮬레이션한다. 이 결과의 주요 결론은 개선된 노즐의 긴 직선 노즐 섹션이 흐름 구조에 더 큰 영향을 미친다는 것이다. 21A and 21B show the distribution of Mach numbers at 67 psig nozzle pressure with added wall drag using ANSYS Fluent for a standard #6 nozzle (FIG. 21A) and an improved nozzle according to an embodiment of the present invention (FIG. 21B). CFD results (2100, 2101) shown are shown. The added wall drag simulates the drag of particles in the flow using the increased coefficient of wall friction. The main conclusion of this result is that the long straight nozzle section of the improved nozzle has a greater influence on the flow structure.

도 22는 다양한 노즐에 대해 평균 1/3 옥타브 소리 스펙트럼을 도시한 그래프이며, 아래에서 더 자세히 설명한다. 22 is a graph showing the average 1/3 octave sound spectrum for various nozzles, described in more detail below.

도 23은 스로트(2304)에서 1의 마하 수 및 출구(2310)에서 1보다 큰 마하 수를 도시한 종래의 기술인 표준 수렴-발산 연마재 분사 노즐(2300)의 단면도이다. 수렴하는 섹션(2303)은 노즐의 입구에서 스로트(2303)의 시작까지 연장되고, 발산하는 섹션(2306)은 스로트(2305)의 단부에서 노즐(2307)의 단부까지 연장된다. 23 is a cross-sectional view of a prior art standard converging-diverging abrasive spray nozzle 2300 showing a Mach number of 1 at the throat 2304 and a Mach number greater than 1 at the exit 2310 . Converging section 2303 extends from the inlet of the nozzle to the beginning of throat 2303 , and diverging section 2306 extends from the end of throat 2305 to the end of nozzle 2307 .

도 24는 노즐의 입구(2401)로부터 스로트(2404)의 시작부(2403)까지 연장되는 수렴 섹션(2402)을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 노즐(2400)의 단면을 도시하는데, 스로트(2404)는 2405에서 끝나고 그 뒤에 노즐(2409)의 단부까지 연장되는 직선 원통형 섹션(2408)으로 지점(2407)에서 전환하는 발산 섹션(2406)이 이어진다. 발산 섹션(2407)의 출구에서의 마하 수는 1보다 큰 M1이다. L^*는 흐름이 벽 마찰로 인해 음파(M=1)가 되는 직선 섹션 실린더(2408)의 길이를 나타낸다. 출구(2410)에서, 흐름의 마하 수(

)는 1보다 작다. 24 shows a cross-section of a nozzle 2400 in accordance with an embodiment of the present invention having a converging section 2402 extending from an inlet 2401 of the nozzle to a beginning 2403 of a throat 2404; 2404 ends at 2405 and is followed by a diverging section 2406 transitioning at point 2407 to a straight cylindrical section 2408 extending to the end of the nozzle 2409 . The Mach number at the exit of the diverging section 2407 is M1 greater than one. L ^* denotes the length of the straight section cylinder 2408 in which the flow becomes a sonic (M=1) due to wall friction. At the outlet 2410, the Mach number of the flow (

) is less than 1.

도 25는 입구(2501)로부터 스로트(2504)의 시작부(2503)까지 연장된 수렴하는 섹션(2502)을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐(2500)의 단면을 도시하고, 이어서 스로트(2504)의 단부(2505)로부터, 노즐의 단부(2509)까지 이어지는 직선 원통형 섹션(2508)의 시작 부분(2507)까지 연장되는 발산 섹션(2506)을 갖는다. 연마재 입자(2512)는 노즐(2500)을 통한 흐름에 있다.

은 흐름의 에너지를 감소시키는 역할을 하는 연마재 입자(2512)의 도입으로 인해 도 24에 도시된 노즐에 비해 L^*의 감소된 길이를 나타낸다. 25 shows a cross-section of a nozzle 2500 according to one embodiment of the present invention having a converging section 2502 extending from an inlet 2501 to a beginning 2503 of a throat 2504, followed by a It has a diverging section 2506 extending from the end 2505 of the lot 2504 to the beginning 2507 of the straight cylindrical section 2508 extending to the end 2509 of the nozzle. Abrasive particles 2512 are in flow through nozzle 2500 .

shows a reduced length of L ^* compared to the nozzle shown in FIG. 24 due to the introduction of abrasive particles 2512, which serves to reduce the energy of the flow.

도 26은 본 발명의 실시예에 따른 노즐(2600)의 단면을 도시한 도면으로서, 수렴 섹션(2602)에 이어서 스로트 입구(2603)에서 스로트 출구(2605)로 연장되는 스로트(2604)가 뒤따르며, 이어서 스로트 출구(2605)로부터 노즐(2609)의 단부에서 끝나는 직선 원통형 섹션(2608)의 입구(2607)까지 연장되는 발산 섹션(2606)이 뒤따르고, 노즐의 축 치수(x)를 따라 마하 수(M)를 나타내는 마하 수 그래프(2620)와 함께 흐름에 연마재 입자(2612)가 도시되어 있다. 본 발명에 따라 설계된 최적화된 노즐의 경우, 마하 수는 "L=L^*"로 표시된 프로파일(2622)로 나타내는 출구까지 1 이상으로 유지된다. 직선 섹션(2608)의 길이가 L^*보다 약간 더 긴 본 발명에 따라 설계된 약간 덜 최적화된 노즐의 경우에, 마하 수는 직선 부분(2608)에서 1 아래로 떨어지게 되고, 이에 따라, 프로파일(2624)로 나타낸 것처럼, 출구(2610)에서 1까지 상승할 것이다. 26 is a cross-sectional view of a nozzle 2600 in accordance with an embodiment of the present invention, with a throat 2604 extending from a throat inlet 2603 to a throat outlet 2605 following a converging section 2602. followed by a diverging section 2606 extending from the throat outlet 2605 to the inlet 2607 of a straight cylindrical section 2608 terminating at the end of the nozzle 2609, the axial dimension (x) of the nozzle Abrasive particles 2612 are shown in the flow along with a Mach number graph 2620 representing the Mach number M along the For an optimized nozzle designed in accordance with the present invention, the Mach number remains greater than or equal to 1 until the exit indicated by the profile 2622 marked "L=L ^* ". In the case of a slightly less optimized nozzle designed according to the present invention where the length of the straight section 2608 is slightly longer than L ^* , the Mach number will drop below 1 in the straight section 2608, and thus the profile 2624 will rise to 1 at the exit 2610, as indicated by .

