CN1058741A

CN1058741A - 切割方法和装置

Info

Publication number: CN1058741A
Application number: CN 90106653
Authority: CN
Inventors: 堀井清之
Original assignee: East Asia Machinery Industry Co ltd
Current assignee: East Asia Machinery Industry Co ltd
Priority date: 1990-08-04
Filing date: 1990-08-04
Publication date: 1992-02-19
Anticipated expiration: 2005-08-04
Also published as: CN1028849C

Abstract

一种新的切割方法，包括通过喷射基于附壁螺旋流的流体进行切割，附壁螺旋流是由加压流体的导入而产生的。

另外，还提供一种应用本方法的切割装置，包括一个可旋转和可移动附壁螺旋流发生喷嘴，它具有一个横向导入加压流体气喷嘴喷口的环形槽，和从槽延伸至喷口的曲壁。

可大大改善切割性能，喷嘴具有良好的抗磨损性。在使用硬质切割颗粒时，可使其在整个流体内均匀地散布。

Description

本发明涉及一种切割方法和应用该方法的装置，更具体地说，本发明涉及一种射流切割的方法，和应用该方法的装置，它具有良好的切割性能，并有均匀的切割表面，和能防止毛边的产生。

为了切割金属物体，已知一种使用气体燃烧火焰的高温气体熔化切割方法，和一种在处理贮存含油材料的油箱而不允许使用火焰的情况下采用的液体射流切割方法。

例如，液体射流切割方法通常是一种使用高压水的水射流切割方法，它广泛地应用于切割钢板，这种方法也可用于不能使用炸药的建筑工地，用于切割或破碎岩石和混凝土。

图3显示了一种典型的用于液体射流切割方法的射流喷咀，从一个高压水入口（B）向一个喷咀出口（A）导入硬质颗粒，通过从喷咀出口（A）喷入的射流而进行切割，在这种情况下，硬质切割颗粒也可以省略。

作为一种在难于使用火的条件下应用的切割方法，这种射流切割方法是很有用的，但是，这种常用的方法和装置有几点需要改进。

更具体地说，在普通的方法中，从图3所示的喷咀出口（A）喷出的射流很快地分散，以致于很难将射流集中在要切割的部分，另外，切割面往往是不均匀的，并不可避免地出现毛边，在使用硬质切割颗粒时，喷咀内壁会受到严重的磨损。

在导入高压水的基础上产生射流时，这些缺点是不可避免的，这就自然地限制了液体射流切割方法的应用范围，所以，就迫切地需要改进切割性能，及切割面的均匀性，并防止毛边的产生和减少喷咀的磨损。

本发明的目的在于提供一种新型的射流切割方法，它基于一种消除了普通方法的上述缺陷的射流。

另外，本发明的另一目的是提供一种应用所述射流切割方法的新的装置。

本发明提供了一种射流切割的方法，包括，通过导入加压流体产生附壁螺旋流而喷出流体进行切割。

另外，作为一种应用本方法的装置，本发明提供了一种用于射流切割的装置，包括，一个可旋转和可移动附壁螺旋流发生喷咀，它具有一个用于横向导入加压流体至喷咀喷射口的环形槽，和一个从所述槽延伸至所述喷射口的曲面壁。

图1显示了本发明装置的喷咀的一个实施例的剖面图;

图2（a）和（b）分别显示了本发明方法和普通方法的射流的速度分布图;

图3显示了普通水射流切割喷咀的剖面图。

本发明人已揭示了在本发明中所应用的附壁螺旋流。它作为一种不同于紊流，又处于属于紊流区域的流体运动条件下的运动状态，它不同于已知的作为流体运动普通概念的层流或紊流，本发明人也提出了一种形成附壁螺旋流的方法。

它具体地说，附壁螺旋流是流体的一种流，它能以高速沿管子方向同时呈螺旋形地流动，它可以通过在导入管子方向的流体的流动向量上加一个沿管子径向的向量而形成。在这种情况下，在附壁螺旋流流动方向的相反一端就形成了具有强吸力的负压，并靠近管内壁形成了以螺旋流为基础的高速附壁层。

本发明是通过运用这种附壁螺旋流的特性来进行金属，无机材料、水泥或其他固体的切割，使用本方法最主要的事情之一是在相对于附壁螺旋流流动方向的流动轴线集中速度分布，这种“集中”在以紊流为基础的普通射流中是决对观察不到的，速度分布的集中改进了切割性能，使具有均匀的切割面，并防止了毛边的产生。

