用于将待固结加压流体混合物喷射到地下的喷射头的制作方法

专利名称：用于将待固结加压流体混合物喷射到地下的喷射头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将待固结加压流体混合物喷射到地下以形成固结土壤部分的高效喷射头。
背景技术：
使用被称为“喷射灌衆”的技术在地下形成人造碌岩(conglomerate)的柱状结构。这些技术都是基于土壤自身的颗粒与粘合剂的混合，通常称为水泥混合物，这种混合物在高压条件下通常通过形成在喷射头(通常被称为“水枪(monitor)”)中的小直径喷嘴喷射，所述喷射头固定在一串管状杆的下端附近，管状杆朝向地面旋转和撤回。在这串杆的底部，在水枪下方，固定有钻探工具，在开挖阶段，钻探工具通过所述杆供应的钻探流体润滑，在这种情况下，所述杆起到管道的作用。粘合剂的射流被分散并与周围的土壤与混合，从而形成通常为圆柱形状的砾岩块，该砾岩块在硬化时形成固结的土壤区域。目前在地基部门中最常用的杆串具有大截面的管道，水和水泥的混合物通过该管道供给至存在喷嘴的水枪区域。喷嘴容纳在径向定向的孔中，即，垂直于水枪的纵向轴线。从流体动力学角度来讲，这种构造降低了沿着路径的摩擦损失，因为只要流体未到达水枪的末端，流体的流速就会较低。一旦流体到达这个区域，液流就会在喷嘴的区域中互不相关地偏离，同时还会在液流偏离的区域内形成以强湍流为特征的不规则自由运动。这导致在喷嘴的出口附近产生高水头损失，这是由于湍流阻止液流以有序方式流出喷嘴，即，材料的单个颗粒的速度矢量朝向根据每个喷嘴的主轴线方向流出。流体从水枪内部到外部的过程是大量水头损失的原因，因此，应当理解所述过程不只是增加了功率消耗，而且还减小了被处理材料的柱形物的直径。因此，在领域内存在限制水枪内所产生的水头损失的需求。专利文献公开了用于喷射灌浆部门的各种水枪，在水枪内部具有多个槽道，所述多个槽道根据多重螺旋几何结构的布局而扭曲，并且这些通道能够引导液流从水枪的入口螺旋运动到相关喷嘴的入口。JP-A-2008285811给出了一个实例。这种类型的多重螺旋几何结构本质上并不能保证对于通常使用的构造(即，产生湍流自由运动的构造)在性能方面具有最大的改进，除非对于上述结构的正确标注的基本参数是确定的并且对射流的入口和出口区域进行修改，以使效率最大化。该专利文献还描述了具有一个或多个弯曲管道的其它水枪，这些弯曲管道用于使流体混合物偏离，将流体混合物从主管道朝向侧喷嘴输送，遵循方向逐渐变化的路径，从而减小湍流和集中水头损失。US-5228809公开了一种具有恒定截面和规则曲率的管道。EP-1396585公开了逐步变细的可变曲率的管道。然而，用于将流体混合物沿着整个最终入口长度输送到喷嘴的管道的直径取决于对两种相反的要求的平衡的需要:第一，必须限制水枪的外部尺寸(通常相对较小并且大小为约IOOmm左右)；第二，期望对管道提供可能的最佳曲率半径。换言之，这些系统提供了一长度，该长度具有可感知的长度和缩小的直径，并且可与喷嘴的出口的长度相比较。因此，源自于减小的集中损失的优势受到以下事实的限制:流体在最终长度内具有非常高的速度，非常高的合成摩擦损失。另外，管道、弯曲和倒圆(radius)的存在大大地复杂化了水枪的总体架构，使得装配、维护和拆卸步骤复杂得多。

发明内容
本发明的主要目的是提供一种水枪或喷射头，该喷射头在离开水枪的射流的穿透(penetrative capacity)能力方面具有最大可能的效率,更准确地说,在待处理的土壤上获得更大的粉碎效果，而功率消耗保持不变。这个目的以及其它的目的和优势，将从下文的内容获得更充分的理解，并且根据本发明通过具有所附权利要求中所列出的特征的喷射头或水枪获得。简言之，喷射头包括外圆柱形本体，且具有:至少一个流体上部入口、至少一个出口侧喷嘴和至少一根具有螺旋中心线的螺旋管道。该管道将上部入口连接至喷嘴，并对流经该管道的流体传递围绕外本体的纵向轴线且朝向喷嘴的螺旋运动。该螺旋管道朝向喷嘴逐渐变细，并且包括管道的终端长度，当从平行于纵向轴线且相切于螺旋中心线的截面平面看时，以及当从垂直于纵向轴线的截面平面看时，该终端长度以变细的方式倒圆至喷嘴。


