CN108906357B - 一种采煤机滚筒稳压喷嘴和稳压喷水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采煤机滚筒稳压喷嘴和稳压喷水的方法，内部调节管体从喷嘴壳体的开口端置入喷嘴壳体中，且内部调节管体套设有橡胶套筒，入口盖盖合在喷嘴壳体的开口端，入口盖上的调压结构包括中间调节管和调压堵头，中间调节管朝向内部调节管体一侧的端面外缘与内部调节管体的锥形通道接触；调压堵头旋在入口盖上，调压堵头上设有高压水道和调压通道，调压通道中设有紧固杆，调压通道皆通过管道连接至外部调压系统。本发明通过外部调压系统进行调压，达到工作压力时通入高压水，达到稳定的输入压力时，外部调压系统停止供压，内部管体通过形变抵消流场压力的改变，提高了喷嘴内部流场压力和喷嘴出口流量的稳定性，保证了水射流工作的质量。

Description

一种采煤机滚筒稳压喷嘴和稳压喷水的方法

技术领域

本发明涉及一种喷嘴，具体是一种采煤机滚筒稳压喷嘴和稳压喷水的方法，属于水射流机构。

背景技术

水射流喷嘴作为水射流装置的重要组成部分，根据使用方式的不同主要用于建筑、工业加工、矿石开采等领域。水射流装置主要由液压泵站和水射流喷嘴组成，其接收来自液压泵站的高压水，通过喷嘴的积聚效应提高水射流强度，并作用在对象的表面从而达到切割、除尘、清洗等效果。实际生产中通过对水射流喷嘴的设计可以降低水射流装置的整体造价，同时提高水射流装置的效率。

传统的水射流喷嘴具体的工作原理是：液压泵站提供高压水，通过高压软管将高压水传递到水射流喷嘴，高压水在喷嘴中通过汇聚，能量进一步提高，同时减少水射流的扩散。当水射流从喷嘴中喷射后，通过调整水射流喷嘴的靶距、射流角度等参数实现高压水射流的切割、清洗、除尘等工作要求。

然而普通水射流存在的问题是：由于水射流设备本身由高压泵站提供高压水，所以常常会出现从泵站送出的高压水出现压力的变动，且由于普通的水射流喷嘴的结构都是一体的，所以当不稳定的高压水进入喷嘴内部时无法进行调节，当不稳定的高压水送入喷嘴中时会出现压力的明显变化，影响水射流工作的质量、喷出流量极其不稳定。为了解决这个问题，可以通过调整水射流内的出入口直径、内部管径、喷嘴的扩散角等方式改善水射流喷嘴的工作效率，然而仍然不能很好的适应高压水压力不断变化的工况，如何保证喷嘴内部流场压力实时处于稳定的状态，提高水射流工作的质量是当前的一个亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种采煤机滚筒稳压喷嘴，当高压水源供给的压力变化时能够保证喷嘴内部流场压力稳定、提升喷嘴喷出流量的稳定性，可以保证水射流工作的质量；本发明的另一个目的是提供一种利用该稳压喷嘴实现稳压喷水的方法，采用该方法后能够在实际应用时提升水射流工作的质量，从而提升切割、除尘、清洗的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采煤机滚筒稳压喷嘴，包括喷嘴壳体，所述喷嘴壳体的出水端设有水射流通道，还包括内部调节管体和入口盖，

所述内部调节管体从喷嘴壳体的开口端置入喷嘴壳体中，且内部调节管体环绕自身周向套设有一橡胶套筒，橡胶套筒的外壁与喷嘴壳体的内壁紧密接触；所述内部调节管体中心环绕自身轴线设有锥形通道，所述锥形通道与水射流通道连通，且锥形通道在从喷嘴壳体的开口端至出水端的方向上直径逐渐减小，所述内部调节管体由多个环绕自身轴线设置的分管体、以及相邻分管体之间夹设的橡胶片拼合成；

所述入口盖盖合在喷嘴壳体的开口端，且入口盖的封堵端面伸入喷嘴壳体中，所述入口盖在沿喷嘴壳体轴线的方向上开设有通孔Ⅰ，且入口盖的侧壁中设有通孔Ⅱ，所述通孔Ⅱ一端与通孔Ⅰ连通，另一端通至入口盖露出喷嘴壳体开口端的外壁上，且通孔Ⅱ通过软管连接至喷嘴壳体外部设置的压力传感器；

