Способ получения высокоскоростного потока частиц и устройство для его осуществления

1 Область изобретения Это изобретение относится к способу и устройству для получения высокоскоростного потока частиц, используемых в большом количестве вариантов применения, включая подготовку поверхности, резку и окраску, но не ограничиваясь ими. Предпосылки изобретения Получение высокоскоростных потоков частиц для подготовки поверхностей, такой как удаление наслоений, ржавчины и прокатной окалины с корпусов судов, емкостей для хранения, трубопроводов и т.д., традиционно выполнялось увлечением частиц высокоскоростным потоком газа (такого как воздух) и выбрасыванием их через ускорительное сопло на очищаемый объект. Обычно такие устройства приводятся в действие сжатым воздухом и содержат воздушный компрессор, резервуар для содержания абразивных частиц, измерительное средство для регулирования массы потока частиц, рукав для подачи потока из воздуха и частиц и сужающееся-прямое или сужающееся-расширяющееся сопло для выброса потока. Получение высокоскоростных потоков частиц для резки материалов, такой как "холодная резка" (в противоположность резке факелом горелки, плазменной резке и лазерной резке,которые являются "горячими" способами, основанными на применении тепла) сплавов, керамики, стекла и слоистых материалов и т.д. традиционно выполнялось увлечением частиц высокоскоростным потоком жидкости (такой как вода) и наведение его через фокусирующее сопло на разрезаемый объект. Как правило, такие устройства приводятся в действие водой под высоким давлением и содержат водяной насос высокого давления, резервуар для содержания абразивных частиц, измерительное средство для регулирования массы потока частиц, рукав для подачи частиц, рукав для подачи воды под высоким давлением и сужающееся сопло, в котором формируется высокоскоростной поток воды для увлечения и ускорения потока частиц, направленного на разрезаемый объект. Если поток частиц подается для подготовки поверхности или для резки, механизм его действия, известный специалистам в данной области техники как "микрообработка", по существу, одинаков. Возникают другие эффекты,но они являются только второстепенными эффектами. Принципиальные механизмы микрообработки просты. Абразивная частица, имеющая импульс (I),который является произведением ее массы (m) и ее скорости (v), сталкивается с поверхностью объекта. При ударе полученное изменение импульса за время (m x dv/dt) образует силу (F). Такая сила, прилагаемая к малой точке контакта мелкой частицы, дает повышение локализованных давлений, напряжений и сдвигов, значительно превышающих критические характери 003436 2 стики материала и, следовательно, вызывающих локализованные повреждения материала и его удаление, то есть эффект микрообработки. Как становится очевидным из приведенного выше описания, поскольку удельные веса доступных на рынке абразивных частиц находятся в узком пределе, любое значительное увеличение их очищающей или режущей способности должно происходить от увеличения скорости. Во-вторых, важна не только скорость, но в вариантах применения для подготовки поверхности частицы должны входить в контакт с поверхностью в равномерно рассеянном порядке,то есть в высокой степени сфокусированный поток мог бы обрабатывать лишь точечную зону, следовательно, требуется затрачивать большое количество человекочасов и большое количество абразивного материала для обработки заданной поверхности. В-третьих, было бы идеально, если бы частицы сталкивались с обрабатываемой поверхностью, но не сталкивались друг с другом. Однако для операций резки необходим сфокусированный поток для разрушения материала объекта глубже и глубже и, в некоторых случаях, для разрезания его. Специалист в области подготовки поверхности потоком частиц и в области абразивной резки, желающий усовершенствовать устройство и способ подготовки поверхности или резки,сталкивается с рядом проблем. Во-первых, количество абразивных частиц, необходимых на площадь удаляемых наслоений, может быть очень большим, что, в свою очередь, означает не только повышение эксплуатационных расходов, но и повышение расходов на уборку и удаление отходов. Во-вторых, использование абразивных частиц способом описанного здесь обычного сухого дутья образует огромное количество пыли как от самих частиц, так и от измельчаемого материала объекта, с которым сталкиваются частицы. Такая пыль крайне нежелательна, поскольку она наносит ущерб здоровью и окружающей среде. Это также относится к безопасности и ограничениям работы окружающих механизмов и оборудования. Для улучшения ситуации в некоторые устройства добавляют воду под низким давлением для увлажнения частиц непосредственно перед их распылением из сопла устройства. Однако вода дает нежелательный побочный эффект уменьшения скорости абразивных частиц, что, в свою очередь, снижает эффективность действия частиц по предназначению (то есть по удалению наслоений или резке материалов). Добавление воды дает дополнительный нежелательный побочный эффект, вызывающий тенденцию частиц собираться в одно целое и формировать куски, что также серьезно снижает эффективность их действия. В промышленности является общим мнением то,что вода не может быть добавлена в сухой поток из воздуха и частиц без уменьшения скорости 3 частиц. Это мнение было подтверждено широким тестированием. Однако добавление воды в поток воздуха и частиц весьма важно для многих вариантов применения для уменьшения образования пыли и, фактически, может быть единственным средством, которое согласуется с правилами техники безопасности, охраны окружающей среды и здоровья. В-третьих, доступные в настоящее время абразивные устройства для резки потоком частиц (с использованием абразивных частиц для резки недорогих материалов, таких как сталь,бетон, древесина и т.д.) требуют значительно большей подачи мощности по сравнению с другими существующими способами, такими как,например, резка факелом горелки, плазменная резка, лазерная резка или резка алмазным средством. Следовательно, недостатком абразивной резки в сравнении с другими способами является не эффективность резки, а скорее стоимость. Абразивная резка с подачей водяной или воздушной струи требует большей подачи мощности, делающей ее чрезмерно дорогостоящей для большинства вариантов применения, за исключением особых случаев, относящихся к холодной резке и/или контурной резке теплочувствительных материалов. Таким образом, проблемой, стоящей перед специалистом в данной области техники, является создание устройства или способа, который обеспечивает направление равномерно распределенного рассеянного потока абразивных частиц на очищаемую поверхность (или сосредоточенного потока абразивных частиц на разрезаемую поверхность) с максимальной скоростью при возможно наименьшем потреблении мощности и без получения недопустимых уровней образования взвешенной пыли. Наиболее простое решение, увеличивающее скорость частиц, является проблематичным. Обычно оно осуществляется посредством увлечения частиц в воздухе, несмотря на то, что воздух является неэффективным средством для ускорения частиц в пределах короткого расстояния вследствие его низкой относительной плотности и практических ограничений длины для управляемого оператором подсасывающего/ускорительного сопла. То есть частицы, после достижения определенной скорости, не продолжают ускоряться воздухом, а движутся медленнее воздуха в потоке со скольжением. Скорость частиц, когда они движутся потоком воздуха, дополнительно снижается из-за того, что часто в поток воздуха и частиц должна вводиться вода для "увлажнения" частиц для уменьшения образования взвешенной пыли. Эта вода при ее увлеченной подаче в поток из частиц и воздуха приводит к дополнительному уменьшению скорости потока, и часто существенному уменьшению. Таким образом, критическая потребность в данной области техники может быть удовлетво 003436 4 рена разработкой способа или устройства, которое обеспечивает равномерно распределенный рассеянный поток абразивных частиц, подаваемый на поверхность (очищаемую), или сосредоточенный поток частиц, подаваемый на поверхность (разрезаемую), с максимально возможной скоростью частиц при максимально низкой потребляемой мощности, и который не создает недопустимо высоких уровней образования взвешенной пыли. Краткое описание изобретения Задачей настоящего изобретения является создание способа получения потока частиц,движущихся с высокой скоростью через камеру,посредством ускорения частиц при помощи одной или более струй газа и затем ускорения частиц до более высокой скорости при помощи одной или более струй жидкости. Второй задачей настоящего изобретения является создание способа получения потока частиц, движущихся с высокой скоростью через камеру, посредством ускорения частиц до дозвуковой скорости при помощи одной или более струй газа и затем ускорения частиц до более высокой скорости при помощи одной или более струй жидкости и придания частицам радиального движения. Третьей задачей настоящего изобретения является создание способа увеличения концентрации частиц, имеющих более высокую плотность, чем окружающая их жидкость в высокоскоростном потоке жидкости, посредством помещения частиц в поток жидкости, имеющий радиальное течение, и затем посредством контакта частиц с высокоскоростным потоком жидкости. Четвертой задачей настоящего изобретения является создание устройства для получения струйного потока из абразивных частиц в несущей жидкости. Согласно первому аспекту настоящего изобретения, создан способ получения потока частиц, движущихся с высокой скоростью в камере, включающий операции ускорения частиц до дозвуковой скорости при помощи одной или более струй газа; последующего ускорения частиц до более высокой скорости при помощи одной или более струй жидкости путем контакта потока под непрямым углом с одной или более струй воды при сверхвысоком давлении внутри камеры. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения согласно указанному выше аспекту, способ включает дополнительную операцию придания частицам радиального движения при помощи последующего впрыскивания одной или более струй жидкости. В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения, согласно указанному выше аспекту, способ включает дополнительную операцию придания частицам радиаль 5 ного движения при помощи уменьшения внутреннего радиуса камеры. В другом варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, способ включает дополнительную операцию усиления радиального движения частиц при помощи уменьшения внутреннего радиуса камеры. В еще одном варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, способ включает дополнительную операцию усиления радиального потока путем использования камеры с изменяющимся радиусом. В другом предпочтительном варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, способ включает дополнительную операцию увеличения концентрации частиц,имеющих более высокую плотность, чем окружающая их жидкость в высокоскоростном потоке жидкости, также включающий операции помещения частиц в поток жидкости, имеющий радиальное течение, и введение частиц в контакт с высокоскоростным потоком жидкости. Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, создан способ получения потока частиц, движущихся с высокой скоростью в камере, включающий операции ускорения частиц до дозвуковой скорости при помощи одной или более струй газа; последующего ускорения частиц до более высокой скорости при помощи одной или более струй жидкости посредством введения потока в контакт под непрямым углом с одной или более струй воды при сверхвысоком давлении внутри камеры; последующего придания частицам радиального движения посредством последующего впрыскивания одной или более струй жидкости. В одном особенно предпочтительном варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, способ включает дополнительную операцию усиления радиального потока посредством уменьшения внутреннего радиуса камеры. В другом предпочтительном варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, способ также включает рассеивание потока посредством последующего увеличения внутреннего радиуса камеры. В еще одном предпочтительном варианте,согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, указанный выше поток абразивных частиц ускоряют до скорости, которая больше приблизительно 182,9 м/с. В еще одном варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, поток абразивных частиц ускоряют до скорости,которая выше приблизительно 304,8 м/с. В другом варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, поток абразивных частиц ускоряют до скорости, которая выше приблизительно 605,6 м/с. В еще одном варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, по 003436 6 ток абразивных частиц ускоряют до скорости,которая выше приблизительно 914,4 м/с. Согласно другому аспекту настоящего изобретения, создан способ повышения концентрации частиц, имеющих более высокую плотность, чем окружающая их жидкость, в высокоскоростном потоке жидкости, включающий операции помещения частиц в поток жидкости,имеющий радиальное течение; последующего введения частиц в контакт с высокоскоростным потоком жидкости. В особенно предпочтительном варианте,согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, способ включает дополнительную операцию прохождения частиц через камеру с уменьшающимся радиусом. В особенно предпочтительном варианте,согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, способ включает дополнительную операцию прохождения частиц через камеру с уменьшающимся радиусом и последующее прохождение частиц через камеру с увеличивающимся радиусом. Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, создано устройство для получения струйного потока абразивных частиц в несущей жидкости, содержащее смесительную камеру,впускное средство для воздуха и частиц, расположенное на одном конце смесительной камеры,для подачи потока из воздуха и частиц в смесительную камеру, одно или более впускных средств для воды при сверхвысоком давлении,сообщающихся по жидкости и под непрямым углом с смесительной камерой для ускорения потока из воздуха и частиц, и одно или более впускных средств для воздуха, расположенных до впускного средства для воды, совмещенных с ним или расположенных дальше него и сообщающихся с смесительной камерой для образования или усиления радиального течения в потоке. В одном предпочтительном варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, смесительная камера содержит сужающуюся часть и расширяющуюся часть. В другом предпочтительном варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, смесительная камера содержит сужающуюся часть. Еще в одном варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, смесительная камера содержит расширяющуюся часть. В другом варианте, согласно указанному выше аспекту настоящего изобретения, смесительная камера содержит расширяющуюся часть и фокусирующую трубу. Данное устройство и способ имеют большое количество преимуществ по сравнению с существующими в настоящее время устройствами. Основной проблемой, стоящей перед специалистом в данной области техники, является 7 вопрос о том, как ускорить частицы до наивысшей практически возможной скорости, используя минимальную мощность и применяя устройство практичных размеров. Во-первых, такая задача достигается в настоящем изобретении посредством увеличения до максимума скорости частиц с относительно низкой потребляемой мощностью и с применением устройства практичных размеров. Абразивные частицы ускоряются, согласно настоящему изобретению, до более высоких скоростей, чем скорости, достигаемые с использованием обычных устройств,при этом требуется существенно меньшая потребляемая мощность по сравнению с обычными устройствами. Второе преимущество настоящего изобретения, относящееся к вариантам его осуществления, предназначенным для подготовки поверхности или удаления наслоений, заключается в том, что оно обеспечивает достижение равномерного рассеивания частиц. Это увеличивает площадь поверхности, которая может обрабатываться единицей количества абразивных веществ, и приводит к получению большей производительности и меньших затрат на единицу площади обрабатываемой поверхности и к меньшим затратам на абразивные вещества,уборку и удаление отходов (затраты на удаление отходов могут быть существенными в случае удаления израсходованных абразивных веществ, содержащих вредные отходы). Эти преимущества достигаются, согласно настоящему изобретению, при помощи нескольких вариантов его осуществления, в которых создается и используется вихревое движение,которое сообщает частицам управляемый радиальный момент в дополнение к направленному вперед осевому моменту. Это приводит к эффекту управляемого рассеивания частиц, выходящих из смесительной камеры, и следовательно, более широкая площадь поверхности подвергается воздействию потока очищающих частиц, в результате чего повышается производительность и уменьшаются затраты для вариантов, применяемых для подготовки поверхности,и, соответственно, уменьшается потребление абразивных материалов на единицу обрабатываемой площади. Третье преимущество настоящего изобретения относится к подводной резке и очистке или, в основном, к ситуациям, когда высокоскоростной поток частиц, выбрасываемых из камеры, должен проходить через текучую среду,отличную от газа или воздуха, когда он движется к заданному объекту. Специалисту в данной области техники хорошо известно, что эффективность очистки и резки при помощи высокоскоростной струи воды и потока частиц под водой резко падает при увеличении расстояния до объекта, то есть расстояния между выходом из сопла и объектом. Причиной является наличие жидкой среды, такой как вода, которая имеет 8 плотность, приблизительно в 800 раз большую,чем воздух, в зоне между выходом из камеры и объектом. Обычные высокоскоростные струи жидкости, которые должны пробивать такую среду для достижения заданного объекта, погружаются в окружающую воду. В результате,при столь малом расстоянии, как 12,7 мм, струи теряют большую часть их энергии и эффективности, предназначенных для очистки и резки. Согласно настоящему изобретению, воздух выбрасывается из камеры с вихревым движением,образуя вращающуюся, и следовательно, стабилизированную зону из газа, отступающую от выхода камеры. Между соплом и объектом образуется локализованное воздушное пространство в форме стабилизированного, вращающегося, образуемого вихревым движением воздушного кармана. Следовательно, высокоскоростные струи частиц и воды теперь могут проходить через этот стабилизированный воздушный карман, не теряя режущей или очищающей способности в условиях "воздушного пространства", созданного под водой. Четвертое преимущество настоящего изобретения заключается в том, что оно устраняет образование пыли и соответствующий вред окружающей среде, здоровью, профессиональной и производственной безопасности, присущие подготовке поверхности сухим потоком частиц(обычно называемой пескоструйной обработкой) на открытом воздухе. Хорошо известно,что пескоструйная обработка образует облака пыли, которые могут распространяться на большие расстояния и содержат достаточно малые частицы, составляющие серьезную опасность для органов дыхания и вызывающие раздражение глаз не только оператора, но и окружающих людей. Эта пыль содержит не только измельченные абразивные частицы, но может содержать частицы материала, удаленного с обрабатываемой поверхности. Она может содержать пигменты и другие составы, предохраняющие от коррозии и обрастания поверхности,такие как окиси тяжелых металлов (например,окись свинца), металлоорганические соединения(в частности, оловоорганические соединения) и другие токсичные соединения, нанесенные на поверхность несколько лет назад, и применение которых давно запрещено. Сухая пескоструйная очистка, являющаяся быстрой и экономичной и,за исключением настоящего изобретения, не имеет экономической альтернативы, строго контролируется и регулируется органами защиты окружающей среды и защиты здоровья. С применением обычных устройств решить эти проблемы пытаются при помощи изоляции, то есть закрытием места проведения работ большими пластмассовыми листами и созданием внутри полученной емкости небольшого отрицательного давления. Это исключительно дорого. Например, типичная подготовка поверхности пескоструйным устройством может 9 стоить около 5,38 доллара США/м 2; при этом,при изоляции эта стоимость возрастает до 21,52 доллара США/м 2. Настоящее изобретение контролирует как образование пыли, так и высвобождение пыли. Во-первых, при использовании водяных струй со сверхвысокой скоростью для ускорения абразивных частиц на втором этапе, все частицы обильно увлажняются, и на выходе сопла и на траектории полета частиц к обрабатываемой поверхности, по существу, не образуется пыли. Во-вторых, выброс частиц сопровождается получением тонкого тумана из капелек воды, образованным в результате разбивания сверхскоростных водяных струй при их взаимодействии с частицами и воздухом в смесительной камере. Такой туман поглощает на месте любые мелкие частицы и пыль, образуемые вследствие столкновения частиц с объектом и их разрушения или образуемые из микрообрабатываемого удаляемого материала объекта. Пятым преимуществом настоящего изобретения является образование гораздо меньшей отдачи назад, создаваемой устройством и способом, соответствующим настоящему изобретению. Это происходит в результате гораздо меньшего расхода массы частиц на единицу площади очищаемой (или разрезаемой) поверхности при помощи меньшего количества гораздо более быстрых частиц. Отсюда, работа устройства вызывает меньшую утомляемость оператора и может облегчить условия труда. Кроме того, это делает способ и устройство более приспособленными к изменениям и включению в недорогие автоматизированные устройства. Далее настоящее изобретение будет описано более подробно в следующем описании предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на чертежи и прилагаемую формулу изобретения. Краткое описание чертежей Указанные выше аспекты и многие преимущества данного изобретения будут легче оценены и станут более понятными со ссылкой на следующее подробное описание в сочетании с сопроводительными чертежами, на которых фиг. 1 изображает вид сечения, показывающего сопло, представляющее предпочтительный пример осуществления настоящего изобретения; фиг. 2 изображает схему сечения, показывающую внутреннюю часть сопла, показанного на фиг. 1, но стилизованную для того, чтобы выделить геометрию камеры сопла и траекторию движения абразивных частиц через камеру сопла; фиг. 3 изображает схему сечения, показывающую внутреннюю часть другого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, также стилизованную для выделения геометрии камеры сопла и траектории движения абразивных частиц через камеру сопла; 10 фиг. 4 изображает вид поперечного сечения, показывающий сопло, выполненное согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения. Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения Настоящее изобретение относится к способу получения абразивных частиц при помощи высокоскоростного потока жидкости для обработки или резки поверхности и устройству для его осуществления. Сначала абразивные частицы (например, кварцевый песок) ускоряются посредством увлечения их сжатым газом (таким как воздух) или впуском/всасыванием через рукав, ведущий к соплу, имеющему полую камеру или "смесительную камеру". В этой точке скорость абразивных частиц достигает приблизительно 182,9-195,0 м/с, что близко к практической максимальной скорости. Более конкретно, воздух является слабой средой для ускорения абразивных частиц вследствие его низкой плотности; то есть выше определенного уровня дальнейшее увеличение скорости воздуха будет оказывать лишь незначительное влияние на скорость частиц. Однако воздух является очень дешевым и эффективным средством для ускорения частиц приблизительно до этой скорости,но незначительно выше нее. После ускорения частиц до дозвуковой скорости (относительно скорости звука в воздухе), поток из воздуха и песка далее проходит через смесительную камеру, где он встречается с одним или более впускными отверстиями для подачи сверхскоростных струй жидкости (таких как водяные струи) в поток из воздуха и частиц. Водяная струя или струи, имеющие относительную скорость до 1219,2 м/с относительно скорости предварительно ускоренных струй газа частиц (движущихся со скоростью приблизительно до 182,9-195,0 м/с), дополнительно ускоряет частицы посредством прямой передачи количества движения и увлечения их до большей скорости. Впускные отверстия для воды, движущейся со сверхвысокой скоростью, расположены таким образом, что вода сталкивается с потоком из воздуха и частиц под непрямым углом относительно оси, образованной потоком из воздуха и частиц. Благодаря конвергенции водяной струи и потока из воздуха и частиц, либо благодаря внутренней геометрии смесительной камеры, либо благодаря комбинации того и другого,внутри смесительной камеры создается водоворот или вихревое движение потока из воздуха,частиц и воды. Вихревое движение заставляет абразивные частицы двигаться радиально наружу благодаря их большей массе (относительно воздуха и воды) за счет центробежной силы,создавая кольцевую зону высокой концентрации частиц. Водяные струи со сверхвысокой скоростью направлены в этой зоне таким образом,чтобы осуществлять эффективную передачу 11 частицам количества движения и увлекать их,что приводит к эффективному ускорению и доведению до максимума скорости частиц. Следовательно, введение водяных струй со сверхвысокой скоростью выполняет три основные функции: (1) второго этапа ускорения частиц;(2) создания вихревого движения внутри потока из воздуха, частиц и воды; и (3) создания зоны высокой концентрации частиц для предпочтительного и эффективного контакта потока частиц с водяными струями со сверхвысокой скоростью, что приводит к более эффективному ускорению и более высокой скорости частиц. Кроме того, в нескольких предпочтительных вариантах осуществления изобретения вихревое движение, создаваемое в потоке жидкости, усиливается несколькими путями. В одном примере осуществления изобретения, поток (теперь содержащий воздух, частицы и воду) проходит через последнюю часть сопла, где он подвергается воздействию вводимого по касательной воздуха. Этот воздух может вводиться в камеру сопла благодаря отрицательному давлению, создаваемому в камере движением потока. В альтернативном варианте, воздух может впрыскиваться в камеру под давлением, которое больше атмосферного давления. В других вариантах осуществления изобретения, внутренний диаметр смесительной камеры уменьшается для увеличения радиальной скорости частиц и, таким образом, усиления вихревого движения. В поднаборе этих вариантов осуществления изобретения внутренний диаметр смесительной камеры затем последовательно расширяется для получения равномерного рассеивания частиц. Из сопла выходит высокоскоростной поток равномерно распределенных абразивных частиц,движущихся с высокой скоростью, ускоренных до такой скорости двумя этапами ускорения,первый из которых осуществляется при помощи газа (сжатый воздух), и второй осуществляется при помощи жидкости (вода при сверхвысоком давлении). Такое двухэтапное ускорение с использованием двух разных носителей (газ и жидкость) может не только преодолевать базовые ограничения ускорения частиц выше 182,9 м/с при использовании воздуха в качестве носителя, но и превосходить суммарную энергетическую эффективность способа одноэтапного или двухэтапного ускорения частиц с использованием одного носителя, такого как либо только газ,либо только жидкость. Таким образом, скорость удаления поверхности (или скорость резки) является функцией двух широких наборов параметров. Первый набор параметров (отдельно от самих абразивных частиц) относится к первоначальной