CN106392899B - 一种旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴，包括依次连通的直管段、高速流体喷嘴、混合室、收敛段、聚焦管，还包括旁通管路，所述旁通管路入口端与高速流体喷嘴连通，出口端依次为锥形预混段、直管连接段，所述直管连接段与混合室连通，磨料仓底部伸入锥形预混段，且不与锥形预混段内壁接触，形成一个带收敛效果的环形喷嘴，来自旁通管路的高压水抽吸来自磨料仓的磨料颗粒，形成初步混合液一起经直管连接段进入混合室。水和初步混合液通过锥形收敛段，利用射流的紊动扩散作用，使得混合更均匀，减少了因为磨料与水混合不均匀而导致的聚焦管磨损，提高了磨料水射流的能量利用率和切割性能。

Description

一种旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴

技术领域

本发明涉及一种磨料射流喷嘴，具体地指一种旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴。

背景技术

磨料水射流是近几年来发展起来的一种新的加工技术，其工作介质是水和磨料，具有高效、节能、环保、使用范围广和无热效应等优点，广泛应运于轻工、机械、采矿、化工及军工等各国民经济领域。其中，磨料射流喷嘴是最为关键部件之一，对于磨料水射流的形成、切割效果和能量利用具有重要的影响。

目前广泛采用的后混式磨料水射流系统主要由数控机床系统、超高压系统、磨料输送系统和磨料射流喷嘴组成。其中磨料射流喷嘴主要由直管段、高速流体喷嘴、混合室、收敛段和聚焦管组成，磨料加速的主要部位是在混合室和聚焦管。目前对于磨料射流喷嘴结构的研究，主要集中于对收敛段的角度、长度以及聚焦管的直径和长度的优化。尽管进行了大量研究，但由于磨料与水掺混不够均匀，两者速度之间的差值较大，使得喷嘴的加速效率低下，能量利用率不高，喷嘴磨损严重、使用周期短。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴，可进一步提高磨料颗粒的速度，减少因为磨料与水混合不均匀而导致的聚焦管磨损，提高了磨料水射流的能量利用率和切割性能。

为了实现上述目的，本发明所设计的旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴，包括直管段、高速流体喷嘴、混合室、收敛段、聚焦管、磨料仓，其特殊之处在于：还包括旁通管路，所述高速流体喷嘴、混合室、收敛段、聚焦管依次连通，所述旁通管路入口端与连接高速流体喷嘴的管路连通，出口端依次为锥形预混段、直管连接段；所述直管连接段与混合室连通，所述锥形预混段和直管连接段的轴线重合，所述磨料仓底部伸入锥形预混段，且不与锥形预混段内壁接触，磨料仓底部与锥形预混段形成一个带收敛效果的环形喷嘴。所述磨料仓的轴线与锥形预混段的轴线重合。

进一步地，所述旁通管路上设置有节流阀，所述节流阀靠近旁通管路入口端。通过调节旁通管路的工作流体流量，达到调节磨料流量的目的。

更进一步地，所述旁通管路出口端还设置有圆形过渡段，所述圆形过渡段在锥形预混段之前，其轴线与锥形预混段轴线重合。此结构有利于锥形预混段的加工，增加了整个旁通管路结构的稳定。减少流体在旁通管路的流动损失。

再进一步地，所述磨料仓整体呈漏斗状，有利于磨料进入锥形预混段。

再进一步地，所述收敛段入口口径大于出口口径，呈锥体结构。使得磨料与水的混合物都被加速，能提高磨料和水的最终速度。

再进一步地，所述混合室与收敛段连接处口径相同。使流体与磨料混合物更平滑的通过，减少连接部分对流场的扰动。

再进一步地，所述收敛段与聚焦管连通处口径相同。有助于减少颗粒对壁面的碰撞。

本发明的优点在于：所设计的锥形预混段与磨料仓出口直管段形成的间隙配合，其结构类似环形射流泵，从旁通管路出流的高压水流经磨料仓直管段，形成射流，抽吸来自磨料仓的颗粒，并与流体预混，利用射流的紊动扩散作用来传递能量和质量，使磨料颗粒得到第一次加速。工作流体经由高速流体喷嘴后形成高速射流，将预混的磨料颗粒和流体的混合液卷吸入混合室，混合液经收敛段，通过射流的紊动扩散作用，使磨料和水进行能量和质量的传递与交换，达到对颗粒加速的目的，从而实现对磨料两次加速的目的。

在混合室内部，从高速流体喷嘴流出高速水射流，由于射流的扩散作用和卷吸作用，会在混合室内扩散，并卷吸预混后的磨料与水的混合物，使磨料和水进一步的掺混加速，最大程度上提高磨料水射流的均匀混合程度，减少因为磨料与水混合不均匀而导致的聚焦管磨损，提高磨料水射流的能量利用率和切割性能；并且只需在原有喷嘴结构的基础上增加旁通管路即可构成这种结构，易于实现。

附图说明

图1为本发明一种旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴结构示意图。

图2为高速流体喷嘴1的局部放大图。

图中：高速流体喷嘴1，混合室2、收敛段3、聚焦管4、磨料仓5，旁通管路6（其中：锥形预混段6.1，直管连接段6.2，节流阀6.3，圆形过渡段6.4，环形喷嘴6.5）、直管段7，横向箭头为高速流体进入方向，纵向箭头为磨料进入方向。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

