CN109290958A - 一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水下冷切割领域，具体涉及一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置；通过高压水管依次连接高压水箱，高压水泵，蓄能器，调压阀，流量计，水管接头，水刀反生器，红宝石喷嘴，高压水箱里的水经高压水管路在红宝石喷嘴处形成高速水射流；磨砂位于水刀数控导轨安装架上，依次通过磨砂输送管与磨砂混合管将磨砂与水管接头连接；通过管路依次连接高压气瓶、气体调压阀、气体流量计、气管、气腔与空气泡，气体与高速水射流一同射出到待切割的工件上进行切割，在近出口形成空气泡包裹射流的现象。本发明不对会对工件局部加热而导致变形，不产生熔渣和化学反应以致造成有毒物质，切割精确度高，切割面整齐，提高了设备性能和使用寿命。

Description

一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置
技术领域
本发明属于水下冷切割领域，具体涉及一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置。
背景技术
近年来我国基建技术发展迅速，建设了多个跨江跨海大桥和水利发电大坝，并且在南海建设了数个海上钻井平台合法行使海洋权益，但是这些都不可避免的需要在水下作业，在水下进行岩土或者金属切割等问题，水下切割除了人员操作困难，还有在水中不易燃烧，存在压差阻力，水易导电，设备易腐蚀等特点，这些特点导致在空气中很简单的切割在水下会变得很复杂。
现在常用的水下切割按照基本原理和切割状态不同大体上可分为两大类即水下热切割法和水下冷切割法。水下冷切割法是利用某种器具或某种高能量，在金属处于固态情况下直接破坏分子间的结合而形成切口的切割方法，如水下机械切割法、水下高压水切割法，但是机械切割对设备和工件限制较大，而水下高压水切割则广泛使用，基本上所有材料、所有尺寸都可以使用。
水射流切割是利用高压泵将水加压到100MPa-400MPa左右从0.1-0.3mm的细孔以百米速度或2.5倍音速喷射出去，直接作用物件上破坏物件分子键使其断裂形成切口进行切割，最早美国密执安大学教授诺曼弗兰兹博士于1968年首次获得水射流切割技术专利(空气中使用),在1971年对制作家具的硬木进行水射流切割获得成功，引起了国际关注，上世纪80年代.美国又率先把水磨料射流切割技术应用于实践，经混合管形成磨料射流，用磨料射流进行切割更具有能量和切割效率。但是在水下切割受到水阻力和压差阻力的影响，切割效率会降低很多，相比在空气中切割在水中需要更高的供压，造成更大的能耗，这就给高压泵提出了更高的要求也带来了不稳定性，所以研究如何减少水下水切割的阻力是紧迫和必要的，不仅可以降低成本获得更大效益也可以提高设备的稳定性和使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种切割精度高、稳定性好的水下通气空泡协助高压水射流切割装置。
一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，包括高压水泵，水箱，高压水管，蓄能器，调压阀，流量计，水管接头，水刀固定滑块，水刀反生器，红宝石喷嘴，高速水射流，空气泡，待切割的工件，磨砂混合管，磨砂输送管，磨砂，高压气瓶，气体调压阀，气体流量计，气管，气腔，水刀数控导轨安装架；高压水箱位于装置最左侧，高压水泵位于高压水箱与水刀数控导轨安装架之间，通过高压水管依次连接高压水箱，高压水泵，蓄能器，调压阀，流量计，水管接头，水刀反生器，红宝石喷嘴，高压水箱里的水经高压水管路在红宝石喷嘴处形成高速水射流。
所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，水刀数控导轨安装架中间有两根滑轨，用于安装水刀固定滑块，水刀固定滑块下面连接水刀反生器与切割工件。
所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，水刀固定滑块中间开有孔，高压水管从孔中通过。
所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，磨砂位于水刀数控导轨安装架上，依次通过磨砂输送管与磨砂混合管将磨砂与水管接头连接。
所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，空气泡位于红宝石喷嘴处。
所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，高压气瓶位于水刀数控导轨安装架上，通过管路依次连接高压气瓶、气体调压阀、气体流量计、气管、气腔与空气泡。
本发明的有益效果在于：
本发明设备功率主要是高压泵功率，不需要加热提供较大功率，在水下使用时避免用电危险，不对会对工件局部加热而导致变形，不产生熔渣和化学反应以致造成有毒物质，切割精确度高，切割面整齐，相比热切割方式基本不存在材料的限制；本发明利用空泡可以在出口处一段距离隔离环境中的水，使水射流保持较好的直线和更高的水射流速度，提高了设备性能和使用寿命，保障了操作人员的安全性。
附图说明
图1为本发明系统结构图；
图2为本发明水流喷射部分局部放大图；
图3为实验对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如附图1所示为为本发明系统结构图，附图2所示为本发明水流喷射部分局部放大图。一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，包括高压水泵1，水箱2，高压水管3，蓄能器4，调压阀5，流量计6，水管接头7，水刀固定滑块8，水刀反生器9，红宝石喷嘴10，高速水射流11，空气泡12，待切割的工件13，磨砂混合管14，磨砂输送管15，磨砂16，高压气瓶17，气体调压阀18，气体19，气管20，气腔21，水刀数控导轨安装架22；高压水箱位于装置最左侧，高压水泵位于高压水箱与水刀数控导轨安装架之间，通过高压水管依次连接高压水箱，高压水泵，蓄能器，调压阀，流量计，水管接头，水刀反生器，红宝石喷嘴，高压水箱里的水经高压水管路在红宝石喷嘴处形成高速水射流，其中蓄能器起到稳压的作用。
所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，水刀数控导轨安装架中间有两根滑轨，用于安装水刀固定滑块，水刀固定滑块下面连接水刀反生器与切割工件。
所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，水刀固定滑块中间开有孔，高压水管从孔中通过。
所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，磨砂位于水刀数控导轨安装架上，依次通过磨砂输送管与磨砂混合管将磨砂与水管接头连接。
所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，空气泡位于红宝石喷嘴处。
所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，高压气瓶位于水刀数控导轨安装架上，通过管路依次连接高压气瓶、气体调压阀、气体流量计、气管、气腔与空气泡，气体与高速水射流一同射出到待切割的工件上进行切割，在近出口形成空气泡包裹射流的现象，气体调压阀和气体流量起到控制气体压力和流量的作用。
经过实验研究已经证实在如图2装置情况下水射流在水下减阻明显，同一工况不通气时水射流受到水的阻力射出距离和保持直线段的距离都小，过多的动量传递给环境中的水导致两者速度渐渐相等最后两者融合，所以实验现象显示环境中扰动较小；通气时出口处水射流被空泡包裹与环境水隔离，并且会夹带一部分气体一起运动，由于空气的存在，距出口处一段距离环境中的水不与射流进行动量传递即图3第二张图片红色箭头所指地方，水射流保持了出口时的速度和一定的直线度，再往后气泡溃灭，较高能量的水射流与流域中的水存在较大速度差并夹带了气体形成较明显的白色区域，造成较大的扰动。
水下切割时首先应确定哪些设备进入水下，进入水下设备应该进行水密封，将水刀设备安装架牢固固定在在水下，切割时水刀会产生很大反作用力；
对待切割的工件进行材料硬度以及切割尺寸讨论，确定所需提供的水压和水流量，以及需要的气压和气量；
将工件和水刀进行对刀，调整好各个调压表和流量计，确保水箱的水足够使用，检查蓄能器额定压力是否正常，检查磨粉是否堵塞；
先打开气体，排进气路中可能存在的水，其次打开高压水泵，再打开磨粉输送装置，开始进行切割，数控控制安装架上的导轨，滑块移动形成进给运动；
先将水刀移开工件，避免多余切割，关掉磨粉，防止磨粉进入管路堵塞，水射流运行一会清理磨粉，关掉高压泵，调整调压阀和流量计泄压，关掉气泵，同样泄压；
检查工件是否以按要求完成切割，将设备拿出检查，是否有脏污堵塞和线路泄漏，检查红宝石喷嘴的磨损情况，清理干净设备。

