专利名称：射流造孔装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种造孔器，特别是涉及一种在植树时能通过形成的高压水射流快速成型植树孔的射流造孔装置。
背景技术：
我国是一个森林资源比较丰富的国家，但由于人们无序、盲目的开采，逐渐导致森林资源匮乏、水土流失加剧、沙漠化面积增加、水灾旱灾和沙尘暴频繁发生，给社会生产和人们生活造成巨大损失。为了绿化国土、保护人类赖以生存的环境，国家及各级地方政府相继出台一系列法律法规，禁止乱砍滥伐，号召植树造林，并规定每年的3月12日为全国的植树节。传统的植树方法是采用人工锹镐挖坑、植树后培土浇水的方法，劳动强度大，工效和植树成活率很低，生产成本高。特别是在沙土地挖坑，边挖边有一定量沙土下落至坑内，使挖植树坑更加费工、费力，影响植树造林速度和质量。
发明内容本发明要解决的技术问题，是针对上述问题，提供一种造孔速度快、工效高、节能省力、植树成活率高、适宜大面积植树造林的植树用射流造孔装置。
采用的技术方案是射流造孔装置，包括手柄、阀门和射流发生器。
手柄由二根管式短手柄、三通和快速接头装配成。二根管式短柄的一端分别与三通的上、下管口连接，二根管式短柄的另一端分别联结有快速接头和管帽。连接管帽的目的，是可确保高压液体介质进入一个管式短手柄后不能从另一个管式短手柄流出，而只能从三通的中部出口流出。
射流发生器，包括排渣管、射流管和喷头。排渣管下端为锥体形、排渣管壁上有多个排渣孔。排渣管套装在射流管上，排渣管内径大于射流管外径，排渣管与射流管之间的空间为排渣腔。喷头与射流管的下端口连接，且喷头位于排渣管内。射流管上端以螺纹与射流管座的中心孔联结，排渣管上端与射流管座外壁螺纹联结。射流管座通过管路与三通的中间管口螺纹联结。
在上述的三通与射流管座之间的连接管路上装设有阀门，该阀门为手动阀，也可为电磁阀。
上述喷头之喷咀内径为1.5-6mm。
造孔时工效最高的组合是喷咀内径2-4mm、水压力3Mpa、造孔直径50-80mm，造孔深度为1.1m，成孔时间为11-20秒左右，所用水量为7-20L。
射流造孔装置工作原理高压喷射流破坏土体的效能，随着土体的物理力学性质的不同有较大的差异。高压水射流破坏土体的机理是比较复杂的，从实验和实践得知，高压水射流冲切土层的效果，一般有以下几个主要方面。
(1)射流喷射动压根据动量定律，水射流在空气中喷射时的破坏力F为F＝ρQvm式中F为破坏力(N)；ρ为喷射流介质密度(kg/m3)；Q为喷射流的流量(m3/s)；vm为喷射流的平均流速(m/s)。
因为Q＝vmA所以F＝ρAv2m式中A为射流截面面积(m2)。
若喷射流介质ρ为定值时，则破坏力F与平均流速vm的平方成正比。所以，在喷射面积一定的情况下，为了争取更大的破坏力，需要增大平均流速，也就是需要提高喷射压力，压力愈高流速愈大，则破坏力愈大冲切掺搅地层的效果也愈好。
(2)射流的脉冲振荡破土效应(或称搅拌效应)射流喷出的介质在管路中受运动特性的影响，常出现周期性的震动现象，使喷射介质的流量和速度或压力发生大小不同的震动现象。由于这些震动现象无法消除，故难以保证喷出的压力恒定不变，加之地层情况多变，射流冲切土层的阻力也是多变的，这就必然引起喷射面上的压力随着时间的周期性变化而出现时大时小现象，这就是射流对土层的脉冲荷载。在脉冲荷载不断作用下，土层会产生交变应力即疲劳应力，并逐渐积累疲劳残余变形，对土层的破碎起很大作用。
(3)冲切搅拌作用射流作用于土体，将直接产生冲切土层的作用。在射流范围内，土体承受很大的动压力和沿孔壁作用的水利劈裂力以及由脉冲动压力和连续喷射造成的土体强度疲劳等综合作用，造成土体结构破坏，在射流的卷吸作用下，使水和被冲切下来的土体掺搅混合。
(4)射流的水楔破坏作用当喷射流体冲满土层时，由于反作用的影响，致使在垂直于喷射轴的方向上发生扩张土壁的现象(图2)。土层距喷嘴愈近，产生水楔效应的条件就愈充分，对地层的破碎作用就愈大。
(5)射流的气穴效应从水力学得知，将水加压时，除了水的密度略有增加外，再无别的变化。相反地如果将水减压就要产生饱和蒸汽压，即在水里降低压力，水就变成气体和液体的混合物。射流流束喷在土层上，由于喷压大小的变化以及土层距喷嘴远近的不同，土层产生压力大小也随之变化，加上射流在构成地层的土粒表面产生水流，而土粒直径大小不均匀，使部分颗粒上的压力降低，于是在土粒处产生气穴现象。当它进入高压部分时，周围的水以很快的速度向空穴方向移动，依靠其惯性力作用使土层受到破坏。再则由于高压射流本身呈激烈的紊流状态，其本身也会发生气穴现象，使土层破坏，土粒便不断被剥离下来(图3)。
(6)射流体的锤击破碎作用高压喷射流体不断地正面冲击破碎土层，就会产生射流对土层的锤击作用，促使土层受到破坏(图4)。
