專利名稱:高速液體射流的能量散逸容器的制作方法
本發(fā)明涉及液體射流的切割系統(tǒng)，并具體說明與此系統(tǒng)相聯(lián)的能量散逸容器。
在工藝中采用高速液體射流法進(jìn)行切割是已經(jīng)聞名的技術(shù)。一種典型的液體如水，在壓力達(dá)55，000磅/平方英寸下，通過一孔徑僅0.003～0.03英寸寶石噴咀，產(chǎn)生的液體射流速度可達(dá)音速的三倍。這種高速的液體射流用作切割多種金屬與非金屬材料如鋼、鋁、紙張，橡膠，塑料，凱夫拉爾，石墨和食品等。
為提高液體射流的切割能力，可在液體射流中添加一部分研磨材料，乃成為研磨射流。這種射流可以更為廣泛而有效地用作切割許多種材料，從特殊的硬材料如工具鋼，裝甲鋼板，特殊的陶瓷，防彈玻璃，甚至很軟的鉛等。有代表性的研磨材料包括柘榴石，二氧化硅，氧化鋁等，粒度可在＃36～＃120目，這里所指的液體射流包括了一般的液體射流和研磨射流。
這種高能量的液體射流，一旦通過了工作部件，必須立刻予以吸收，這不僅是這種射流對人身和設(shè)備均可能造成事故的危害性，而且造成射流的液體必須予以收集并予恰當(dāng)?shù)靥幚怼?br>據(jù)此，液體射流切割系統(tǒng)應(yīng)包括一個(gè)為接受高速度的液體射流的能量散逸容器。如美國專利2，985，050和3，212，378公開了在有彈性襯墊(例如橡膠或氯丁橡膠或其他彈性材料)上盛有水或其他液體的捕收槽。在槽的四周裝有噴淋管(軌)，噴淋的水向下指向液體的表面，從而復(fù)蓋切割液體的蒸氣，使之不會在切割機(jī)的周圍散發(fā)。
美國專利3，730，040公開的一個(gè)能量吸收容器，在容器的底部安裝一個(gè)硬鋼制的耐沖擊砧塊，在這容器的上部靠近工作部件處還設(shè)有一平頂?shù)膱A錐形的擋水板。在液體射流進(jìn)入容器時(shí)，先經(jīng)過另一種液體，從而射流的能量被吸收一部分，而后這射流乃沖擊到容器底部鋼砧之上。擋水板的取向在于，防止噪音、水沫與蒸氣等反向通過進(jìn)口處。
能量散逸器或捕收器，在工藝上均已知名，但至今仍存在二個(gè)重要問題一是傳統(tǒng)的捕收器以及用作研磨射流的捕收器的部件磨損太重，使用壽命很短，為此，必須備有昂貴的耐磨部件以期經(jīng)常更換，二是這捕收器的空間仍嫌太大，所用的金屬材料要求質(zhì)量高數(shù)量多因而造價(jià)昂貴，為了保證不致被液體射流特別是研磨射流所擊穿，必須用厚的金屬板。此外，傳統(tǒng)的捕收器的體積，在長度方面，也必須很長。這是因?yàn)樯⒁莸哪芰看?，故必須具備較長的尺寸。如研磨射流，傳統(tǒng)的容器的長度通常可達(dá)36英寸。
本發(fā)明，旨在克服上述的限制，以改進(jìn)高速的液體射流的散逸能量方法及設(shè)備。
簡單地說公開了一項(xiàng)接受高速液體射流的能量散逸容器。其中包括內(nèi)部空腔(間)用作盛裝液體，同時(shí)可以接受高速液體射流的容器。容器的空腔(間)中還含有可以自由移動的懸浮球狀(珠)體。還包括液面限制裝置以便允許內(nèi)腔中的多余的液體流向別處，但不會帶走懸浮球狀體。在射流進(jìn)入容器時(shí)至少有部分的這種球狀懸浮體是會受沖擊的。
當(dāng)這種研磨射流射到懸浮體時(shí)，至少有一部分懸浮體被沖擊而在全部液體中懸浮。由于這些懸浮體比較自由地在這液體中活動，每一顆粒至少可以吸收掉一部分能量并可使沖擊著的球體僅僅受到最小的損壞。
這些懸浮球狀一旦被液體射流沖擊，要發(fā)生一些磨損情況。但由于射流進(jìn)入液體時(shí)，賦予懸浮球狀球體產(chǎn)生圓周運(yùn)動，因此，與射流相關(guān)聯(lián)的磨損，也進(jìn)一步降到最低的程度。在推薦的具體實(shí)施方案中，這種圓周運(yùn)動可借助接受容器有收斂的截面，而達(dá)到最大的程度。
