CN107116481B - 一种磨料水射流喷头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磨料水射流喷头，包括输送高压水的进水组件及输送磨料的进料组件，所述进水组件包括旋转水管及至少两个水喷嘴，多个所述水喷嘴沿旋转水管的周向布置，且各所述水喷嘴的中心线相交；所述进料组件包括设于所述水喷嘴下方的磨料进料口，所述磨料进料口的中心线与所述水喷嘴的相交点相交。本发明具有满足硬质障碍物及大面积土层的破碎需求的优点。

Description

一种磨料水射流喷头
技术领域
本发明涉及射流喷头领域，尤其涉及一种磨料水射流喷头。
背景技术
在隧道掘进过程中，纯水射流通过改变水射流压力和喷嘴的移动速度，可方便实现不同的冲蚀深度，且以水射流冲蚀土层可避免采用机械刀具刮铲产生的粉尘和刀具磨损，但纯水射流在处理包含硬质障碍物的土层时，需求的压力太高，断面存在硬质障碍物时难以破碎去除的状况。
为解决上述问题，现有的方式是采用磨料水射流，即在水射流中加入磨料颗粒以大幅度提高硬质土层的冲蚀、破碎和切割能力。但对于需大面积清洗和破碎的场合，由于磨料水射流中加入了磨料，采用纯水射流的旋转接头扩大作用面积的方式将导致磨料对旋转接头内部的磨损和卡滞，因此，现有磨料水射流喷头通常采用固定不旋转的方式设置，并通过在喷头设置多个喷射孔或多喷头交叉形成锥形或扇形射流的方式实现大面积喷射需求，但采用上述方式多股射流之间存在间隙，射流无法覆盖全断面，使得移动冲刷时沟槽断面会留下沟脊，使得喷头无法继续深入沟槽进行冲蚀，影响破碎效果，且设置多个喷头数量成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种同时满足硬质障碍物及大面积土层的破碎需求的磨料水射流喷头。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种磨料水射流喷头，包括输送高压水的进水组件及输送磨料的进料组件，所述进水组件包括旋转水管及至少两个水喷嘴，多个所述水喷嘴沿旋转水管的周向布置，且各所述水喷嘴的中心线相交；所述进料组件包括设于所述水喷嘴下方的磨料进料口，所述磨料进料口的中心线与所述水喷嘴的相交点相交。
作为上述技术方案的进一步改进：
多个所述水喷嘴相交点的轴线偏离所述旋转水管的中心轴线。
所述磨料进料口为多个，各所述磨料进料口的中心线相交，所述磨料进料口的相交点与所述水喷嘴的相交点重合。
所述磨料进料口与离所述磨料进料口最近的水喷嘴的夹角θ小于90°。
所述进料组件还包括带有磨料进料口的耐磨壳体，所述耐磨壳体的下方设置有供磨料水射流喷出的射流通孔。
所述磨料水射流喷射形成射流锥面，所述射流锥面不与所述射流通孔的内侧壁接触。
所述射流通孔的下端面与射流锥面的轴向距离d为1～2mm。
所述进水组件外套设有连接壳体，所述连接壳体与旋转水管之间设有用于抵消旋转力矩的推力轴承。
所述旋转水管包括竖直段及设于竖直段下方的水平段，所述竖直段与旋转接头连接，所述水平段与水喷嘴连接，所述推力轴承套设于所述竖直段上，且所述推力轴承的上下端面分别与所述连接壳体的上端面及所述水平段相抵。
所述进水组件还包括与高压水源连接的固定水管，所述固定水管与旋转水管之间设有旋转接头。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明设置有旋转水管、多个水喷嘴及磨料进料口，磨料进料口设于水喷嘴的下方，各水喷嘴的中心线相交，磨料进料口的中心线与水喷嘴的相交点相交，即通过调整水喷嘴、磨料进料口的设置位置及进料方向使得从水喷嘴喷出的高压水及从磨料进料口喷出的磨料均汇聚在同一点并形成磨料水射流喷射，其避免了磨料对喷头内部结构的磨损和卡滞，使得磨料可应用于喷头旋转工况，避免了采用多个喷射孔或多喷头喷流形成的沟脊，其破碎效果好，可同时满足硬质障碍物土层和大面积土层的破碎需求。
本发明进一步将多个水喷嘴相交点的轴线偏离旋转水管的中心轴线，使得水喷嘴在喷射反作用力下形成力矩，从而带动水喷嘴自行转动，达到旋转的目的，其可实现水喷嘴的自旋转，且结构简单。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的左视图。
图3是图1的A部的放大示意图。
图中各标号表示：
1、进水组件；11、旋转水管；111、竖直段；112、水平段；12、水喷嘴；13、固定水管；14、旋转接头；2、进料组件；21、磨料进料口；22、耐磨壳体；221、射流通孔；3、射流锥面；4、连接壳体；5、推力轴承。
具体实施方式
