CN100563930C - 一种基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置。本发明所要解决的技术问题是提供一种结构更加简单、使用更加方便、造价低廉、安全可靠、适用于各种环境的基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置。解决该问题的技术方案是：基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置，具有喷嘴和连接管路，其特征在于所述装置由常压浆料连续供给机构和高压磨料射流隔膜泵两部分组成，上述两部分之间由浆料吸口管路连接，高压管路连接于高压磨料射流隔膜泵和喷嘴之间。本发明可用于对各种材料的切割、钻削及表面清洗、除锈、打毛等。

Description

一种基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置

技术领域

本发明涉及一种高压磨料(浆料)射流清洗、切割装置，尤其是一种基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置。适用于对各种材料的切割、钻削及表面清洗、除锈、打毛等。

背景技术

现有的磨料射流发生装置，有两种形式：一种是后混合式，即在高压水喷射之后利用再射流原理进行水和磨料的混合。这种方式的缺点是磨料不易与水均匀混合，切割或钻削的射流直径较大，且切缝质量不稳定等不良效果；另外，在进行切割时所需的射流压力较高，一般超过70MPa，因此对高压水发生装置的要求以及对系统中各个元器件的耐压和密封性要求较高。以上两个缺点导致该方式整体设备成本较高、加工质量不稳等缺陷，因此目前后混合式主要用于材料的清洗，而难于应用于钻削和切割。

另一种是前混合式，即高压水与磨料在喷射前混合形成磨料射流。代表专利有英国流体力学研究公司申请的中国专利“磨料水喷射切割装置”(公告号CN86107576A)，以及淮南矿业学院的“前混合式磨料射流清洗-切割机”(中国专利号88109149.9)。这种方式的缺点是造价高、操作复杂、磨料与高压水的混合比例不易控制。磨料与高压水在高压状态下混合，系统内必须有一个耐高压磨料混合腔和一个耐高压磨料桶。而当高压磨料桶内的磨料快用完时，系统必须发出信号，要求更换磨料桶。更换磨料桶时必须关闭磨料桶两端的阀门，并卸掉高压，方可进行操作。耐高压磨料桶和阀门等易损元件都使系统的成本很难降下来。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足之处，提供一种结构更加简单、使用更加方便、造价低廉、安全可靠、适用于各种环境的基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置。

本发明所采用的技术方案是：基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置，具有喷嘴和连接管路，其特征在于所述装置由常压浆料连续供给机构和高压磨料射流隔膜泵两部分组成，上述两部分之间由浆料吸口管路连接，高压管路连接于高压磨料射流隔膜泵和喷嘴之间。

所述高压磨料射流隔膜泵具有两个相互连通之腔体的泵体，其中一个腔体内设有活塞，另一个腔体的中间固有挠性隔膜，该隔膜将此腔体分隔为高压驱动液腔和高压被驱动液腔，在后者的腔内设有一端支撑于泵体内壁，另一端与挠性隔膜中心部分相连接的复位弹簧，该腔体还通过单向进液阀与浆料吸口管路连通，通过单向出液阀与高压管路连通，而置有活塞的腔体通过补液单向阀连接上置补液箱，通过泄漏排液口与泄漏液箱连通。

所述常压浆料连续供给机构具有常压浆料箱，其内设有搅拌器，所述浆料吸口管路的一端伸入常压浆料箱的底部。

所述泵体与活塞的滑动接触面之间设有密封元件。

所述挠性隔膜由多层橡胶压制而成，该多层结构的两侧外表面层的材料采用丁腈橡胶，其内夹有相互绝缘的导电橡胶层，导电橡胶层通过引线引出泵体并连接在报警电控装置的两端。

所述补液单向阀的开启压力大于单向进液阀的开启压力，且二者之间的压差在0.04MPa-0.06MPa之间。

所述常压浆料连续供给机构设有磨料装填机，其出口对准常压浆料箱，与磨料装填机相连接的还有电控装置和电控阀，从外部接入的进水管经电控阀后设于常压浆料箱的上方。

本装置仅用一个常压浆料供给装置就实现了在常压状态下浆料的供给；并且仅用一个高压磨料射流隔膜泵就把常压浆料的压力提升为高压浆料并把浆料直接供给喷嘴。其有益效果包括：1)高压磨料射流隔膜泵的工作压力可达35～45MPa，甚至更高，这使得系统所用浆料中磨料的比例大幅度降低，从而降低了运行成本，并极大地减少了切割、清洗、钻削等加工过程后的喷射后浆料的处理工作。尤其是在手移动切割户外作业时，磨料很难被回收的情况下，这种优点就更加突出了；2)适用于各种环境，不怕粉尘、不怕火焰、不会引起爆炸、耐热性能好。能够对各种材料进行切割、钻削、以及各种表面清洗、除绣、打毛等等作业。特别适合对脆性材料、柔软材料、极薄材料、建筑材料、以及任何其他加工方式难以奏效的材料进行加工。能够适应于各种危险的尘、爆、火、化学品等存在的加工环境。能够加工各种尺寸的小型或大型工件；3)解决了现有系统存在的耐高压磨料桶价格高、更换繁琐、以及容易堵塞等问题；4)整机接口简单、价格低廉、控制简单、安装和使用方便。

