CN107671747A - 一种前混合式磨料气体射流连续供料系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种前混合式磨料气体射流连续供料系统及方法，所述系统包括空压机、气瓶、磨料罐和喷嘴；磨料罐的内部设有控制阀，控制阀上方为位于储料罐中的加料层，控制阀下方为位于储料罐中的储料层；磨料罐的顶端设有与加料层连通的上进气口和进料口，磨料罐上设有与加料层连通的泄压阀；磨料罐的底端设有与储料层连通的下进气口和出料口；空压机的出气口与气瓶的进气口连接；气瓶的出气口分别与磨料罐的上进气口和下进气口连接；同时，气瓶的出气口连接射流管道，磨料罐的出料口与射流管道连接；喷嘴位于射流管道末端。本发明所述的系统及方法保证了磨料射流的连续性，拓展了磨料射流的适用范围，并对磨料射流实际应用的推广有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于磨料气体射流技术领域，尤其涉及到一种前混合式磨料气体射流连续供料系统及方法。
背景技术
前混合式磨料气体射流是直接将固体磨料颗粒混入高压气体中加速，进而利用固体颗粒的冲击动能实现工业切割、钻探开采的一项新技术。
该技术便于操作、易于控制，相较于水及后混合式射流的作用效果具有冲蚀、切割深度大，高效低能的特点，但受磨料添加方式的影响，前混合式射流的推广应用一直受到限制。
目前，常用气动喷砂技术的整个系统均处于高压封闭状态，当向供料系统续砂时，必须关闭开关，停止射流作业。
不连续、间断的射流作业状态，会严重影响能量利用率及工作效率。
文献《前混合磨料射流新型连续加砂系统设计与实验》，（著作人：左伟芹、刘勇等）在中提出了一种利用两个砂罐交替工作，实现长时间持续射流工作时的连续加砂。
该方法有效的节约了作业成本，提高了整个射流作业的效率，但该技术在实际应用中尚存在以下不足：
（1）磨料射流系统中含有两组或多组供料装置时会导致工作操作步骤复杂，安全性降低。其中，加料泵与射流泵中出口压力调控不均匀时，会出现磨料供应不足或回流现象。
（2）供料部分交替工作时，会出现射流系统中进砂量不均匀，降低射流作业的精度，严重时导致作业失败。
发明内容
本发明旨在提供一种使用效果好的前混合式磨料气体射流连续供料系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种前混合式磨料气体射流连续供料系统，包括空压机、气瓶、磨料罐和喷嘴；磨料罐的罐壁选用钢化玻璃材料，便于观察磨料量；磨料罐的内部设有控制阀，控制阀上方设位于储料罐中的加料层，控制阀下方设位于储料罐中的储料层；磨料罐的顶端设有与加料层连通的上进气口和进料口，磨料罐上设有与加料层连通的泄压阀；磨料罐的底端设有与储料层连通的下进气口和出料口；空压机的出气口与气瓶的进气口连接；气瓶的出气口分别与磨料罐的上进气口和下进气口连接；同时，气瓶的出气口连接射流管道，磨料罐的出料口与射流管道连接；喷嘴位于射流管道末端。
控制阀包括弹性钢圈、弹性介质体和水平设置的橡胶半球，弹性钢圈固设于磨料罐内壁上；弹性介质体上端与弹性钢圈连接，弹性介质体下端与橡胶半球连接。
磨料罐内壁上设有凹槽，弹性钢圈连接于凹槽内；弹性钢圈和凹槽的连接处设有聚氨酯密封胶。
弹性钢圈下方配合橡胶半球设有竖直设置的导向槽。
空压机的出气口和气瓶的进气口通过输气管连接，输气管上设有压力表；气瓶的进气口和出气口均设有气动阀；磨料罐的出料口上设有磨料阀。
喷嘴的内径沿磨料气体流动方法先逐渐减小后逐渐增大。
气瓶的数量为3个，3个气瓶的进气口均与空压机的出气口连接，3个气瓶的出气口相连后连接于气流管道上，气流管道连接磨料罐的上进气口、下进气口和射流管道。
一种利用上述系统进行的前混合式磨料气体射流连续供料方法，所述方法依次包括如下步骤：
（1）向磨料罐的储料层内加入磨料，磨料量不超过储料层容积的三分之二，同时打开气瓶的进气口的阀门，启动空压机给气瓶加压；达到作业要求的压力时关闭空压机；
