CN1006869B - 高压液体磨料混合喷射装置 - Google Patents
高压液体磨料混合喷射装置Info
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Abstract
高压磨料喷射流是通过把载料液体磨料的混合物在高压下经导管供给喷嘴产生的。这混合物可以在该高压下形成。输送高压混合物的阀在上面装有一个活门,在下面装有一个沉淀物的容积,使得液流停止时,磨料从活门之下完全沉淀进沉淀物容积之中。因此,使阀门可在清澈的载料液体中动作。高压磨料喷射流能够通过把载料液体和磨料给一个垂直延伸的它的下端通到喷嘴的导管中形成,高压是由导管中的水位差产生的。
Description
本发明涉及包括在载流液体中载有磨料的磨料混合物输送到一喷咀,以形成一切削喷射流,在液体喷射流中所带的磨料颗粒发现可用于切割材料,特别是在不能加热或有火焰的环境中。
US-A-3815286公开了一种气动磨削装置,包括-载有磨料的压力容器通过一导管连到喷咀上,一载料流体诸如压缩空气输到压力容器的底部来带动磨料且很方便一起输送到喷咀。磨料仅放置在压力容器内,而且当压力容器的磨料用完时,必须监视在压力容器内要添加磨料。
本发明在上述装置的基础上进行改进,本发明的装置包括有一进口管和与此相通的喷咀导管一起的压力容器,一喷咀连到喷咀导管上,其特征在于一出口导管接到压力容器,关闭喷咀导管装置,一从进口导管通向出口导管的流通通道,压力容器以及把磨料加入到通道内的装置,通道备有使压力容器与其余流通通道断开的装置,当压力容器未断开时,泵装置迫使磨料绕着流通通道流动,并且把喷咀导管关闭以便把磨料积聚在压力容器内,当压力容器与流通通道其余部分断开时,高压泵输送有压力的载料流体到压力容器,而喷咀导管的打开为的是迫使磨料混合物通过喷咀而不进一步增压。通过压力容器的流通通道使在磨料混合物中建立起磨料浓度,且磨料是加到该装置流通通道的一个点上,而不是加在压力容器内。
本发明和先有技术的实施例,现参照附图说明如下。
图1是磨料供给装置的简图。
图2和图3是图1装置放大的详图。
图4是现有技术高压磨料卷吸装置的方框图。
图5是一个分批的液体卷吸磨料系统的方框图。
图6是一个连续高压磨料浆液供给系统图。
图7表示带有磨料活门的冲洗阀。
图8是水头的磨料悬浮液供给系统。
图9是图10装置的详细的方框图。
图10和图11是图10装置的详图。
图12是一个磨料水喷射切割装置的图解式图形。
图13是图12的一个侧视图的局部剖视图。
图14和图15是两个可变换的流体化装置的纵剖面图。
图16是一个图15装置的俯视图。
图17是一个图16的装置在运转时的局部剖视图。
图18表示图17的装置位于颗粒材料容器中。
在图1的装置中,供给磨料,或是干的或是悬浮形式放入加满水的漏斗205中,由溢流管207控制水的最大深度。漏斗底部的材料能被吸入,向上通过垂直管206经阀门211通到活门208的。
阀门的位置应当这样来布置,使阀门下部管内的容积大于该阀门与活门之间的管内的容积,即考虑这样一个因素,磨料载流液所含的磨料工作时到达该管子内部,当载流液停止流动时,磨料在管中沉淀的最大高度要低于阀门。这样,阀门在工作时,是处于清澈的载流液体中,阀门在不用把磨料抽到它的工作部件中就能够动作。该因素的最小值取决于载料液体中磨料的浓度,但该装置按照适合大多数工作浓度的因素进行设计即可。
压力容器201在它的上端有两个,如图2中放大的详图中所示的同轴导管和它的下端有一个如图3中放大的详图中所示的活门型的出口。内同轴导管225是通过活门208和阀211连结到管206上。一个高压水泵209在两条支管上供水,一条支管通过可调节流阀217,流量计216,单向阀220和阀213通到对着容器201的入口装有过滤器227的同轴外导