도 27은 본 발명의 실시예에 따른 노즐(2700)의 단면을 도시한 도면으로서, 수렴 섹션(2702)에 이어서 스로트 입구(2703)에서 스로트 출구(2705)로 연장되는 스로트(2704)가 뒤따르며, 이어서 스로트 출구(2705)로부터 노즐(2709)의 단부에서 끝나는 직선 원통형 섹션(2708)의 입구(2707)까지 연장되는 발산 섹션(2706)이 뒤따르고, 노즐의 축 치수(x)를 따라 마하 수(M)를 나타내는 마하 수 그래프(2720)와 함께 흐름에 연마재 입자(2712)가 도시되어 있다. 프로파일(2722, 2724, 2726)은 노즐 직선 섹션의 출구 조건에 대한 노즐 압력을 높이거나 낮추는 효과를 도시한다. 출구 압력,

가 배압,

와 같고, 직선 섹션(2708)의 길이(L)가 L^*과 같을 때, 프로파일(2722)에 도시된 것처럼 출구에서의 흐름에 충격파가 형성되어, 출구 이후에 음속 이하의 흐름(subsonic flow)이 발생한다. 노즐 압력(

)을 증가시키면 출구 압력(

)이 높아지고,

가 프로파일(2726)에서와 같이 배압(

)을 초과하면 소음이 더 높은 초음속 출구 흐름이 발생한다. 이러한 노즐 압력을 갖는 초음속 출구 흐름을 피하기 위하여, 직선 섹션(2708)의 길이(L)는 L^*이상으로 증가할 수 있거나/있고, 내부 노즐 벽 및/또는 연마재 입자의 마찰이 증가할 수 있어, 직선 단면에서 가스 흐름의 속도는 더 빠르게 감소한다. 노즐 압력을 낮추면 출구 압력(pe)이 낮아지고, 충격파는 출구에서 상류로 이동하며, 프로파일(2724)에서와 같이 낮은 마하 수 프로파일로 인해 입자 가속이 약간 감소한다. 27 is a cross-sectional view of a nozzle 2700 in accordance with an embodiment of the present invention, with a throat 2704 extending from a throat inlet 2703 to a throat outlet 2705 following a converging section 2702. is followed by a diverging section 2706 extending from the throat outlet 2705 to the inlet 2707 of a straight cylindrical section 2708 terminating at the end of the nozzle 2709, the axial dimension (x) of the nozzle Abrasive particles 2712 are shown in the flow along with a Mach number graph 2720 representing the Mach number M along the lines.

Profiles

2722 , 2724 , and 2726 show the effect of raising or lowering the nozzle pressure on the outlet condition of the straight section of the nozzle. outlet pressure,

back pressure,

and when the length L of the straight section 2708 is equal to L ^* , a shock wave is formed in the flow at the outlet as shown in profile 2722, resulting in a subsonic flow after the outlet. Occurs. Nozzle pressure (

) increases the outlet pressure (

) rises,

As in profile 2726, back pressure (

) is exceeded, resulting in a higher-noise supersonic exit flow. To avoid supersonic outlet flow with such nozzle pressure, the length L of the straight section 2708 may be increased above L ^* and/or friction of the inner nozzle wall and/or abrasive particles may increase, In a straight section, the velocity of the gas flow decreases more rapidly. Reducing the nozzle pressure lowers the outlet pressure pe, the shock wave travels upstream from the outlet, and the particle acceleration is slightly reduced due to the low Mach number profile as in profile 2724.

위에서 설명한 새로운 노즐의 생산성 및 소음 성능은 표준 #6 및 매우 긴(XL) 노즐을 포함하는 표준 상용 #6 노즐과 비교되었다. 테스팅 이전에, 노즐 생산성(패널을 설정 레벨로 클리닝 하는데 필요한 시간)을 평가하기 위해 사용되도록 14 게이지 강철의 20개의 18인치 x 18인치 패널을 균일하게 분말 코팅(10-12mil 코팅 두께)했다. 모든 테스트는 67psi의 노즐 압력에서 새로운 30/40 가넷 매질(garnet media)로 수행되었다The productivity and noise performance of the new nozzles described above were compared to standard commercial #6 nozzles, including standard #6 and very long (XL) nozzles. Prior to testing, 20 18" x 18" panels of 14 gauge steel were uniformly powder coated (10-12 mil coating thickness) to be used to evaluate nozzle productivity (time required to clean panels to set level). All tests were performed with fresh 30/40 garnet media at a nozzle pressure of 67 psi.

테스트한 각각의 노즐에 대해, 소리 레벨은, 노즐을 오픈된 공기에서 작동하는 동안(실제 분사 중에 금속을 때리는 모래에 의해 발생하는 소리를 피하기 위해), 작업자의 왼쪽 어깨에 있는 소리 레벨 측정기를 사용하여 측정되었다. 1/3 옥타브 밴드에 대한 소리 레벨이 10초 동안 측정되었고, MIN, MAX 및 AVG 소리 레벨이 자동으로 계산 및 저장되었다. 배경 소리 레벨은 배경 소음이 노즐의 측정된 소음 레벨에 기여하지 않았음을 확인하기 위해 또한 기록되었다.For each nozzle tested, the sound level was measured using a sound level meter on the operator's left shoulder while operating the nozzle in open air (to avoid the sound produced by sand hitting the metal during actual spraying). was measured. Sound levels for the 1/3 octave band were measured for 10 seconds, and MIN, MAX and AVG sound levels were automatically calculated and stored. Background sound level was also recorded to confirm that background noise did not contribute to the measured noise level of the nozzle.

다음은, 분말 코팅된 테스트 패널의 한 면을 분사하기 위해 사용되었던 각각의 노즐의 비디오가 녹화되었다. 비디오는 각각의 노즐의 생산성을 정량화하기 위해 사용되었다(테스트 패널을 원하는 마감까지 클리닝 하기 위해 필요한 시간을 결정함). 소리 레벨 및 생산성에 대한 임프레션(impressions)을 포함하여 각각의 노즐을 사용한 이후에 분사의 피드백이 또한 기록되었다. Next, a video was recorded of each nozzle that was used to spray one side of the powder coated test panel. The video was used to quantify the productivity of each nozzle (determining the time required to clean the test panel to the desired finish). Feedback of jetting after each nozzle use was also recorded, including impressions on sound level and productivity.

표 1은 일부 작업자 의견과 함께 테스팅의 주요 결과를 요약한 것이다. 테스팅의 제 1 라운드로부터, 가장 조용하면서 가장 생산적인 노즐은 도 17a 및 도 17b에 개략적으로 도시된 오셔닛 BN6V1(Oceanit BN6V1) 또는 오셔닛 쇼트 SS(Oceanit Short SS)라는 개선된 노즐이었다. 표준 긴 노즐의 경우 16dB 더 조용하고 테스트 패널을 69초에 비해 51초 동안 클리닝 되었다. XL 노즐(XL #6)은 소리 성능이 약간 향상되었지만, 생산성이 향상되지 않았으며, 일상적으로 사용하기에는 너무 크고 무거운 것으로 간주되었다.Table 1 summarizes the key results of the testing along with some operator comments. From the first round of testing, the quietest and most productive nozzles were the improved nozzles called Oceanit BN6V1 or Oceanit Short SS schematically shown in FIGS. 17A and 17B . The standard long nozzle was 16dB quieter and cleaned the test panel in 51 seconds versus 69 seconds. The XL nozzle (XL #6) had a slight improvement in sound performance, but no productivity improvement, and was considered too large and heavy for everyday use.