所述入口盖上装配有调压结构，调压结构包括一中间调节管和一调压堵头，所述中间调节管置于通孔Ⅰ内，且中间调节管朝向内部调节管体一侧的端面外缘与锥形通道表面接触；所述调压堵头从入口盖露出喷嘴壳体开口端的一侧旋入并封住通孔Ⅰ，所述调压堵头上与通孔Ⅰ平行设有一高压水道和至少一个调压通道，每个调压通道中设有一可沿调压通道往复移动的紧固杆，所述调压通道皆通过管道连接至一外部调压系统，当外部调压系统向调压通道中输出调压介质时，调压介质直接推动紧固杆、使其端部伸出调压通道顶住中间调节管的环形端面并推动中间调节管沿通孔Ⅰ的轴向移动。

优选的，所述中间调节管朝向内部调节管体一侧的端面外缘设有倒角面，所述倒角面与锥形通道表面贴合。倒角面可以增大中间调节管与锥形通道表面的接触面积，从而使中间调节管沿轴向的移动更加顺滑。

进一步的，所述调压堵头伸入通孔Ⅰ的端面上对应各调压通道设有环形密封圈，当调压介质推动紧固杆时，紧固杆端部从调压通道伸出并与环形密封圈配合从其中穿过。环形密封圈能够避免高压水进入调压通道中影响调压工作的正常进行。

优选的，所述入口盖的封堵端面与内部调节管体的端面紧密接触。这样设计能够避免高压水进入封堵端面与内部调节管体之间形成的空腔中，避免零部件长时间被水浸泡降低使用寿命。

优选的，所述压力传感器与外部调压系统中的控制器电连接。压力传感器检测的流场压力可以实时传递至控制器中，当检测到的流场压力达到预设的工作压力时，控制器控制外部调压系统停止运行，从而实现了自动控制。

优选的，所述调压通道在远离中间调节管的部分设有颈缩部。采用这样的设计后，颈缩部可以避免紧固杆被高压水压出调压堵头的表面。

入口盖可以通过卡合等方式固定在喷嘴壳体的开口端。优选的，所述入口盖通过螺纹配合固定在喷嘴壳体的开口端。

进一步的，调压堵头露出入口盖端面的部分设有手持凸缘。设置的手持凸缘方便了操作人员手持拆卸和安装调压堵头部件。

优选的，为了保证调压操作的稳定性，调压通道设有四个，分布设在高压水道周围。

本发明还提供了一种稳压喷水的方法，包括如下步骤：

步骤一：在进行水射流工作前确定喷嘴的工作压力，通过外部调压系统向调压堵头上的调压通道中通入调压介质，对调压通道中的紧固杆产生压力，推动紧固杆使其产生位移，紧固杆另一端伸出调压通道顶住中间调节管的环形端面并推动中间调节管沿通孔Ⅰ的轴向移动，由于中间调节管朝向内部调节管体一侧的端面外缘与锥形通道表面接触，中间调节管会对锥形通道的表面产生压力，使内部调节管体的橡胶片受压力收缩、内部调节管体的直径变大，同时外围的橡胶套筒随着内部调节管体的扩大、受到压力发生弹性形变，此时内部调节管体的管体内径也变大；

步骤二：当外部调压系统的输出压力达到预设的工作压力时，通过高压水道向喷嘴壳体中输注高压水，当高压水进入喷嘴壳体后，会通过通孔Ⅰ、通孔Ⅱ流至软管、被压力传感器感知，压力传感器监控喷嘴内的压力并实时传递至外部调压系统的控制器中，当喷嘴内的压力达到预设的工作压力时，控制器将停止外部调压系统对调压堵头上的调压通道的供压，紧固杆不会对中间调节管产生推力，从而中间调节管不再对内部调节管体产生作用力，此时高压水产生的流场压力直接作用在内部调节管体上；

