CN103921216A - 一种三相空化磨料水射流切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相空化磨料水射流切割装置，包括水箱、过滤器、空化柱塞泵、安全阀、调压阀、三通、磨料灌、旋转喷头、混合器及切割喷头，所述过滤器的一端通过管道与所述水箱相连通，另一端通过管道与所述空化柱塞泵的一端相连通，所述安全阀及所述调压阀分别通过管道与所述空化柱塞泵的另一端相连通，所述三通的一个端口与所述调压阀相连通，一个端口与所述磨料灌相连通，另一个端口与所述混合器相连通，所述旋转喷头安装在所述磨料灌内，所述磨料灌的底部与所述混合器相连通，所述混合器的一端与所述水箱相连通，另一端与所述切割喷头相连通。本发明清洗范围广，适用于海上水下的切割环境，特别是能用于易燃易爆危险环境的冷切割。

Description

一种三相空化磨料水射流切割装置

技术领域

本发明涉及一种三相空化磨料水射流切割装置，属于水下切割技术领域。

背景技术

现有的机械摩擦式切割，不仅速度慢、污染环境，而且成本高。现有的高压水（200Mpa）切割，存在切割时水流压力大可能引起人体大面积的组织损伤，且切割效率极低的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种切割效率高，既安全又环保的三相空化磨料水射流切割装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种三相空化磨料水射流切割装置，包括水箱、过滤器、空化柱塞泵、安全阀、调压阀、三通、磨料灌、旋转喷头、混合器及切割喷头，所述过滤器的一端通过管道与所述水箱相连通，另一端通过管道与所述空化柱塞泵的一端相连通，所述安全阀及所述调压阀分别通过管道与所述空化柱塞泵的另一端相连通，所述三通的一个端口与所述调压阀相连通，一个端口与所述磨料灌相连通，另一个端口与所述混合器相连通，所述旋转喷头安装在所述磨料灌内，所述磨料灌的底部与所述混合器相连通，所述混合器的一端与所述水箱相连通，另一端与所述切割喷头相连通。

本发明的有益效果是：

1、在本发明三相空化磨料水射流切割装置使用时，清洗范围广，适用于海上水下的切割环境，特别是能用于易燃易爆危险环境的冷切割。具有切割射流压力小，为50MPa以下，避免了在超高压环境中工作的危险。

2、本发明成本低，节省25％的材料和40％的劳动力，生产率提高5倍以上。切割效率高，具有安全、环保的优点。利用本发明设计研制一种围压淹没环境下的空化磨料水射流切割装置有较大的经济意义和重要应用价值。

切割喷嘴采用优化设计，并用耐磨材料研制；空化柱塞泵和混合器等关键技术采用精确供磨料以及在智能化、数控化控制等方面技术。

空化射流是液体流在一定压力和一定温度下发生的含有数量不等气泡的水射流。每当降低液流压力降低液流速度或提高液体温度等都可使液流发生空化。空化泡形成、发展和溃灭不仅与流体的汽化压力有关，还与液体中气核的大小和数量有直接关系。影响空化初生的主要因素有：液体本身的特性（表面张力、抗拉强度、温度、总空气含量、自由气体浓度、核谱即空化核的大小和尺度分布、黏性、压缩性、密度、饱和蒸汽压等）液体的流体动力特性（湍流度、流场中的压力梯度、压力随时间的变化过程、热传导、气体扩散效应等）和沉浸物体面的物化特性（表面浸润性、多孔性、粗糙度等）。其中空化核的存在是液体空化的先决条件，围压场的作用是液体空化的外因，压力幅值和施压时间决定液体空化状态。由于液流形成水射流能诱发空化泡，产生具有介孔气泡的水射流，将它冲击物面时，便会比无介孔气泡的水射流有更大的冲蚀动能。如果将含有介孔气泡的水射流为载体，加入适量的磨料粒子配置成一种非牛顿流体，则这种三相磨料水组成的射流称为三相空化磨料水射流。由于空化磨料水射流可至浆体流均匀化，使空化磨料射流呈现剪切稀化特性，大大降低了流体在输送管路中的压力梯度，在围压淹没环境下，流体中的空泡不仅起到传递能量的作用，形成高速射流时，射流束表现出显著的密集型，而且当浆体射流冲击到物体表面时，又表现为类固体的瞬时刚性，可以把更多的能量聚集，形成对物面的打击合力。由于空化磨料水射流冲击靶面时，除滞止压力、冲蚀和磨削外，还有空化、水锤作用，剪切应力、楔劈等多种作用力的聚合，使水下切割在50Mpa以下的条件得以实现。

