RU207311U1

RU207311U1 - Vortex gunning nozzle

Info

Publication number: RU207311U1
Application number: RU2020141458U
Authority: RU
Inventors: Валерий Яковлевич Мищенко; Анатолий Александрович Абраменко; Алексей Львович Семенов; Дмитрий Владимирович Лобода
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2021-10-22

Abstract

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в технологии набрызга строительной смеси при возведении различных железобетонных конструкций. Форсунка вихревая для торкретирования содержит каналы, которые сориентированы по касательной к внутренней полости завихрителя. Корпус выполнен из двух конических частей с винтовыми каналами, внутри которого расположен сердечник, прилегающий к входной части корпуса, при этом на его поверхности расположены встречные каналы, образующие единый цилиндрический канал, выполненный в виде логарифмической спирали. Основные геометрические размеры вихревой форсунки для создания минимального физического сопротивления строительной смеси оптимизированы с помощью применения уравнений Навье Стокса. Техническим результатом является создания минимального механического сопротивления при максимальном закручивании подаваемой строительной смеси для обеспечения минимального отскока материала от обрабатываемой поверхности. 1 ил.The utility model relates to the field of construction and can be used in the technology of spraying a building mixture during the construction of various reinforced concrete structures. The vortex gunning nozzle contains channels that are oriented tangentially to the internal cavity of the swirler. The body is made of two conical parts with screw channels, inside of which there is a core adjacent to the inlet part of the body, while on its surface there are counter channels forming a single cylindrical channel made in the form of a logarithmic spiral. The main geometric dimensions of the vortex nozzle to create the minimum physical resistance of the building mixture are optimized using the Navier Stokes equations. The technical result is to create a minimum mechanical resistance with maximum twisting of the supplied building mixture to ensure a minimum rebound of the material from the treated surface. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в технологии набрызга строительных смесей при возведении различных железобетонных конструкций, устройстве сложных рельефных поверхностей, требующих нанесения строительных смесей, гидроизоляции конструктивных элементов, ремонте и усилении бетонных и железобетонных конструкций и изделий.The utility model relates to the field of construction and can be used in the technology of spraying building mixtures for the construction of various reinforced concrete structures, the device of complex relief surfaces requiring the application of building mixtures, waterproofing of structural elements, repair and reinforcement of concrete and reinforced concrete structures and products.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели (прототипом) является патент: Форсунка струйно-вихревая: пат. №PCT/RU20 12/000252 Международная патентная классификация В05В 1/34 (2006.01).The closest technical solution to the proposed utility model (prototype) is the patent: Jet-vortex nozzle: US Pat. No. PCT / RU20 12/000252 International patent classification В05В 1/34 (2006.01).

Содержащий распределительную камеру с хвостовиком, насадку с выходным отверстием и завихритель с желобами, на наружной поверхности расходящимися от оси к периферии, а затем плавно изгибающимися и переходящими в суживающиеся каналы, сообщающиеся с внутренней полостью сложной конфигурации, верхняя часть которой цилиндрическая, средняя часть имеет форму выпуклой параболической поверхности, переходящей в глухое цилиндрическое отверстие, отличается от ближайшего аналога тем, что суживающиеся каналы сориентированы по касательной к внутренней полости завихрителя, а выходное отверстие насадки имеет форму сопла Вентури, причем на конфузорной части сопла и выпуклой параболической части внутренней полости завихрителя расположены выступы полусферической формы. В конструкции форсунки струйно-вихревой ориентация суживающихся каналов по касательной к внутренней полости завихрителя, выполнение выходного отверстия насадки в форме сопла Вентури и снабжение конфузорной части сопла и выпуклой параболической части внутренней полости завихрителя выступами полусферической формы. Эта форсунка имеет недостатки: - завихрение потока осуществляется без оптимизации геометрической формы форсунки по фактору наименьшего сопротивления; - форма каналов имеет цилиндрические участки а так же сопло Вентури, которое для условий набрызга строительных смесей играет отрицательную роль при нанесении, так как вносит дополнительное сопротивление основному потоку, нарушает его целостность снижая радиальную составляющую, что увеличивает величину отскока от наносимой поверхности, увеличивая отход материала.Containing a distribution chamber with a shank, a nozzle with an outlet and a swirler with grooves on the outer surface diverging from the axis to the periphery, and then smoothly bending and turning into tapering channels, communicating with the inner cavity of a complex configuration, the upper part of which is cylindrical, the middle part has the shape a convex parabolic surface passing into a blind cylindrical hole differs from the closest analogue in that the tapering channels are oriented tangentially to the internal cavity of the swirler, and the outlet of the nozzle has the shape of a Venturi nozzle, with protrusions on the converging part of the nozzle and the convex parabolic part of the internal cavity of the swirler hemispherical shape. In the design of the jet-vortex nozzle, the orientation of the converging channels tangentially to the internal cavity of the swirler, the execution of the outlet of the nozzle in the form of a Venturi nozzle and the supply of the converging part of the nozzle and the convex parabolic part of the internal cavity of the swirler with hemispherical protrusions. This nozzle has disadvantages: - flow swirling is carried out without optimization of the nozzle geometry by the factor of least resistance; - the shape of the channels has cylindrical sections as well as a Venturi nozzle, which, for the conditions of spraying of building mixtures, plays a negative role during application, since it introduces additional resistance to the main flow, violates its integrity, reducing the radial component, which increases the amount of rebound from the applied surface, increasing material waste ...