现在将参照附图描述本发明的优选非限制性实施方式，附图中:图1、图1A和图2是示出螺旋线的几何形态的示例性图示；图3示出了两个收缩管道的示意图；图4是根据本发明的喷射头或水枪的一实施方式的部分剖开形式的示意性透视图；图5是图4所示的水枪的稍微放大比例的示意性平面图；图6是整合在图4所示的水枪中的螺旋本体的轴向截面视图；图7是沿着图6中的线VI1-VII的横截面视图；图8是图6中所示的部件的正视透视图；图9是图6中所示细节的放大比例的视图；图1OA至图1OC是应用于图6和图8中所示的螺旋本体的同一部件在不同角度的透视图；图11和图12是示出水枪内的螺旋管道的实例的平面展开的示意图；图13和图14是位于水枪内的螺旋本体的两种不同实施方式的透视图。
具体实施例方式在提供对本发明的优选实施方式的详细说明之前，在下文中的内容陈述为了实现本发明而执行的相关标准，并且这些标准全部基于对最大的射流效率的探寻。在这方面，对流体流在水枪中的运动执行能量分析，分析水头损失。考虑到水枪的架构所利用的条件，从这些分析中体现以下内容:-液流的入口基本上垂直于或平行于水枪的轴线；
-液流的出口相对于水枪的轴线基本上正交；并且-水枪内存在中心管道，该中心管道是来自杆的头部的冷却流体的自由离开通道，为了获得最大可能的效率(或最小的水头损失)，流体在水枪内必须采取的路径是螺旋路径。因此，实际上，继续偏离液流的方向是可能的，并且继续改变管道的截面和水力直径也是可能的，这就决定了螺旋路径。在本文中，“路径”是指各点的几何位置，该几何位置确定了正交于水枪内的流体流的管道的横截面的中心。换言之，该路径与管道的中心(螺旋)线重合，正如在下文详细描述的。很显然，并不是所有的螺旋路径都能够在使损失最小化方面产生预期的效果。为此，即，为了使由于通过水枪本身造成的水头损失最小，已经发现，流体必须采取的最佳螺旋路径由使损失最小的五个条件确定，如下文所述。参照图1，一般的螺旋路径的公式由下列分量确定:X = r ( Θ ) cos Θy = r ( Θ ) sin Θz = h ( Θ )，其中，Γ(θ)和h(0)是角度Θ的函数，该角度可在数值Q1(水枪的入口)和θ2(出口喷嘴处的角度值)之间的范围内变化。使损失最小的第一个条件是螺旋路径的半径r理想地保持恒定。在一些情况下，出于设计原因，这是不可能的；而是，上述半径必须在水枪的入口和出口之间线性变化。任意地设定其中角度Θ位于零(即Θ i = O)的范围的下限，意味着需要确定的变量将取代为Θ 2，或以等同的方式，为水枪的高度H，该高度被理解为水枪本身的入口和出口之间的水枪的轴线上的距离。关于函数h(0)，在等节距的螺旋线(参见图2)的情况下，将存在以下关系: 节距ρ = ζ(θ = 2Ji)=h23i(其中，h是大于零的常数值)tg a = h/rz = h θ = r tg α θ实际上，在此处所示的实例中没有验证等节距的条件，这是由于存在于水枪的入口(α 90° )和出口(α 0° )之间的螺旋路径的角度α具有变化。使损失最小的第二个条件如下:表示水枪的入口和出口之间的螺旋路径的角度α的变化的函数必须是线性的；换言之，表示沿着路径的螺旋线的角度α的变化的函数具有常数导数。入口处的角度α不能被设定为等于90° ,因为导数的无穷大(infinite)值对应于这个角度值。因此，必须对水枪的入口进行倒圆，从而使液流偏向几乎垂直的方向，该几乎垂直的方向与严格垂直的方向相差量Λ，从而使损失最小(使损失最小的第三个条D。