管226。在阀213和同轴导管226之间的一个接点,通过一个阀门,联到把水供给漏斗205顶部的一个抽水泵210。另一支管从泵209的出口接点连接单向阀219把水供给一个接点,该接点的一个分管通过阀门212联到压力容器201的外导管204上,而另一分管联到排出喷咀上。单向阀219和220要加以选择,要产生足够的压力差,以能够经压力容器201通过所需液流,剩余的泵的流量经阀219通过与压力容器201的旁路排掉。所安装的溢流阀218为安全阀。
在运转开始时,压力容器201用水加满。抽水泵210与电源接通,水从压力容器201的顶部的导管226经过打开的阀221,阀212和阀213关闭,进入漏斗205而且从漏斗底部经管206回到容器201的导管225中循环。给漏斗加磨料,且沉淀到底部。
在管206内产生的压力差和局部增加的液体流速,在管206的入口处磨料流体化,盛在漏斗205中的水和颗粒材料的浆液被抽入压力容器201中。在那里,成分和流速的选择,要使得水流经导管226到泵210连续循环,磨料从浆液中沉淀出来。最后,沉淀材料达到了对着容器顶部的同轴外导管226的入口处的滤网227的水平面。当滤网眼阻塞时,液流停止流动。磨料要在颗粒大小的狭长带中选择,使容器201中的材料间有充足的空隙能使液体流过。这种细颗粒材料的存在能够阻塞通过沉淀的液流,而且近一步这种颗粒在磨料卷吸进载料液体的喷射流中,这对于切削是不起作用的。
利用泵209在压力下把水经阀213加到同轴外导管226,关闭阀211和221时,从压力容器201中排出磨料。这个水流与先前的水流方向相反,清洗了滤器227的磨料,而且水通过沉淀材料到压力容器的底部。靠近输出活门204的局部液流的形状流体化了的材料,通过在图3中放大的详图所示的活门204和阀门212供给喷咀222。可通过关闭阀门213在任何时候都可以停止压力容器201的排放,使得由泵209来的水
转向通过单向阀219而且在活门204以下的导管中的磨料通过阀212沉淀进阀212和单向阀219的导管接点之间的导管中。因此,阀212在一个予定进时之后可关闭在纯载料液体中,没有磨料卷吸进阀的工作部件之中的危险。如从图3所能看到的,在漏斗底部流体化的材料通过入口隙缝241进入外导管242,然后向上到活门顶部243。由243处输出导管244同心向下通向阀212。在阀213关闭和通过压力容器的液流停止时,磨料仅仅从活门的顶部的磨料沉淀回处导管242中,而不通过阀212沉淀。因此,磨料通过阀沉淀的仅仅是很小的体积(导管244的体积),这样可相对容易地安排阀212以下的导管,使其具有足够的容积来容纳全部的磨料而没有沉淀的磨料达到阀212的高度的危险。对活门来说没有必须是两个垂直走向的通道。例如,入口通道可以是水平的或可防止材料从漏斗通过它沉淀到阀212上的任何取向。在设计这个活门时,必须考虑磨料的安置角度和整个装置的取向的任何变化。例如它是潜入水下的回程上进行的。
在磨料达到压力容器201的顶部时,滤器227的阻塞能够被检测,以自动开关阀212和213,而且接通泵209和210以把加料变成排放周期。在相当于加料周期的排放周期,通过产生在相反方向上流经滤器227的水,磨料阻塞的滤器227自动地进行了清洗。
图5表示本发明实施例的基本流程图。它能够与图4所表示的用水卷吸磨料系统的现有技术相对照。在图4的现有技术的设置中,用水作为一载液,形成一较低压力的浆液,该浆液与更高流速的清水相混合。磨料浆和高流速清水的该种混合在设计适当的喷射泵中发生,在那里,高流速流中的一小部分能量通过吸卷和冲量的变化传输到该磨料浆。所产生的磨料流能用于切削多种材料从理论上讲,一喷射泵的最大效率为50%。该效率在第一和第二流的相当高的比例情况下将进一步降低。至今为至,所有已知的商用磨料喷流切削系统都用这个原则:(a)避免在高