Задачей настоящей полезной модели является создание вихревой форсунки с оптимизацией геометрических параметров для создания минимального механического сопротивления при максимальном закручивании подаваемого цементно-песчаного раствора обеспечивающим минимальный отскок материала от обрабатываемой поверхности.The objective of this utility model is to create a vortex nozzle with optimization of geometric parameters to create a minimum mechanical resistance with a maximum twisting of the supplied cement-sand mortar, providing a minimum rebound of the material from the treated surface.

В результате - уменьшение отскока распыляемых строительных смесей от поверхности нанесения. Поставленная задача решена согласно настоящей полезной модели тем, что в форсунке вихревой для торкретирования, содержащей каналы, которые сориентированы по касательной к внутренней полости завихрителя, отличающиеся тем, что корпус выполнен из двух конических частей с винтовыми каналами, внутри которого расположен сердечник, прилегающий к входной части корпуса, при этом на его поверхности расположены встречные каналы, образующие единый цилиндрический канал, выполненный в виде логарифмической спирали. Основные геометрические размеры вихревой форсунки для создания минимального физического сопротивления строительным смесям оптимизированы с помощью применения уравнений Навье Стокса.The result is a decrease in the rebound of sprayed building mixtures from the application surface. The problem is solved according to the present utility model by the fact that in a vortex nozzle for gunning, containing channels that are oriented tangentially to the internal cavity of the swirler, characterized in that the body is made of two conical parts with helical channels, inside which there is a core adjacent to parts of the body, while on its surface there are opposite channels, forming a single cylindrical channel made in the form of a logarithmic spiral. The main geometric dimensions of the vortex nozzle to create a minimum physical resistance to building mixtures are optimized using the Navier Stokes equations.

На фиг. 1 представлен разрез вихревой форсунки.FIG. 1 shows a sectional view of a vortex nozzle.

Устройство работает следующим образом. Строительная смесь в растворе поступает в вихревую форсунку для торкретирования Фиг 1. Во входной конус 1 с установленным в нем сердечником 3, при этом основной поток разделяется на 4, далее каждый поток закручивается по спирали имеющей форму «логарифмической спирали» и на выходе из конуса 1 происходит объединение потоков, причем каждый из 4 выходов имеет расширение, обеспечивающее согласно расчетов математической модели оптимальный переход во внутреннюю камеру выходного конуса 2 и далее закрученная масса поступает в конический разбрызгиватель 4, в котором осуществляется набор скорости закрученной массы в прямолинейном направлении для обеспечения оптимального соотношения прямолинейного и радиального движения обеспечивающего минимальный отскок материала. Корпус выполнен из двух конических частей с винтовыми каналами, внутри которого расположен сердечник, прилегающий к входной конической части, при этом на его поверхности расположены встречные каналы, образующие единый цилиндрический канал, выполненный в виде логарифмической спирали. С помощью математической модели, основанной на уравнениях Навье Стокса, проведена оптимизация основных геометрических размеров форсунки, что позволяет обеспечить минимальное физическое сопротивление пропускаемому потоку. Промышленная применимость.The device works as follows. The construction mixture in the solution enters the vortex nozzle for gunning Fig. 1. Into the inlet cone 1 with the core 3 installed in it, while the main flow is divided into 4, then each flow is twisted in a spiral shaped like a "logarithmic spiral" and at the exit from the cone 1 the flows are combined, and each of the 4 outlets has an expansion that, according to the calculations of the mathematical model, provides an optimal transition to the inner chamber of the outlet cone 2 and then the swirling mass enters the conical sprinkler 4, in which the speed of the swirling mass is set in the rectilinear direction to ensure the optimal ratio of the rectilinear and radial movement of the material providing minimal rebound. The body is made of two conical parts with helical channels, inside of which there is a core adjacent to the inlet conical part, while on its surface there are counter channels that form a single cylindrical channel made in the form of a logarithmic spiral. With the help of a mathematical model based on the Navier Stokes equations, the optimization of the main geometric dimensions of the nozzle was carried out, which makes it possible to ensure the minimum physical resistance to the transmitted flow. Industrial applicability.