步骤三：当流场压力增大时会对内部调节管体产生压力、使内部调节管体扩张发生形变，此时内部调节管体的管径和锥形通道所占的空间扩大，锥形通道空间的扩大自然降低了内部流场压力；当流场压力减小时，对内部调节管体压力也会减小，内部调节管体收缩，内部调节管体的管径和锥形通道所占的空间变小，锥形通道空间的缩小自然增大内部流场压力；从而通过内部调节管体的形变抵消因高压水的不稳定导致的流场压力的改变，实时对内部流场压力进行稳定调节，形成稳定的工作条件，保证了喷嘴内流场压力和喷嘴出口的喷出流量稳定，提高了水射流工作的质量和喷嘴的工作效率。

本发明在未通入高压水之前，通过外部调压系统的压力推动紧固杆对中间调节管进行挤压，此时中间调节管发生轴向移动，并对内部调节管体的锥形通道表面产生压力，分管体之间的橡胶片发生变形；当外部液压系统提供的压力达到预设的工作压力时，开始向喷嘴内通入高压水，此时高压水通过入口盖上的通孔Ⅱ流至压力传感器被检测，当喷嘴内的流场压力达到预设的工作压力时，外部调压系统停止供压、撤去对紧固杆的压力，正常供给高压水；当通入的高压水压力发生变化时，含有橡胶片的内部调节管体会随之发成形变、内部调节管体的管径和锥形通道尺寸会相应发生变化，抵消因高压水的不稳定导致的流场压力的改变，从而达到实时稳定调节内部流场压力的作用，保证喷嘴内流场压力和喷出流量的稳定。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)与现有的水射流喷嘴相比，本发明方案的喷嘴采用了外部调压的方式，方便操作人员通过外部调压系统对水射流的压力情况进行控制，同时外部调压系统能够根据需要调节至所需的工作压力，保证了单个喷嘴使用压力的范围可调；

(2)本发明在工作前通过外部调压系统对喷嘴进行调压，当调压达到工作压力时，通入高压水，通过压力传感器监测喷嘴内的流场压力变化，当达到稳定的输入压力时，外部调压系统停止供压。此时当喷嘴内流场压力发生变化时，喷嘴的内部管体会通过自身的形变抵消因高压水的不稳定导致的流场压力的改变，从而实时对内部流场压力进行稳定调节，提高了喷嘴内部流场压力和喷嘴出口流量的稳定性，保证了水射流工作的质量，提升了利用喷嘴切割、除尘、清洗的效果；

(3)本发明的喷嘴采用内部可调节的结构，能够有效的避免由于高压水中的杂质导致的喷嘴管内堵塞，提高水射流的工作效率；

(4)与现有的水射流喷嘴相比，本方案的喷嘴采用多个部件组成，结构可靠、拆卸方便，使用简单，能适应各种工作要求。

附图说明

图1是本发明的喷嘴的整体结构示意图；

图2是图1中A处的放大图；

图3是本发明中的入口盖示意图；

图4是本发明中的内部调节管体的立体示意图；

图5为本发明稳压喷嘴的调压状态图；

图6为本发明稳压喷嘴的工作状态图；

图7是喷嘴内流场压力变大时，内部调节管体的变化情况；

图8是喷嘴内流场压力变小时，内部调节管体的变化情况。

图中，1、喷嘴壳体，11、水射流通道，2、内部调节管体，21、锥形通道，22、分管体，23、橡胶片，3、橡胶套筒，4、入口盖，41、封堵端面，42、通孔Ⅰ，43、通孔Ⅱ，5、中间调节管，51、倒角面，6、调压堵头，6-1、手持凸缘，61、高压水道，62、调压通道，621、颈缩部，63、紧固杆，64、环形密封圈，7、压力传感器，8、外部调压系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图4所示，一种采煤机滚筒稳压喷嘴，包括喷嘴壳体1，所述喷嘴壳体1的出水端设有水射流通道11，还包括内部调节管体2和入口盖4，

所述内部调节管体2从喷嘴壳体1的开口端置入喷嘴壳体1中，且内部调节管体2环绕自身周向套设有一橡胶套筒3，橡胶套筒3的外壁与喷嘴壳体1的内壁紧密接触；所述内部调节管体2中心环绕自身轴线设有锥形通道21，所述锥形通道21与水射流通道11连通，且锥形通道21在从喷嘴壳体1的开口端至出水端的方向上直径逐渐减小，所述内部调节管体2由多个环绕自身轴线设置的分管体22、以及相邻分管体22之间夹设的橡胶片23拼合成；