压下泵磨料浆液,如果象这样使用,高压水泵将受到快速和严重的磨损(b)避免由在高压下把磨料浆输到一般的喷咀所产生的快速磨损,在图4的装置中,由于磨料供应源16和低压水泵17在浆液部件11中形成浆液。混合是通过压力器或液压泵13实现的。而且磨料浆液由浆液部件11供给喷枪14,高压水是由700巴的泵供给喷枪,以便卷吸磨料,在高流速下喷向工件。与浆液部件11相同由同样低压水系统17加给泵12。因此在磨料浆液由高压水加在单独导管中时喷枪难于使用,因为喷枪必须装有两个导管使它难于操纵对准目标。
喷枪14是一喷射泵,在其中,磨料浆液被径向输入一腔室,沿该腔室的轴线高压水从喷咀中喷出,这与上述美国说明书所述相似。冲量从驱动流液传输到混合管中的第二流液。这种装置的内在效率不高,图5所示方式通过在高压下把磨料和驱动水作为浆液输到喷咀23,避免了这低效率。在混合物在高压下实际被制成时,如图5所示,在被导管24分开的混合容器22和喷咀23之间没有进一步加压输送,导管24如需要为了有利于导向喷咀可以是挠性的。磨料从供应源27以或是干的或是浆液形式被加到压力容器22上。而且一个高压泵21把来自28所加的水加压到例如35到70巴的压力(虽然对某些应用可以达到10,000巴),和把它供给压力容器22,在高压下发生混合。可以要求在它到达喷咀23之前稀释由压力容器22所形成的高压浆液,而且这是由通过一个可调节流阀26的旁路导管25来实现的。但这个旁路对所加的磨料不进一步加压,仅仅把它稀释成为特定切削目的所需的浓度。导管25在靠近容器24而且远离喷咀23处连接导管24。已发现喷咀23所喷出的喷射流能整齐精确切割薄钢板,而磨料卷吸系统一般产生粗糙不准的切割。
在图6中,在低压下磨料与水混合以把它输入压力容器,然后在高压下水被加到混合物中,以增加施加到喷咀上的最后混合物的压力。这
是一个分批投料的过程,但是为了使它连续输料,提供了一对压力容器,装有适于开关从一个混合室到另一个混合室的喷咀的供应源的阀门。来自供应源27的磨料在室31中与压力容器32和33排出的水相混合,而且由重力经阀34和35添加到平行的压力容器32和33中。来自28的水被加到高压泵36中,它的输出通过阀37和38被加到压力容器32和33中。压力容器32和33的输出经阀41和42,经过磨料浓度均衡装置43被加到喷咀23上。压力容器32和33经阀46和45把水排回到室31中,为制造浆液加水。偶数阀一起打开,奇数阀时反相。当压力容器32从室31中经阀34加满低压浆液时,阀门改变位置,使得高压水经阀门37加到压力容器32中,把高压浆液驱向喷咀,低压浆液经阀门35灌入压力容器33中。当压力容器32的浆液空了而且压力容器33的浆液是满的时候,阀门再次改变位置而且这个过程是连续的,磨料浓度均衡装置43是由一个涡流室组成,在涡流室中随水量改变的浆液量成切线流入,螺旋地经过该室,到达一出口,该流速的变化和螺旋的路径确保了水和浆液在该出口的适当的混合,以给喷咀23提供一均匀的浆液浓度,达到均匀的切削性能,把当阀的状态变化时会产生的浆液中的磨料的浓度的变化减小到最小值。没有装置43,喷咀会切削成孔而不成连续的槽。
阀门组件34、35、41、42、45和46是特殊结构,因为它们载着磨料颗粒。45和46不是特殊结构的。图7详细说明了这个设计。磨料悬浮液在134处经捕获室或具有通向球133的高起的出口136的活门135进入阀。
图7表示打开的阀。当它通过球133旋转90°,它就关闭了。在131处的普通水把磨料冲出球133,避免了阀座的磨损。
在图8的方案中,磨料和水一起加到长的竖直管48的入口49,该管的下端直通喷咀。这个方案供给喷咀23的水和磨料的混合物处于管48中磨料和水的重量产生的高压之下而没有使用任何泵施加压力。图9中,
中间磨料捕获站47装有向下的管48的长度,以防止在通过喷咀的浆液流停止时全部的磨料沉淀到管底。这样一个站的图形表示在图10中。室61有一个入口导管62与比入口导管62稍大的口径的出口63在一直线上,两个管在室61中与垂直方向倾斜成一个角度,在入口管和出口管之间有一间隙64。在入口管和出口管之间有一浆液流时,磨料的动量把它载过间隙64进入出口管。在液流停止时,入口管中的浆液中的磨料通过间隙落入室61的底部,而且由出口不连续地落入主管中。通过打开阀门65能够把室放空,而且在浆液流通过这系统时,这样做很方便,避免下面的另一个室溢出。室61做得大的足以捕获留在磨料捕获站以上管里的任何磨料。磨料捕获站能够用在前面描述过的实例中的活门的位置上。
在许多喷咀的供料需连接垂直管时,要装有一个复合相位液流分流器70,如图11所示。具有垂直入口导管72的室71直向下通到在室的底部的冲击板表面73而且出口74径向环绕室并在入口导管72的端面之上安置。这个方案保证了磨料保持悬浮在浆液中而且加到各种出口74的浆液中,磨料的浓度保持均匀一致。冲击板表面容易制成可换的,因为它被磨料的碰撞下要磨损。在管48的底部装有排泄阀85(见图9)通到捕获箱86,磨料和/或不要的浆液可排放进该箱之中。
在图12和图13所表示的方案中,水箱311的水,由喷射泵312抽上来,沿经供应管313,连结压力计314,并通过可调阀315供给喷射器316。喷射器316的出口连到压力计317上,而且通过一柔性导管318连到喷咀319上。喷咀对准所要切掉的材料。从供应源323,通过阀322供给喷射器磨料浆液。
磨料供应源323,包括一个有上圆柱部分324和下圆锥部分325的漏斗,它的出口经阀322连到喷射器316上。由导管313来的水经阀326放入两平行臂中,每一个均由液流调节器327、液量计328和单向阀329所组成。在上平行臂中的液体供给漏斗的圆柱部分324的顶部区域,
以使圆柱部分324中含有的静止的磨料向圆锥部分325运动。从图13能很好地看到,水331保持平行于圆锥部分325的壁332,而且在垂直平面内。由管331的内部出口通道导向平行于壁332而且至少向下与水平面倾斜30°。流经通道333的水由于局部增加速度流体化了,圆锥部分325中的磨料把它导向出口。下部分325圆锥的精确角度和通道333的倾斜度能够调整到适合于使用时的材料和液体。没有必要为了如所说明过的横着漏斗延伸,从低的平行通道把导管334连到管331上。
供给喷咀319的浆液量能够由两个调节器327和阀315相对调节来控制。可以安装压力计监视流量。
所说明的装置的变型属于本发明的范围。例如,可装有许多331管。圆锥部分的锥的半角能够与所说明的30°不同。因为漏斗323的输出已经是浆液,它能够直接连到喷咀上。当浆液与来自管313的高压液体进一步混合时,一个简单的接头可装在喷射器的板上。
图14说明一个流体化装置,它具有在下端开有一轴向孔的圆柱体261而且由轴向不锈钢264分成两个同轴室262和263。管264可滑动地安装在靠近圆柱体上端而且能够通过无头螺丝268把管子紧固。O形环266或267把管子密封在孔上,螺丝可在任一边。管264的轴向位置能够调整到适合于装置的使用,一个切向入口269装在靠近至262的上端。在使用时,通过入口269导入室262的液体以涡旋运动通过到圆柱体开端,在这里它卷吸而且流体化了在邻近范围内的颗粒材料。然后,流体化的材料经管264出口(没有划)抽出。由施加到出口的负压或在圆柱体四周的容器中施加到颗粒材料的压力产生运动。
图15表示一个类似于图14的装置,除了仅有一个室271是构制在圆柱体272内。室271在下端有一个减少直径部分273,带有一个钟形进出口274,而且在顶部也装有空气排气道275,在室271中的空气可能不需要的情况下使用。在空气排气道275中可装上一个单向阀。除了装到室的
