CN107953270B - 一种双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，该系统包括交替为预升压装置供料的两个高压磨料罐，所述预升压装置包括两组进砂口和进水口，两组进砂口和进水口分别与两个高压磨料罐及该磨料罐对应的水泵连接，两组进砂口和进水口均分别设置有电磁阀门，所述电磁阀门位于进砂口和进水口两侧的有效接触面积相等，所述阀门由直流电机供电实现开闭，所述直流电机上还设置有用于稳压的蓄能器；预升压装置的出口通过管道与喷嘴连接。本发明针对现有磨料射流切换磨料罐时供砂间断影响切割质量等问题，通过预升压装置消除了升压等待与切换过程产生的压力脉动，实现了前混合磨料射流真正意义上连续工作。

Description

一种双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统
技术领域
本发明涉及磨料射流加工领域，尤其涉及一种双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统。
背景技术
水射流技术是近20年发展起来的一门新技术，其应用日益广泛，主要用来对物料进行切割、破碎和清洗。
由于纯水射流在切割硬质金属、岩石所需压力过高，一般在300-1000MPa，很难广泛推广应用，因此出现了磨料射流。磨料射流是磨料与高速流动的水形成的液固两相介质射流，磨料射流中磨料起主要切割作用。磨料射流又分为前混合磨料射流与后混合磨料射流。后混合磨料射流由于混合不均匀，磨料难以进入射流中心充分加速，大部分磨料被高速水流直接带走，因此有效切割材料的压力往往高于200MPa。为改变固液两相介质的混合效果出现了前混合磨料射流。前混合磨料射流预先将磨料与水在高压管路中混合，再通过磨料喷嘴加速后喷出。前混合磨料射流固液介质混合充分，因此具有良好的切割性能，通常20-30MPa便能有效切割岩石。
在现有技术中，前混合磨料射流系统不能连续工作的问题严重制约着切割、抛光质量。用于石油钻井方面的工作系统往往采用大功率砂浆泵直接实现磨料供给，这种方式成本高，设备损耗严重，且存在泄露问题。用于切割、抛光的小功率磨料射流系统采用“旁路加砂式”的双罐或多罐交替方式连续供料，但这种方式存在一定时间的压力脉动与磨料间断，并非完全意义上的“连续工作”。
专利号为CN104552027B的发明专利申请公开了一种前混合磨料射流连续供料系统，该系统虽然能实现磨料的连续供给，但采用4个泵组包括水泵、砂浆泵、油泵，利用双作用活塞缸原理持续供料。该发明专利系统结构过于庞大且难以推广，设备成本高且砂浆泵磨损严重，液压缸必然存在泄露现象，只适合在石油工程方面应用。专利号为CN204148091U的实用新型专利，专利号为CN202203667U的实用新型专利，以及专利号为CN2574834Y的实用新型专利，均采用双罐交替供料，切换磨料罐时“接入-预升压-供料”过程导致磨料断供，严重影响加工质量与系统稳定性，不适合精密加工。专利号为CN102756003的发明专利申请公开了一种冷态金属件表面射流连续除磷系统，该系统采用三罐交替连续供料，加砂完毕对磨料罐预升压、保压，增加了系统负担。砂罐突然接入存在压降、流量脉动及压力过载对系统稳定性的影响，在工作工程中泵压不可改变，具有很大局限性。
因此，针对现有的多罐磨料射流系统的缺陷，发明一种的能够连续工作的磨料射流系统对提升其切割和抛光质量具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明设计一种双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统。克服了传统双罐前混合磨料射流系统磨料断供与无法稳定工作的缺陷，并可解决磨料混合不均匀与泵组长时间高压工作产生设备疲劳的问题。