所述入口盖4盖合在喷嘴壳体1的开口端，且入口盖4的封堵端面41伸入喷嘴壳体1中，所述入口盖4在沿喷嘴壳体1轴线的方向上开设有通孔Ⅰ42，且入口盖4的侧壁中设有通孔Ⅱ43，所述通孔Ⅱ43一端与通孔Ⅰ42连通，另一端通至入口盖4露出喷嘴壳体1开口端的外壁上，且通孔Ⅱ43通过软管连接至喷嘴壳体1外部设置的压力传感器7；

所述入口盖4上装配有调压结构，调压结构包括一中间调节管5和一调压堵头6，所述中间调节管5置于通孔Ⅰ42内，且中间调节管5朝向内部调节管体2一侧的端面外缘与锥形通道21表面接触；所述调压堵头6从入口盖4露出喷嘴壳体1开口端的一侧旋入并封住通孔Ⅰ42，所述调压堵头6上与通孔Ⅰ42平行设有一高压水道61和至少一个调压通道62，每个调压通道62中设有一可沿调压通道62往复移动的紧固杆63，所述调压通道62皆通过管道连接至一外部调压系统8，当外部调压系统8向调压通道62中输出调压介质时，调压介质直接推动紧固杆63、使其端部伸出调压通道62顶住中间调节管5的环形端面并推动中间调节管5沿通孔Ⅰ42的轴向移动。

优选的，所述中间调节管5朝向内部调节管体2一侧的端面外缘设有倒角面51，所述倒角面51与锥形通道21表面贴合。倒角面51可以增大中间调节管5与锥形通道21表面的接触面积，从而使中间调节管5沿轴向的移动更加顺滑。

进一步的，所述调压堵头6伸入通孔Ⅰ42的端面上对应各调压通道62设有环形密封圈64，当调压介质推动紧固杆63时，紧固杆63端部从调压通道62伸出并与环形密封圈64配合从其中穿过。环形密封圈64能够避免高压水进入调压通道62中影响调压工作的正常进行。

优选的，所述入口盖4的封堵端面41与内部调节管体2的端面紧密接触。这样设计能够避免高压水进入封堵端面41与内部调节管体2之间形成的空腔中，避免零部件长时间被水浸泡降低使用寿命。

压力传感器7可以实时检测喷嘴内的流场压力，当控制人员观察到压力传感器7检测到的流场压力达到工作压力时，控制人员会手动控制外部调压系统8停止运行。优选的，所述压力传感器7与外部调压系统8中的控制器电连接。压力传感器7检测的流场压力可以实时传递至控制器中，当检测到的流场压力达到预设的工作压力时，控制器控制外部调压系统8停止运行，从而实现了自动控制。

优选的，所述调压通道62在远离中间调节管5的部分设有颈缩部621。采用这样的设计后，颈缩部621可以避免紧固杆63被高压水压出调压堵头6的表面。

优选的，所述喷嘴壳体1外部呈流线型。

入口盖4可以通过卡合等方式固定在喷嘴壳体1的开口端。优选的，所述入口盖4通过螺纹配合固定在喷嘴壳体1的开口端。

进一步的，调压堵头6露出入口盖4端面的部分设有手持凸缘6-1。设置的手持凸缘6-1方便了操作人员手持拆卸和安装调压堵头6部件。

优选的，为了保证调压操作的稳定性，调压通道62设有四个，分布设在高压水道61周围。

利用上述喷嘴进行稳压喷水的方法包括如下步骤：

图5为本发明采煤机滚筒稳压喷嘴的调压状态图。在进行水射流工作前确定喷嘴的工作压力，通过外部调压系统8向调压堵头6上的四个调压通道62中通入调压介质如调压水，对调压通道62中的紧固杆63产生压力，推动紧固杆63使其产生位移△L，紧固杆63另一端伸出调压通道62顶住中间调节管5的环形端面并推动中间调节管5沿通孔Ⅰ42的轴向移动，由于中间调节管5朝向内部调节管体2一侧的端面外缘与锥形通道21表面接触，中间调节管5会对锥形通道21的表面产生压力，使内部调节管体2的橡胶片23受压力收缩△V₁、内部调节管体2的直径变大，同时外围的橡胶套筒3随着内部调节管体2的扩大、受到压力发生弹性形变△V₂。此时内部调节管体2的管体内径变大△S。