通过举例的方式，从文献获知的对于较小集中损失的锥形入口的值是半径角度Λ等于20°的值，20°对应于α值等于70° (即90° -20° )的流体入口(路径的起点)处的实际入口，这产生较小集中水头损失。如果描述螺旋路径的角度α的变化的函数的导数相对于Θ为常数，则考虑到端部处的约束条件，断定这个函数将是线性的，即下列类型的函数:a = a+b θ = ( ji /2- Δ ) (1- θ / θ 2)在这一点上，推断出ζ和α的正切之间的联系是必要的。由于沿着路径本身的α的可变性，作为Θ的函数的增量dz在螺旋路径的各点处不同，该增量可由下列公式给出:dz = r tg a d Θ由此,通过积分,获得与每个Θ值相关联的ζ值:ζ = / r tg a d Θ = -r/b [In | cos α | -1n | cos a | ]已根据已知公式建立了用于确定最佳路径的多个决定性关系，用于计算在管道中运动的流体的水头损失以及绘制在技术文献上；特别地，参照如下关系:该关系存在于截面的(或水力直径的平方的)变化与集中损失相对于突然的截面变化的相应系数之间。观察到，由于存在于水枪的入口和出口之间的截面(或水力直径的平方)的变化，表示水枪的入口和出口之间的截面的减小的函数S (或表示水力直径的平方的减小的函数D)必须是线性的，即，具有常数导数(使损失最小的第四个条件)。进一步的观察结果得自于对收缩管道中的水头损失的研究。如果在水枪的入口和出口处的水力直径是已知的，那么路径的线性展开表明，根据因此设计的收缩管道的开口半角的值，有可能获得很短的路径(图3中的LI)，该很短的路径导致因突然的截面变化引起的更大的集中损失，或者很长的路径(图3中的L2)，相反，该很长的路径导致因壁上的摩擦引起的更大的摩擦损失，但对于适当程度的角度S而言集中损失较小。从技术文献中得知，为了使水头损失变得相当小，管道逐渐变细的最佳半角δ必须保持被包含在5°至15°之间；因此，限定可以改变长度L的值范围的是可能，该范围给出了基本上优化的路径(使损失最小的第五个条件)。在设计水枪时，第一选择涉及锥角δ的最大容许值(即，15° )，以便在不产生相当大的集中损失的情况下实现最短的可行路径。凭经验地，所作选择的可行性将会得到验证，因为可以验证螺旋面的连续节距之间的管道的通道截面间的中间截面，并且可以检测螺旋面的连续节距之间的管道的通道截面间的厚度，该厚度小于最小厚度，并且该厚度是在水枪内运动的流体的工作压力的函数。因此，采用迭代型的方法是必要的，这种方法确定符合设计要求的δ的最大值。上文所解释的五个条件足以分析地确定螺旋面的公式，使得水枪内的水头损失最小。对螺旋面的路径的分析确定之后是对管道的“构建”，应当理解，对路径上通道截面面积的相应值的逐点应用意味着在与之正交的螺旋面的路径的每个点处取向的截面。因此，(上述理解中的)最佳路径的公式由以下关系式确定:(1) X = r cos Θ(2)y = r sin Θ(3) z = -r/b [In | cos α | -1n | cosa | ](4) Θ ￡ [O ； Θ 2](5) r = cost(6) α = (Ji /2-Δ) (1- θ / θ 2)(7) a = Ji /2- Δ(8) b = - O /2- Λ ) / θ 2(9) L = / (dx2+dy2+dz2) °'5 = (D1-D2) / [2tg δ ]如果入口截面S1、水力直径Dl和半径r (实际上它们对应于参考结构变量)是已知的，那么设定参数Λ和δ的值是必要的。特别地，角度δ的选择在第一次计算结束时进行验证，并且可能需要迭代过程。一旦确定了这些条件，就可以推导出作为水力直径D2的函数的缺失变量(missing variable),所述水力直径实际上将与喷嘴的实际直径一致。