所推薦的具有收斂的內(nèi)腔容器及其懸浮體產(chǎn)生圓周運(yùn)動的用途，可達(dá)到實(shí)質(zhì)性的縮短捕收器的長度的目的。上述一切及與本發(fā)明有關(guān)的其他細(xì)節(jié)在下述推薦具體實(shí)施方案的敘述中將會清楚，下列附圖也是構(gòu)成它的一部分。
圖1是按照本發(fā)明設(shè)計(jì)制造的液體射流，切割系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正視簡圖;而圖2按照本發(fā)明設(shè)計(jì)制造的關(guān)于接收一高速的液體射流能量散逸容器結(jié)構(gòu)的部分剖面正視簡圖。
首先述及圖1，圖一說明一個(gè)具有一噴射咀50的液體射流切割系統(tǒng)。它所產(chǎn)生的高速的液體射流52，典型的來說，這液體是水，或是一種水/研磨材料的混合物。這液體是被加壓約達(dá)55，000磅/平方英寸而通過一個(gè)其孔徑為0.003～0.030英寸的寶石噴咀，產(chǎn)生速度可達(dá)音速的三倍的射流。
把工作部件54放在這噴咀的下面，先用射流52穿孔;切割時(shí)，這材料54與噴咀50相對移動，即沿著56所指箭頭方向而移動;則切割的方向恰恰和材料移動的方向相反，如圖1所示。
在切割過程中，射流52通過材料54而進(jìn)入能量散逸容器10。在實(shí)際操作中，這射流可被切割材料所偏射，且其偏射方向與切割方向相反穿過加工材料的射流的偏射軌跡在簡圖1中用虛線58表示。
在一個(gè)代表性的切割系統(tǒng)中，液體射流從噴咀中射出時(shí)是垂直向下的，捕收器是安放在切割材料的下面。和射流成一直線的。
偏射射流和容器間的校正可用很多方法來實(shí)現(xiàn)的。首先是把容器10從噴咀下面稍惟移開，使偏射的射流入射容器時(shí)與容器的軸60成一偏角，但沿著一條不直接與容器的內(nèi)壁撞擊的軌跡。按圖1中所描繪的布局，則這容器必須稍稍向右移動。
此外，可使容器10稍稍傾斜，務(wù)使其軸心60和射流軌跡58同軸共線，從而使射流在沖擊容器的內(nèi)壁前在容器中射經(jīng)最長的路程。
圖2表示，按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)制造的能量散逸容器10的部分剖視簡圖。這容器10包括主體12，以金屬板，如＃12鋼制成而且是適合于接受高速液體射流的鋼材而制成的。
為了說明的目的，以垂直下向的箭頭16代表著射流的軸心與流動方向。通常是與容器的軸心同軸共線的。如前所述，共軸共線是最好的而且也是辦得到的，只要對應(yīng)于偏射的射流的情況，適當(dāng)?shù)膶⑷萜鲀A斜即可。
容器的主體12的截面通常為環(huán)狀，容器的內(nèi)徑沿著射流的方向逐漸收斂，說明主本是一個(gè)圓錐體，向下伸延的內(nèi)壁與射流的軸心間的角度最好是在10°～45°之間，收斂狀內(nèi)壁是一種非金屬的，吸音的并且是耐磨材料如橡膠所砌成的。
在容器10的上部是蓋14，宜以白口鑄鐵所鑄成。這蓋14的尺寸應(yīng)與主體12的上部內(nèi)配合，而主體12的上部包括圓柱形部分18，它的尺寸應(yīng)能接受蓋14至主體內(nèi)部預(yù)定的深度。
蓋子14包括一通孔20，它的尺寸可恰當(dāng)?shù)匕鼑后w射流，而允許射流經(jīng)過而到達(dá)密閉的容器中去。蓋14的底部面22可以是平整的但最好是制成凹形，其理由敘述于下主體12必須具有一項(xiàng)液面限制裝置。以便多余散逸液體可從內(nèi)腔中流出去。它是由空心導(dǎo)管24，其內(nèi)部與容器10的內(nèi)部處在液體連通狀況，雖然導(dǎo)管24最好設(shè)在圓柱形部分，但也可以設(shè)在容器的底部;此外如可施以一定的真空，則對排出散逸液體及研磨材料更為有助。