노즐Nozzle 소리 레벨sound level
(dB)(dB) 패널을 클리닝 하는 시간Time to clean the panel
(sec)(sec)

작업자 노트worker notes 표준 #6 노즐Standard #6 Nozzle 110.8
109.2110.8
109.2 69
4169
41 전형적인 노즐typical nozzle 오셔닛 BN6V1Oceanet BN6V1 94.7
94.094.7
94.0 51
3951
39 작업자가 선호하는 노즐. 최고의 생산성으로 현저하게 낮은 사운드. 표준 노즐만큼 테스트 패널을 가열하지 않았음. 표준 노즐보다 반동이 적다(단단한 스테인리스 스틸인 오셔닛 노즐의 무게로 인한 것일 수 있음).The operator's preferred nozzle. Remarkably low sound with maximum productivity. The test panel did not heat up as much as standard nozzles. Less recoil than standard nozzles (possibly due to the weight of the solid stainless steel Ossionet nozzles). 오셔닛 BN6V2Oceanet BN6V2 93.1
94.293.1
94.2 75
4875
48 표준 노즐에 비해 소리가 낮고 생산성이 유사함. 여분의 길이와 무게로 인해 오셔닛 쇼트 SS보다 덜 바람직함.Low sound and comparable productivity compared to standard nozzles. Less desirable than Oceanet Short SS due to extra length and weight. XLXL 97.997.9 7272 노즐 스크리치를 제거하기 위해 더 많은 모래가 필요함.Needs more sand to remove nozzle scratches.

표 1. 테스트 결과의 개요. (70psi 노즐 압력에서 30/40 가넷)Table 1. Overview of test results. (30/40 garnet at 70 psi nozzle pressure)

제 1 라운드 결과에 기초하여, 표준 #6 노즐과 두 개의 직선 섹션 오셔닛 노즐에 대한 제 2 시도가 수행되었다(표 1에도 표시됨). 다시, 오셔닛 쇼트 SS는 작업자가 선호하는 노즐이었으며, 표준 #6 노즐보다 15.2dB 더 조용하면서. (표준 #6 노즐의 경우 39초에 비해) 39초 동안 테스트 패널이 클리닝 되었다. 오셔닛 BN6-VI는, 작업자가 귀 보호가 불필요하고, 보다 생산적이고, 반동이 적으며, 테스트 패널의 열 변형이 작게 유발한다고 느끼는 지점까지 표준 #6 노즐보다 눈에 띄게 조용하였다. Based on the results of the first round, a second trial was performed with a standard #6 nozzle and two straight section oceanet nozzles (also shown in Table 1). Again, the Oceanet Short SS was the operator's preferred nozzle, while being 15.2dB quieter than the standard #6 nozzle. The test panel was cleaned in 39 seconds (compared to 39 seconds for the standard #6 nozzle). The Oceanet BN6-VI was noticeably quieter than the standard #6 nozzle to the point where operators felt that ear protection was unnecessary, more productive, less recoil, and caused less thermal deformation of the test panel.

1/3 옥타브 밴드(2200)에 대해 측정된 평균 소리 레벨이 도 22에 도시되어 있다. 이들은 두 개의 새로운 직선 섹션 노즐(2230(BN6-V1), 2240(BN6-V2))의 소리 레벨이 전체 스펙트럼에 걸쳐 표준 노즐(2210)보다 낮고, 또한 대부분의 스펙트럼에 걸쳐서 XL 노즐(2220)보다 실질적으로 더 낮다는 것을 확인한다. 또한, 주목할 가치가 있는 것은 고속 제트 및/또는 제트 스크리치(jet screech)로부터 더 큰 난류 생성과 관련될 수 있는 표준 노즐(표준 #6)의 경우 4000Hz에 중심을 둔 스파이크(2250)이며, 이는 노즐 출구에서 수직 충격 이후에 음속 이하의 출구 속도만큼 회피된다.The average sound level measured for the 1/3 octave band 2200 is shown in FIG. 22 . They show that the sound level of two new straight section nozzles 2230 (BN6-V1), 2240 (BN6-V2) is lower than the standard nozzle 2210 over the entire spectrum, and also lower than the XL nozzle 2220 over most of the spectrum. Make sure it is substantially lower. Also worth noting is the spike 2250 centered at 4000 Hz for the standard nozzle (Standard #6), which may be associated with greater turbulence generation from the high-velocity jet and/or jet screech, which After the normal impact at the nozzle exit, subsonic exit velocities are avoided.

추가 테스팅은 약 90psi의 노즐 압력에서 스틸 샷 매질을 사용하는 표준 #6 노즐에 대해 더 짧은 직선 섹션(오셔닛 BN6V1)을 갖는 새로운 노즐에 대해 수행되었다. 위에서 테스팅에 대해 설명한 동일한 코팅된 패널이 노즐 생산성(패널을 분사 클리닝하는 시간)을 측정하기 위해 사용되었다. 각각의 노즐에 대해 2번의 시도가 수행되었다. 결과는 아래의 표 2에 나타내었다. 제 1 시도에서, 새로운 노즐은 표준 노즐과 동일하게 수행되었다(패널을 클리닝 하기 위해 각각 ~53초). 제 2 시도에서, 새로운 노즐은 표준 노즐보다 성능이 뛰어났다(47초에 비해 30초). 일반적으로, 제 2 시도는 사용자가 특정 노즐에 대해 조절할 시간이 있기 때문에 더 신뢰할 수 있다.Additional testing was performed on a new nozzle with a shorter straight section (Ossionet BN6V1) for a standard #6 nozzle using steel shot media at a nozzle pressure of about 90 psi. The same coated panels described for testing above were used to measure nozzle productivity (time to spray clean panels). Two trials were performed for each nozzle. The results are shown in Table 2 below. In the first trial, the new nozzle performed identically to the standard nozzle (~53 sec each to clean the panel). In the second trial, the new nozzle outperformed the standard nozzle (30 seconds versus 47 seconds). In general, the second trial is more reliable because the user has time to adjust for a particular nozzle.