(7)升扬转换作用射流冲切过程中沿孔壁产生升扬作用，能将冲切下来的土体和水的混合物沿孔壁向上升扬流出孔口，把土体置换至地面，空出来的位置由水充填。
将高压水输送管通过手柄上的快速接头与手柄连接。可由多级泵提供。多级泵的电机的电源可由发电机组提供，如柴油发电机、汽油发电机，做好造孔准备工作。
使用时，将射流造孔装置垂直地面立起，双手握住手柄，打开阀门，高压水高速进入射流管，并从喷头射出，高速水射流作用于土层，随着成孔成形，造孔装置随用手施加的压力和自重逐渐沉入孔内，高速水形成的搅拌和升腾作用，使搅拌物(地层土和水的混合物)沿排渣腔上移，并经排渣管上的排渣孔排出落入地面，同时起到抹壁防止孔壁坍塌作用，最终形成需要的孔洞。
本发明的优点在于
1、造孔速度快、工效高，造一个1m多深的孔仅需11-20秒左右，节省人力物力，提高植树造林速度，可根据需要，多个射流造孔装置同时工作，工效更高。
2、造孔用水少，造一个1米多深孔仅用水7-20L，而且造好孔后，将树苗下端置入挖好的坑内，回填湿土，等于浇水，从而节约浇树苗用水，提高植树的成活率。
3、本发明喷嘴流道畅、流速快，喷嘴水射流不扩散不雾化，能量损失小，操作容易，维修方便，适宜大面积植树造林，适用地层包括粘土、 壤土、沙壤土、沙土等地层中成孔，可在平原地区、沙土地区、坡地、山区和城市等地区大面积推广应用。
图1是本发明的一种实施例的结构示意图。
图2是本发明射流对土层的水楔破碎效应示意图。
图3是本发明射流产生的气穴现象示意图。
图4是本发明射流对土层的锤击作用示意图。
具体实施方式
射流造孔装置，包括手柄和射流发生器。
手柄由管式短手柄1、管式短手柄2、三通3、快速接头4装配成。管式短手柄1和管式短手柄2的一端分别与三通3螺纹联结，管式短手柄1的另一端与快速接头4连接，管式短手柄2的另一端固定连接有管帽5，将管口封死。快速接头4在使用时与高压进水管连接。高压进水管与多级泵的出水口连接。
射流发生器，包括排渣管6、射流管7、喷头8、射流管座9和阀门10。排渣管6套装在射流管7上，排渣管6与射流管7之间的空间为排渣腔11。排渣管6下端为锥体形，排渣管侧壁上有多个排渣孔12，喷头8安装在射流管7的下端口处，喷头8的喷嘴内径为4mm。排渣管6的上端以螺纹与射流管座9外壁螺纹联结。射流管7的上端以螺纹与射流管座的中心孔联结。射流管座9的进水口13与阀门10的出水口螺纹联结。阀门10的进水口与一端接管14螺纹连接。接管14另一端与三通3的中间出水管口15螺纹联结。阀门10为手动阀。排渣管6、射流管7、管式短手柄1和2用钢管制成，喷头8用A3钢制成，在壤土和粘土组成的地层中使用时，成孔直径50mm，造孔深度为1.1m，水压2.9Mpa，成孔时间为11.2秒，用水量为7.6L。该射流造孔装置重7.12kg。
权利要求
1.射流造孔装置，包括手柄和射流发生器，手柄由管式短手柄(1)、管式短手柄(2)、三通(3)、快速接头(4)装配成，其特征在于所述的射流发生器，包括排渣管(6)、射流管(7)、喷头(8)、射流管座(9)，排渣管(6)套装在射流管(7)上，排渣管(6)与射流管(7)之间的空间为排渣腔(11)，排渣管(6)下端为锥体形，排渣管侧壁上有多个排渣孔(12)，喷头(8)安装在射流管(7)的下端口处，排渣管(6)的上端与射流管座(9)外壁联结，射流管(7)的上端与射流管座的中心孔连接，射流管座(9)的进水口(13)通过接管(14)与三通(3)的中间出水管口(15)连接。
2.根据权利要求1所述的射流造孔装置，其特征是在射流管座(9)与接管(14)之间装设有阀门(10)。
3.根据权利要求1或2所述的射流造孔装置，其特征在于所述的喷头(8)的喷嘴的内径为1.5-6mm。
全文摘要
射流造孔装置，包括手柄和射流发生器，手柄由管式短手柄、管式短手柄、三通、快速接头装配成，其特点在于射流发生器，包括排渣管、射流管、喷头、射流管座，排渣管套装在射流管上，排渣管与射流管之间的空间为排渣腔，排渣管下端为锥体形，排渣管侧壁上有多个排渣孔，喷头安装在射流管的下端口处，排渣管的上端与射流管座外壁联结，射流管的上端与射流管座的中心孔连接，射流管座的进水口通过接管与三通的中间出水管口连接。本发明造孔速度快、工效高、用水少，提高植树的成活率，且喷嘴流道畅、流速快，喷嘴水射流不扩散不雾化，能量损失小，操作容易，维修方便，可在平原地区、沙土地区、坡地、山区和城市等地区大面积推广应用。
文档编号E21B7/18GK1580481SQ03133648
公开日2005年2月16日 申请日期2003年8月7日 优先权日2003年8月7日
发明者王保泽, 姜晓刚, 潘绍财, 刘铭飞, 李春龙, 张勤 申请人:辽宁省水利水电科学研究院