скорости воздуха, который обеспечивает подачу абразивных частиц в смесительную камеру, расположению и углу наклона водяной струи или струй со сверхвысокой скоростью, которые сходятся с потоком из воздуха и частиц, и подобным пара 003436 12 метрам впрыскивания воздуха для усиления вихревого движения (если оно используется в конкретном варианте осуществления изобретения). Второй набор параметров относится к геометрии самой смесительной камеры. Например, малый диаметр может быть предпочтительным в одном месте внутри камеры для увеличения скорости вращения абразивных частиц и, следовательно, увеличения взаимодействия частиц с водяной струй или струями со сверхвысокой скоростью. Камера может затем расширяться в сторону выхода сопла для получения контролируемого рассеивания потока частиц. Конкретная геометрия (внутренние радиусы) смесительной камеры может быть оптимизирована экспериментальным путем для заданных расходов и скоростей потока из воздуха,воды и частиц. Используемый здесь термин "непрямой",относится к величине угла, которая больше 0,но меньше 90. Используемый здесь термин "косой" относится к величине угла, которая больше 0, но меньше 90, и которая измерена вдоль разных осей относительно угла, имеющего "непрямую" величину, например, если угол, образованный двумя объектами, лежащими вдоль оси х, имеет"непрямую" величину, то угол, образованный двумя объектами, лежащими вдоль оси, не параллельной этой оси, может называться "косым" (образованным величиной, лежащей между 0 и 90). Используемый здесь термин "сверхвысокое давление" относится к конкретному типу насоса, обеспечивающему подачу воды под давлениями, которые больше от приблизительно 1055 кг/см 2 до приблизительно 4219 кг/см 2. Термин "сверхвысокая скорость" относится к скорости струи жидкости (такой как водяная струя), составляющей больше 182,9 м/с и достигающей приблизительно до 1219,2 м/с. Использованный здесь термин "абразивная частица" относится, по существу, к любому типу частиц, на которых основан процесс в области обработки дутьем, для выбрасывания из устройства. Вещества, обычно используемые для этой цели, включают кварцевый песок, угольный шлак, медный шлак и гранат. "ВВ 2049 "это промышленное обозначение одного распространенного типа. Индекс 2049 относится к размеру частицы; частицы остаются с размером 2049 меш по Стандарту сит США. Другим распространенным типом является StarBlast. На фиг. 1 показан один предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Устройство, предпочтительно, выполнено из широко доступных материалов, известных специалисту в данной области техники. Поток из воздуха и частиц проходит по впускному рукаву 10 в сопло 20, где он поступает в смесительную камеру 40. Устройство может быть функционально подразделено на две части: первая часть 12 и вторая часть 14. На первой части 13 12 частицы ускоряются сжатым газом, предпочтительно, но не исключительно, воздухом. На второй части 14 частицы дополнительно ускоряются водой при сверхвысоком давлении. Приблизительная скорость потока частиц, когда он поступает в сопло 20, составляет около 182,9 м/с. Когда поток из воздуха и частиц проходит через смесительную камеру 40, он встречает одно или более отверстий 52, 54 для впрыскивания воды при сверхвысоком давлении, которые подают одну или более водяных струй со сверхвысокой скоростью в смесительную камеру под непрямым углом относительно центральной оси, образованной движением потока из воздуха и частиц. Струи воды образуются созданием потока при сверхвысоком давлении через впускное отверстие 50 и кольцевой канал 101 в жиклер 100, расположенный в каждом отверстии 52, 54 для впрыскивания. Струи жидкости сходятся с потоком из воздуха и частиц, таким образом ускоряя частицы до большей скорости. Второй функцией водяных струй со сверхвысокой скоростью, благодаря их ориентации под непрямым и/или косым углом, является изменение направления потока, по существу, от осевого до вихревого или водоворотного движения,посредством чего усиливается взаимодействие частиц в потоке жидкости. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, поток, содержащий воздух,частицы и воду, выходит из последнего конца сопла 80. В других, особенно предпочтительных вариантах осуществления изобретения, поток жидкости дополнительно регулируется для усиления вихревого движения до его выхода из сопла. В одном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения, поток из воздуха, частиц и воды проходит дальше по ходу подачи внутри сопла в точку, где он дополнительно смешивается с воздухом. Воздух может подаваться в смесительную камеру 40 одним или несколькими средствами. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения, воздух поступает в смесительную камеру 40 благодаря простому всасыванию или пассивному входу через одно или более отверстий 60, 62, расположенных в сопле,которые обеспечивают подачу окружающего воздуха в смесительную камеру. Более конкретно, в этом предпочтительном варианте осуществления изобретения воздух поступает в смесительную камеру через отверстия 60, 62 благодаря отрицательному давлению, создаваемому движением потока жидкости через смесительную камеру. В других вариантах осуществления изобретения воздух может принудительно впрыскиваться (под давлением) в смесительную камеру 40. Также, в показанном варианте осуществления изобретения воздух поступает в смесительную камеру 40 через отверстия 60, 62,расположенные до отверстий 52, 54 для впры 003436 14 скивания воды при сверхвысоком давлении,которые подают воду при сверхвысоком давлении в камеру из впускного отверстия 50. В других вариантах осуществления изобретения воздух может поступать в камеру после отверстий 52, 54 для впрыскивания воды. В других вариантах осуществления изобретения воздух и вода могут поступать в камеру одновременно. Следовательно, воздух поступает в смесительную камеру через пассивное движение благодаря положительному градиенту давления, снаружи в смесительную камеру и смешивается с потоком из воздуха, частиц и воды, дополнительно усиливая вихревое движение и, следовательно, способствуя ускорению частиц. В другом особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения, воздух не пассивно поступает в смесительную камеру, а активно накачивается в смесительную камеру под давлением, например,под давлениями, находящимися в пределах приблизительно от 0,7 до 10,5 кг/см 2. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения, вихревое движение создается (без помощи притока воздуха в смесительную камеру 40) или дополнительно усиливается посредством изменения внутренней геометрии смесительной камеры. В некоторых из этих примеров, как показано на фиг. 2, поток из воздуха, частиц и воды, проходящий через смесительную камеру 40, встречается с сужающимся проходом 42 (то есть, диаметр смесительной камеры уменьшается). Вследствие этого, радиальная скорость частиц увеличивается благодаря принципу сохранения углового количества движения. Увеличение радиальной скорости приводит к увеличению концентрации частиц в зоне, на которую направлены водяные струи со сверхвысокой скоростью, что усиливает их столкновение и увлечение частиц и, следовательно, процесс ускорения частиц в камере. Далее по ходу потока после этой суженной части камеры радиус 44 увеличивается, что вызывает рассеивание абразивных частиц, то есть движение в направлении стенок камеры, происходящее благодаря радиальному моменту, приложенному к частицам. Следовательно, смесительная камера состоит из сужающейся части 42, за которой следует расширяющаяся часть 44. Регулируемое и равномерное рассеивание желательно для вариантов применения для подготовки поверхности, поскольку это увеличивает площадь поверхности, с которой сталкиваются абразивные частицы. В других примерах осуществления изобретения, вихревое движение создается или усиливается посредством расположения канавок или ребер или лопаток на всей внутренней стенке смесительной камеры или ее части. В предпочтительном варианте осуществления изобретения смесительная камера также снабжена одним или более дополнительными впускными отверстиями, находящимися в со 15 общении по жидкости с источником химических материалов. Хотя различные химические материалы могут использоваться в зависимости от ситуации, в которой используется устройство, в предпочтительном варианте осуществления изобретения в смесительную камеру подаются замедлители коррозии. На фиг. 3 показан дополнительный предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Как и на фиг. 2, диаметр смесительной камеры уменьшается (сужающаяся часть 42) для увеличения касательной скорости и концентрации частиц в зоне для эффективного взаимодействия с водяными струями со сверхвысокой скоростью, но не расширяется после этого для осуществления рассеивания. Вместо этого сопло сужается для получения фокусирующей трубы 72. Следовательно, этот вариант осуществления изобретения более пригоден для резки в отличие от примера, показанного на фиг. 2, который более пригоден для удаления поверхности. Как дополнительно показано на фиг. 3, одна струя жидкости со сверхвысокой скоростью выровнена относительно продольной оси входа сопла для усиления режущих характеристик. Устройство также снабжено множеством сопел 20, смещенных от продольной оси и струи жидкости со сверхвысокой скоростью, для обеспечения равномерной подачи абразивных материалов в устройство. Оптимальные скорости удаления или резки могут быть получены благодаря оптимизации внутренней геометрии смесительной камеры, то есть внутренних радиусов, геометрии усиления вихревого движения, конфигурации отверстий для впуска или впрыскивания воздуха для усиления вихревого движения, а также размещением сужающейся/расширяющейся час-тей относительно впускных отверстий для воды и воздуха. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 4, выполнено несколько модификаций для уменьшения веса устройства, для упрощения работы и для уменьшения производственных затрат. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 4, на второй части ускорение абразивных частиц осуществляется посредством введения одной струи жидкости при сверхвысоком давлении,полученной посредством направления жидкости при сверхвысоком давлении через впускное отверстие 50 и жиклер 100, расположенный в отверстии 52 для впрыскивания. Впускное отверстие 50 и канал 102 непосредственно выровнены с жиклером 100 вдоль траектории, по которой струя жидкости при сверхвысоком давлении выходит из отверстия 52 для впрыскивания и поступает в смесительную камеру 40. Одна струя жидкости при сверхвысоком давлении поступает под непрямым углом в смесительную 16 камеру, где она увлекает и ускоряет поток абразивного материала. Подобным образом только одно впускное отверстие 60 для воздуха применяется для подачи воздуха по касательной в смесительную камеру 40. Устройство, выполненное в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 4, упрощает использование устройства и его производство, таким образом уменьшая затраты. Для дополнительного уменьшения веса устройства смесительная камера может быть выполнена из алюминия или нитрида кремния или других подобных материалов. Устройство, полученное согласно любому из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, может содержать удерживаемый в руках элемент, обычно называемый пушкой. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, как схематически показано на фиг. 4, сопло снабжено рядом клапанов 90, 92, 94, позволяющих оператору избирательно прерывать поток воды и/или абразивного материала. Например, оператор может прекратить поток абразивного материала так,чтобы только поток жидкости и воздуха выходил из сопла, что позволит оператору смыть остатки счищаемого материала с обрабатываемого объекта. В альтернативном случае, оператор может прервать потоки воды и абразивного материала так, чтобы только поток воздуха выходил из сопла, что позволит оператору высушить обрабатываемый объект. Если оператор выполняет сухую пескоструйную обработку,поток жидкости при сверхвысоком давлении,выходящий из сопла, может быть прерван. Оператор может, таким образом, избирательно изменять функции сопла, не выпуская его из рук или идти к удаленному месту расположения источника абразивного материала или жидкости при сверхвысоком давлении. Хотя могут использоваться различные клапаны, в предпочтительном варианте осуществления изобретения,клапаны 90, 92, 94 являются управляющими клапанами, которые приводят в действие клапаны источника жидкости при сверхвысоком давлении и источника абразивного материала. Был проведен ряд сравнительных экспериментов промышленного масштаба в условиях надлежащего контроля для исследования как производительности, так и экономичности способа и устройства согласно настоящему изобретению и обычных устройств и способов. Результаты некоторых из этих экспериментов изложены ниже. Удаление грунтовки на цинковой основе или прокатной окалины со стальной поверхности до чистого металла было избрано для оценки эффективности настоящего изобретения по сравнению с обычными способами. Хотя областью данной демонстрации является подготовка поверхности, она предназначена не только для иллюстрации преимущества настоящего изобретения в этом варианте применения, но 17 также и в других вариантах, таких как резка,механическая обработка, фрезерование, окраска,короче, любом варианте применения, который основан на подаче высокоскоростных частиц на поверхность. Путем сравнения скоростей удаления поверхностных наслоений с идентичными параметрами могут быть продемонстрированы преимущественные характеристики устройства и способа согласно настоящему изобретению по сравнению с обычными устройством и способом. Такие эксперименты были предназначены для (а) подтверждения производительности и экономичности увеличения скорости частиц при помощи двух этапов ускорения, и (b) подтверждения производительности и экономичности придания частицам вихревого движения. Параметры, относящиеся к следующим экспериментам, приведены ниже. Кроме того,обозначен диапазон для каждого параметра, в пределах которого способ и устройство могут быть дополнительно оптимизированы. На фиг. 1 показаны определения, расположения, размеры и соотношения. Первым параметром, перечисленным в табл. 1, является "соотношение диаметров критического сечения", который является соотношением двух диаметров D1 и D2. Каждое из этих значений показано на фиг. 1; D1 измерен в точке, расположенной ближе к началу потока,вблизи рукава 10 для впуска потока из воздуха и частиц; D2 измерен далее по ходу потока, где горловина этапа 2 достигает ее самого узкого диаметра. Вторым показанным параметром является "соотношение длины и диаметра", которое является отношением D1 и L2, которые также показаны на фиг. 1. Следующим показанным параметром является "угол соединения первого этапа и второго этапа". Для устройства, показанного на фиг. 1, этот угол составляет ноль градусов, поскольку первая часть 12 и вторая часть 14 выровнены соосно. Следующим параметром, показанным в табл. 1, является "косой угол первого этапа выброса во второй этап". Устройство, показанное на фиг. 1, имеет косой угол, равный нулю, и его невозможно увидеть на фиг. 1. Этот параметр аналогичен предшествующему, за исключением того, что последний показывает пространственное соотношение между двумя этапами с точки зрения расположения одного этапа относительно другого в плоскости, перпендикулярной листу, на котором изображен чертеж. "Соотношение мощности" это отношение мощности в лошадиных силах на второй части к мощности в лошадиных силах на первой части, или мощности жидкостного потока к мощности воздушного потока. Этот параметр является информационным, поскольку, как ясно видно на фиг. 1, частицы ускоряются двумя источниками: воздухом, поступающим через впускной рукав 10 на первом этапе, и водой,поступающей через отверстия 52, 54 для впрыскивания на втором этапе. Каждая подача обес 003436 18 печивается источником мощности, отсюда параметр "соотношение мощности". "Соотношение мощности вихревого движения" является подобным предшествующему параметру и представляет собой мощность в лошадиных силах, прилагаемую для создания или усиления вихревого движения сверх мощности, прилагаемой на первой части (мощность воздушного потока). Следующий параметр - это "отверстия для воздушных струй для создания вихревого движения", который относится к количеству впускных отверстий, через которые подается воздух для создания/усиления вихревого движения. Два впускных отверстия 60, 62 показаны на фиг. 1. "Угол сужения вихревого потока" относится к углу, под которым сужается внутренний диаметр второго этапа 14 сопла. Более конкретно, он относится к углу, образованному линиями, обозначающими сечение внутренней стенки второго этапа, измеренному от начала второй части 14 до D2. "Косой угол впускного отверстия для воздуха для создания вихревого потока" относится к расположению впускных отверстий 60, 62 для воздуха. Угол, под которым воздух поступает во внутреннее пространство устройства относительно плоскости, параллельной листу, на котором изображен чертеж, является "косым углом впускного отверстия для воздуха для создания вихревого потока". Следующим параметром является "точка пересечения траекторий водяных струй сверхвысокого давления", показанная на фиг. 1 какL1. Как показано на фиг. 1, L1 - это расстояние от точки, где отдельные водяные струи сверхвысокого давления (подаваемые из отверстий 52, 54) сходятся до конца второго этапа (конецL2). Значение точки пересечения траекторий водяных струй сверхвысокого давления, равное"D2", означает, что струи сходятся в точке D2(показана на фиг. 1). Значения параметра основаны на множестве D2; отсюда значение +10 хD2 означает, что струи сходятся дальше точки,где измерено значение D2, на расстоянии, в десять раз превышающем D2. Следующий параметр относится к количеству отверстий 52, 54 для подачи воды при сверхвысоком давлении. Два таких отверстия показаны на фиг. 1. Следующий параметр, приведенный в табл. 1, - это"диаметр отверстия для впрыскивания водяной струи сверхвысокого давления", который просто является внутренним диаметром отверстий 52,54 для впрыскивания. Следующим параметром является "угол схождения водяных струй сверхвысокого давления", который представляет угол, образованный двумя струями, выходящими из отверстий 52, 54. Последним параметром в табл. 1 является "косой угол водяной струи сверхвысокого давления". Этот параметр частично определяет положение отдельных отверстий 52, 54 вдоль плоскости, перпендикулярной листу, на котором изображена фиг. 1. Параметр Соотношение диаметров критического сечения (D1/D2) Соотношение длины и диаметра (L2/D1) Угол соединения первой части и второй части Косой угол первой части выброса во вторую часть Соотношение мощности; воды СВД, часть вторая/воздуха,часть первая Соотношение мощности вихревого движения: вихревого воздуха/воздуха первой части Отверстия для воздушных струй для создания вихревого движения (шт.) Угол сужения вихревого потока Косой угол впускного отверстия для воздуха для создания вихревого потока Точка пересечения водяных струй СВД (L1) Отверстия для впрыскивания воды СВД (шт.) Диаметр отверстий для впрыскивания водяной струи СВД(см/1000) Угол схождения водяных струй СВД Косой угол водяной струи СВД Таблица 1 Диапазон параметров Предпочтительные Экспериментальные значения варианты 1-3,5 Пример 1. Удаление цинковой грунтовки. Сравнение одного варианта осуществления настоящего изобретения с обычными устройством и способом для подготовки поверхности Обычное устройство содержит сужающееся/расширяющееся сопло для сухой пескоструйной обработки диаметром 4,76 мм (3/16")(3), которое широко распространено в промышленности. Сопло приводится в действие воздухом под давлением 7,0 кг/см 2 с расходом 1,4 м 3/мин для выброса 118 кг/ч абразивных частиц размером 16-40 меш на испытательную поверхность. 20 Устройство согласно настоящему изобретению содержит описанное выше обычное средство, служащее его первой частью ускорения,приводимое в действие воздухом под таким же давлением, с таким же расходом воздушного потока, и доставляющее такое же количество абразивных частиц такого же размера во вторую часть ускорения. Вторая часть ускорения приводится в действие водяной струй со скоростью струи, составляющей около 670,6 м/с. Вихревое действие не стимулировалось внешним воздействием, то есть добавочная жидкость не впрыскивалась со стороны в смесительную камеру для усиления вихревого действия в смесительной камере. Тем не менее следует отметить, что, хотя вихревое движение не было создано принудительно, такое движение может происходить в любом случае, как присущее внутренней геометрии камеры. Результаты приведены ниже: Параметр Скорость удаления Количество частиц, используемых на единицу очищаемой площади Потребляемая мощность(л.с.) на единицу очищаемой площади Суммарные расходы на единицу очищаемой площади (включая труд, топливо, абразивные материалы и оборудование) Образование пыли у сопла Образование пыли на объекте (оценено визуальной проверкой) Неопределимо Явно выражено Неопределимо Явно выражено Пример 2. Удаление цинковой грунтовки. Сравнение одного варианта осуществления настоящего изобретения с обычными устройством и способом для подготовки поверхности Обычное устройство содержит сужающееся/расширяющееся сопло для сухой пескоструйной обработки диаметром 6,35 мм (4/16") ( 4), которое широко распространено в промышленности. Сопло приводится в действие воздухом под давлением 7,0 кг/см 2 с расходом 2,55 м 3/мин для выброса 226,8 кг/ч абразивных частиц размером 16-40 меш на испытательную поверхность. Устройство согласно настоящему изобретению содержит описанное выше обычное средство, служащее его первой частью ускорения,приводимое в действие воздухом под таким же давлением, с таким же расходом воздушного потока и доставляющее такое же количество абразивных частиц такого же размера во вторую часть ускорения. Вторая часть ускорения приводится в действие водяной струй со скоростью струи, составляющей около 670,6 м/с. Вихревое действие не стимулировалось внешним воздействием, то есть добавочная жидкость не впрыскивалась со стороны в смесительную камеру для усиления вихревого действия в смесительной камере. Результаты приведены ниже: Параметр Скорость удаления Количество частиц, исполь 8,78 кг/м 2 32,22 кг/м 2 зуемых на единицу очищаемой площади Потребляемая мощность (л.с.) 3,23 л.с./м 2 1,94 л.с./м 2 на единицу очищаемой площади Расходы на единицу очи 4,51 долл./м 2 1,61 долл./м 2 щаемой площади Образование пыли у сопла Неопределимо Явно выражено Образование пыли у объекта Неопределимо Явно выражено Пример 3. Удаление прокатной окалины. Сравнение одного варианта осуществления настоящего изобретения с обычными устройством и способом для подготовки поверхности Обычное устройство содержит сужающееся/расширяющееся сопло для сухой пескоструйной обработки диаметром 6,35 мм (4/16") ( 4), которое широко распространено в промышленности. Сопло приводится в действие воздухом под давлением 7,0 кг/см 2 с расходом 2,55 м 3/мин для выброса 226,8 кг/ч абразивных частиц размером 16-40 меш на испытательную поверхность. Устройство, согласно настоящему изобретению, содержит описанное выше обычное средство, служащее его первой частью ускорения, приводимое в действие воздухом под таким же давлением, с таким же расходом воздушного потока, и доставляющее такое же количество абразивных частиц такого же размера во вторую часть ускорения. Вторая часть ускорения приводится в действие водяной струй со скоростью струи, составляющей около 670,6 м/с. Вихревое действие не стимулировалось внешним воздействием, то есть добавочная жидкость не впрыскивалась со стороны в смесительную камеру для усиления вихревого действия в смесительной камере. Результаты приведены ниже: Параметр Скорость удаления Количество частиц, исполь 44,43 кг/м 2 14,64 кг/м 2 зуемых на единицу очищаемой площади Потребляемая мощность 4,41 л.с./м 2(л.с.) на единицу очищае 3,23 л.с./м 2 мой площади Расходы на единицу очи 2,79 долл./м 2 6,24 долл./м 2 щаемой площади Образование пыли у сопла Неопределимо Явно выражено Образование пыли у объекта Неопределимо Явно выражено 22 Сравнение одного варианта осуществления настоящего изобретения с обычными устройством и способом для подготовки поверхности Обычное устройство содержит сужающееся/расширяющееся сопло для сухой пескоструйной обработки диаметром 4,76 мм (3/16") ( 3), которое широко распространено в промышленности. Сопло приводится в действие воздухом под давлением 7,0 кг/см 2 с расходом 1,4 м 3/мин для выброса 118 кг/ч абразивных частиц размером 16-40 меш на испытательную поверхность. Устройство согласно настоящему изобретению содержит описанное выше обычное средство, служащее его первой частью ускорения,приводимое в действие воздухом под таким же давлением, с таким же расходом воздушного потока, и доставляющее такое же количество абразивных частиц такого же размера во вторую часть ускорения. Вторая часть ускорения приводится в действие водяной струй со скоростью струи, составляющей около 670,6 м/с. Вихревое действие стимулировалось впрыскиванием дополнительного сжатого воздуха, производящего эффект вращения, достигающий 4,30 мм-г/г воздуха, поступающего в первый этап ускорения. Результаты приведены ниже: Параметр Скорость удаления Количество частиц, исполь 20,99 кг/м 2 зуемых на единицу очищае 5,85 кг/м 2 мой площади Потребляемая мощность (л.с.) 1,83 л.с./м 2 2,26 л.с./м 2 на единицу очищаемой площади Расходы на единицу очи 4,08 долл./м 2 1,61 долл./м 2 щаемой площади Образование пыли у сопла Неопределимо Явно выражено Образование пыли у объекта Неопределимо Явно выражено Пример 5. Удаление MIR-окалины. Сравнение одного варианта осуществления настоящего изобретения с обычными устройством и способом для подготовки поверхности Обычное устройство содержит сужающееся/расширяющееся сопло для сухой пескоструйной обработки диаметром 6,35 мм (4/16") ( 4), которое широко распространено в промышленности. Сопло приводится в действие воздухом под давлением 7,0 кг/см 2 с расходом 2,55 м 3/мин для выброса 226,8 кг/ч абразивных частиц размером 16-40 меш на испытательную поверхность. Устройство согласно настоящему изобретению содержит описанное выше обычное средство, служащее его первой частью ускорения,приводимое в действие воздухом под таким же давлением, с таким же расходом воздушного потока, и доставляющее такое же количество абразивных частиц такого же размера во вторую часть ускорения. Вторая часть ускорения приводится в действие водяной струй со скоро 23 стью струи, составляющей около 670,6 м/с. Вихревое действие стимулировалось впрыскиванием дополнительного сжатого воздуха, производящего эффект вращения, достигающий 4,30 см-г/г воздуха, поступающего в первый этап ускорения. Результаты приведены ниже: Параметр Скорость удаления Количество частиц,11,7 кг/м 2 используемых на единицу очищаемой площади Потребляемая мощность 2,79 л.с./м 2(л.с.) на единицу очищаемой площади Расходы на единицу 2,26 долл./м 2 очищаемой площади Образование пыли у Неопределимо сопла Образование пыли у Неопределимо объекта Обычное устройство 5,11 м 2/ч 44,43 кг/м 2 4,41 л.с./м 2 6,24 долл./м 2 Явно выражено Явно выражено Пример 6. Удаление АМ-окалины. Сравнение одного варианта осуществления настоящего изобретения с обычными устройством и способом для подготовки поверхности Обычное устройство содержит водометное сопло, имеющее мощность 25 гидравлических л.с. и приводимое в действие давлением 2460 кг/см 2. Абразивные частицы (размером 40-60 меш) в количестве 226,8 кг/ч всасывались производимым водяной струй вакуумом в смесительную камеру (в отличие от подачи сжатым воздухом и предварительного ускорения в первом этапе сопла, как в примерах 1-5). Устройство согласно настоящему изобретению содержало обычное устройство, идентичное описанному выше, плюс средство для впрыскивания воздуха для усиления вихревого движения дополнительной мощностью 7 гидравлических л.