（2）调节磨料罐的下进气口的气动减压阀，保证储料层压力大于加料层压力，控制阀关闭；打开磨料阀、气瓶的出气口的阀门，待气流稳定后，即可进行磨料气体射流作业；
（3）在磨料气体射流作业的过程中，当储料层内的磨料量不足时，需要向储料层内加入磨料，加入方法为：首先，关闭进料口以及泄压阀；其次，调节上进气口的气动减压阀出口压力值，使控制阀打开，储料层和加料层连通开始向储料层加料，最后，当储料层磨料量达到要求时，设置上进气口的气动减压阀出口压力值小于下进气口的启气动减压阀出口压力值，使得控制阀关闭即可。
（4）磨料射流作业完成：在磨料射流完成后，进行仪器清理；方法为：第一步，调节上进气口和下进气口的气动减压阀以及磨料阀，保证控制阀处于打开状态，排出磨料罐内残余磨料；第二步，打开气瓶出气口的气动阀门，待经喷嘴喷出的高速流体中不含有磨料时，关闭磨料罐的气动减压阀和磨料阀；第三步，排完管路内的空气，依次关闭所有气动阀门。
工作的时候，需要时刻注意加料层的磨料量是否充足，如否，则高压气流经下进气口进入储料层，控制阀关闭；此时，打开加料层的泄压阀，待加料层内部的压力和储料罐外部的压力平衡时，通过进料口对加料层加料。
工作过程中保证系统最高压力不超过30MPa。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为：
本发明所述的装置实现了前混合式磨料射流长时间工作的连续供料，避免了磨料罐内高压气体的再次回流；通过在磨料罐内设置控制阀，将磨料罐分为加料层和储料层，在控制阀作用下实现加料层和储料层磨料的供应；在磨料罐上进气口和下进气口均设置气动减压阀，可精确控制磨料罐内上、下层的气压差值范围为-5MPa—5MPa，保证磨料罐内高压气体与磨料粒子混合，并经磨料罐出料口顺利流入射流管道，形成高压磨料气体射流。
本发明所述的方法保证了磨料射流的连续性，成功解决了因射流中止，导致的工艺失败、射流效率低等问题，拓展了磨料射流的适用范围，并对磨料射流实际应用的推广有重要意义。
附图说明
图1为本发明所述系统结构示意图；
图2为磨料罐结构示意图。
具体实施方式
一种前混合式磨料气体射流连续供料系统，如图1和图2所示，包括空压机1、气瓶4、磨料罐6和喷嘴8。
空压机1的出气口与气瓶4的进气口连接，气瓶4的进气口和出气口均设有气动阀3，从而对气流进行控制。本实施例中，气瓶4的数量共有3个，3个气瓶4并联连接。空压机1的出气口连接输气管，输气管上设有压力表2。输气管端部连接3个气瓶4的进气口，通过设置3个气瓶4可以实现压力的缓冲和压力梯度的自由组合。
3个气瓶4的出气口相连后连接于气流管道21上，气流管道21端部分成3路，一路与磨料罐6的上进气口9连接；另外一路与磨料罐6的下进气口19连接；剩下的一路连接射流管道22，为磨料射流提供动力。磨料罐6的出料口20也与射流管道22连接，从而磨料可以进入到射流管道22内，在高压气体作用下，形成高压磨料气流。
喷嘴8位于射流管道22末端，喷嘴8的内径沿磨料气体流动方法先逐渐减小后逐渐增大，从而对进入到其中的高压磨料气流进行加速。进入到射流管道22的高压磨料气流通过喷嘴8喷出，喷向工作面即可。
磨料罐6的内部设有控制阀13，控制阀13上方为位于储料罐中的加料层11，控制阀13下方为位于储料罐中的储料层18；磨料罐6的顶端设有与加料层11连通的上进气口9和进料口10，磨料罐6上设有与加料层11连通的泄压阀12；磨料罐6的底端设有与储料层18连通的下进气口19和出料口20，磨料罐6的出料口20上设有磨料阀7，通过磨料阀7可以实现磨料是否从磨料罐6中出来的控制。