为了实现上述目的，本发明所设计的双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，其特殊之处在于：包括预升压装置和交替供料的两个高压磨料罐，所述预升压装置包括两组进砂口和进水口，两组进砂口和进水口分别与两个高压磨料罐及该磨料罐对应的水泵连接，两组进砂口和进水口均分别设置有电磁阀门，所述电磁阀门位于进砂口和进水口两侧的有效接触面积相等，所述阀门由直流电机供电实现开闭，所述预升压装置上还设置有用于稳压的蓄能器；预升压装置的出口通过管道与喷嘴连接。
进一步地，所述进砂口和进水口口径相同，所述电磁阀门包括电磁铁、T型阀头，固定铁块和刚性弹簧，所述固定铁块设置在预升压装置上，所述T型阀头的小直径端与进水口或者进砂口配合，T型阀头的大直径端通过刚性弹簧与固定铁块连接，所述刚性弹簧外包裹有与电磁铁配合使用的移动阀芯，所述移动阀芯一端固定在T型阀头的大直径端。
进一步地，所述两组进砂口和进水口之间设置有隔磁板，所述两组进砂口和进水口分别位于隔磁板两侧。
进一步地，所述两个高压磨料罐分别由独立的水箱和水泵供水，工作时磨料在水的静压下进入管路实现供料，磨料用尽后罐内充满高压水。
更进一步地，所述水泵均依次通过溢流阀和单向阀与对应侧预升压装置进水口连接，所述溢流阀溢流口与对应的水箱连接，有效保护切换过程中管路过载。
进一步地，还包括用于检测两个高压磨料罐内消耗量的磨料检测系统。
更进一步地，所述两个高压磨料罐由同一射流泵供料，射流泵压力由空闲水泵提供。
再进一步地，所述水泵通过两路与对应的高压磨料罐连接，其中一路通过单向阀与高压磨料罐连接；另一路通过二位二通电磁阀与射流泵连接，射流泵再分别通过另一个二位二通电磁阀与高压磨料罐连接。
再进一步地，所述射流泵出口还设置有单向节流阀，所述单向节流阀位于射流泵和另一个二位二通电磁阀之间。
进一步地，所述预升压装置底部设置有用于混合水砂的混合室，混合室出口通过管道与喷嘴连接。
本发明的优点在于：
1.本发明设计了一种双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，可使系统长时间稳定工作，克服传统系统磨料断供与压力脉动的缺陷，实现了真正意义的连续工作，对提高加工质量、效率具有重要意义。
2.本发明所述预升压装置使系统切换磨料无压降或流量脉动，系统工作稳定。装置促进磨料充分混合，防止管路堵塞，最大限度减小对管路磨损。
3.本发明所述预升压装置切换时移动阀芯两端静水压力相等，故电磁阀只需克服较小的弹簧回复力即可实现阀门开闭。
4.双泵交替工作提高泵组使用寿命，减轻设备疲劳。
附图说明
图1为本发明整体系统结构。
图2为预升压装置剖视图。
图中：水箱1，两组水泵2A、2B，两组高压磨料罐3A、3B，射流泵4，加砂漏斗6，预升压装置5，超声波磨料监测系统12，喷嘴7，三通管9A、9B，压力表17，蓄能器16，直流电机15，单向阀13，单向节流阀11，溢流阀8A、8B，二位二通电磁换向阀10A、10B、10C、10D，预升压装置5，高压壳体51，电磁铁52，移动阀芯53A、53B、54A、54B，T型阀头55，固定铁块56，刚性弹簧57，隔磁板58，混合室59。
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：
一种双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，包括：水箱1，两组水泵2A、2B，两组高压磨料罐3A、3B，射流泵4，加砂漏斗6，预升压装置5，超声波磨料监测系统12，喷嘴7，三通管9A、9B，压力表17，蓄能器16，直流电机15，单向阀13，单向节流阀11，溢流阀8A、8B，二位二通电磁换向阀10A、10B、10C、10D；预升压装置5包括：高压壳体51，电磁铁52，移动阀芯53A、53B、54A、54B，T型阀头55，固定铁块56，刚性弹簧57，隔磁板58，混合室59。