在海洋石油平台拆除作业中，水下废弃采油井口的切割是其中最重要也是最昂贵的一项工程作业。利用本发明三相空化磨料水射流切割装置不仅可以更好地解决海上钻井平台废弃井口、支架以及各类水下工程的切割问题。而且还可以进行船舶拆除、易燃易爆危险环境的冷切割、玻璃、合金、陶瓷和碳化金属、热敏材料、纤维复合材料等材料的高精度切割及其它复杂形状的物体的切割。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述三相空化磨料水射流切割装置还包括压力表，所述压力表安装在所述空化柱塞泵上。

进一步，所述三相空化磨料水射流切割装置还包括旋柄盖及泄压阀，所述旋柄盖及泄压阀分别安装在所述磨料灌的顶部。

进一步，所述三相空化磨料水射流切割装置还包括空化喷嘴，所述空化喷嘴安装在所述混合器的一端，所述混合器通过所述空化喷嘴与所述水箱相连通。

进一步，所述三相空化磨料水射流切割装置还包括磨料控制阀，所述磨料控制阀位于所述磨料灌及所述混合器之间，所述磨料灌通过所述磨料控制阀与所述混合器相连通。

进一步，所述三相空化磨料水射流切割装置还包括高压胶管，所述三通通过所述高压胶管分别与混合器、调压阀及磨料灌相连通；所述磨料控制阀通过所述高压胶管分别与所述磨料灌及所述混合器相连通；所述混合器通过所述高压胶管与所述切割喷头相连通。

本发明的工作原理如下：

所述空化柱塞泵启动后，水箱的低压水经过过滤器进入空化柱塞泵加压，经高压胶管流入三通，通过压力表观察压力大小。所述调压阀控制水射流通过三通分为两路，一路进入磨料罐内的旋转喷头，使事先装入磨料罐中的磨料混合产生涡旋流化砂浆，并经磨料罐底部的磨料控制阀进入混合；另一路水射流，经空化喷嘴射出含有介孔气泡的水射流射入混合器，使含有介孔气泡的水流、水砂磨料在混合器中充分剪切混合为三相磨料流体，经高压胶管高速流向切割喷嘴，从切割喷嘴中射出高能量密集的空化磨料水射流，高速冲蚀物体表面。

切割喷嘴可安装在被切割物体内外，用于内切割和外切割，切割材料无选择性，无热变形和金相组织变化；切口质量高，安全性能好，无污染，环保。切割时无磨损、无火花、无降尘、能量集中等独特优越性，适合工作在易燃、易爆、热敏、压敏、脆性、有毒、危险及深水等特殊场合。

附图说明

图1为本发明三相空化磨料水射流切割装置的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、水箱，2、过滤器，3、空化柱塞泵，4、压力表，5、安全阀，6、调压阀，7、三通，8、磨料灌，9、旋柄盖，10、泄压阀，11、旋转喷头，12、磨料控制阀，13、空化喷嘴，14、混合器，15、高压胶管，16、切割喷头，17、管道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种三相空化磨料水射流切割装置，如图1所示，包括水箱1、过滤器2、空化柱塞泵3、安全阀5、调压阀6、三通7、磨料灌8、旋转喷头11、混合器14及切割喷头16，所述过滤器2的一端通过管道17与所述水箱1相连通，另一端通过管道17与所述空化柱塞泵3的一端相连通，所述安全阀5及所述调压阀6分别通过管道17与所述空化柱塞泵3的另一端相连通，所述三通7的一个端口与所述调压阀6相连通，一个端口与所述磨料灌8相连通，另一个端口与所述混合器14相连通，所述旋转喷头11安装在所述磨料灌8内，所述磨料灌8的底部与所述混合器14相连通，所述混合器14的一端与所述水箱1相连通，另一端与所述切割喷头16相连通。所述旋转喷头11产生的旋转水射流，使磨料混合产生涡旋流化砂浆，避免了磨料填塞出料口，降低切割效果。混合器14可根据实际需求任意安装在磨料罐8底部至切割喷嘴16之间。

所述切割喷嘴16可安装在被切割物体内外，用于内切割和外切割，切割材料无选择性，无热变形和金相组织变化。被切割物体切口质量高，安全性能好，无污染，环保。切割时无磨损、无火花、无降尘、能量集中等独特优越性，适合工作在易燃、易爆、热敏、压敏、脆性、有毒、危险及深水等特殊场合。