с., доводящее суммарную мощность устройства до 32 гидравлических л.с. Результаты приведены ниже: Параметр Скорость удаления Количество частиц, используемых на единицу очищаемой площади Потребляемая мощность(л.с.) на единицу очищаемой площади Расходы на единицу очищаемой площади Образование пыли у сопла Образование пыли у объекта Пример 7. Преимущество энергетической и экономической эффективности двухэтапного ускорения. Вода и воздух могут использоваться для ускорения частиц. Сила, воздействующая на частицу, движущуюся в жидкости, является ее 24 сопротивлением (FD). Уравнение для силы сопротивления следующее :FD = CD xv2A/2,где FD - сила сопротивления; СD - коэффициент сопротивления частицы;- плотность жидкости; v - относительная скорость частицы относительно окружающей ее жидкости и А площадь поперечного сечения частицы или, в случае неправильной формы частицы, проецируемая площадь.CD - это экспериментально определенная функция числа Рейнольдса (NR) частицы. Число Рейнольдса определяется так:NR=vd/ где- плотность жидкости; v - относительная скорость частицы; d - диаметр частицы; и- динамическая вязкость жидкости. Для NR, составляющего приблизительно от 500 до 20000, и для сферической частицы, представляющих типичный диапазон скоростей для ускорения частиц при помощи потока жидкости с большей скоростью, коэффициент сопротивления СD для дозвуковых скоростей воздуха находится приблизительно в пределах 0,4-0,5. Из приведенного выше анализа можно сделать вывод, что вода предпочтительнее, чем воздух, может быть эффективным средством для ускорения частиц вследствие того, что сила сопротивления пропорциональна плотности движущейся жидкости. Соотношение плотности воды и воздуха около 800. Однако использование только воды в качестве несущей жидкости является чрезмерно дорогостоящим. Подача воздуха под давлением 7,0 кг/см 2 с расходом 0,028 м 3/мин может выполняться компрессором промышленных размеров стоимостью всего 60 долларов США, и требуемая мощность двигателя достигает всего 0,25 л.с. для получения потока воздуха с расходом 0,028 м 3/мин и давлением 7,0 кг/см 2. Такой поток воздуха может ускорять частицы до скорости около 182,9 м/с, но не значительно более,вследствие эффектов потока со скольжением,превалирующих при более высоких скоростях. Для решения такой задачи при помощи воды требовался бы водяной насос высокого давления, способный производить давление около 379,6 кг/см 2 с расходом 0,028 м 3/мин (28,39 л в минуту) для ускорения частиц до скорости около 182,9 м/с (или до примерно 70% скорости жидкости) с затратой приблизительно 6000 долларов США, который бы приводился в действие двигателем мощностью приблизительно 25 л.с. Сравнение денежных затрат и потребляемой энергии показывает, что воздух может ускорять частицы до скорости приблизительно 182,9 м/с. С затратой 1/100 денежных средств и приблизительно 1/100 потребляемой энергии, которые требовались бы для выполнения этой задачи с использованием воды, как несущей жидкости. Следовательно, воздух гораздо более экономи 25 чен и эффективен с точки зрения потребления энергии и является предпочтительной средой для первичного (первая часть) ускорения частиц до скорости около 182,9 м/с, тогда как сверхскоростной поток воды является предпочтительной средой для ускорения частиц до скорости свыше 182,9 м/с (вторая часть) до скорости,составляющей приблизительно 914,4 м/с и выше. Вторым соображением в пользу применения воздуха на первом этапе ускорения является то,что частицы легко перемещаются и транспортируются в турбулентном воздушном потоке внутри рукава или трубы на значительные расстояния и высоты. Следовательно, резервуар для абразивных частиц может быть большим,что дает меньше простоев на пополнение резервуара, и может не находиться вблизи сопла, выбрасывающего частицы на очищаемую или разрезаемую поверхность. Пример 8. Уменьшение потребления мощности, требуемой для резки материалов, благодаря предпочтительной подаче частиц посредством вихревого всасывания. В одном примере осуществления настоящего изобретения преимущество от ускорения частиц при помощи сверхскоростной водяной струи или струй дополнительно увеличивается посредством придания вихревого или водоворотного движения потоку жидкости и сообщения частицам такого вихревого или водоворотного движения. Испытания, проведенные с такой конфигурацией, дали превосходные результаты (оцененные по удалению поверхности),которые показали очевидность лучшей передачи количества движения частицам и их увлечение несущей сверхскоростной водяной струй. Когда частицы входят в контакт с жидкостью,имеющей вихревое движение, частицы отбрасываются радиально наружу центробежной силой. Эта сила и полученное движение частиц используются в одном варианте настоящего изобретения следующим образом. Когда частицы отбрасываются наружу центробежной силой,они концентрируются в зоне, где они предпочтительно входят в контакт со сверхскоростными водяными струями, принудительно направляемыми в эту зону. В результате, радикально увеличивается выходная скорость частиц, выбрасываемых из камеры, процесс ускорения становится более эффективным с точки зрения потребляемой энергии, и обеспечивается возможность подачи большой концентрации частиц в поток несущих сверхскоростных водяных струй. Эксперименты, проведенные для подтверждения данного описания, показали, что доступная в настоящее время технология ограничена подачей приблизительно 12% частиц в несущую жидкость. В противоположность этому, настоящее изобретение, благодаря сообщению вихревого или водоворотного движения, обеспечивает эффективное ускорение до сверхвысоких скоростей концентраций частиц, составляющих 26 до 50% (относительно несущей водной среды). Это преимущество, как было экспериментально определено, обеспечивается двумя источниками. Во-первых, количество частиц, входящих в контакт с водяными струями, увеличено вихревым движением, которое обеспечивает подачу максимального количества частиц на траекторию водяной струи. Во-вторых, центробежная сила, прилагаемая к частицам, очень низкая по сравнению с вектором, ориентированным приблизительно перпендикулярно водяным струям. Если, например, водяные струи входят в контакт с частицами, движущимися с большой результирующей скоростью, по существу, перпендикулярно направлению движения водяных струй,то ускорение частиц в направлении движения водяных струй может сводиться на нет. Настоящее изобретение преодолевает это ограничение, при этом достигая максимального ускорения частиц, путем концентрации частиц на траектории водяных струй центробежной силой с низкой результирующей скоростью в направлении, перпендикулярном направлению движения водяных струй. Вихревое движение может создаваться множеством средств, известных специалисту в данной области техники. Например, могла бы использоваться камера с изменяющимся радиусом, то есть камера, радиус которой возрастает по ходу потока. Также, на внутренней поверхности камеры могут быть выполнены канавки или добавлены ребра; в альтернативном варианте, жидкость может впрыскиваться, входить или всасываться в камеру под непрямыми углами или по касательной относительно продольной оси, образуемой камерой. Пример 9. Достижение лучших режущих характеристик и эффективности путем увеличения скорости, концентрации и фокусирования частиц. Было показано в рамках этого изобретения, что дополнительная скорость частиц (превышающая определенный порог) радикально ускоряет удаление материала в вариантах применения для подготовки поверхности и резки. Фактически, скорость удаления материала возрастает в квадрате от увеличения скорости частиц. Скорость частиц, благодаря этому изобретению, может увеличиваться на 40-50% по сравнению со скоростью, достигаемой средствами для резки потоком частиц, относящимися к известной технологии, что приводит к двойному повышению режущих характеристик. Два других фактора также материально способствуют тому, чтобы сделать процесс резки абразивным потоком более эффективным, а именно, (а) количество или концентрация частиц с максимальной скоростью, выбрасываемых за единицу времени Mt (г/с), и (b) фокусировка такого потока частиц на возможно наименьшее пятно,имеющее диаметр Do (мкм). Как было показано в примерах 4, 5 и 6, сообщение частицам вихревого или водоворотного движения радикально усиливает процесс ускорения и возможность введения большего количества частиц за единицу времени в сверхскоростной поток воды (называемое концентрацией частиц) от приблизительно 12%, согласно доступной в настоящее время технологии, до 50%, то есть в четыре раза. Вихревое действие также способствует фокусированию потока частиц на меньшую площадь Do, и следовательно,концентрация частиц на единицу площади обрабатываемого материала увеличивается. В сравнении с обычным пескоструйным устройством, достигающим диаметра фокусирования Dc,концентрация частиц на единицу площади возрастает как квадрат отношения диаметров(Dc/Do)2. Согласно способу и устройству по настоящему изобретению, диаметр фокусирования может быть уменьшен приблизительно на 25% по сравнению с обычными устройствами для резки потоком абразивных частиц, что приводит к двукратному увеличению режущей способности. Комбинированный эффект от приведенных выше аргументов следующий: Что изменяется Скорость частиц Концентрация абразивного материала в потоке Фокусировка Комбинированный эффект: 2 х 4 х 2= С практической точки зрения, это умножение характеристик имеет огромное значение. Более конкретно, в настоящее время требуемое вложение денег в обычное устройство для резки потоком частиц составляет около 2000 долларов США за лошадиную силу или около 60000 долларов США за типичное устройство мощностью 30 л.