实际上，对D2的确定等同于通过公式(9)确定螺旋线的长度L的值。Θ 2的值再次通过(9)公式从对定积分的解析获得。从公式(I)、(2)和(3)可以重新构建螺旋线的路径。综上所述，因此:-通道截面的面积线性地减小，或者具有常数梯度；-通道截面的水力直径的平方线性地减小，或者具有常数梯度；-如果已知入口处的水力直径D1和出口处的水力直径D2，那么确定了路径的长度；-限定路径的螺旋线的半径优选地是恒定的；如果出于设计原因，恒定是不可能的，那么所述半径在水枪的入口和出口之间必须线性地变化；-限定路径的螺旋线的倾角α的变化是线性的，或者表示α相对于Θ的变化的函数必须具有常数梯度；水枪的入口具有恒定截面的半径，其中引入液流相对于垂直方向偏离量Λ (在5。和30。之间，例如20° )；-限定路径的螺旋线的节距在水枪的入口和出口之间减小；-管道使沿水枪的大致轴向方向到达带有入口的水枪的液流以及沿带有喷嘴的入口的水枪的大致径向方向离开的液流呈圆角化(radius)，圆角化应理解为在截面或方向上无突然变化的平均导向。现在参照图4和图5，喷射头或水枪整体标示为10。水枪包括圆柱管形状的衬套或外套筒12，该套筒具有外圆柱形表面15a和内圆柱形表面15b。水枪用于通过一个或多个侧喷嘴11输送待固结流体混合物(典型地为混凝土混合物)的加压射流，以便破碎周围的土壤并使之固结。水枪的上端能够以本质上已知的方式连接至一串管状杆(未示出)，以便垂直地移动水枪并围绕中心纵向轴线ζ旋转水枪。在本说明书和所附权利要求书中，表示位置和方向的术语和表述，例如“纵向”、“横向”、“径向”、“上部”和“下部”，应当理解为关于中心轴线ζ并且关于轴线ζ基本上垂直的使用状态。水枪顶部设置有入口 16，通过该入口引入被输送至侧喷射喷嘴的待固结加压混合物。图4和图5所示实例中的两个侧喷嘴11定向在基本上水平(即基本上垂直于水枪的纵向轴线Z)的平面中，从而沿不通过轴线Z的方向引导相应的出口射流。表述“基本上水平”意指喷嘴定向在相对于垂直于轴线Z的平面稍微向下倾斜的方向，例如与完全垂直于轴线Z的平面形成范围在0°至15°之间的角度的方向。喷嘴11位于水枪的下端附近，并且通过相应的螺旋管道13流体连通地连接至上部入口 16，所述螺旋管道对位于入口 16内的流体传递切向分量，该切向分量使液流围绕水枪的中心纵向轴线ζ旋转。换言之，传递给流体的运动是螺旋型的。流体的运动由套筒12的内圆柱形表面15b横向地引导和限制。每根管道13的螺旋形状由一对面对的螺旋表面限定，即上螺旋表面14a和下螺旋表面14b，两个螺旋表面都由刚性螺旋本体17形成(图8)，该螺旋本体优选地为金属材料，至少临时固定在套筒12的腔室或内圆柱形表面15b内。在优选的实施方式中，螺旋表面14a、14b是由直线的螺旋运动形成的“凹槽”螺旋面。标记19表示中心管状芯体，该芯体由所述螺旋本体17形成并具有外圆柱形表面20和轴向中心腔室21，该腔室适于容许润滑流体通过以便润滑安装在水枪下方的钻尖(未示出)。在这个实例中，管道13的横截面是矩形的，在顶部由螺旋表面14a限制，在底部由螺旋表面14b限制，外部由圆柱形表面15b限制且内部由圆柱形表面20限制。然而，本发明并不旨在仅限于矩形截面的管道；不同截面的管道也是可行的，例如，圆形截面或半径不同的截面。图6、图7和图8中分别示出的本体17优选地通过机床由实体材料加工而成，从而获得螺旋槽道，所述螺旋通道与套筒12的内表面一起限定水枪的管道。在此处所描述和示出的所有不同的实施方式中，螺旋管道13朝向相应的喷嘴11逐渐变细，并且包括具有螺旋中心线m(图11和图12)的管道的终端长度；当从平行于纵向轴线且相切于螺旋中心线m的截面平面(在图1和图1A中以P示意性地标出)看所述长度时，以及当从横向于或垂直于轴线Z的截面平面看终端长度时，所述终端长度以变细的方式倒圆至喷嘴。