下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本实施例的磨料水射流喷头，包括进水组件1及进料组件2，其中，进水组件1用于输送高压水，进水组件1包括旋转水管11及至少两个水喷嘴12，多个水喷嘴12沿旋转水管11的周向布置，且各水喷嘴12的中心线相交；进料组件2用于输送磨料，本发明磨料的加入强化了射流的冲蚀和破碎能力，可有效切割破碎断面的硬质障碍物，同时，采用磨料与高压水结合形成磨料水射流的方式可实现以较少流量的高压水射流实现对硬质障碍物土层的破碎，本实施例中，进料组件2包括磨料进料口21，磨料进料口21设于水喷嘴12的下方，磨料进料口21的中心线与水喷嘴12的相交点相交。本发明设置有旋转水管11、多个水喷嘴12及磨料进料口21，磨料进料口21设于水喷嘴12的下方，各水喷嘴12的中心线相交，磨料进料口21的中心线与水喷嘴12的相交点相交，即通过调整水喷嘴12、磨料进料口21的设置位置及进料方向使得从水喷嘴12喷出的高压水及从磨料进料口21喷出的磨料均汇聚在同一点并形成磨料水射流喷射，其避免了磨料对喷头内部结构的磨损和卡滞，使得磨料可应用于喷头旋转工况，避免了采用多个喷射孔或多喷头喷流形成的沟脊，其破碎效果好，可同时满足硬质障碍物土层和大面积土层的破碎需求。
本实施例中，水喷嘴12为两个，两个水喷嘴12相交点的轴线偏离旋转水管11的中心轴线，使得水喷嘴12在喷射反作用力下形成力矩，从而带动水喷嘴12绕旋转水管11的中心轴自行转动达到旋转的目的，实现了水喷嘴12的自旋转。在其他实施例中，水喷嘴12的数量可根据射流需求进行调整，水喷嘴12的设置数量至少为两个。
本实施例中，磨料进料口21为两个，两个磨料进料口21的中心线相交，磨料进料口21的相交点与水喷嘴12的相交点重合，使得高压水及磨料均汇聚在同一点并形成磨料水射流喷射，其避免了磨料对喷头内部结构的磨损和卡滞，使得磨料可应用于喷头旋转工况。在其他实施例中，磨料进料口21的数量可根据射流需求进行调整。
本实施例中，磨料进料口21与离磨料进料口21最近的水喷嘴12的夹角θ小于90°，使得磨料的进入方向与水喷嘴12的喷射方向相同，减少了喷流能量消耗，若磨料进料口21与水喷嘴12的夹角θ大于90°，磨料将反向进入水射流，再加速沿着水射流方向射出，其能量损耗大。
本实施例中，进料组件2还包括耐磨壳体22，磨料进料口21沿周向设置于耐磨壳体22上，耐磨壳体22的下方设置有射流通孔221，射流通孔221用于供磨料水射流喷出。本实施例中，磨料水射流喷射形成射流锥面3，射流锥面3使得沟槽底部不存在影响水喷嘴12伸入的沟脊，同时，射流锥面3不与射流通孔221的内侧壁接触，避免了能量消耗在耐磨壳体22上而非消耗在作用对象，其能量利用率高。如图3，本实施例中，射流通孔221的下端面与射流锥面3的轴向距离d为1～2mm，使得耐磨壳体22不阻碍射流锥面3的喷射，提高了磨料水射流的能量利用率。
本实施例中，进水组件1外套设有连接壳体4，耐磨壳体22与连接壳体4的下端连接，连接壳体4与旋转水管11之间设有推力轴承5，推力轴承5用于承受水射流轴向反作用力并抵消旋转力矩。本实施例中，旋转水管11包括竖直段111及水平段112，水平段112设于竖直段111的下方，竖直段111与旋转接头14连接，水平段112与水喷嘴12连接，推力轴承5套设于竖直段111上，且推力轴承5的上下端面分别与连接壳体4的上端面及水平段112相抵，其结构简单。
本实施例中，进水组件1还包括固定水管13，固定水管13与高压水源连接，固定水管13与旋转水管11之间设有旋转接头14，旋转接头14的设置在实现有效高压水有效输送的同时，可实现喷头的有效旋转。
本实施例中，通过磨料水射流喷头连续平移可形成冲蚀沟槽，并通过水射流喷头喷射压力、偏角、靶距的配合，使射流锥面3直径大于或等于耐磨壳体22及连接壳体4直径，保证了磨料水射流喷头可伸入沟槽继续向深部掏切。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种磨料水射流喷头，其特征在于，包括输送高压水的进水组件及输送磨料的进料组件，所述进水组件包括旋转水管及至少两个水喷嘴，多个所述水喷嘴沿旋转水管的周向布置，且各所述水喷嘴的中心线相交，多个所述水喷嘴相交点的轴线偏离所述旋转水管的中心轴线；所述进料组件包括耐磨壳体以及设于所述水喷嘴下方的磨料进料口，多个所述磨料进料口沿周向设置于所述耐磨壳体上，各所述磨料进料口的中心线与所述水喷嘴的相交点相交。
2.根据权利要求1所述的磨料水射流喷头，其特征在于，所述磨料进料口与离所述磨料进料口最近的水喷嘴的夹角θ小于90°。
3.根据权利要求1或2所述的磨料水射流喷头，其特征在于，所述耐磨壳体的下方设置有供磨料水射流喷出的射流通孔。
4.根据权利要求3所述的磨料水射流喷头，其特征在于，所述磨料水射流喷射形成射流锥面，所述射流锥面不与所述射流通孔的内侧壁接触。
5.根据权利要求4所述的磨料水射流喷头，其特征在于，所述射流通孔的下端面与射流锥面的轴向距离d为1～2mm。
6.根据权利要求1或2所述的磨料水射流喷头，其特征在于，所述进水组件外套设有连接壳体，所述连接壳体与旋转水管之间设有用于抵消旋转力矩的推力轴承。
7.根据权利要求6所述的磨料水射流喷头，其特征在于，所述旋转水管包括竖直段及设于竖直段下方的水平段，所述竖直段与旋转接头连接，所述水平段与水喷嘴连接，所述推力轴承套设于所述竖直段上，且所述推力轴承的上下端面分别与所述连接壳体的上端面及所述水平段相抵。
8.根据权利要求1或2所述的磨料水射流喷头，其特征在于，所述进水组件还包括与高压水源连接的固定水管，所述固定水管与旋转水管之间设有旋转接头。
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