其中，控制阀13包括弹性钢圈14、弹性介质体16和水平设置的橡胶半球17，橡胶半球17配合弹性钢圈14设置。磨料罐6内壁上设有凹槽，弹性钢圈14连接于凹槽内；弹性钢圈14和凹槽的连接处设有聚氨酯密封胶15，从而保证弹性钢圈14和磨料罐6内壁的紧密连接。弹性介质体16上端与弹性钢圈14连接，弹性介质体16下端与橡胶半球17连接。在储料层18和加料层11上下压差作用下，弹性介质可以伸长或缩短，从而橡胶半球17位于弹性钢圈14内，或从弹性钢圈14中出来，进而实现控制阀13的开启或关闭。
为了保证橡胶半球17的移动轨迹，在弹性钢圈14下方配合橡胶半球17设有竖直设置的导向槽161，从而保证弹性介质体16复位后，橡胶半球17可以卡在弹性钢圈14内。
工作的时候，通过控制阀13打开，加料层11内的磨料可以进入到储料层18；当加料层11内磨料不足时，可以关闭控制阀13，在不影响储料层18工作的情况下向加料层11内加料，实现连续供料。
磨料装入磨料罐6内，气瓶4的出气口并联于磨料罐6的上、下进气口19和出料口20，经上、下进气口19进入磨料罐6的高压气体与磨料混合后，从出料口20进入喷嘴8所在射流管道22，之后经喷嘴8喷出，形成高压磨料气体射流。
本实施例中，射流作业过程中连续供料通过磨料罐6及气动减压阀5实现。气动减压阀5用于保证磨料罐6内磨料顺利流入射流管道22以及提供连续供料的初始动力。通过在磨料罐6内设控制阀13，当储料层18内磨料充足时，调节上进气口9的气动减压阀5出口值为零，在加料层11与储料层18的两层压差作用下控制阀13会自动关闭。此时，打开泄压阀12，待加料层11与外界压力平衡时，向加料层11内添加磨料。
储料层18需补充磨料时，可通过调节磨料罐6上、下进气口19的气动减压阀5，使加料层11气压值大于储料层18的气压值，控制阀13处于开启状态，磨料粒子在自身重力以及压力差作用，流入储料层18内，解决现有的前混合式磨料射流长时间连续作业过程中存在的问题，该装置结构简单，易操作，易维护，具有广泛的应用性。
本发明所述的装置实现了前混合式磨料射流长时间工作的连续供料，避免了磨料罐6内高压气体的再次回流；通过在磨料罐6内设置控制阀13，将磨料罐6分为加料层11和储料层18，在控制阀13作用下实现加料层11和储料层18磨料的供应；在磨料罐6上进气口9和下进气口19均设置气动减压阀5，可精确控制磨料罐6内上、下层的气压差值范围为-5MPa—5MPa，保证磨料罐6内高压气体与磨料粒子混合，并经磨料罐6出料口20顺利流入射流管道22，形成高压磨料气体射流。
本发明还公开了一种利用上述系统进行的前混合式磨料气体射流连续供料方法，所述方法依次包括如下步骤：
（1）向磨料罐的储料层内加入磨料，磨料量不超过储料层容积的三分之二，同时打开气瓶的进气口的阀门，启动空压机给气瓶加压；达到作业要求的压力时关闭空压机。
（2）调节磨料罐的下进气口的气动减压阀，保证储料层压力大于加料层压力，控制阀关闭；打开磨料阀、气瓶的出气口的气动阀以及下进气口的气动减压阀，使得高压气体进入到储料层，同时高压气体带动磨料进入射流管道，高压磨料流从喷嘴中喷出，待气流稳定后，即可进行磨料气体射流作业。
（3）在磨料气体射流作业的过程中，当储料层内的磨料量不足时，需要向储料层内加入磨料，加入方法为：首先，关闭进料口以及泄压阀；其次，调节上进气口的气动减压阀出口压力值，使控制阀打开，储料层和加料层连通开始向储料层加料；最后，当储料层磨料量达到要求时，设置上进气口的气动减压阀出口压力值小于下进气口的启气动减压阀出口压力值，使得控制阀关闭即可。
（4）磨料射流作业完成：在磨料射流完成后，进行仪器清理；方法为：第一步，调节上进气口和下进气口的气动减压阀以及磨料阀，保证控制阀处于打开状态，排出磨料罐内残余磨料；第二步，打开气瓶出气口的气动阀门，待经喷嘴喷出的高速流体中不含有磨料时，关闭磨料罐的气动减压阀和磨料阀；第三步，排完管路内的空气，依次关闭所有气动阀门。
工作的时候，需要时刻注意加料层的磨料量是否充足，如否，则高压气流经下进气口进入储料层，控制阀关闭；此时，打开加料层的泄压阀，待加料层内部的压力和储料罐外部的压力平衡时，通过进料口对加料层加料。另外，工作过程中保证系统最高压力不超过30MPa，从而保证工作过程中的安全性。