노즐Nozzle 소리 레벨sound level
(dB)(dB) 패널을 클리닝 하는 시간Time to clean the panel
(sec)(sec)

작업자 노트worker notes 표준 #6 노즐Standard #6 Nozzle n/an/a 53
4753
47 전형적인 노즐typical nozzle 오셔닛 BN6V1Oceanet BN6V1 n/an/a 53
3053
30 작업자가 오셔닛 BN6-V1이 현저하게 더 조용하다고 언급함.Operator notes that Oceanet BN6-V1 is significantly quieter.

표 2: 스틸 샷 90psiTable 2: Steel Shot 90psi

따라서, 새로운 저소음 생성 연마재 분사 노즐은 상업용 연마재 분사 설정에서 우수한 것으로 입증되었다. 높은 입자 속도는 생산적인 노즐을 생성한다. 낮은 출구 공기 속도는 저소음 노즐을 생성한다. 새로운 노즐은 노즐에서 빠져나오는 연마재 입자 속도를 유지하거나 향상시키면서 배출 공기 속도를 감소시킨다. 새로운 노즐(#6 노즐에 기반)은 부분적으로(일부 실시예에서) 노즐의 단부에서 수직 충격파의 생성을 통해 훨씬 더 낮은 출구 속도를 생성하면서 노즐의 높은 마하 수의 가속 영역을 연장하는 연장된 출구 섹션을 활용한다. 새로운 노즐의 생산성은 가넷 및 스틸 샷을 사용한 테스트에서 표준 #6 노즐보다 우수한 것으로 나타났으며, 상용 노즐에 비해 17dB 소음 감소, 반동 감소 및 이로 인한 사용자 피로 감소, 개선된 핸들링 특성을 달성했다. CFD 모델링은 개선된 입자 가속 영역을 보여준다.Therefore, the new low noise generating abrasive jet nozzles have proven superior in commercial abrasive jetting setups. High particle velocities produce productive nozzles. A low outlet air velocity produces a quiet nozzle. The new nozzle reduces the exhaust air velocity while maintaining or improving the abrasive particle velocity exiting the nozzle. The new nozzle (based on the #6 nozzle) has an extended exit extending the nozzle's high Mach number acceleration region, in part (in some embodiments) through the generation of a vertical shock wave at the end of the nozzle, creating a much lower exit velocity. Use the section. The productivity of the new nozzle was found to be superior to that of the standard #6 nozzle in tests using garnet and steel shots, achieving 17 dB noise reduction, reduced recoil and consequent user fatigue, and improved handling characteristics compared to commercial nozzles. CFD modeling shows an improved particle acceleration region.

OSHA 8시간 가중 평균 미만으로의 직원의 유해 소음에 대해 노출의 감소는 고용주가 직원의 현재 관행을 수정해야 하는 필요성이 완화되고, 개인 보호 장비(PPE) 필요성을 감소시키고, PPE 실패 시 부상 가능성 감소시키며, 인접한 "안전 지대"에 있는 사람이 노출로부터 안전함을 보장한다. 가장 중요한 것은 분사 시설의 소음을 90dBA 이하로 줄이면 작업자가 OSHA 준수 내에서 하루 8시간의 표준 근무 시간 동안 작업할 수 있다는 것이다. 또한, 최소한 3dBA의 소음 감소는 그와 같은 더 조용한 노즐을 사용하는 작업자들에게 도움이 된다는 점을 이해해야 한다. 실제로, 예를 들어, 6dBA의 소음 감소는 작업자들의 부상 위험을 낮추는 데 중요하다.Reduction of employee exposure to hazardous noise below the OSHA 8-hour weighted average alleviates the need for employers to modify employees' current practices, reduces the need for personal protective equipment (PPE), and reduces the likelihood of injury if PPE fails and ensure that persons in the adjacent “safe zone” are safe from exposure. Most importantly, reducing the noise of the spraying facility to 90 dBA or less allows the operator to work within OSHA compliance during the standard eight-hour working day. It should also be understood that a noise reduction of at least 3 dBA is beneficial to operators using such quieter nozzles. In fact, a noise reduction of, for example, 6 dBA is important to lower the risk of injury to workers.

비록, #6 노즐 실시예의 테스팅이 위에서 설명되었지만, 다른 실시예는 #8, #7, #4 및 #5 노즐, 또는 #6 90도 노즐 또는 다른 90도 노즐을 포함하는 임의의 크기일 수 있다. 석탄 슬래그, 가넷, 아크릴 등을 포함한 모든 유형의 연마재 매질/재료를 사용하여 임의의 수렴-발산하는 노즐에 동일한 설계가 적용될 수 있다. 일반적으로, 압축 공기가 사용된다. 일부 실시예에서는 수증기가 사용될 수 있다. 새로운 노즐은 예를 들어 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드, 붕소 카바이드, 아크릴, 세라믹, 스테인리스 스틸, 경화 강철, 알루미늄, 기타 알려진 노즐 재료 또는 이들의 조합(내마모성 세라믹 라이너가 있거나 없이)으로 제조될 수 있다. 노즐은 스테인리스 스틸 버전에 대해 취급을 개선하고 정전기 문제를 제거하기 위해 보호 그립을 가질 수 있다. 노즐은 다양한 호스 압력 및 분사 패턴을 위해 설계 및 사용될 수 있다.Although testing of the #6 nozzle embodiment is described above, other embodiments may be of any size, including #8, #7, #4 and #5 nozzles, or #6 90 degree nozzles or other 90 degree nozzles. . The same design can be applied to any converging-diverging nozzle using all types of abrasive media/materials including coal slag, garnet, acrylic, etc. In general, compressed air is used. Water vapor may be used in some embodiments. The new nozzles may be made of, for example, tungsten carbide, silicon carbide, boron carbide, acrylic, ceramic, stainless steel, hardened steel, aluminum, other known nozzle materials, or combinations thereof (with or without abrasion resistant ceramic liners). Nozzles may have protective grips on stainless steel versions to improve handling and eliminate static issues. Nozzles can be designed and used for a variety of hose pressures and spray patterns.

위에서 제시되고 본 명세서에 참조된 설명, 도면 및 예시로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명의 저소음 연마재 분사 시스템은 결과적으로 발생하는 소음을 현저히 감소한 연마재 분사를 허용하면서, 종래의 연마재 분사 시스템과 비교하여 동등하거나 개선된 생산성 및 효율성을 제공한다. 이러한 개선된 저소음 분사 시스템은 작업자의 건강 및 안전과 주변 사람들을 위한 더 조용한 환경을 제공한다.As will be understood from the description, drawings and examples set forth above and referenced herein, the quiet abrasive blasting system of the present invention is equivalent to conventional abrasive blasting systems, while allowing abrasive blasting with significantly reduced noise generated as a result. or provide improved productivity and efficiency. This improved low-noise injection system provides a quieter environment for the health and safety of workers and those around them.