图6为喷嘴的工作状态，当外部调压系统8的输出压力达到预设的工作压力时，通过高压水道61向喷嘴输注高压水，当高压水进入喷嘴后，会通过通孔Ⅰ42、通孔Ⅱ43流至软管，被压力传感器7感知，压力传感器7监控喷嘴内的压力并实时传递至外部调压系统8的控制器中，当喷嘴内的压力达到预设的工作压力时，控制器将停止外部调压系统8对调压堵头6上的四个调压通道62的供压，紧固杆63不会对中间调节管5产生推力，从而中间调节管5不再对内部调节管体2产生作用力，此时高压水产生的流场压力F直接作用在内部调节管体2上。

图7和图8是喷嘴内流场压力发生变化时，内部调节管体2和橡胶套筒3的变化情况。如图7，当流场压力增大时会对内部调节管体2产生压力、使内部调节管体2扩张发生形变△V，此时内部调节管体2的管径扩大△S，锥形通道21空间的扩大自然降低了内部流场压力；如图8，当流场压力减小时，对内部调节管体2压力也会减小，内部调节管体2收缩△V，内部调节管体2的管径变小△S，锥形通道21空间的缩小自然增大了内部流场压力。通过内部调节管体2的形变实时的对内部流场的压力进行调节，形成稳定调节的工作条件，保证了喷嘴出口的喷出流量稳定，提高了喷嘴的工作效率。

Claims (9)

1.一种采煤机滚筒稳压喷嘴，包括喷嘴壳体(1)，所述喷嘴壳体(1)的出水端设有水射流通道(11)，其特征在于，

还包括内部调节管体(2)和入口盖(4)，

所述内部调节管体(2)从喷嘴壳体(1)的开口端置入喷嘴壳体(1)中，且内部调节管体(2)环绕自身周向套设有一橡胶套筒(3)，橡胶套筒(3)的外壁与喷嘴壳体(1)的内壁紧密接触；所述内部调节管体(2)中心环绕自身轴线设有锥形通道(21)，所述锥形通道(21)与水射流通道(11)连通，且锥形通道(21)在从喷嘴壳体(1)的开口端至出水端的方向上直径逐渐减小，所述内部调节管体(2)由多个环绕自身轴线设置的分管体(22)、以及相邻分管体(22)之间夹设的橡胶片(23)拼合成；

所述入口盖(4)盖合在喷嘴壳体(1)的开口端，且入口盖(4)的封堵端面(41)伸入喷嘴壳体(1)中，所述入口盖(4)在沿喷嘴壳体(1)轴线的方向上开设有通孔Ⅰ(42)，且入口盖(4)的侧壁中设有通孔Ⅱ(43)，所述通孔Ⅱ(43)一端与通孔Ⅰ(42)连通，另一端通至入口盖(4)露出喷嘴壳体(1)开口端的外壁上，且通孔Ⅱ(43)通过软管连接至喷嘴壳体(1)外部设置的压力传感器(7)；

所述入口盖(4)上装配有调压结构，调压结构包括一中间调节管(5)和一调压堵头(6)，所述中间调节管(5)置于通孔Ⅰ(42)内，且中间调节管(5)朝向内部调节管体(2)一侧的端面外缘与锥形通道(21)表面接触；所述调压堵头(6)从入口盖(4)露出喷嘴壳体(1)开口端的一侧旋入并封住通孔Ⅰ(42)，所述调压堵头(6)上与通孔Ⅰ(42)平行设有一高压水道(61)和至少一个调压通道(62)，每个调压通道(62)中设有一可沿调压通道(62)往复移动的紧固杆(63)，所述调压通道(62)皆通过管道连接至一外部调压系统(8)，当外部调压系统(8)向调压通道(62)中输出调压介质时，调压介质直接推动紧固杆(63)、使其端部伸出调压通道(62)顶住中间调节管(5)的环形端面并推动中间调节管(5)沿通孔Ⅰ(42)的轴向移动；