Математическое моделирование потока строительной смеси позволило определить соотношение вращательного и поступательного движения оптимально для минимального внутреннего сопротивления и минимально для отскока при механическом торкретировании.Mathematical modeling of the flow of the construction mixture made it possible to determine the ratio of rotational and translational motion that is optimal for minimum internal resistance and minimum for rebound during mechanical shotcrete.

ПримерExample

На Фиг 1 представлен внешний вид форсунки вихревой для торкретирования, соответственно корпус, состоящий из входного конуса 1 и внутренней камеры выходной части 2 и сердечник 3 изготовленный на 3d принтере, так же изготовлен крепеж форсунки в виде подковы 5, который обеспечивает прочность и герметичность соединения и конический наконечник - разбрызгиватель 4, который подбирается в зависимости от объемной массы набрызгиваемой смеси и различается соответственно размером выходного отверстия, так же изготавливается на 3d принтере. Для апробирования работы форсунки применялась стандартная строительная смесь по ГОСТу 25192-82 по прочности на сжатие В25. Сухая смесь с помощью компрессора подается к камере форсунки с давлением 6 бар, туда же подается вода давлением 4 бар. Полученная смесь поступает в вихревую камеру форсунки и далее разделяется на 4 потока. Внутри каждого потока в соответствии с геометрией форсунки, при которой раствор поступает тангенциально и закручивается внутри каждого канала, что обеспечивает лучшую пропускную способность для раствора, так же каналы закручиваются в спираль подобную логарифмической спирали, что создает внутри форсунки вихрь для раствора, который в связи с этим получает кроме поступательного движения - радиальное. Данная закрутка позволяет получить дополнительный вектор движения, помимо поступательного и соответственно уменьшить силу отскока от подготовленной поверхности для нанесения материала при торкретировании. Для получения максимального эффекта от закручивания массы и создания минимального сопротивления внутри форсунки и соответственно обеспечения максимальной скорости прохождения цементного раствора перед изготовлением форсунки было произведено математическое моделирование ее основных геометрических размеров. Для этого были использованы дифференциальные уравнения Навье Стокса.Figure 1 shows the external view of a vortex nozzle for gunning, respectively, a housing consisting of an inlet cone 1 and an inner chamber of an outlet part 2 and a core 3 made on a 3d printer, a horseshoe-shaped nozzle fastener 5 is also made, which ensures the strength and tightness of the connection and conical tip - sprinkler 4, which is selected depending on the volumetric mass of the sprayed mixture and differs accordingly in the size of the outlet, is also made on a 3d printer. To test the operation of the nozzle, a standard building mixture was used in accordance with GOST 25192-82 for compressive strength B25. The dry mixture is supplied by a compressor to the nozzle chamber at a pressure of 6 bar, and water is supplied there at a pressure of 4 bar. The resulting mixture enters the vortex chamber of the nozzle and is further divided into 4 streams. Inside each flow, in accordance with the geometry of the nozzle, in which the solution flows tangentially and swirls inside each channel, which provides a better throughput for the solution, the channels also twist into a spiral similar to a logarithmic spiral, which creates a vortex for the solution inside the nozzle, which, due to this, in addition to translational motion, is radial. This twist makes it possible to obtain an additional vector of motion, in addition to the translational one and, accordingly, to reduce the force of rebound from the prepared surface for applying the material during gunning. To obtain the maximum effect from the twisting of the mass and create a minimum resistance inside the nozzle and, accordingly, to ensure the maximum speed of passage of the cement mortar, mathematical modeling of its main geometric dimensions was carried out before the manufacture of the nozzle. For this, the differential equations of Navier Stokes were used.

Выбранная конструкция прошла промышленную апробацию при изготовлении фасадных модулей и показала убедительные результаты, которые заключались в ее эффективности, т е существенно снизился отскок от торкретируемой поверхности (более чем в 5 раз), улучшилось прохождение массы через вихревую форсунку, случаев засорения не было установлено, а так же уменьшение степени отскока позволило увеличить скорость подачи раствора, что увеличило плотность получаемых изделий и повысило соответственно их конечную прочность.The selected design passed industrial testing in the manufacture of facade modules and showed convincing results, which consisted in its efficiency, that is, the rebound from the sprayed surface was significantly reduced (more than 5 times), the passage of the mass through the vortex nozzle improved, no cases of clogging were found, and also, a decrease in the degree of rebound made it possible to increase the rate of solution supply, which increased the density of the products obtained and, accordingly, increased their final strength.

Claims

A vortex nozzle for gunning, containing channels that are oriented tangentially to the internal cavity of the swirler, characterized in that the body is made of two conical parts with helical channels, inside which there is a core adjacent to the inlet part of the body, while on its surface there are opposite channels forming a single cylindrical channel made in the form of a logarithmic spiral.