本發(fā)明涉及射流噴頭領域,尤其涉及一種磨料水射流噴頭。
背景技術:
在隧道掘進過程中,純水射流通過改變水射流壓力和噴嘴的移動速度,可方便實現不同的沖蝕深度,且以水射流沖蝕土層可避免采用機械刀具刮鏟產生的粉塵和刀具磨損,但純水射流在處理包含硬質障礙物的土層時,需求的壓力太高,斷面存在硬質障礙物時難以破碎去除的狀況。
為解決上述問題,現有的方式是采用磨料水射流,即在水射流中加入磨料顆粒以大幅度提高硬質土層的沖蝕、破碎和切割能力。但對于需大面積清洗和破碎的場合,由于磨料水射流中加入了磨料,采用純水射流的旋轉接頭擴大作用面積的方式將導致磨料對旋轉接頭內部的磨損和卡滯,因此,現有磨料水射流噴頭通常采用固定不旋轉的方式設置,并通過在噴頭設置多個噴射孔或多噴頭交叉形成錐形或扇形射流的方式實現大面積噴射需求,但采用上述方式多股射流之間存在間隙,射流無法覆蓋全斷面,使得移動沖刷時溝槽斷面會留下溝脊,使得噴頭無法繼續(xù)深入溝槽進行沖蝕,影響破碎效果,且設置多個噴頭數量成本高。
技術實現要素:
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現有技術的不足,提供一種同時滿足硬質障礙物及大面積土層的破碎需求的磨料水射流噴頭。
為解決上述技術問題,本發(fā)明提出的技術方案為:
一種磨料水射流噴頭,包括輸送高壓水的進水組件及輸送磨料的進料組件,所述進水組件包括旋轉水管及至少兩個水噴嘴,多個所述水噴嘴沿旋轉水管的周向布置,且各所述水噴嘴的中心線相交;所述進料組件包括設于所述水噴嘴下方的磨料進料口,所述磨料進料口的中心線與所述水噴嘴的相交點相交。
作為上述技術方案的進一步改進:
多個所述水噴嘴相交點的軸線偏離所述旋轉水管的中心軸線。
所述磨料進料口為多個,各所述磨料進料口的中心線相交,所述磨料進料口的相交點與所述水噴嘴的相交點重合。
所述磨料進料口與離所述磨料進料口最近的水噴嘴的夾角θ小于90°。
所述進料組件還包括帶有磨料進料口的耐磨殼體,所述耐磨殼體的下方設置有供磨料水射流噴出的射流通孔。
所述磨料水射流噴射形成射流錐面,所述射流錐面不與所述射流通孔的內側壁接觸。
所述射流通孔的下端面與射流錐面的軸向距離d為1~2mm。
所述進水組件外套設有連接殼體,所述連接殼體與旋轉水管之間設有用于抵消旋轉力矩的推力軸承。
所述旋轉水管包括豎直段及設于豎直段下方的水平段,所述豎直段與旋轉接頭連接,所述水平段與水噴嘴連接,所述推力軸承套設于所述豎直段上,且所述推力軸承的上下端面分別與所述連接殼體的上端面及所述水平段相抵。
所述進水組件還包括與高壓水源連接的固定水管,所述固定水管與旋轉水管之間設有旋轉接頭。
與現有技術相比,本發(fā)明的優(yōu)點在于:
本發(fā)明設置有旋轉水管、多個水噴嘴及磨料進料口,磨料進料口設于水噴嘴的下方,各水噴嘴的中心線相交,磨料進料口的中心線與水噴嘴的相交點相交,即通過調整水噴嘴、磨料進料口的設置位置及進料方向使得從水噴嘴噴出的高壓水及從磨料進料口噴出的磨料均匯聚在同一點并形成磨料水射流噴射,其避免了磨料對噴頭內部結構的磨損和卡滯,使得磨料可應用于噴頭旋轉工況,避免了采用多個噴射孔或多噴頭噴流形成的溝脊,其破碎效果好,可同時滿足硬質障礙物土層和大面積土層的破碎需求。
本發(fā)明進一步將多個水噴嘴相交點的軸線偏離旋轉水管的中心軸線,使得水噴嘴在噴射反作用力下形成力矩,從而帶動水噴嘴自行轉動,達到旋轉的目的,其可實現水噴嘴的自旋轉,且結構簡單。
附圖說明
在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中:
圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
圖2是圖1的左視圖。
圖3是圖1的a部的放大示意圖。
圖中各標號表示:
1、進水組件;11、旋轉水管;111、豎直段;112、水平段;12、水噴嘴;13、固定水管;14、旋轉接頭;2、進料組件;21、磨料進料口;22、耐磨殼體;221、射流通孔;3、射流錐面;4、連接殼體;5、推力軸承。
具體實施方式
下將結合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明,但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
如圖1和圖2所示,本實施例的磨料水射流噴頭,包括進水組件1及進料組件2,其中,進水組件1用于輸送高壓水,進水組件1包括旋轉水管11及至少兩個水噴嘴12,多個水噴嘴12沿旋轉水管11的周向布置,且各水噴嘴12的中心線相交;進料組件2用于輸送磨料,本發(fā)明磨料的加入強化了射流的沖蝕和破碎能力,可有效切割破碎斷面的硬質障礙物,同時,采用磨料與高壓水結合形成磨料水射流的方式可實現以較少流量的高壓水射流實現對硬質障礙物土層的破碎,本實施例中,進料組件2包括磨料進料口21,磨料進料口21設于水噴嘴12的下方,磨料進料口21的中心線與水噴嘴12的相交點相交。本發(fā)明設置有旋轉水管11、多個水噴嘴12及磨料進料口21,磨料進料口21設于水噴嘴12的下方,各水噴嘴12的中心線相交,磨料進料口21的中心線與水噴嘴12的相交點相交,即通過調整水噴嘴12、磨料進料口21的設置位置及進料方向使得從水噴嘴12噴出的高壓水及從磨料進料口21噴出的磨料均匯聚在同一點并形成磨料水射流噴射,其避免了磨料對噴頭內部結構的磨損和卡滯,使得磨料可應用于噴頭旋轉工況,避免了采用多個噴射孔或多噴頭噴流形成的溝脊,其破碎效果好,可同時滿足硬質障礙物土層和大面積土層的破碎需求。
本實施例中,水噴嘴12為兩個,兩個水噴嘴12相交點的軸線偏離旋轉水管11的中心軸線,使得水噴嘴12在噴射反作用力下形成力矩,從而帶動水噴嘴12繞旋轉水管11的中心軸自行轉動達到旋轉的目的,實現了水噴嘴12的自旋轉。在其他實施例中,水噴嘴12的數量可根據射流需求進行調整,水噴嘴12的設置數量至少為兩個。
本實施例中,磨料進料口21為兩個,兩個磨料進料口21的中心線相交,磨料進料口21的相交點與水噴嘴12的相交點重合,使得高壓水及磨料均匯聚在同一點并形成磨料水射流噴射,其避免了磨料對噴頭內部結構的磨損和卡滯,使得磨料可應用于噴頭旋轉工況。在其他實施例中,磨料進料口21的數量可根據射流需求進行調整。
本實施例中,磨料進料口21與離磨料進料口21最近的水噴嘴12的夾角θ小于90°,使得磨料的進入方向與水噴嘴12的噴射方向相同,減少了噴流能量消耗,若磨料進料口21與水噴嘴12的夾角θ大于90°,磨料將反向進入水射流,再加速沿著水射流方向射出,其能量損耗大。
本實施例中,進料組件2還包括耐磨殼體22,磨料進料口21沿周向設置于耐磨殼體22上,耐磨殼體22的下方設置有射流通孔221,射流通孔221用于供磨料水射流噴出。本實施例中,磨料水射流噴射形成射流錐面3,射流錐面3使得溝槽底部不存在影響水噴嘴12伸入的溝脊,同時,射流錐面3不與射流通孔221的內側壁接觸,避免了能量消耗在耐磨殼體22上而非消耗在作用對象,其能量利用率高。如圖3,本實施例中,射流通孔221的下端面與射流錐面3的軸向距離d為1~2mm,使得耐磨殼體22不阻礙射流錐面3的噴射,提高了磨料水射流的能量利用率。
本實施例中,進水組件1外套設有連接殼體4,耐磨殼體22與連接殼體4的下端連接,連接殼體4與旋轉水管11之間設有推力軸承5,推力軸承5用于承受水射流軸向反作用力并抵消旋轉力矩。本實施例中,旋轉水管11包括豎直段111及水平段112,水平段112設于豎直段111的下方,豎直段111與旋轉接頭14連接,水平段112與水噴嘴12連接,推力軸承5套設于豎直段111上,且推力軸承5的上下端面分別與連接殼體4的上端面及水平段112相抵,其結構簡單。
本實施例中,進水組件1還包括固定水管13,固定水管13與高壓水源連接,固定水管13與旋轉水管11之間設有旋轉接頭14,旋轉接頭14的設置在實現有效高壓水有效輸送的同時,可實現噴頭的有效旋轉。
本實施例中,通過磨料水射流噴頭連續(xù)平移可形成沖蝕溝槽,并通過水射流噴頭噴射壓力、偏角、靶距的配合,使射流錐面3直徑大于或等于耐磨殼體22及連接殼體4直徑,保證了磨料水射流噴頭可伸入溝槽繼續(xù)向深部掏切。
雖然已經參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述,但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下,可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是,只要不存在結構沖突,各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例,而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。