上部的切向入口276之外,在减少直径部分之上,在室的下部还有一个切向出口277。出口277具有比入口更大的尺寸,而且安在接受通过入口276在室内产生回转的液体的位置上。圆柱体的上部是锥形的,以利于颗粒材料流动。在上面,通过圆柱体的底部轴向延伸的空气通道275和减少直径部分虽然不是必不可缺少的,它们也可以合并在图14的装置中。
参照图16,水经入口276引入室中而且回转,在圆柱体内的回转水流,象一个形成外、内核的水利旋流器一样作用。任何进入系统的空气都被压到旋流器的中心而且通过排气道275排出。旋转水流由室271排出,而且扩展形成水锥,它能够搅动和悬浮在圆锥的局限面积内的任何磨料。室的下端减少直径部分有助于液流分布。然后悬浮的磨料由于减压被抽进旋转核而且被抬高到室的顶部在此遇上外旋转液流。在这液流中磨料被加速而且当它旋转到对着室的壁时被抽出。在钟形进出口和出口277之间装置的横向上可施加压力差。这个压力差能够通过对出口加一负压或通过采取把圆柱体放入磨料贮存器加压来获得。在后一种情况中,出口咀277必须从压力容器引到低压范围外边。
可获得自动调节,因为能够在任何时候流体化和用泵吸磨料的量取决于经入口276所加的水和在室内减少的回转速度。这个影响了把悬浮颗粒抽入室的内核中的压力的减少。在压力上的这个减少也受室中磨料浓度的影响,因此,进一步调节进入室中的磨料液流。这些因素最终由流体化装置的实际尺寸和几何形状来决定。
贮存器设计成使磨料自由流向容器的底部。流体化装置设置于如图15所示的靠近容器底部的位置上。除产生流体化之外,颗粒材料被密封装在固定的环绕圆柱体272的栓中。在装置和容器之间应当给适当的间隙,以允许不受阻碍的颗粒环流进入装置。位于该装置底平板之上的短垂直距离处,呈现水的锥形流体化效应。因为这个原因,容器的锥边是
主要部分,但装置设置于一个平底上似乎最有利。
以上所述的任何流体化装置和单向装置能够用于任何上面描述过的混合装置。
Claims (7)
1、一种高压液体磨料混合喷射装置,该装置包括有一进口管和与喷咀导管相通的压力容器,一喷咀连到喷咀导管,其特征在于一出口导管接到压力容器,关闭喷咀导管的装置,一从进口导管通向出口导管的流通通道,压力容器以及把磨料加入到通道内的装置,通道备有使压力容器与其余流通通道断开的装置,当压力容器未断开时,泵装置迫使磨料绕着流通通道流动,并且把喷咀导管关闭以便把磨料积聚在压力容器内,当压力容器与流通通道其余部分断开时,高压泵输送压力的载料流体到压力容器,而喷咀导管的打开为的是迫使磨料混合物通过喷咀而不进一步增压。
2、根据权利要求1所述的装置,其特征在于在出口导管内的一滤网(227),当压力容器(201)内的磨料到达滤网水平面时,该滤网能进一步防止磨料流过流通通道,输送装置通过出口导管和滤网连到压力容器。
3、根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于从输送装置(209)来的载料液体的旁通通路(219)直接通到旁通压力容器的喷咀(222)上。
4、根据权利要求3所述的装置,其特征在于在旁通通路中有一流量控制装置(219)。
5、根据权利要求1或2或4所述的装置,其特征在于喷咀导管(212)包含有一在断开装置上的导管内的阀(204),而在断开装置下的导管内所形成的体积足以容纳当液流停止时从阀的下方的导管部分和从断开装置本身沉淀的所有磨料。
6、根据权利要求1或2或4所述的装置,其特征在于压力容器(201)其上部的形状在压力流体从颗粒状磨料上方引入时,会引起在该部分沉淀的颗粒状磨料的单向流动,而通过其下部形状增加流体的局部速度,使磨料悬浮在迅速移动的液流中以促使载料流体流向喷咀(222)。
7、根据权利要求6所述的装置,其特征在于由液流调节器(327)、流量计(328)和单向阀所组成的装置用来引入补充流体进入压力容器的下部以促使悬浮磨料颗粒。
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