关于管道13的螺旋形状，位于水枪中的流体遵循固定的螺旋路径，而不会受到轨迹突然变化的影响，从而使湍流的形成或不规则的运动分量最小化，同时降低了能量消耗。沿着管道，可用于使流体通过的截面的面积线性地减小，或者具有常数梯度；更具体地，如上所述，通道截面的水力直径的平方线性地减小，即，具有常数梯度，直到喷嘴11的区域。限定管道13路径的螺旋线的半径基本上保持恒定，而同一螺旋线的倾角α沿着喷嘴方向线性地减小；换言之，限定路径的螺旋线的节距朝着排放喷嘴线性地减小。与本说明书的引言部分中所讨论的传统水枪相比，在同等的流速和压力下，根据本发明的水枪的更大截面具有明显更小的水头损失、或最小可能的损失，且具有给定的螺旋几何结构。众所周知，在不可压缩流体的情况下，摩擦损失与管道的横向尺寸的5次方成反比。因此，比传统水枪更高能量的射流到达水枪喷嘴处。结果，喷射灌浆的作用更有效，因为在使用同等功率的情况下，将获得具有更大直径的柱状固结土壤。为了在性能方面获得最大优势，喷嘴根据水枪的外圆柱形表面的切线或割线并且沿与流体的前进方向一致的方向定向，如图5中示意性所示。喷嘴的数量、类型和相对于一个或多个水平面(或垂直于水枪的纵向轴线的平面)的倾角可根据要求而变化。在图5中所示的实施方式中，离开喷嘴11的流体的射流定向在沿着两条平行直线的相反方向上。水枪保持所有流体液流聚集在一起直到出口喷嘴为止的能力大幅度减小了终端部分内的湍流；这一因素连同分布的摩擦损失的净减少一起，与传统水枪相比，有助于提高水枪的性能并使水力效率最大化。每个侧喷嘴11包括嵌入件18，该嵌入件由耐磨材料制成且具有内漏斗形通道。在螺旋管道13具有多边形截面的情况下，诸如图4中所示实例中的矩形管道，通常具有圆形截面的喷嘴附近的终端长度包括导流板25 (图6、图7和图8)，分别示出在图10A-C中，该导流板提供从多边形截面到圆形截面的渐进通道，以避免局部水头损失。元件25形成多边形入口孔和圆形出口。有利地，这些元件25能够由类似于喷嘴的嵌入件18的耐磨材料制成，然而，由于在这个长度内的流体的速度较高，因此，冲刷作用更明显。在图8所示的实例中，导流板25通过焊接固定在结构15b上。作为替换方式，水枪作为整体可通过精密铸造或电浸蚀工艺或利用类似的工艺获得，因此，元件25能够形成具有螺旋表面的单一零件。在圆角化元件25的入口点内的半角δ也在5°至15°之间。标记24表示密封元件，所述密封元件防止螺旋管道和喷嘴出口之间的泄漏。事实上，由于非常高的压力，如果存在简单的撞击或简单的机械配合，那么喷射射流不会仍被限制在管道内。当将内螺旋本体17插入套筒12内部时，这种情况也会发生在内螺旋本体17之间。在这种情况下，密封元件不会插在接合两个螺旋表面(上表面14a和下表面14b)的圆柱形边缘14c之间，并且喷射材料的液流可能从上绕圈节距泄漏到下绕圈节距(然而，这种现象只发生在初始泵送阶段，此时水枪未完全充满和充分增压)。然而，在这种完成的装配形式中，必须确保内螺旋本体17和套筒12的内腔室15b之间存在密封。出于这个原因，至少一对垫圈26插入在喷嘴的上方和下方，并保证流体被密封在管道内。在没有这些垫片的情况下，喷射材料可能泄漏和溢出，擦过表面15b，造成液体损失和压力损失方面的问题以及与射流的最终冲刷能力相关的效率低下。另外，从图7可更清楚地看出，同样由耐磨和可更换材料实现的嵌入件18的厚度意味着，适当地使管道13的径向最外侧表面倒圆至嵌入件18中所形成的锥形通道的入口。换言之，必须将套筒12的内圆柱形表面15b倒圆至嵌入件18的入口。导流板25能够使邻接表面15b的外围流体流逐步地偏离，朝向稍微靠近中心的区域，且基本上沿穿过喷嘴轴线的弦方向。