附图说明

图1是本发明基本实施方式的结构图。

图2是本发明另一种实施方式的结构图。

具体实施方式

图1所示的是一种基本型的实施方式，它主要由常压浆料连续供给机构3和高压磨料射流隔膜泵1两部分组成，两部分之间由浆料吸口管路4连接，高压管路5连接于高压磨料射流隔膜泵1和喷嘴6之间，所述高压磨料射流隔膜泵1还与泄漏液箱2和上置补液箱7相连接。

所述高压磨料射流隔膜泵1具有两个相互连通之腔体的泵体1A，泵体起到承受压力、包围压力容腔和支撑容腔、提供其他元件安装位置等功能。其中，一个腔体内设有活塞1B，泵体1A与活塞1B的滑动接触面之间设有密封元件1D。另一个腔体的中间固定有挠性隔膜1E，该隔膜将此腔体分隔为高压驱动液腔1J和高压被驱动液腔1H。在高压被驱动液腔1H的腔内设有一端支撑于泵体内壁，另一端与挠性隔膜1E中心部分相连接的复位弹簧1G，该腔体还通过单向进液阀1F与浆料吸口管路4连通，通过单向出液阀1I与高压管路5连通。而置有活塞1B的腔体的壁上开有补液口，通过补液单向阀1K连接上置补液箱7，该腔体的盲端还开有泄漏排液口1C，并与泄漏液箱2连通。

所述常压浆料连续供给机构3具有常压浆料箱3A，其内设有搅拌器3B，搅拌器由电动机或液压马达驱动，将浆料箱内浆料中的磨料和水混合均匀，所述浆料吸口管路4的一端伸入常压浆料箱3A的底部，混合均匀的浆料通过浆料吸口管路4吸入高压磨料射流隔膜泵1，实现浆料供给之功能。

所述挠性隔膜1E具有隔离液体、传递压力、破损报警等功能，是用多层橡胶压制而成，该多层结构的两侧外表面层的材料采用丁腈橡胶，其内夹有相互绝缘的导电橡胶层，导电橡胶层通过引线引出泵体并连接在报警电控装置1L的两端。当隔膜发生破损现象时，由于有水通过破损断面，因此导电橡胶层之间的电阻将迅速减小，报警电控装置1L检测到这个电阻变化而报警或使整个装置停止运行。

所述补液单向阀1K的开启压力大于单向进液阀1F的开启压力，且二者之间的压差在0.04MPa-0.06MPa之间。

图2所示的是另一种实施方式，当需要自动化连续供给时，还可以增加磨料装填机3C，它的出口对准常压浆料箱3A，与磨料装填机相连接的还有电控装置3D和电控阀3E，从外部接入的进水管3F经电控阀3E后设于常压浆料箱3A的上方。磨料装填机3C的送料速率与进水管3F中水的流量由电控装置3D协同控制，使得常压浆料箱3A里面浆料中磨料和水的比例保持在一定范围内不变。

本发明的工作过程是：1)准备浆料，在系统开始运行之前，常压浆料箱3A中已经配好比例的水和磨料在搅拌器3B的作用下搅拌均匀，成为可以被高压磨料射流隔膜泵1吸入的浆料。如果由于系统的运行，浆料逐渐减少，需要添加的时候，需要将磨料和水按照比例先混合好，然后到入常压浆料箱3A内，以防止浆料的成分突然变化，对切割的质量和速度产生影响。当需要自动化连续供给时，则按照图2所示结构进行安装。

2)高压磨料射流隔膜泵1吸入浆料的过程，系统开始运行，当泵的活塞1B在外力作用下向左运行时，高压驱动液腔1J的容积变大，因此压力降低，使得高压被驱动液腔1H内的压力大于高压驱动液腔1J内的压力。高压被驱动液腔1H和高压驱动液腔1J之间的压力差推动挠性隔膜1E向左变形(或者说挠性隔膜1E被泵的活塞1B吸向左方)。这样，高压被驱动液腔1H内的压力就会由于该腔内容积的扩大而降低，从而低于外界的大气压力。在外界大气压力与高压被驱动液腔1H内压之间的压力差作用下，常压浆料箱3A内的浆料通过浆料吸口管路4和单向进液阀1F向高压被驱动液腔1H内流动，从而填充了由于挠性隔膜1E向左变形而引起的容积变化。