现在参照附图对本发明进行描述。

图1显示了本发明的附壁螺旋流发生喷咀的一个实施例。

喷咀已被设计用于研磨材料的有效混合，和在高压磨料水射流切割应用中提高水射流的集中。喷咀的发展是基于螺旋流理论。为得到一个集中的射流，将喷咀设计成具有一个与一个锥形圆筒相连的环形槽，通过所述的槽提供加压流体，流经锥形圆筒的流体由于附壁效应和紊流的不稳定性而变形成在轴线具有最大轴流的螺旋流。

例如，在图1所示的实施例中，有一个用于加压并在朝向喷咀出口（1）的主圆筒（2）上导入流体（例如水）的环形槽（3），槽（3）具有一供应导管（7）用于提供加压流体。

主圆筒（2）的直径从喷咀出口（1）向槽（3）同样地和逐渐地增大，主圆筒（2）的壁面（5）形成一个光滑的曲面，与喷咀出口（1）相反的另一端具有一个辅助圆筒（4），它有一流体，或流体和硬质切割颗粒混合流的入口（6）。在壁面（5）相对于槽（3）的另一侧，辅助圆筒（4）的壁面（8）呈直角或锐角折曲。

槽（3）的间距是可调的对于提供加压流体的供应导管（7）的结构无特殊的限制。另外，可以提供，例如一个分布腔（9），以保证均匀地供给。

对于主圆筒（2），其倾角（θ）的选择最好使tanθ大约为1/3至1/10。

上边已经描述了附壁螺旋流发生喷咀的典型实施例，作为加压流体的加压水可从槽（3）导入而进入主圆筒（2）。它允许加压水的运动向量和流体-例如来自入口（6）的水和空气-的运动向量进行合成，于是形成了一个螺旋运动（10）。该螺旋运动（10）促使流体速度在流动的轴向集中，形成一个高速的集中流，因为在主圆筒（2）上形成了附壁层，即使在压力流体中混有硬质切割颗粒时，也能防止喷咀内壁的磨损。当有例如氧化铝，SiC、Si₃N₄、BN、WC等混合颗粒时，使它们的散布均匀化了。

喷咀已被设计用于磨料的有效混合，和在高压磨料水射流切割应用中提高水射流的集中。

由于螺旋射流的特性，使射流更加稳定，并将颗粒集中到射流的轴向区域，这是一个在轴线上的最大的轴向流和一个围绕轴线的旋转流。

在切割时，流体（例如水）的压力可被适当地调整，任何金属，无机材料（例如氧化铝金刚砂），或类似物质可以作为硬质切割颗粒适当地使用。不一定总是需要使用这些硬质切割材料。

加压流体可以是水或其他流体，或一种混合液体，待切割的物体可以是任何金属，无机材料和其他固体。

现在，通过下面的例子更详细地描述本发明。

实例1.

使用图1所示的喷咀，喷咀的出口直径是19mm。

在喷咀出口和试样之间的距离为50mm，一个混凝土墙作为要切割的试样，在本例中，将加压至400Kgf/CM²的水喷出，不使用硬质切割颗粒。

试样被切割至18Cm的深度。在同样条件下用普通的水射流方法进行切割。试样的切割深度仅为10Cm，其切割面是粗糙的。其面上出现之数的细毛刺。其切割宽度超过本发明附壁螺旋流切割的两倍

另外，当混合有氧化铝颗粒时，其切割深度大约增至26mm

实例2.

测定8mm喷咀的射流的速度分布。

在离喷咀顶端4cm的位置将速度调至43m/sec，与普通的水射流进行比较。

图2（a）和（b）显示了采用4.8Kgf/Cm²加压水的附壁射流和普通水射流的速度分布。

从20m/sec的速度分布的比较可清楚看出，既，本发明的附壁射流的速度集中的扩张（l）比普通射流要高的多

正如上面所述的，按照本发明，当采用以附壁螺旋流为基础的射流进行切割时，可达到下列作用：

1）.因为射流的分散更小，能量的作用集中地施加在流动方向这就大大地改进了切割效率。

2）.喷咀具有良好的抗磨损性。

3）.硬质切割颗粒可均匀地散布在整个流体中。

由于这些优点，可以得到优于普通类型的更有用的切割方法和装置。

Claims

1、一种射流切割的方法，包括通过喷射以附壁螺旋流为基础的流体进行切割，附壁螺旋流由导入加压流体而产生。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的加压流体是水，并喷射硬质切割颗粒。

3、一种用于射流切割的装置，包括一个可旋转和可移动附壁螺旋流发生喷咀，具有一个将加压流体横向导入至一个喷咀喷口的环形槽，和一个从所述槽延伸至所述喷口的曲面壁。