导流板25具有能够接触套筒12的表面15b的外圆柱形表面25b和用于使流向偏离的拱形内表面25a。导流板的厚度逐渐增加，以这种方式，在嵌入件18的入口处，拱形内表面25a起始于薄端部25c并终止于厚端部25d，薄端部在管道13中更靠近上游，厚端部更靠近下游。导流板的边缘可呈现用于焊接至表面15b的斜面25e。导流板25适当地由耐磨材料制成，例如威迪亚硬质合金(Widia)或碳化钨、或烧结材料、或其它材料。图11和图12示出了螺旋管道13的两个实例的垂直截面在垂直平面内的展开图；m表示螺旋管道13的中心线。横坐标标出在水平面内测量的从角度值零开始的角度的值，所述角度值零表示通过水枪的中心轴线Z且通过下部点的垂直平面，螺旋管道13在该下部点处终止于嵌入件18中。应当理解，本发明不限于此处描述和示出的实施方式，这些实施方式被视为水枪的示例性实施方式；相反，可以在部件的形式和布置、结构的细节以及其操作方面对本发明作出修改。例如，位于同一水平面或不同水平面上的每根螺旋管道的终端长度内可存在一个或多个喷嘴。此外，对于双流体射流(例如空气-灌浆或水-灌浆)的应用，提供适于将空气(或水)供应至喷嘴的出口截面的外部空间，正如目前与传统水枪一起使用的。另外，这些专用管道可用于在其中插入仪器或电缆，旨在从工具到外部的信息传递(数据传输)，反之亦然。最后，可以形成两个或更多这种类型的水枪(单流体水枪和双流体水枪)，以进行三流体射流灌浆处理。关于螺旋管道的形状，已经提及，这取决于设计条件，并且这些技术或多或少地适当取决于所生产的水枪的数量。因此，可以从所描述的形状开始，该形状以具有大致多边形横截面的单个构件实现，针对有限数量的构件，到通过铸造或电浸蚀获得的形状，其中管道可以以更接近最佳理论形状的形状实现，在水枪的入口和出口充分圆角化。
权利要求
1.一种用于将待固结加压流体混合物喷射到地下的喷射头(10)，以形成固结土壤部分，所述喷射头包括: 外圆柱形本体(12)，所述外圆柱形本体限定一中心纵向轴线(Z)； 至少一个上部入口(16)，用于接收来自安装在所述喷射头上方的一串管状杆中的流体； 至少一个出口侧喷嘴(11)，位于基本上垂直于所述纵向轴线(Z)的平面中，或沿着相对于垂直于轴线(Z)的平面稍微向下倾斜的方向延伸； 至少一根螺旋管道(13)，限定一螺旋线中心线(m)，所述管道(13)将所述上部入口(16)连接至所述喷嘴(11)，从而对流经所述螺旋管道的流体传递围绕所述纵向轴线(Z)且朝向所述喷嘴(11)的螺旋运动， 其特征在于，所述螺旋管道(13)朝向所述喷嘴(11)逐渐变细，并且包括所述管道的终端长度，当从平行于所述纵向轴线⑵且相切于所述螺旋中心线的截面平面⑵看时，以及当从垂直于所述轴线(Z)的截面平面看时，所述终端长度以变细的方式倒圆至所述喷嘴。
2.根据权利要求1所述的喷射头，其特征在于，所述螺旋管道(13)倒圆至所述上部入口(16)，使得在那个倒圆区域，所述纵向轴线(Z)与相切于所述管道(13)的中心螺旋线(m)的直线形成不超过30°的锐角。
3.根据权利要求1所述的喷射头，其特征在于: a)所述螺旋线的半径(r)基本上恒定，或者从所述入口(16)到所述喷嘴(11)的出口线性地增大或线性地减小； b)所述螺旋节距或所述螺旋角(α)从所述入口(16)到所述喷嘴(11)的出口稳定地减小；并且 c)所述管道(13)的垂直于所述中心线(m)的截面面积从所述入口(16)到所述喷嘴(11)的出口线性地减小。
4.根据权利要求1所述的喷射头，其特征在于，所述入口(16)处的螺旋角(α)在约60°至约90°之间的范围内，并且优选地为约70°。
5.根据权利要求1所述的喷射头，其特征在于，所述螺旋管道(13)逐渐变细的半角(δ )被包含在约5°至约15°之间。