Claims (6)

1.一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，包括高压水泵，水箱，高压水管，蓄能器，调压阀，流量计，水管接头，水刀固定滑块，水刀反生器，红宝石喷嘴，高速水射流，空气泡，待切割的工件，磨砂混合管，磨砂输送管，磨砂，高压气瓶，气体调压阀，气体流量计，气管，气腔，水刀数控导轨安装架；其特征在于：高压水箱位于装置最左侧，高压水泵位于高压水箱与水刀数控导轨安装架之间，通过高压水管依次连接高压水箱，高压水泵，蓄能器，调压阀，流量计，水管接头，水刀反生器，红宝石喷嘴，高压水箱里的水经高压水管路在红宝石喷嘴处形成高速水射流。
2.根据权利要求1所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，其特征在于：所述水刀数控导轨安装架中间有两根滑轨，用于安装水刀固定滑块，水刀固定滑块下面连接水刀反生器与切割工件。
3.据权利要求1所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，其特征在于：所述水刀固定滑块中间开有孔，高压水管从孔中通过。
4.据权利要求1所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，其特征在于：所述磨砂位于水刀数控导轨安装架上，依次通过磨砂输送管与磨砂混合管将磨砂与水管接头连接。
5.据权利要求1所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，其特征在于：所述空气泡位于红宝石喷嘴处。
6.据权利要求1所述一种水下通气空泡协助高压水射流切割装置，其特征在于：所述高压气瓶位于水刀数控导轨安装架上，通过管路依次连接高压气瓶、气体调压阀、气体流量计、气管、气腔与空气泡。
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