本发明所述的方法保证了磨料射流的连续性，成功解决了因射流中止，导致的工艺失败、射流效率低等问题，拓展了磨料射流的适用范围，并对磨料射流实际应用的推广有重要意义。
Claims (10)
1.一种前混合式磨料气体射流连续供料系统，其特征在于：包括空压机、气瓶、磨料罐和喷嘴；磨料罐的内部设有控制阀，控制阀上方设位于储料罐中的加料层，控制阀下方设位于储料罐中的储料层；磨料罐的顶端设有与加料层连通的上进气口和进料口，磨料罐上设有与加料层连通的泄压阀；磨料罐的底端设有与储料层连通的下进气口和出料口；空压机的出气口与气瓶的进气口连接；气瓶的出气口分别与磨料罐的上进气口和下进气口连接；同时，气瓶的出气口连接射流管道，磨料罐的出料口与射流管道连接；喷嘴位于射流管道末端。
2.如权利要求1所述的前混合式磨料气体射流连续供料系统，其特征在于：控制阀包括弹性钢圈、弹性介质体和水平设置的橡胶半球，弹性钢圈固设于磨料罐内壁上；弹性介质体上端与弹性钢圈连接，弹性介质体下端与橡胶半球连接。
3.如权利要求2所述的前混合式磨料气体射流连续供料系统，其特征在于：磨料罐内壁上设有凹槽，弹性钢圈连接于凹槽内；弹性钢圈和凹槽的连接处设有聚氨酯密封胶。
4.如权利要求3所述的前混合式磨料气体射流连续供料系统，其特征在于：弹性钢圈下方配合橡胶半球设有竖直设置的导向槽。
5.如权利要求4所述的前混合式磨料气体射流连续供料系统，其特征在于：空压机的出气口和气瓶的进气口通过输气管连接，输气管上设有压力表；气瓶的进气口和出气口均设有气动阀；磨料罐的出料口上设有磨料阀。
6.如权利要求5所述的前混合式磨料气体射流连续供料系统，其特征在于：喷嘴的内径沿磨料气体流动方法先逐渐减小后逐渐增大。
7.如权利要求1至6任意一项所述的前混合式磨料气体射流连续供料系统，其特征在于：气瓶的数量为3个，3个气瓶的进气口均与空压机的出气口连接，3个气瓶的出气口相连后连接于气流管道上，气流管道连接磨料罐的上进气口、下进气口和射流管道。
8.一种利用权利要求7所述的系统进行的前混合式磨料气体射流连续供料方法，其特征在于：依次包括如下步骤：
（1）向磨料罐的储料层内加入磨料，磨料量不超过储料层容积的三分之二，同时打开气瓶的进气口的阀门，启动空压机给气瓶加压；达到作业要求的压力时关闭空压机；
（2）调节磨料罐的下进气口的气动减压阀，保证储料层压力大于加料层压力，控制阀关闭；打开磨料阀、气瓶的出气口的阀门，待气流稳定后，即可进行磨料气体射流作业；
（3）在磨料气体射流作业的过程中，当储料层内的磨料量不足时，需要向储料层内加入磨料，加入方法为：首先，关闭进料口以及泄压阀；其次，调节上进气口的气动减压阀出口压力值，使控制阀打开，储料层和加料层连通开始向储料层加料，最后，当储料层磨料量达到要求时，设置上进气口的气动减压阀出口压力值小于下进气口的启气动减压阀出口压力值，使得控制阀关闭即可；
（4）磨料射流作业完成：在磨料射流完成后，进行仪器清理；方法为：第一步，调节上进气口和下进气口的气动减压阀以及磨料阀，保证控制阀处于打开状态，排出磨料罐内残余磨料；第二步，打开气瓶出气口的气动阀门，待经喷嘴喷出的高速流体中不含有磨料时，关闭磨料罐的气动减压阀和磨料阀；第三步，排完管路内的空气，依次关闭所有气动阀门。
9.如权利要求8所述的前混合式磨料气体射流连续供料方法，其特征在于：工作的时候，需要时刻注意加料层的磨料量是否充足，如否，则高压气流经下进气口进入储料层，控制阀关闭；此时，打开加料层的泄压阀，待加料层内部的压力和储料罐外部的压力平衡时，通过进料口对加料层加料。
10.如权利要求9所述的前混合式磨料气体射流连续供料方法，其特征在于：工作过程中保证系统最高压力不超过30MPa。
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