所述水泵2A、2B与预升压装置5装有溢流阀8A、8B和单向阀13，水泵2A、2B另一路接三通管9A、9B，三通管9A、9B一路连接高压磨料罐3A、3B，另一路连接射流泵4，射流泵4与三通管9A、9B间通过二位二通电磁换向阀10A、10B控制开关。
所述射流泵4装有加砂漏斗6，通过射流吸卷原理为磨料罐加砂，管路连有单向节流阀11与二位二通电磁换向阀10C、10D，单向节流阀11调控加砂速率，二位二通电磁换向阀10C、10D控制加砂管路开关，射流泵4所需压力由空闲水泵2A、2B提供。
高压磨料罐3A、3B装有压力表17、泄压阀14A、14B、超声波磨料监测系统12，高压磨料罐底部与预升压装置5进砂口连接，工作时磨料在静水压与磨料自重共同作用下进入管路。
预升压装置5两侧分别有进砂口、进水口。装置装有直流电机15与蓄能器16，进砂口和进水口均设置有电磁阀门，电磁阀门包括电磁铁52、T型阀头55，固定铁块56和刚性弹簧57，固定铁块56设置在预升压装置上，T型阀头55的小直径端与进水口或者进砂口配合，T型阀头55的大直径端通过刚性弹簧57与固定铁块连接，刚性弹簧57外包裹有与电磁铁52配合使用的移动阀芯，移动阀芯与电磁铁配合实现电磁阀门的开闭。如图2所示，移动阀芯53A，移动阀芯一端固定在T型阀头55的大直径端。预升压装置上设置有用于控制电磁铁52的电磁控制机构。电磁控制机构采用直流电机15为电磁铁52供电，工作状态蓄能器16起稳压作用，直流电机15提供电源，电磁铁52驱动移动阀芯53A、53B、54A、54B开关，两组进砂口和进水口之间设置有隔磁板58，避免电磁铁相互影响。预升压装置5内腔为水砂混合流道，工作时流道充满高压流体，预升压装置5底部开有混合室59促进水砂均匀混合。
移动阀芯53A、53B、54A、54B，其T型阀头55的小直径端端头面积为s，移动阀芯与T型阀头55连接端的端面面积为s1，T型阀头的大直径端端头面积为s2，且满足关系s＝s1-s2，预升压完成时移动阀芯两侧静水压力相等且满足关系s*p1＝(s1-s2)*p2。故切换过程供砂不间断，压力平稳，电磁铁52只需克服很小压力即刚性弹簧57的回复力，即可打开或关闭移动阀芯。
预升压装置5底部混合室59通过高压管路连接喷嘴7，磨料射流由喷嘴7喷出直接作用于加工表面。
系统工作过程如下：
1.系统初始状态下二位二通电磁换向阀10A、10B、10C、10D处于关闭状态，移动阀芯53A、53B、移动阀芯54A、54B在刚性弹簧57回复力作用下处于关闭状态，高压磨料罐3A、3B充满磨料。
2.系统开始工作，移动阀芯53A、移动阀芯54A打开，超声波磨料监测系统12开启并检测磨料罐内磨料情况，由水泵2A与高压磨料罐3A首先工作。水泵2A开始缓慢升压至压力P，待压力表17稳定为P，系统处于稳定状态，此时预升压装置5中充满高压水砂混合流体，经混合室59及高压管路充分混合后由喷嘴喷出作用于加工表面。为防止管路过载，溢流阀8A设定压力为P1。
3.待高压磨料罐3A消耗至设定量Q时，超声波磨料监测系统12警报，此时水泵2B开启并为高压磨料罐3B预升压，溢流阀8B设定压力为P2，预升压时间内泵组产生的水由溢流阀8B排入水箱1。
4.当高压磨料罐3B上压力表达到P时，预升压完成，此时移动阀芯53B与移动阀芯54B两侧静水压力相等。由移动阀芯与T型阀头设计可知，只需克服刚性弹簧57回复力打开或关闭移动阀芯。此时电磁控制机构打开移动阀芯53B、54B同时关闭移动阀芯53A、54A，完成泵组与磨料罐的切换，系统持续提供稳定的磨料射流。水泵2B接入系统后，溢流阀8B自动关闭；水泵2A切出系统，溢流阀8A排出高压水至水箱1，此时缓慢关闭水泵2A。蓄能器16在整个工作过程中起稳压作用。
5.打开泄压阀14A将磨料罐3A剩余水排出。
6.接通二位二通电磁换向阀10A、10C，水泵2A提供低压水供射流泵4使用，射流泵4通过负压吸卷磨料漏斗6中磨料为高压磨料罐3A加砂，通过调节单向节流阀11控制加砂速度。加砂完毕后依次关闭水泵2A，电磁换向阀10C、10A。