개선된 연마재 분사 시스템의 실시예는 가스 출구 속도를 감소시키면서 입자 속도를 유지하기 위해 호스 및/또는 노즐에서 연장된 가속기 섹션을 이용한다. 원하는 활성 연마재 영역을 생성하기 위해 직선 보어 노즐이 사용될 수 있다. 유지된 입자 속도는 동등한 연마재 생산성을 제공하고 가스 속도는 감소한 결과 소음을 제공한다.An embodiment of an improved abrasive dispensing system utilizes an accelerator section extending from the hose and/or nozzle to maintain the particle velocity while reducing the gas outlet velocity. A straight bore nozzle may be used to create the desired active abrasive area. A maintained grain velocity provides equivalent abrasive productivity and a reduced gas velocity results in noise.

본 발명의 제조 및 테스팅의 특정한 바람직한 실시예 및 예가 예시 및 설명되었지만, 본 발명은 그에 한정하지 않는다는 것이 명백할 것이다. 많은 수정 또는 대안, 변경, 변형, 대체 및 등가물이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 본 기술에 숙련된 사람들에게 발생할 것이며, 본 명세서에 개시된 본 발명의 일부 및 구획으로 간주된다. While certain preferred embodiments and examples of making and testing the present invention have been illustrated and described, it will be apparent that the present invention is not limited thereto. Numerous modifications or alternatives, alterations, modifications, substitutions and equivalents will occur to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention, and are considered to be part and parcel of the invention disclosed herein.

제한이 아닌 예로서, 노즐 및 호스 치수, 커플링 유형, 및 호스, 커플링, 노즐 및 가속기 섹션의 특정 구성 및 크기는 다양한 작업 조건, 대상 재료, 프로젝트 사양, 예산 고려 사항 및 사용자 선호도를 수용하기 위하여 본 명세서에 기재된 바와 같은 본 발명의 일반적인 원리에 따라 변경될 수 있다. 노즐은 직선 섹션을 갖는 새로운 노즐을 특징으로 하는 실시예를 포함하는 임의의 스로트 직경, 예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 등을 가질 수 있다. 또한, 하나 이상의 전환 커플링 및 가속기 호스 섹션 및 내부 직경은 본 발명의 시스템에 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 발명은 이러한 모든 수정 및 변형을 포함한다. By way of example, and not limitation, nozzle and hose dimensions, types of couplings, and specific configurations and sizes of hoses, couplings, nozzles, and accelerator sections may be tailored to accommodate various operating conditions, target materials, project specifications, budget considerations, and user preferences. may be modified in accordance with the general principles of the invention as described herein. Nozzles can be of any throat diameter, including embodiments featuring new nozzles with straight sections, for example 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 can have the back. Additionally, one or more diverting couplings and accelerator hose sections and inner diameters may be used in the system of the present invention. The invention described herein embraces all such modifications and variations.

또한, 본 발명은 새롭고 독창적이며 산업적으로 이용 가능한 것으로 간주될 수 있는 본 명세서, 첨부된 특허청구범위 및/또는 도면에 기재된 모든 특징의 모든 있을 수 있는 조합을 포함하는 것으로 간주되어야 한다Furthermore, the present invention is to be considered to cover all possible combinations of all features set forth in this specification, the appended claims and/or the drawings as they may be considered novel, inventive, and industrially usable.

본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예에서 다양한 변형 및 수정이 가능하다. 비록, 본 발명의 특정 예시적인 실시예가 본 명세서에 도시 및 설명되었지만, 광범위한 수정, 변경 및 대체가 전술한 개시내용에서 예상된다. 상기 설명은 많은 세부사항을 포함하지만, 이들은 본 발명의 범위에 대해 제한으로서 해석되어서는 안 되며, 오히려 하나 또는 다른 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 일부 경우에, 본 발명의 일부 특징은 다른 특징의 상응하는 사용 없이 채용될 수 있다. Various modifications and variations are possible in the embodiments of the invention described herein. Although specific exemplary embodiments of the invention have been shown and described herein, it is anticipated that extensive modifications, changes and substitutions will be made in the foregoing disclosure. While the above description contains many details, these should not be construed as limitations on the scope of the invention, but rather as illustrations of one or the other preferred embodiment. In some cases, some features of the invention may be employed without corresponding use of other features.

따라서, 전술한 설명은 단지 예시 및 예로서 주어진 것으로서 광범위하게 해석 및 이해되는 것이 적절하며, 본 발명의 정신 및 범위는 궁극적으로 발행되는 청구범위에 의해서 제한된다.Accordingly, the foregoing description is given by way of illustration and example only, and is suitably interpreted and understood broadly, the spirit and scope of the invention being limited by the claims ultimately issued.

Claims

생산적인 저소음 연마재 분사 노즐로서:
수렴하는 내부 직경을 갖는 수렴부;
상기 수렴부에 연결된 스로트(throat);
상기 스로트에 연결된 발산부; 및
상기 발산부에 연결되고 바로 이어지는 직선부를 포함하고,
상기 직선부는, 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때, 분사 노즐을 빠져나가는 가스의 속도가 상기 직선부가 제거된 분사 노즐에 비해 적어도 30% 감소되는 길이를 가지며;
작동 시에 유체는 상기 수렴부, 상기 스로트, 상기 발산부 및 상기 직선 부를 통해 순서대로 흐르는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.As a productive low-noise abrasive blasting nozzle:
a converging portion having a converging inner diameter;
a throat connected to the converging part;
a diverging unit connected to the throat; and
It includes a straight part connected to the diverging part and directly connected to it,
the straight portion has a length such that, when actuated with a predetermined gas and particle mixture and pressure, the velocity of gas exiting the spray nozzle is reduced by at least 30% relative to the spray nozzle from which the straight portion has been removed;
In operation, fluid flows sequentially through said converging portion, said throat, said diverging portion and said straight portion.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부의 내부 직경은 상기 수렴부의 최대 내부 직경보다 작은, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
The inner diameter of the straight portion is smaller than the maximum inner diameter of the converging portion, productive low-noise abrasive spraying nozzle.

제 1 항의 저소음 연마재 분사 노즐을 포함하는 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐 어셈블리.A productive quiet abrasive spray nozzle assembly comprising the quiet abrasive spray nozzle of claim 1 .

제 1 항에 있어서,
상기 노즐은, 상기 미리 결정된 가스 및 입자의 혼합물 및 압력에 대하여, 가스의 초음속 흐름이 노즐 내부로 격리되고 초음속 가스 흐름은 상기 직선 섹션에서 연마재 입자들을 가속하도록 구성된, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
wherein the nozzle is configured such that, for the predetermined gas and particle mixture and pressure, a supersonic flow of gas is isolated into the nozzle and the supersonic gas flow accelerates abrasive particles in the straight section.