6.根据权利要求1所述的喷射头，其特征在于，所述至少一根螺旋管道(13)通过如下方式限定: 内部地或朝向所述纵向轴线(Z)，由中心管状芯体(19)的圆柱形表面(20)限定，所述中心管状芯体具有用于流体的通道的轴向中心腔室(21)，并且 外部地或外围地，由所述外本体(12)的内圆柱形表面(15b)限定，所述外本体内固定有刚性本体(17)，所述刚性本体形成至少一个螺旋槽道，所述螺旋槽道提供一对面对的螺旋表面，所述螺旋表面为上螺旋表面(14a)和下螺旋表面(14b)。
7.根据权利要求1所述的喷射头，其特征在于: 所述螺旋管道(13)具有多边形的横截面，具体是矩形； 相关的喷嘴(11)具有圆形截面，并且 在所述终端长度中，所述螺旋管道(13)通过至少一块导流板(25)倒圆至所述喷嘴(11)，所述导流板(25)限定一多边形入口、一圆形出口和中间长度，在那个倒圆点中，所述多边形入口的形状全等于所述管道(13)的截面的形状，所述圆形出口全等于所述喷嘴(11)的出口，并且所述中间长度从多边形截面逐渐过渡到圆形截面。
8.根据权利要求7所述的喷射头，其特征在于，在所述螺旋管道(13)内，在所述喷嘴(11)的正上游，固定有或形成有导流板(25)，所述导流板(25)具有拱形表面(25a)，所述拱形表面面对所述管道的内侧并且适于使流体流从邻近所述管道(13)的外围侧表面(15b)的外围区域逐渐地偏离到更中心的区域，在更中心的区域处，所述拱形表面(25a)的位于较下游的末端均匀地倒圆至所述喷嘴(11)的入口。
9.根据权利要求7或8所述的喷射头，其特征在于，所述导流板(25)由耐磨材料制成，例如威迪亚硬质合金或碳化钨、或烧结材料。
10.根据权利要求1所述的喷射头，其特征在于，每个管道(13)的螺旋形状由一对面对的螺旋表面限定，所述螺旋表面包括上螺旋表面(14a)和下螺旋表面(14b)，这两个表面都由刚性螺旋本体(17)形成，所述刚性螺旋本体固定在构成所述外圆柱形本体(12)的套筒的内圆柱形腔室(15b)内。
11.根据权利要求10所述的喷射头，其特征在于，包括密封装置(26)，所述密封装置插置在内螺旋本体(17)和所述套筒(12)的内表面(15b)之间。
12.根据权利要求10所述的喷射头，其特征在于，所述导流板(25)由刚性拱形元件构成，所述刚性拱形元件固定在所述螺旋管道(13)内，并且具有接触所述套筒(12)的内圆柱形表面(15b)的外圆柱形表面(25b)，并且所述导流板的厚度逐渐增加，以这种方式，使得在所述喷嘴(11)的入口处，所述拱形内表面(25a)起始于薄端部(25c)并终止于厚端部(25d)，所述薄端部在所述管道(13)中更靠近上游，并且所述厚端部更靠近下游。
13.根据权利要求1所述的喷射头，其特征在于，所述至少一个侧喷嘴(11)沿着相对于垂直于所述轴线(Z)的平面稍微向下倾斜的方向延伸，从而与完全垂直于所述轴线(Z)的平面形成范围在0°至15°之间的角度。
全文摘要
本发明涉及用于将待固结加压流体混合物喷射到地下的喷射头(10)，包括外圆柱形本体(12)，具有用于流体的至少一个上部入口(16)、至少一个出口侧喷嘴(11)和至少一根具有螺旋中心线(m)的螺旋管道(13)。所述管道将上部入口(16)连接至喷嘴(11)，并对流经该管道的流体传递围绕外本体(12)的纵向轴线(Z)且朝向喷嘴(11)的螺旋运动。螺旋管道(13)朝向喷嘴(11)逐渐变细，并且包括管道的终端长度，当从平行于纵向轴线(Z)且相切于螺旋中心线的截面平面(P)看时，以及当从垂直于纵向轴线(Z)的截面平面看时，该终端长度以变细的方式倒圆至喷嘴。
文档编号E02D3/12GK103205968SQ20121000778
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者切萨雷·萨卡尼 申请人:特雷维有限责任公司