3)高压磨料射流隔膜泵1高压排出浆料的过程，当泵的活塞1B在外力作用下向右运行时，高压驱动液腔1J的容积变小，因此压力增大，使得高压驱动液腔1J内的压力大于高压被驱动液腔1H内的压力。高压驱动液腔1J和高压被驱动液腔1H之间的压力差推动挠性隔膜1E向右变形(或者说挠性隔膜1E被泵的活塞1B压向右方)。这样，高压被驱动液腔1H内的压力就会由于该腔内容积的缩小而增大。由于浆料可以被看作不可被压缩的流体，因此该容腔内的浆料就通过单向出液阀1I和高压管路5，在高压下被推送到喷嘴6处，产生高压磨料射流，就可以对准要切割或清洗的工件或材料，进行清洗、除锈、或者钻削、切割等作业。

4)高压磨料射流隔膜泵1的高压驱动液腔1J内液体的泄漏与补充过程，当泵的活塞1B在外力作用下向右运行时(高压排出浆料的过程中)，由于高压驱动液腔1J内液体的压力较高，并且因为活塞与壳体之间的密封元件1D是动密封，所以或多或少地，会有一部分液体从高压驱动液腔1J内，经过活塞与壳体之间的密封元件1D渗入泵的活塞1B左边的液腔，通过泵的泄漏排液口1C流出高压磨料射流隔膜泵，进入泄漏液箱2。当上述渗漏过程积累较多的时候，由于高压驱动液腔1J内的液体体积减小，导致挠性隔膜1E被迫向左偏离正常位置，以补偿高压驱动液腔1J内的液体体积变化。随着挠性隔膜1E被迫向左偏离正常位置越来越远，挠性隔膜复位弹簧1G的拉力就越来越大，就会导致高压驱动液腔1J内的压力降低；当高压驱动液腔1J内的压力比外界大气压低很多时，补液单向阀1K就会被该压差所开启，液体就会从上置补液箱7流入高压驱动液腔1J，以补偿因渗漏造成的液体体积的减小。

Claims (6)

1、一种基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置，具有喷嘴(6)和连接管路，其特征在于：所述装置包括常压浆料连续供给机构(3)和高压磨料射流隔膜泵(1)，上述两部分之间由浆料吸口管路(4)连接，高压管路(5)连接于高压磨料射流隔膜泵(1)和喷嘴(6)之间；所述高压磨料射流隔膜泵(1)的泵体(1A)具有两个相互连通之腔体，其中一个腔体内设有活塞(1B)，另一个腔体的中间固有挠性隔膜(1E)，该隔膜将此腔体分隔为高压驱动液腔(1J)和高压被驱动液腔(1H)，在高压被驱动液腔(1H)内设有一端支撑于泵体内壁，另一端与挠性隔膜(1E)中心部分相连接的复位弹簧(1G)，该高压被驱动液腔(1H)还通过单向进液阀(1F)与浆料吸口管路(4)连通，通过单向出液阀(1I)与高压管路(5)连通，而置有活塞(1B)的腔体通过补液单向阀(1K)连接上置补液箱(7)，通过泄漏排液口(1C)与泄漏液箱(2)连通。

2、根据权利要求1所述的基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置，其特征在于：所述常压浆料连续供给机构(3)具有常压浆料箱(3A)，其内设有搅拌器(3B)，所述浆料吸口管路(4)的一端伸入常压浆料箱(3A)的底部。

3、根据权利要求1或2所述的基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置，其特征在于：所述泵体(1A)与活塞(1B)的滑动接触面之间设有密封元件(1D)。

4、根据权利要求1或2所述的基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置，其特征在于：所述挠性隔膜(1E)由多层橡胶压制而成，该多层结构的两侧外表面层的材料采用丁腈橡胶，其内夹有相互绝缘的导电橡胶层，导电橡胶层通过引线引出泵体并连接在报警电控装置(1L)的两端。

5、根据权利要求1或2所述的基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置，其特征在于：所述补液单向阀(1K)的开启压力大于单向进液阀(1F)的开启压力，且二者之间的压差在0.04MPa-0.06MPa之间。

6、根据权利要求2所述的基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置，其特征在于：所述常压浆料连续供给机构(3)设有磨料装填机(3C)，其出口对准常压浆料箱(3A)，与磨料装填机相连接的还有电控装置(3D)和电控阀(3E)，从外部接入的进水管(3F)经电控阀(3E)后设于常压浆料箱(3A)的上方。

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