這圓錐形主體的下部，通常是以可活動和置換的柱狀底蓋為好。內(nèi)部車有螺紋26而與主體的底部螺紋配合，這底蓋用鑄鐵制成，其中間還不有一(鋼制)塞栓。
上述結(jié)構(gòu)容器，高度為12-14英寸，上部圓柱形部分的(18)直徑為5-7英寸。
容器中加滿可以自由移動的懸浮件28，采用一種研磨用的鋼球直徑為1/4～3/8英寸及鋼柱的混合體，其中鋼柱的直徑與長度均為1/6～1/8英寸，經(jīng)過熱處理至洛氏硬度為C55或以上。
在液體射流進(jìn)入容器以前，將鋼球與鋼柱先在容器10中從底部鋪到頂蓋，蓋14原先是稍抬高或開起的位置，如圖1上虛線所示。容器的位置必須對應(yīng)液體射流的方向先予校準(zhǔn)。使射流能過孔眼20，進(jìn)入容器10。一旦液體射流進(jìn)入這容器，由于容器10中能量吸收層的阻力使射流變慢、旋卷和散開。射流一經(jīng)散開和旋卷，便開始以20～30°角度往上流動。當(dāng)容器的內(nèi)部襯壁成同樣的角度時(shí)，便會使往上流動的射流形成沿著襯壁流動的低能量的片流，如圖2中30所示。這種流體沿容器的壁作低能量的流動，因此內(nèi)襯32只經(jīng)受最少的沖擊和磨損。
至于其他各種懸浮物體也可單獨(dú)使用的。并可用不同的分量來配合成最適宜的混合體。最佳的配比可以用鋼柱和5-25%(體積)的1/4-3/8英寸的鋼球。
當(dāng)液體射流進(jìn)入這一混合層后，細(xì)顆粒的鋼柱劇烈運(yùn)動導(dǎo)致大顆粒的懸浮鋼球浮起或成浮游狀態(tài)，在圖2所示的粗箭頭，表示大顆粒在層狀內(nèi)作圓周運(yùn)動的情況;而細(xì)顆粒則在錐形層邊界的喘流帶34中作圓周運(yùn)動，以細(xì)箭頭36表示。蓋14的凹形內(nèi)層22，使研磨鋼柱在內(nèi)部易于產(chǎn)生圓周運(yùn)動。
大部分的流體射流的能量，顯然是消耗在喘流帶34中，最易磨損的部分是屬于不太昂貴和易于更換的鋼球及鋼柱28。因?yàn)榍蚝椭?8是在容器中可自由地移動，為此它們被射流所沖擊而受磨損的程度，可降至最低限度。另一方面，由于這些東西是沖擊的對象。因此會有磨損，可以預(yù)見，這些懸浮體將由于磨損而尺寸縮小，從而不能再使用，一旦它們的直徑減小到了不能使用時(shí)，這些球和珠就可以經(jīng)過篩子從管道24送出去，而篩子把合用的留回容器中。
由于被磨損而使懸浮體數(shù)量逐漸減少，蓋14可以從上部圓柱部分下降到剖視部分的所示的位置，所以這蓋子提供了一定程度的體積調(diào)校作用，以期在容器使用過程中補(bǔ)償懸浮體的損失。
除了懸浮體以外，可能會被射流所磨損的部件是面向射流的捕收器的底部?？苫顒拥牡咨w26，提供了置換該系統(tǒng)磨損的部件的不太昂貴的方法，并且借此還可以把捕收器的內(nèi)部予以清理。
所述容器的能量散逸的特征，應(yīng)可使容器中液體射流的射程，僅12-14英寸或更短。由于液體的能量在圓錐形片流層邊緣內(nèi)已經(jīng)很低，容器內(nèi)壁是受到相對來說無破壞性的動能。因這種沿內(nèi)壁而形成的片流層作用，則其內(nèi)壁可用較便宜但又能有效滅聲的材料如橡膠做為內(nèi)襯。
上述說明書包括可供這方面的熟練的技術(shù)人員應(yīng)用的詳細(xì)資料。必須理解，本發(fā)明的說明書是解釋性的。對這方面熟練的技術(shù)人員是極為明顯可藉助于這些敘述作許多改進(jìn)和變更。因而要求本發(fā)明僅受制于此處所附的權(quán)利要求
。而這些權(quán)利要求