7.磨料罐3B消耗至设定量后超声波磨料监测系统12再次警报，重复以上工作过程3～6完成切换泵组、预升压、连续供料、装料等过程。系统可长时间稳定工作。
本发明一种双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统可长时间稳定工作，保证磨料供给的连续性与均匀性，防止管路堵塞，减轻设备疲劳。本发明克服传统前混合磨料射流无法长时间稳定工作与磨料断供等缺陷，实现了真正意义上的连续工作，保证加工质量，对磨料射流精密切割、抛光、钻孔具有重要意义。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，其特征在于：包括预升压装置和交替供料的两个高压磨料罐，所述预升压装置包括两组进砂口和进水口，两组进砂口和进水口分别与两个高压磨料罐及该磨料罐对应的水泵连接，两组进砂口和进水口均分别设置有电磁阀门，所述电磁阀门位于进砂口和进水口两侧的有效接触面积相等，所述阀门由直流电机供电实现开闭，所述预升压装置上还设置有用于稳压的蓄能器；预升压装置的出口通过管道与喷嘴连接。
2.根据权利要求1所述双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，其特征在于：所述进砂口和进水口口径相同，所述电磁阀门包括电磁铁、T型阀头，固定铁块和刚性弹簧，所述固定铁块设置在预升压装置上，所述T型阀头的小直径端与进水口或者进砂口配合，T型阀头的大直径端通过刚性弹簧与固定铁块连接，所述刚性弹簧外包裹有与电磁铁配合使用的移动阀芯，所述移动阀芯一端固定在T型阀头的大直径端。
3.根据权利要求1所述双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，其特征在于：所述两组进砂口和进水口之间设置有隔磁板，所述两组进砂口和进水口分别位于隔磁板两侧。
4.根据权利要求1所述双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，其特征在于：所述两个高压磨料罐分别由独立的水箱和水泵供水。
5.根据权利要求4所述双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，其特征在于：所述水泵均依次通过溢流阀和单向阀与对应侧预升压装置进水口连接，所述溢流阀溢流口与对应的水箱连接。
6.根据权利要求1所述双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，其特征在于：还包括用于检测两个高压磨料罐内消耗量的磨料检测系统。
7.根据权利要求4所述双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，其特征在于：所述两个高压磨料罐由同一射流泵供料。
8.根据权利要求7所述双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，其特征在于：所述水泵通过两路与对应的高压磨料罐连接，其中一路通过单向阀与高压磨料罐连接；另一路通过二位二通电磁阀与射流泵连接，射流泵再分别通过另一个二位二通电磁阀与高压磨料罐连接。
9.根据权利要求8所述双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，其特征在于：所述射流泵出口还设置有单向节流阀，所述单向节流阀位于射流泵和另一个二位二通电磁阀之间。
10.根据权利要求1所述双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统，其特征在于：所述预升压装置底部设置有用于混合水砂的混合室，混合室出口通过管道与喷嘴连接。
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