所述三相空化磨料水射流切割装置还包括压力表4，所述压力表4安装在所述空化柱塞泵3上。

所述三相空化磨料水射流切割装置还包括旋柄盖9及泄压阀10，所述旋柄盖9及泄压阀10分别安装在所述磨料灌8的顶部。

所述三相空化磨料水射流切割装置还包括空化喷嘴13，所述空化喷嘴13安装在所述混合器14的一端，所述混合器14通过所述空化喷嘴13与所述水箱1相连通。空化喷嘴13射出的水射流含有介孔气泡，在混合器14中使含有介孔气泡的水流、水砂磨料充分剪切混合为三相磨料流体，使切割靶面既受到空化泡作用又受到磨料的作用。

所述三相空化磨料水射流切割装置还包括磨料控制阀12，所述磨料控制阀12位于所述磨料灌8及所述混合器14之间，所述磨料灌8通过所述磨料控制阀12与所述混合器14相连通。

所述三相空化磨料水射流切割装置还包括高压胶管15，所述三通7通过所述高压胶管15分别与混合器14、调压阀6及磨料灌8相连通；所述磨料控制阀12通过所述高压胶管15分别与所述磨料灌8及所述混合器14相连通；所述混合器14通过所述高压胶管15与所述切割喷头16相连通。

本发明的工作流程如下：

如图1所示，空化柱塞泵3启动后，水箱1的低压水经过过滤器2进入空化柱塞泵3加压，经高压胶管15流入三通，通过压力表4观察压力大小。调压阀6控制水射流通过三通7分为两路，一路进入磨料罐8内的旋转喷头11，使事先装入磨料罐8中的磨料混合产生涡旋流化砂浆，并经磨料罐8底部的磨料控制阀12进入混合器14。三通7分出的另一路水射流，经空化喷嘴13射出含有介孔气泡的水射流射入混合器14，使含有介孔气泡的水流、水砂磨料在混合器14中充分剪切混合为三相磨料流体，经高压胶管15高速流向切割喷嘴16，从切割喷嘴16中射出高能量密集的空化磨料水射流，高速冲蚀物体表面。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三相空化磨料水射流切割装置，其特征在于：包括水箱、过滤器、空化柱塞泵、安全阀、调压阀、三通、磨料灌、旋转喷头、混合器及切割喷头，所述过滤器的一端通过管道与所述水箱相连通，另一端通过管道与所述空化柱塞泵的一端相连通，所述安全阀及所述调压阀分别通过管道与所述空化柱塞泵的另一端相连通，所述三通的一个端口与所述调压阀相连通，一个端口与所述磨料灌相连通，另一个端口与所述混合器相连通，所述旋转喷头安装在所述磨料灌内，所述磨料灌的底部与所述混合器相连通，所述混合器的一端与所述水箱相连通，另一端与所述切割喷头相连通。

2.根据权利要求1所述的三相空化磨料水射流切割装置，其特征在于：所述三相空化磨料水射流切割装置还包括压力表，所述压力表安装在所述空化柱塞泵上。

3.根据权利要求1所述的三相空化磨料水射流切割装置，其特征在于：所述三相空化磨料水射流切割装置还包括旋柄盖及泄压阀，所述旋柄盖及泄压阀分别安装在所述磨料灌的顶部。

4.根据权利要求1所述的三相空化磨料水射流切割装置，其特征在于：所述三相空化磨料水射流切割装置还包括空化喷嘴，所述空化喷嘴安装在所述混合器的一端，所述混合器通过所述空化喷嘴与所述水箱相连通。

5.根据权利要求1所述的三相空化磨料水射流切割装置，其特征在于：所述三相空化磨料水射流切割装置还包括磨料控制阀，所述磨料控制阀位于所述磨料灌及所述混合器之间，所述磨料灌通过所述磨料控制阀与所述混合器相连通。

6.根据权利要求5所述的三相空化磨料水射流切割装置，其特征在于：所述三相空化磨料水射流切割装置还包括高压胶管，所述三通通过所述高压胶管分别与混合器、调压阀及磨料灌相连通；所述磨料控制阀通过所述高压胶管分别与所述磨料灌及所述混合器相连通；所述混合器通过所述高压胶管与所述切割喷头相连通。