專利名稱：高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高壓水射流切割技術(shù)，特別是高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置。
背景技術(shù)：
高壓水射流切割技術(shù)具有切縫窄、無(wú)毛刺、無(wú)熱應(yīng)力、無(wú)粉塵、易實(shí)現(xiàn)異形切割等優(yōu)點(diǎn)，而在高壓水中加入磨料形成磨料射流的切割能力是純水射流的幾倍至幾十倍，因此廣泛應(yīng)用到航空、軍工、有色冶金、石化、機(jī)械、建材及輕工等行業(yè)。目前，有高壓水前混式磨料射流和高壓水后混式磨料射流兩種切割技術(shù)，它們的區(qū)別在于前混式磨料射流系統(tǒng)中只有一個(gè)磨料噴嘴，是將磨料和水均勻混合好后再?gòu)膰娮熘袊姵鋈ィチ虾退牧鲃?dòng)速度基本一致，磨料切割能力比較強(qiáng)；后混式磨料射流系統(tǒng)有水噴嘴和磨料噴嘴兩個(gè)噴嘴，是先將水從水噴嘴中噴射出去，再通過(guò)水的高速流動(dòng)吸卷磨料，使水和磨料一起進(jìn)入磨料噴嘴中混合形成磨料和水的混合體從磨料噴嘴中噴射出去，由于水的高速度所帶來(lái)的剛性和磨料噴嘴的混合段長(zhǎng)度的有限性，磨料速度相對(duì)水的速度比較低，磨料的切割能力較弱。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，達(dá)到同樣的切割效果，前混式磨料射流所需的壓力、系統(tǒng)的體積、重量和電氣裝機(jī)容量?jī)H為后混式的1/10左右，具有很大的優(yōu)勢(shì)，而該技術(shù)的難點(diǎn)主要在于磨料的流化，即如何使磨料均勻地、可控制地加到水流中去。
目前使用的高壓水前混式磨料射流系統(tǒng)如附圖5所示，它主要由高壓管路19、混合器20、磨料調(diào)節(jié)閥21、噴頭22、磨料23、磨料罐24和磨料流化管25組成。磨料流化管25一端連接高壓水管，另一端伸到磨料罐24的底部，從該管中流出的水將磨料罐底部的磨料23進(jìn)行稀釋和混合達(dá)到流化的目的；磨料調(diào)節(jié)閥21是旋塞閥，主要控制或截止進(jìn)入到混合器20中的磨料和水的混合物的流量；混合器20由進(jìn)水接頭26、混合腔體27、連接管28、出水接頭29、螺母30和減壓噴嘴31組成(如附圖6所示)。進(jìn)水接頭26連接高壓水管，出水接頭29連接出水管或噴頭，連接管28連接磨料調(diào)節(jié)閥，減壓噴嘴31的作用是使磨料罐兩端產(chǎn)生壓差，以利于磨料更好地進(jìn)入到混合器中來(lái)，同時(shí)，它還有使磨料和水進(jìn)一步流化的作用。磨料流化管25和混合器20、磨料調(diào)節(jié)閥21共同起磨料的流化和控制作用。該系統(tǒng)的工作原理是磨料罐中的磨料在自重和磨料罐兩端高壓水的壓差的共同作用下通過(guò)磨料調(diào)節(jié)閥進(jìn)入混合器，在混合器中，磨料和高壓水被均勻混合，通過(guò)噴頭形成磨料射流來(lái)完成切割工作。該系統(tǒng)的主要問(wèn)題是采用了先將磨料流化再對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，使磨料流量不均勻和磨料濃度不穩(wěn)定。因?yàn)榍盎焓侥チ仙淞飨到y(tǒng)所需磨料量約為1～2Kg/min，而磨料流化管是將磨料罐底部的所有磨料同時(shí)進(jìn)行流化，流化后來(lái)不及通過(guò)磨料調(diào)節(jié)閥的磨料會(huì)在閥口周圍再次沉淀，破壞流化效果，使得磨料通過(guò)閥口時(shí)的流動(dòng)形態(tài)為“柱塞流”，即磨料在管道中一段濃度很低或沒(méi)有，形成“空泡”，一段又濃度很高形成“柱塞”，流量極不均勻；運(yùn)行中為了控制磨料濃度，磨料調(diào)節(jié)閥的開(kāi)口量一般較小，磨料容易板結(jié)在磨料調(diào)節(jié)閥閥口上，造成磨料閥口過(guò)流面積不穩(wěn)定；磨料罐的裝料高度對(duì)磨料濃度有較大影響，罐內(nèi)磨料高度較高時(shí)，由于磨料自重的作用，流化范圍比較小，磨料濃度較大，反之較稀。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述磨料流化裝置的缺陷，設(shè)計(jì)一種的新的高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置，解決高壓水前混式磨料射流系統(tǒng)中磨料的流化問(wèn)題，使得磨料流量均勻，磨料濃度穩(wěn)定，提高磨料切割效果。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是磨料流化裝置除包括與已有技術(shù)相同或相近的裝磨料的磨料罐，兩端分別連接磨料流化器的出水接頭和磨料噴頭的出水管及磨料噴頭外，設(shè)計(jì)了一種全新的磨料流化器，它由調(diào)節(jié)桿、空心調(diào)節(jié)螺栓、固定螺母、流化噴頭、出水接頭、混合體、連接管組成。調(diào)節(jié)桿兩端分別與高壓水進(jìn)水管和流化噴頭連接，設(shè)有中心通孔，桿壁上設(shè)置的凸塊卡入混合體凹槽中防止轉(zhuǎn)動(dòng)。空心調(diào)節(jié)螺栓活套在調(diào)節(jié)桿外壁并由卡入調(diào)節(jié)桿上的卡環(huán)軸向定位，它的外螺紋與固接在混合體上的固定螺母的螺紋嚙合。流化噴頭端部中心設(shè)有主引射噴嘴，端部呈喇叭形收縮的圓錐面上均勻分布有若干個(gè)直徑小于主引射噴嘴的流化噴嘴。出水接頭固接在混合體內(nèi)，它一端與出水管連接、另一與流化噴頭相對(duì)且兩者之間有一可調(diào)環(huán)狀間隙的端部設(shè)有呈喇叭形擴(kuò)展的圓錐面。連接管一端與磨料罐底部排料中心孔連接，另一端與混合體連接。
本實(shí)用新型連接管的中心軸線和調(diào)節(jié)桿、流化噴頭、出水接頭共有的同一中心軸線最好成45～90°的夾角，以利于穩(wěn)定磨料濃度。
本實(shí)用新型流化噴嘴的中心線與主引射噴嘴的中心線夾角為15～60°，有利于磨料充分流化本實(shí)用新型出水接頭端部呈喇叭形擴(kuò)展的圓錐面錐頂角為90～120°。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于采用多個(gè)小直徑流化噴嘴縮小了磨料流化區(qū)范圍，使有限的水量能保證流化區(qū)中的磨料時(shí)刻處于流化狀態(tài)，避免產(chǎn)生磨料沉淀；由幾個(gè)小的流化區(qū)代替一個(gè)大的流化區(qū)，保證充分流化，使磨料流量均勻。將流化區(qū)設(shè)置在混合區(qū)的附近，使流化區(qū)中的磨料在沒(méi)有進(jìn)入到混合區(qū)之前，磨料罐中的磨料進(jìn)不了流化區(qū)，避免磨料罐的裝料高度對(duì)磨料濃度的影響和中間過(guò)程造成的磨料再次沉積?；旌象w的兩條軸線成45～90°的夾角，有利于磨料濃度的穩(wěn)定。利用混合區(qū)中高壓水的流速大小來(lái)大范圍地控制磨料濃度，利用混合區(qū)中高壓水和流化后的磨料的接觸面積大小來(lái)小范圍地調(diào)整磨料濃度，實(shí)現(xiàn)了磨料濃度連續(xù)調(diào)節(jié)。取消了已有技術(shù)的磨料調(diào)節(jié)閥和磨料流化管，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。


圖1為本實(shí)用新型高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本實(shí)用新型高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置磨料流化器結(jié)構(gòu)圖；圖3為圖2中的A-A剖視圖；圖4為圖2中磨料流化混合區(qū)的局部放大圖；圖5為已有技術(shù)的高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置結(jié)構(gòu)原理圖；圖6為已有技術(shù)的高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置混合器結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
本實(shí)用新型高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置包括磨料罐1，裝于磨料罐1內(nèi)的磨料2，在磨料罐軸向中心線下方連接的磨料流化器3，磨料噴頭4和出水管5組成。出水管5一端與磨料流化器3連接，另一端與磨料噴頭4連接。磨料流化器3主要由調(diào)節(jié)桿6、空心調(diào)節(jié)螺栓7、固定螺母8、流化噴頭9、出水接頭10、混合體11、連接管12組成。調(diào)節(jié)桿6設(shè)有中心通孔，它的一端連接高壓水進(jìn)水管，另一端連接流化噴頭9，高壓水經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)桿6的中心通孔從流化噴頭9的噴嘴噴出，對(duì)磨料進(jìn)行流化。在調(diào)節(jié)桿6上開(kāi)有卡環(huán)槽，卡環(huán)13卡入調(diào)節(jié)桿6的卡環(huán)槽中，以對(duì)空心調(diào)節(jié)螺栓7進(jìn)行軸向定位。調(diào)節(jié)桿6的中間部位設(shè)有凸塊，凸塊卡在混合體11的凹槽中使調(diào)節(jié)桿6不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使流化噴頭9的流化噴嘴處于正確的位置和方便連接進(jìn)水管，如附圖3所示。調(diào)節(jié)桿6與混合體11之間的連接部還設(shè)有兩道防砂密封?？招恼{(diào)節(jié)螺栓7活套在調(diào)節(jié)桿6上，一端由卡環(huán)13軸向定位，另一端頂在調(diào)節(jié)桿6的凸塊上，其外螺紋與固定螺母8嚙合，固定螺母8緊固連接在混合體11上。轉(zhuǎn)動(dòng)空心調(diào)節(jié)螺栓7時(shí)，在螺紋的作用下，空心調(diào)節(jié)螺栓7帶動(dòng)調(diào)節(jié)桿6和流化噴頭9進(jìn)行軸向移動(dòng)，移動(dòng)距離由空心調(diào)節(jié)螺栓7和混合體11的預(yù)設(shè)間隙及流化噴頭9與出水接頭10的預(yù)設(shè)間隙決定。流化噴頭9的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4，它正對(duì)出水接頭10進(jìn)水口的端部為一呈喇叭形收縮的圓錐面，其錐面角要比相對(duì)應(yīng)的出水接頭10端部呈喇叭形擴(kuò)展的圓錐面的錐面角大，該呈喇叭形收縮的圓錐面伸入出水接頭10端部里喇叭形擴(kuò)展的圓錐面內(nèi)一定距離，使流化噴頭圓錐面和出水接頭圓錐面之間形成一環(huán)形間隙，構(gòu)成磨料流化區(qū)17，調(diào)節(jié)該環(huán)形縫隙大小，可以改變磨料濃度；當(dāng)調(diào)節(jié)流化噴頭9的端部圓錐面緊貼出水接頭10的端部圓錐面時(shí)，應(yīng)能使流化噴嘴14的出水口位于出水接頭10的端部圓錐面區(qū)域內(nèi)。在流化噴嘴9的端部中心設(shè)有一個(gè)主引射噴嘴15，端部圓錐面上還設(shè)有若干個(gè)流化噴嘴14，流化噴嘴14最好為4～6個(gè)。主引射噴嘴15的直徑比出水接頭10內(nèi)徑小，其作用是對(duì)進(jìn)入混合區(qū)18中的磨料進(jìn)行進(jìn)一步的混合，而后經(jīng)出口接頭10、出水管5從磨料噴頭4中噴射出去。流化噴嘴14的作用是對(duì)堆積在混合體11空腔中的磨料進(jìn)行流化。流化噴嘴14的直徑比主引射噴嘴15直徑小，以使流化作用局限在一定范圍的流化區(qū)內(nèi)。流化噴嘴14的數(shù)量和角度對(duì)流化態(tài)的形成有直接關(guān)系，不同位置的流化噴嘴具有不同的角度，流化噴嘴14中心線與主引射噴嘴15中心線的夾角一般為15～60°。連接管12通過(guò)螺紋或其他方式上端連接在磨料罐1底部中心的排料口上，下端與混合體11連接，為保證磨料能順利進(jìn)入到混合體11的堆積區(qū)16中，連接管12的內(nèi)徑一般為磨料粒度的50～200倍，但它的長(zhǎng)徑比較小，一般為1～5。這樣，磨料在其中的流動(dòng)可以認(rèn)為是均勻的，不會(huì)產(chǎn)生拱頂現(xiàn)象。從其作用來(lái)說(shuō)，連接管12可以看作為磨料罐1的一部分或其功能的延續(xù)。混合體11要有足夠大的空腔，并且其兩條軸線，即連接管12的中心軸線和調(diào)節(jié)桿6、流化噴頭9、出水接頭10共有的同一中心軸線成一定的夾角α，α的值在45～90°之間，夾角的存在有利于磨料濃度的穩(wěn)定。出水接頭10一端連接出水管5，再連接到噴頭4上，另一端用螺紋連接在混合體11上，與混合體11之間還設(shè)有兩道防砂密封和一道端面密封。出水接頭10與流化噴頭9相對(duì)應(yīng)的端部呈喇叭形擴(kuò)展的圓錐面錐頂角為90～120°，在出水接頭10的端部圓錐面與流化噴頭9的端面之間形成磨料和水的混合區(qū)18。