제 1 항에 있어서,
상기 노즐은 상기 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가:
상기 발산부의 출구에서 보다 상기 직선부의 출구에서 더 낮아져 작동 소음을 감소시키고; 그리고
상기 발산부의 출구에서는 1보다 큰 것으로부터 상기 직선부의 출구에서는 1로 감소하도록 구성되는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
The nozzle has a gas Mach number for the predetermined gas and particle mixture and pressure:
lower at the outlet of the straight section than at the outlet of the diverging section to reduce operating noise; and
and decrease from greater than one at the exit of the divergent portion to one at the exit of the straight portion.

제 5 항에 있어서,
상기 노즐은 상기 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가 상기 발산부의 출구에서 1보다 큰 것으로부터 상기 직선부의 출구에서 1로 감소하도록 구성되는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.6. The method of claim 5,
wherein the nozzle is configured such that the gas Mach number for the predetermined gas and particle mixture and pressure decreases from greater than one at the outlet of the divergent portion to one at the outlet of the straight portion.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부의 길이는 상기 직선부의 내부 직경의 적어도 2/10인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
wherein the length of the straight part is at least 2/10 of the inner diameter of the straight part.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부의 길이는 상기 직선부의 내부 직경의 10배 미만인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
wherein the length of the straight part is less than 10 times the inner diameter of the straight part.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부의 길이는 1" 내지 10"인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
The length of the straight portion is 1" to 10", productive low-noise abrasive spraying nozzles.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부의 길이는 2.5"인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
wherein the straight portion is 2.5" long.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부는 상기 발산부에 부착되고 상기 발산부로부터 분리되도록 구성되는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
wherein the straight portion is attached to and configured to be detached from the diverging portion.

제 11 항에 있어서,
상기 발산부에 부착되고 상기 발산부로부터 분리되도록 구성되는 하나 이상의 추가 직선부들을 더 포함하고, 상기 직선부 및 상기 하나 이상의 추가 직선부는 각각 다른 길이 및/또는 내부 직경을 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.12. The method of claim 11,
and one or more additional straight portions attached to and configured to be separated from the diverging portion, wherein the straight portion and the one or more additional straight portions have different lengths and/or internal diameters, respectively. Nozzle.

제 12 항에 있어서,
상기 하나 이상의 추가 직선부들 각각은, 상이한 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때, 상기 분사 노즐을 빠져나가는 가스의 속도가 상기 직선부가 제거된 분사 노즐에 비해 적어도 30% 감소하도록 길이를 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.13. The method of claim 12,
each of the one or more additional straight portions has a length such that, when operated with a different predetermined gas and particle mixture and pressure, the velocity of gas exiting the injection nozzle is reduced by at least 30% relative to the injection nozzle from which the straight portion has been removed. , productive low-noise abrasive blasting nozzles.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부는 형상이 원통형인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
The straight portion is cylindrical in shape, productive low-noise abrasive spraying nozzles.

제 1 항에 있어서,
상기 노즐은 #4 노즐, #5 노즐, #6 노즐, #7 노즐 또는 #8 노즐인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
wherein the nozzle is a #4 nozzle, a #5 nozzle, a #6 nozzle, a #7 nozzle or a #8 nozzle.

제 1 항에 있어서,
상기 발산부로부터 상기 직선부로의 출구에서 1보다 큰 마하 수를 갖는 발산부를 통해 흐르는 유체를 더 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐. The method of claim 1,
and a fluid flowing through the diverging portion having a Mach number greater than one at an exit from the diverging portion to the straight portion.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부로부터의 출구에서 1의 마하 수를 갖는 직선부를 통해 흐르는 유체를 더 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
and a fluid flowing through the straight section having a Mach number of 1 at the outlet from the straight section.

제 1 항에 있어서,
상기 노즐 내부의 초음속 유체 흐름에 복수의 연마재 입자를 더 포함하고, 상기 초음속 유체 흐름은 상기 직선부에서 충격파를 경험하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
and a plurality of abrasive particles in the supersonic fluid flow within the nozzle, wherein the supersonic fluid flow experiences a shock wave in the straight portion.

제 1 항에 있어서,
상기 노즐은 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드, 붕소 카바이드, 아크릴, 세라믹, 스테인리스 스틸, 경화 강철, 알루미늄, 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어지는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
wherein the nozzle is made of a material selected from the group consisting of tungsten carbide, silicon carbide, boron carbide, acrylic, ceramic, stainless steel, hardened steel, aluminum, or combinations thereof.

제 1 항에 있어서,
상기 노즐은 적어도 하나의 보호 그립을 더 포함하는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
wherein the nozzle further comprises at least one protective grip.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부의 길이는 상기 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 상기 분사 노즐이 90dBA 이하의 소음 레벨을 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
wherein the length of the straight portion is such that the jet nozzle has a noise level of 90 dBA or less when operated with the predetermined gas and particle mixture and pressure.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부의 길이, L은 다음 식에 의해 주어진 것처럼 적어도 L^*이고,

여기서, D는 상기 직선 섹션의 직경이고, M은 상기 직선부로의 입구에서 유체의 마하 수이고,

는 상기 직선부의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

는 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물에 대한 유체 흐름의 비열비(specific heat ratio)인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
The length of the straight part, L, is at least L ^* as given by the equation

where D is the diameter of the straight section, M is the Mach number of the fluid at the inlet to the straight section,

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

제 1 항에 있어서,
상기 직선부의 길이, L은 출구 압력에 대한 배압의 비율에 대해 조정된 적어도 L^*이고, 여기서, L^*은 다음 식으로 주어지며,

는 상기 직선부의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

는 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물에 대한 유체 흐름의 비열비인, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
The length of the straight section, L, is at least L ^* adjusted for the ratio of back pressure to outlet pressure, where L ^* is given by

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

노즐의 생산성을 감소시키지 않으면서 상기 노즐의 소음을 감소시키기 위한 제 1 항의 노즐을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
상기 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물 및 압력에 대하여, 상기 직선부로부터의 출구 이전의 하나의(one) 직선 섹션 내부 직경 또는 그 직경 이내에서 가스에 대해 1의 마하 수를 생성하는 데 요구되는 제 1 항의 직선부의 최소 길이를 결정하는 단계; 및
상기 최소 길이보다 같거나 긴 길이를 갖는 직선부를 갖는 노즐을 제조하는 단계를 포함하는, 노즐 제조 방법.A method of making the nozzle of claim 1 for reducing the noise of said nozzle without reducing productivity of said nozzle, said method comprising:
For the predetermined gas and abrasive particle mixture and pressure, the first required to produce a Mach number of one for the gas at or within the inner diameter of one straight section prior to the exit from the straight section. determining a minimum length of the straight portion of the term; and
and manufacturing a nozzle having a straight portion having a length equal to or greater than the minimum length.