图中所示的旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴，包括直管段7、高速流体喷嘴1、混合室2、收敛段3、聚焦管4、磨料仓5、旁通管路6，所述直管段7、高速流体喷嘴1、混合室2、收敛段3、聚焦管4依次连通，所述旁通管路6入口端与连接高速流体喷嘴1的管路连通，出口端依次为锥形预混段6.1、直管连接段6.2，所述直管连接段6.2与混合室2连通，锥形预混段6.1和直管连接段6.2的轴线重合，所述轴线位于混合室上方，磨料仓5整体呈漏斗状，其底部伸入锥形预混段6.1，且不与锥形预混段6.1内壁接触，磨料仓5的轴线与锥形预混段6.1轴线重合，形成一个带收敛效果的环形喷嘴6.5，卷吸位于磨料仓的磨料进行初步混合。

为了便于调节旁通管路6的工作流体流量，达到调节磨料流量的目的，旁通管路6上设置有节流阀6.3，节流阀6.3靠近旁通管路6入口端。旁通管路6出口端还设置有圆形过渡段6.4，圆形过渡段6.4在锥形预混段6.1之前，圆形过渡段6.4的轴线与锥形预混段6.1的轴线重合，此结构有利于锥形预混段的加工，增加了整个旁通管路结构的稳定。为方便加工，混合室2入口口径与出口口径相同，呈圆柱形结构，此结构还有利于磨料混合均匀。收敛段3入口口径大于出口口径，呈锥形结构，使得磨料与水的混合物都被加速，提高了磨料和水的最终速度。为了使得高压流体平滑的过渡，减少连接部分对流场的扰动，混合室2与收敛段3连接处口径相同。收敛段3与聚焦管4连通处口径相同，有助于减少颗粒对壁面的碰撞。

本发明的工作过程如下：高速工作流体经直管段7从高速流体喷嘴1进入，打开节流阀6.3调节管路通过的流量，使一定流量的高速流体通过节流阀6.3进入旁通管路6，高压水进入锥形预混段6.1结构，磨料仓5伸入锥形预混段6.1，且不与锥形预混段6.1内壁接触，形成一个带收敛效果的环形喷嘴6.5，卷吸位于磨料仓的磨料进行初步混合，并输送到混合室2进行再次混合，而后磨料与水的混合流体进入收敛段3，最后通过聚焦管4形成高速射流。

本发明中磨料仓与锥形预混段形成环形喷嘴结构对磨料和水进行预混。环形喷嘴结构利用流体的紊动扩散作用来传递能量和质量，抽吸磨料颗粒，达到抽吸掺混和加速的效果。高压水进入环形喷嘴时，会在环形喷嘴内部产生低压，环形喷嘴内外压差以及重力作用下，将磨料颗粒吸入喷嘴内，通过紊动扩散作用使磨料和水进行能量和质量的传递与交换，达到颗粒加速的目的，对磨料和水进行有效的预混。

在混合室内部，从高速流体喷嘴流出高速水射流，由于射流的扩散作用和卷吸作用，会在混合室内扩散，并卷吸预混后的磨料与水的混合物，使磨料和水进一步的掺混加速。

本发明采用旁通管路加速的方式，最大程度上提高磨料水射流的均匀混合程度，减少因为磨料与水混合不均匀而导致的聚焦管磨损，提高磨料水射流的能量利用率和切割性能；并且只需在原有喷嘴结构的基础上增加旁通管路即可构成这种结构，易于实现。

Claims (5)

1.一种旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴，包括直管段(7)、高速流体喷嘴(1)、混合室(2)、收敛段(3)、聚焦管(4)、磨料仓(5)，其特征在于：还包括旁通管路(6)，所述直管段(7)、高速流体喷嘴(1)、混合室(2)、收敛段(3)、聚焦管(4)依次连通，所述旁通管路(6)入口端与高速流体喷嘴(1)连通，出口端依次为锥形预混段(6.1)、直管连接段(6.2)，所述直管连接段(6.2)与混合室连通(2)，所述锥形预混段(6.1)和直管连接段(6.2)的轴线重合，所述轴线位于混合室(2)上方，所述磨料仓(5)底部伸入锥形预混段(6.1)，且不与锥形预混段(6.1)内壁接触，所述磨料仓(5)的轴线与锥形预混段(6.1)的轴线重合；所述旁通管路(6)出口端还设置有圆形过渡段(6.4)，所述圆形过渡段(6.4)在锥形预混段(6.1)之前，其轴线与锥形预混段(6.1)轴线重合；所述磨料仓(5)整体呈漏斗状；所述旁通管路(6)上还设置有节流阀(6.3)，所述节流阀(6.3)靠近旁通管路(6)入口端。

2.根据权利要求1所述的旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴，其特征在于：所述混合室(2)为入口口径与出口口径相同，呈圆柱形结构。

3.根据权利要求2所述的旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴，其特征在于：所述收敛段(3)入口口径大于出口口径，呈锥形结构。

4.根据权利要求3所述的旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴，其特征在于：所述混合室(2)与收敛段(3)连接处口径相同。

5.根据权利要求4所述的旁通管路加速的后混式磨料射流喷嘴，其特征在于：所述收敛段(3)与聚焦管(4)连通处口径相同。