入口盖(4)通过卡合方式固定在喷嘴壳体(1)的开口端。

2.根据权利要求1所述的采煤机滚筒稳压喷嘴，其特征在于，

所述中间调节管(5)朝向内部调节管体(2)一侧的端面外缘设有倒角面(51)，所述倒角面(51)与锥形通道(21)表面贴合。

3.根据权利要求1所述的采煤机滚筒稳压喷嘴，其特征在于，

所述调压堵头(6)伸入通孔Ⅰ(42)的端面上对应各调压通道(62)设有环形密封圈(64)，当调压介质推动紧固杆(63)时，紧固杆(63)端部从调压通道(62)伸出并与环形密封圈(64)配合从其中穿过。

4.根据权利要求1所述的采煤机滚筒稳压喷嘴，其特征在于，

所述入口盖(4)的封堵端面(41)与内部调节管体(2)的端面紧密接触。

5.根据权利要求1所述的采煤机滚筒稳压喷嘴，其特征在于，

所述压力传感器(7)与外部调压系统(8)中的控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的采煤机滚筒稳压喷嘴，其特征在于，

所述调压通道(62)在远离中间调节管(5)的部分设有颈缩部(621)。

7.根据权利要求1所述的采煤机滚筒稳压喷嘴，其特征在于，

调压堵头(6)露出入口盖(4)端面的部分设有手持凸缘(6-1)。

8.根据权利要求1所述的采煤机滚筒稳压喷嘴，其特征在于，

调压通道(62)设有四个，分布设在高压水道(61)周围。

9.一种稳压喷水的方法，采用权利要求1-8中任一所述的采煤机滚筒稳压喷嘴，其特征在于，

包括如下步骤：

步骤一：在进行水射流工作前确定喷嘴的工作压力，通过外部调压系统(8)向调压堵头(6)上的调压通道(62)中通入调压介质，对调压通道(62)中的紧固杆(63)产生压力，推动紧固杆(63)使其产生位移，紧固杆(63)另一端伸出调压通道(62)顶住中间调节管(5)的环形端面并推动中间调节管(5)沿通孔Ⅰ(42)的轴向移动，由于中间调节管(5)朝向内部调节管体(2)一侧的端面外缘与锥形通道(21)表面接触，中间调节管(5)会对锥形通道(21)的表面产生压力，使内部调节管体(2)的橡胶片(23)受压力收缩、内部调节管体(2)的直径变大，同时外围的橡胶套筒(3)随着内部调节管体(2)的扩大、受到压力发生弹性形变，此时内部调节管体(2)的管体内径也变大；

步骤二：当外部调压系统(8)的输出压力达到预设的工作压力时，通过高压水道(61)向喷嘴壳体(1)中输注高压水，当高压水进入喷嘴壳体(1)后，会通过通孔Ⅰ(42)、通孔Ⅱ(43)流至软管、被压力传感器(7)感知，压力传感器(7)监控喷嘴内的压力并实时传递至外部调压系统(8)的控制器中，当喷嘴内的压力达到预设的工作压力时，控制器将停止外部调压系统(8)对调压堵头(6)上的调压通道(62)的供压，紧固杆(63)不会对中间调节管(5)产生推力，从而中间调节管(5)不再对内部调节管体(2)产生作用力，此时高压水产生的流场压力直接作用在内部调节管体(2)上；

步骤三：当流场压力增大时会对内部调节管体(2)产生压力、使内部调节管体(2)扩张发生形变，此时内部调节管体(2)的管径和锥形通道(21)所占的空间扩大，锥形通道(21)空间的扩大自然降低了内部流场压力；当流场压力减小时，对内部调节管体(2)压力也会减小，内部调节管体(2)收缩，内部调节管体(2)的管径和锥形通道(21)所占的空间变小，锥形通道(21)空间的缩小自然增大内部流场压力；从而通过内部调节管体(2)的形变抵消因高压水的不稳定导致的流场压力的改变，实时对内部流场压力进行稳定调节，形成稳定的工作条件，保证了喷嘴内流场压力和喷嘴出口的喷出流量稳定，提高了水射流工作的质量和喷嘴的工作效率。