제 24 항에 있어서,
상기 가스의 마하 수가 상기 발산부의 단부인 제 1 지점에서의 피크로부터 제 1 지점과 제 2 지점 사이에서 음속 이하로 가지 않고 상기 직선부의 출구 이전의 직선부의 내부 직경과 동일한 길이, 또는 그 길이 이내에서 제 2 지점에서 1의 마하 수로 감소하도록 제 1 항의 상기 직선부의 최적 길이를 결정하는 단계; 및
상기 최적 길이를 갖는 직선부를 갖는 노즐을 제조하는 단계를 더 포함하는, 노즐 제조 방법.25. The method of claim 24,
The Mach number of the gas does not go below the speed of sound between the first point and the second point from the peak at the first point, which is the end of the diverging part, and is equal to, or within the length of, the inner diameter of the straight part before the exit of the straight part. determining an optimal length of the straight portion of claim 1 to decrease to a Mach number of 1 at a second point; and
Further comprising the step of manufacturing a nozzle having a straight portion having the optimal length, the nozzle manufacturing method.

제 25 항에 있어서,
상기 최적 길이를 결정하는 단계는,
상기 직선 섹션의 벽들로부터의 마찰의 효과를 분석하는 단계; 및/또는
상기 직선부에서 기류 속도를 감소시키는 복수의 연마재 입자의 효과를 분석하는 단계를 포함하는, 노즐 제조 방법.26. The method of claim 25,
Determining the optimal length comprises:
analyzing the effect of friction from the walls of the straight section; and/or
and analyzing the effect of the plurality of abrasive particles on reducing the airflow velocity in the straight portion.

제 24 항에 있어서,
소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 생성하는 길이를 결정하기 위해 특정 작동 조건에 대해 상기 직선부의 길이를 조정하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 노즐을 제조하는 단계를 더 포함하는, 노즐 제조 방법.25. The method of claim 24,
adjusting the length of the straight portion for specific operating conditions to determine a length that produces a desired combination of sound reduction and productivity, and manufacturing the nozzle to have that length.

제 24 항에 있어서,
소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 갖는 길이를 찾기 위해 직선부 길이의 범위에 걸쳐 제 1 항의 노즐의 반복적인 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 노즐을 제조하는 단계를 더 포함하는, 노즐 제조 방법.25. The method of claim 24,
A nozzle, further comprising: performing an iterative computer simulation of the nozzle of claim 1 over a range of straight lengths to find a length having a desired combination of sound reduction and productivity, and manufacturing the nozzle to have that length. manufacturing method.

생산적인 저소음 연마재 분사를 위한 노즐 부착물로서:
연마재 분사 노즐의 출구에 연결하기 위한 직선 관을 포함하고,
상기 직선 관은, 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때, 상기 연마재 분사 노즐을 빠져나가는 가스의 속도가 상기 직선 관이 연결된 상태에서 적어도 30% 만큼 감소되도록 길이를 갖는, 노즐 부착물.As a nozzle attachment for productive, quiet abrasive dispensing:
a straight tube for connection to the outlet of the abrasive spray nozzle;
wherein the straight tube has a length such that, when operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure, the velocity of gas exiting the abrasive spray nozzle is reduced by at least 30% with the straight tube connected.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관을 상기 연마재 분사 노즐에 연결하는 고정 디바이스를 더 포함하는, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
and a securing device connecting the straight tube to the abrasive spray nozzle.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관과 상기 연마재 분사 노즐의 연결을 돕기 위해 상기 직선 관에 내장된 고정 디바이스를 더 포함하는, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
and a securing device embedded in the straight tube to aid in connection of the straight tube and the abrasive spray nozzle.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관의 내부 직경은 상기 연마재 분사 노즐의 수렴부의 최대 내부 직경보다 작은, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
and the inner diameter of the straight tube is smaller than the maximum inner diameter of the converging portion of the abrasive spray nozzle.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관은, 상기 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대해서, 상기 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 가스의 초음속 흐름이 상기 직선 관의 출구를 넘어 계속되지 않고, 초음속 가스 흐름이 상기 직선 관에서 연마재 입자를 가속하도록 구성된, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
The straight tube is configured such that, for the predetermined gas and particle mixture and pressure, when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the supersonic flow of gas does not continue beyond the outlet of the straight tube, and the supersonic gas flow is A nozzle attachment configured to accelerate the abrasive particles in the tube.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관은, 상기 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 상기 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가 상기 연마재 분사 노즐의 발산부의 출구에서보다 상기 직선 관의 출구에서 낮아서 작동의 노이즈를 감소시키도록 구성되는, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
The straight tube is such that, when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the gas Mach number for the predetermined gas and particle mixture and pressure is lower at the outlet of the straight tube than at the outlet of the diverging portion of the abrasive spray nozzle, so that the noise of operation nozzle attachment, configured to reduce

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관은, 상기 직선 관이 상기 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 상기 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력에 대한 가스 마하 수가 상기 연마재 분사 노즐의 발산부의 출구에서 1보다 큰 것으로부터 상기 직선부의 출구에서 1까지 감소하도록 구성된, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
The straight tube is configured such that, when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the gas Mach number for the predetermined gas and particle mixture and pressure is greater than 1 at the exit of the abrasive spray nozzle at the outlet of the straight portion. Nozzle attachment, configured to decrease by 1.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관의 길이는 직선 관의 직경의 적어도 2/10인, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
The length of the straight tube is at least 2/10 the diameter of the straight tube.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관의 길이는 직선 관의 직경의 10배 미만인, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
The length of the straight tube is less than 10 times the diameter of the straight tube.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관의 길이는 1" 내지 10"인, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
The straight tube is between 1" and 10" in length.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관의 길이는 2.5"인, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
The straight tube is 2.5" long.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관은 형상이 원통형인, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
wherein the straight tube is cylindrical in shape.

제 29 항에 있어서,
상기 연마재 분사 노즐은 #4 노즐, #5 노즐, #6 노즐, #7 노즐 또는 #8 노즐인, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
wherein the abrasive spray nozzle is a #4 nozzle, a #5 nozzle, a #6 nozzle, a #7 nozzle, or a #8 nozzle.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관은 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드, 붕소 카바이드, 아크릴, 세라믹, 스테인리스 스틸, 경화 강철, 알루미늄, 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어지는, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
wherein the straight tube is made of a material selected from the group consisting of tungsten carbide, silicon carbide, boron carbide, acrylic, ceramic, stainless steel, hardened steel, aluminum, or combinations thereof.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관은, 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 분사 노즐이 상기 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 90dBA 이하의 소음 레벨을 갖도록 길이를 갖는, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
wherein the straight tube has a length such that when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the spray nozzle has a noise level of 90 dBA or less when operated with the predetermined gas and particle mixture and pressure.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관의 길이, L은 다음 식에 의해 주어진 것처럼 적어도 L^*이고:

여기서, D는 상기 직선 관의 직경이고, M은 직선부에 대한 입구에서 유체의 마하 수이고,

는 직선부의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

는 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결된 상태에서 상기 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물에 대한 유체 흐름의 비열비인, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
The length of the straight tube, L, is at least L ^* as given by the equation:

where D is the diameter of the straight tube, M is the Mach number of the fluid at the inlet to the straight part,

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

is the specific heat ratio of fluid flow to the predetermined gas and abrasive particle mixture with a straight tube connected to the abrasive jet nozzle.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관의 길이, L은 출구 압력에 대한 배압의 비율에 대해 조정된 적어도 L^*이고, 여기서, L^*은 다음 식으로 주어지며:

는 직선부의 평균 마찰 계수이고,

는 유체 흐름에서 입자의 마찰 계수이며,

는 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결된 상태에서 상기 미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물에 대한 유체 흐름의 비열비인, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
The length of the straight tube, L, is at least L ^* adjusted for the ratio of back pressure to outlet pressure, where L ^* is given by:

is the average coefficient of friction of the straight part,

is the coefficient of friction of the particles in the fluid flow,

노즐의 생산성을 감소시키지 않으면서 연결된 연마재 분사 노즐의 소음을 감소시키기 위한 제 29 항의 노즐 부착물을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
미리 결정된 가스 및 연마재 입자 혼합물 및 압력에 대하여, 직선부로부터의 출구 이전의 하나의(one) 직선 관 내부 직경에서 또는 그 직경 이내에서 가스에 대해 1의 마하 수를 생성하는 데 요구되는 제 29 항의 직선 관의 최소 길이를 결정하는 단계; 및
상기 최소 길이보다 같거나 긴 길이를 갖는 직선 관을 제조하는 단계를 포함하는, 노즐 부착물 제조 방법.30. A method of making the nozzle attachment of claim 29 for reducing the noise of an associated abrasive spray nozzle without reducing the productivity of the nozzle, the method comprising:
30. The method of claim 29 required to produce a Mach number of 1 for the gas at or within the inner diameter of one straight tube prior to the exit from the straight portion, for a predetermined gas and abrasive particle mixture and pressure. determining the minimum length of the straight tube; and
and manufacturing a straight tube having a length equal to or greater than the minimum length.

제 46 항에 있어서,
상기 가스의 마하 수가 상기 연결된 연마재 분사 노즐의 발산부의 단부인 제 1 지점에서의 피크로부터 제 1 지점과 제 2 지점 사이에서 음속 이하로 가지 않고 직선 관의 출구 이전의 직선 관의 내부 직경과 동일한 길이에서, 또는 그 길이 이내에서 제 2 지점에서 1의 마하 수로 감소하도록 제 29 항의 직선 관의 최적 길이를 결정하는 단계; 및
상기 최적 길이를 갖는 직선 관을 제조하는 단계를 더 포함하는, 노즐 부착물 노즐 제조 방법.47. The method of claim 46,
The length of the Mach number of the gas equal to the inner diameter of the straight pipe before the exit of the straight pipe without going below the speed of sound between the first and second points from the peak at the first point, which is the end of the diverging part of the connected abrasive spray nozzle. determining an optimal length of the straight tube of claim 29 to decrease to a Mach number of 1 at or within the length at a second point; and
and producing a straight tube having the optimal length.

제 47 항에 있어서,
상기 최적 길이를 결정하는 단계는,
상기 직선 관의 벽들로부터의 마찰의 효과를 분석하는 단계; 및/또는
상기 직선 관에서 기류 속도를 감소시키는 복수의 연마재 입자의 효과를 분석하는 단계를 포함하는, 노즐 부착물 제조 방법.48. The method of claim 47,
Determining the optimal length comprises:
analyzing the effect of friction from the walls of the straight tube; and/or
and analyzing the effect of a plurality of abrasive particles on reducing the airflow velocity in the straight tube.

제 46 항에 있어서,
소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 생성하는 길이를 결정하기 위해 특정 작동 조건에 대해 직선 관의 길이를 조정하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 직선 관을 제조하는 단계를 더 포함하는, 노즐 부착물 제조 방법.47. The method of claim 46,
adjusting the length of the straight tube for specific operating conditions to determine the length that produces the desired combination of sound reduction and productivity, and manufacturing the straight tube to have the length.

제 46 항에 있어서,
소리 감소 및 생산성의 원하는 조합을 갖는 길이를 찾기 위해 직선 관 길이의 범위에 걸쳐 제 29 항의 직선 관의 반복적인 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하는 단계, 및 그 길이를 갖도록 직선 관을 제조하는 단계를 더 포함하는, 노즐 부착물 제조 방법.47. The method of claim 46,
30. A method further comprising: performing iterative computer simulations of the straight tube of claim 29 over a range of straight tube lengths to find a length having the desired combination of sound reduction and productivity, and manufacturing the straight tube to have that length. , a method of manufacturing nozzle attachments.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부는 분사 노즐이 상기 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 상기 직선부가 없는 분사 노즐에 비해 소음 레벨이 3dBA 이상 감소하도록 길이를 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
wherein the straight portion has a length such that the noise level is reduced by at least 3 dBA compared to a spray nozzle without the straight portion when the spray nozzle is operated with the predetermined gas and particle mixture and pressure.

제 1 항에 있어서,
상기 직선부는 분사 노즐이 상기 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 상기 직선부가 없는 분사 노즐에 비해 소음 레벨이 6dBA 이상 감소하도록 길이를 갖는, 생산적인 저소음 연마재 분사 노즐.The method of claim 1,
wherein the straight portion has a length such that the noise level is reduced by at least 6 dBA compared to a spray nozzle without the straight portion when the spray nozzle is operated with the predetermined gas and particle mixture and pressure.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관은 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 분사 노즐이 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 직선 관이 없는 연마재 분사 노즐에 비해 소음 레벨이 3dBA 이상 감소되도록 길이를 갖는, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
wherein the straight tube has a length such that when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the noise level is reduced by at least 3 dBA compared to an abrasive spray nozzle without a straight tube when the spray nozzle is operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure. attachment.

제 29 항에 있어서,
상기 직선 관은 직선 관이 연마재 분사 노즐에 연결될 때, 분사 노즐이 미리 결정된 가스 및 입자 혼합물 및 압력으로 작동될 때 직선 관이 없는 연마재 분사 노즐에 비해 6dBA 이상의 소음 레벨을 갖도록 길이를 갖는, 노즐 부착물.30. The method of claim 29,
wherein the straight tube has a length such that when the straight tube is connected to the abrasive spray nozzle, the spray nozzle has a noise level of at least 6 dBA compared to an abrasive spray nozzle without a straight tube when the spray nozzle is operated with a predetermined gas and particle mixture and pressure. .