с. Уменьшение в 16 раз понижает стоимость приблизительно до 4000 долларов США. Это обеспечивает создание способа и устройства, которое теперь может конкурировать с резкой факелом горелки, и плазменной резкой для широкого круга обычных крупнообъемных вариантов применения, таких как резка стальных пластин, строительных материалов, стекла, древесины и т.д. Таким образом, настоящее изобретение хорошо приспособлено для достижения указанных выше, а также других присущих ему задач,результатов и преимуществ. Хотя в настоящее время предпочтительные примеры осуществления изобретения были даны для описания существенных признаков этого изобретения, может быть сделано множество изменений в деталях конструкции, расположении компонентов, рабочих операциях и т.д., которые будут очевидны для специалиста в данной области техники и которые охвачены сущностью изобретения и объемом формулы изобретения.(i) ускорение множества частиц до дозвуковой скорости с использованием одной или более струй газа для создания потока частиц;(ii) ускорение частиц до более высокой скорости посредством введения в контакт потока частиц под непрямым углом с одной или более струями воды при сверхвысоком давлении внутри камеры;(iii) сообщение спиралевидного движения частицам посредством впрыскивания одной или более струй текучей среды. 2. Способ по п.1, включающий дополнительную операцию: увеличение угловой скорости движения частиц посредством использования камеры с уменьшающимся внутренним радиусом. 3. Способ по п.1, в котором введение одной или более струй текучей среды выполняют посредством впрыскивания текучей среды под давлением. 4. Способ по п.1, в котором введение одной или более струй текучей среды выполняют посредством пассивного всасывания текучей среды. 5. Способ по п.1, в котором текучей средой является воздух. 6. Способ получения потока частиц, движущихся с высокой скоростью в камере, включающий следующие операции:(i) ускорение множества частиц до дозвуковой скорости с использованием одной или более струй газа для создания потока частиц;(ii) ускорение частиц до более высокой скорости с использованием одной или более струй жидкости посредством введения в контакт потока частиц с одной или более струями воды при сверхвысоком давлении внутри камеры; и(iii) сообщение спиралевидного движения частицам посредством использования камеры с уменьшающимся внутренним радиусом. 7. Способ получения потока частиц, движущихся с высокой скоростью в камере, включающий следующие операции:(i) ускорение множества частиц до дозвуковой скорости с использованием одной или более струй газа для создания потока частиц;(ii) ускорение частиц до более высокой скорости с использованием одной или более струй жидкости посредством введения в контакт потока частиц под непрямым углом с одной или более струями воды при сверхвысоком давлении внутри камеры; и(iii) сообщение частицам спиралевидного движения. 8. Способ по п.7, включающий дополнительную операцию: увеличение угловой скорости движения частиц. 29 9. Способ по п.7, включающий дополнительную операцию: создание рассеивания потока частиц. 10. Способ по п.7, в котором поток абразивных частиц ускоряют до скорости около 182,9 м/с. 11. Устройство для получения текучего струйного потока из абразивных частиц в текучем носителе, содержащее:(ii) впускное средство для воздуха и частиц, расположенное на одном конце смесительной камеры, для подачи потока из воздуха и частиц в смесительную камеру с дозвуковой скоростью;(iii) одно или более средств для впуска жидкости при сверхвысоком давлении, соединяющее(их) по жидкости смесительную камеру с источником жидкости при сверхвысоком давлении для ускорения потока из воздуха и частиц до более высокой скорости; и(iv) одно или более впускных средств для воздуха, расположенных до впускных средств для жидкости или после них, сообщающее(их)ся по жидкости со смесительной камерой для сообщения или увеличения угловой скорости движения частиц в потоке. 12. Устройство для получения текучего струйного потока из абразивных частиц в текучем носителе, содержащее:(ii) впускное средство для воздуха и частиц, расположенное на одном конце смесительной камеры, для подачи потока из воздуха и частиц в смесительную камеру с дозвуковой скоростью;(iii) одно или более впускных средств для жидкости при сверхвысоком давлении, соединяющее(их) по жидкости и под непрямым углом смесительную камеру с источником жидкости при сверхвысоком давлении для ускорения потока из воздуха и частиц до более высокой скорости; и(iv) средство для создания или увеличения угловой скорости в потоке из воздуха и частиц. 13. Устройство по п.12, в котором средство для создания или усиления радиального течения расположено на внутренней стенке смесительной камеры. 14. Устройство по п.12, в котором смесительная камера содержит сужающуюся часть и расширяющуюся часть. 15. Устройство по п.12, в котором смесительная камера содержит расширяющуюся часть. 16. Устройство по п.12, в котором смесительная камера содержит сужающуюся часть и фокусирующую трубу. 17. Способ получения потока из жидкости при сверхвысоком давлении и абразивных частиц, включающий создание сжатого потока из абразивных частиц и воздуха, поступающего во 30 впускное отверстие сопла, имеющего ближнюю сужающуюся зону и дальнюю расширяющуюся зону; ускорение сжатого потока абразивных частиц до первой скорости, составляющей более 91,44 м/с посредством пропускания сжатого потока через сопло, причем сжатый поток абразивных частиц поступает в смесительную камеру; подачу струи жидкости при сверхвысоком давлении в смесительную камеру, при этом струя жидкости при сверхвысоком давлении входит в контакт и ускоряет сжатый поток абразивных частиц до второй скорости, которая выше, чем первая скорость, для получения потока из жидкости и абразивных частиц при сверхвысоком давлении; и выброс потока из жидкости и абразивных частиц при сверхвысоком давлении через выходное отверстие. 18. Способ по п.17, который дополнительно включает избирательное пропускание или фильтрацию потока абразивных частиц через вход сопла. 19. Способ по п.17, который дополнительно включает избирательное пропускание или прерывание потока из струи жидкости при сверхвысоком давлении до смесительной камеры. 20. Устройство для получения струи жидкости, включающей абразивные частицы, содержащее источник абразивных частиц под давлением газа, соединенный с входом первого сопла для получения сжатого потока абразивных частиц, поступающего на вход первого сопла, причем первое сопло имеет ближнюю сужающуюся зону, соединенную с дальней расширяющейся зоной; смесительную камеру, сообщающуюся по жидкости с выходом первого сопла, расположенную так, что она примыкает к дальней расширяющейся зоне первого сопла,причем сжатый поток абразивных частиц проходит через первое сопло и ускоряется им до скорости свыше 91,44 м/с и выбрасывается в смесительную камеру; впускное отверстие для жидкости, сообщающееся по жидкости со смесительной камерой и с источником жидкости при сверхвысоком давлении; выпускную трубу со входом, сообщающуюся по жидкости со смесительной камерой, и выход, через который выбрасывается струя жидкости при сверхвысоком давлении, содержащая абразивные частицы. 21. Устройство по п.20, в котором смесительная камера снабжена первым впускным отверстием, соединенным с источником газа, для подачи потока газа в смесительную камеру для равномерного распределения абразивных частиц в струе жидкости при сверхвысоком давлении. 22. Устройство по п.21, которое дополнительно содержит первый канал, соединенный с первым соплом,для избирательного пропускания или фильтрации сжатого потока абразивных частиц в первое сопло; второй клапан, соединенный с впускным отверстием для жидкости для избирательного пропускания или прекращения потока жидкости при сверхвысоком давлении в смесительную камеру; и третий клапан, соединенный с первым впускным отверстием, для избирательного пропускания или прекращения потока газа в смесительную камеру. 23. Устройство по п.20, в котором впускное отверстие для жидкости содержит жиклер, отцентрированный относительно прохода, проходящего от жиклера до впускного отверстия вдоль траектории, по которой струя жидкости при сверхвысоком давлении поступает в смесительную камеру. 24. Устройство по п.20, которое дополнительно содержит питающий кольцевой канал,соединенный по жидкости с множеством впускных отверстий для жидкости, которые, в свою очередь, соединены по жидкости со смесительной камерой, при этом жидкость при сверхвысоком давлении подается в питающий кольцевой канал и направляется через множество впускных отверстий для жидкости в смесительную камеру. 25. Устройство по п.20, в котором смесительная камера снабжена вторым жиклером,сообщающимся по жидкости с антикоррозионным источником химических материалов.