本實(shí)用新型的的工作原理是磨料罐1中的磨料2在自重作用下通過(guò)連接管12直接堆積在混合體11的堆積區(qū)16中，在流化噴頭9的多個(gè)流化噴嘴14附近的環(huán)形縫隙形成的流化區(qū)17中，磨料被流化噴嘴14噴出的水充分流化，流化后的磨料在流化噴頭9的主引射噴嘴15的作用下進(jìn)入到混合區(qū)18中，并被進(jìn)一步混合，經(jīng)過(guò)出水接頭10和出水管5通過(guò)磨料噴頭4形成磨料射流噴出。系統(tǒng)工作時(shí)，磨料濃度的大小最終取決于系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)流量和環(huán)形縫隙大小多個(gè)因素，調(diào)節(jié)空心調(diào)節(jié)螺栓7，可改變流化噴頭9和出水接頭10之間的環(huán)形縫隙大小，即可改變磨料濃度。系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，調(diào)節(jié)空心調(diào)節(jié)螺栓7，使流化噴頭9和出水接頭10壓在一起，流化噴頭9的前錐部伸入到了出水接頭的喇叭口中，流化噴頭9噴出的水流與磨料隔開(kāi)，沒(méi)有流化作用，此時(shí)，系統(tǒng)磨料流量為零，也同時(shí)保證了在停機(jī)狀態(tài)下磨料不會(huì)從流化噴頭9中倒流出去。
權(quán)利要求1.一種高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置，包括裝磨料(2)的磨料罐(1)，一端連接在磨料流化器(3)的出水接頭(10)上、另一端連接在的磨料噴頭(4)上的出水管(5)，及磨料噴頭(4)，其特征在于磨料流化器(3)由兩端分別與高壓水進(jìn)水管和流化噴頭(9)連接、依靠桿壁外設(shè)置的卡入混合體(11)凹槽中的凸塊防止其轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)有中心通孔的調(diào)節(jié)桿(6)，具有與固接在混合體(11)上的固定螺母(8)的螺紋嚙合的外螺紋、活套在調(diào)節(jié)桿(6)外壁并由卡入調(diào)節(jié)桿(6)上的卡環(huán)(13)軸向定位的空心調(diào)節(jié)螺栓(7)，端部中心設(shè)有主引射噴嘴(15)、端部呈喇叭形收縮的圓錐面上均勻分布有若干個(gè)直徑小于主引射噴嘴(15)的流化噴嘴(14)的流化噴頭(9)，固接在混合體(11)內(nèi)且一端與出水管(5)連接、另一端與流化噴頭(9)相對(duì)且兩者之間有一可調(diào)環(huán)狀間隙的端部設(shè)有呈喇叭形擴(kuò)展圓錐面的出水接頭(10)，一端與磨料罐(1)的底部排料中心孔連接另一端與混合體(11)連接的連接管(12)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置，其特征在于連接管(12)的中心軸線和調(diào)節(jié)桿(6)、流化噴頭(9)、出水接頭(10)共有的同一中心軸線成45～90°的夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置，其特征在于流化噴嘴(14)的中心線與主引射噴嘴(15)的中心線夾角為15～60°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置，其特征在于出水接頭(10)端部呈喇叭形擴(kuò)展的圓錐面錐頂角為90～120°。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高壓水前混式磨料射流用磨料流化裝置。它的磨料流化器由調(diào)節(jié)桿、空心調(diào)節(jié)螺栓、固定螺母、流化噴頭、出水接頭、混合體、連接管組成。調(diào)節(jié)桿兩端與高壓水進(jìn)水管和流化噴頭連接，桿壁上有凸塊卡入混合體凹槽中防止轉(zhuǎn)動(dòng)；空心調(diào)節(jié)螺栓活套并靠卡環(huán)定位在調(diào)節(jié)桿上，它的外螺紋與固接在混合體上的固定螺母嚙合；流化噴頭端部中心設(shè)主引射噴嘴、呈喇叭形收縮的圓錐面上有若干個(gè)流化噴嘴；出水接頭連接在混合體內(nèi)，一端與出水管連接、相對(duì)的流化噴頭另一端設(shè)有呈喇叭形擴(kuò)展的圓錐面；連接管一端與磨料罐底部排料孔連接，另一端與混合體連接。本實(shí)用新型磨料流量均勻，濃度穩(wěn)定且可連續(xù)調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。
文檔編號(hào)B24C7/00GK2712549SQ200420068219
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者祝爽, 廖興斌, 孫永山, 盛浩, 呂游 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙礦山研究院