是在先有技術(shù)所允許的條件下給以盡可能寬的解釋的。
權(quán)利要求
1.捕收一高速射流的液體而設(shè)置的能量散逸容器，其特征在于，包括a.主體具有一空腔，是為捕收一高速射流的液體。b.在空腔中裝有多種懸浮體。及可排走內(nèi)腔中的多余的流體而保留著懸浮體的設(shè)備。
2.按權(quán)利要求
1所要求的容器，其特征在于，其內(nèi)腔，至少有一個(gè)在垂直于射流的方向上是收斂的形狀。
3.按權(quán)利要求
2所要求的容器，其特征在于，其空腔剖面通常是圓錐形的。
4.按權(quán)利要求
3所要求的容器，其特征在于，其內(nèi)腔腔壁和液體射流軸心成15-45°的角度。
5.按權(quán)利要求
1所要求的容器，其特征在于，其中懸浮體的尺寸和質(zhì)量，在受射流沖擊時(shí)，至少有部份懸浮體可以相應(yīng)地移動。
6.按權(quán)利要求
5所要求的容器，其特征在于，其中至少有一部份懸浮體是鋼制的。
7.按權(quán)利要求
1所要求的容器，其特征在于，其中至少有一部分懸浮體是鋼制的。
8.按權(quán)利要求
1所要求的容器，其特征在于，其中至少有一部分懸浮體其尺寸和質(zhì)量，可在接收液體射流時(shí)在內(nèi)腔中經(jīng)歷著一般圓周運(yùn)動。
9.按權(quán)利要求
1，5或8所要求的容器，其特征在于，其中懸浮體是從一組一般具有球形的和圓柱形的物體中選擇而得。
10.按權(quán)利要求
9所要求的容器其特征在于，其中，懸浮體至少有部份是圓柱形的，其直徑約為1/8英寸，長度約為1/8英寸。
11.按權(quán)利要求
9所要求的容器，其特征在于，其中懸浮體至少有部份是選自一組含有研磨鋼球及粒。
12.按權(quán)利要求
9所要求的容器，其特征在于，其中的懸浮體一般是鋼球形狀而直徑約為1/4-3/8英寸。
13.接受高速液體射流的能量散逸容器其特征在于，包括著主體所具之內(nèi)腔，是接收高速液體射流的，且至少有一個(gè)在垂直于射流方向上是收斂的形狀。內(nèi)腔中具有懸浮體墊床。允許從內(nèi)腔中放出多余的散逸液體，而同時(shí)保留著所有的懸浮體不會被帶走的裝置。
14.吸收一高速的液體射流動能的方法，其特征在于，包括以下步驟在具有多種懸浮體的內(nèi)腔中接收射流，使至少部份的懸浮體經(jīng)受著射流的沖擊。
15.吸收這高速液體射流的動能的方法，其特征在于，包括以下步驟制成一個(gè)容器，其截面在液體射流的方向上逐步縮小。容器中部分盛裝懸浮體。同時(shí)使容器與對應(yīng)的液體射流進(jìn)行定位，使射流會沖擊至少部份的懸浮體。
16.吸收高速液體射流的動能的方法，其特征在于，包括如下步驟。容器中部份填充多種懸浮體。校直容器和液體射流使容器可接受這液體射流。在接受這射流的過程中允許動能較低的液體在容器中積聚，并允許懸浮體在經(jīng)受液體射流的沖擊時(shí)，在積聚的流體中懸浮。
17.按權(quán)利要求
16所要求的方法，其特征在于，包括首先使容器內(nèi)部的形狀，可使積聚的液體能形成環(huán)流。
專利摘要
本發(fā)明是揭示一種用于高速液體射流切割系統(tǒng)的能量散逸容器，其容器最好為圓錐體形，包括接受高速射流的液體和盛裝多種懸浮體的內(nèi)腔，當(dāng)射流沖擊此懸浮體時(shí)，它們在此內(nèi)腔口作圓周運(yùn)動，并吸收射流的能量。
文檔編號E21B7/18GK86104189SQ86104189
公開日1987年1月7日 申請日期1986年6月17日
發(fā)明者烏維·埃爾貝克 申請人:流程系統(tǒng)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan