CN109290963A - 一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了及一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置，包括补气式干砂罐、前混合磨料发生装置和数控机床，还包括引射二次混砂管，所述引射二次混砂管包括引射管和主输出管，所述引射管内设有引射腔体，所述主输出管的端部设有锥形端口，所述锥形端口位于引射腔体，所述引射腔体的四周对称设有干砂吸入通道，所述引射腔体的右端设有喇叭口状节流腔，所述喇叭口状节流腔的右端设有广口发散腔，所述广口发散腔的右端设有直管湍流腔，所述直管湍流腔内设有湍流柱。本发明能在引射腔体中形成负压真空状态并对干砂进行卷吸吸入，进而对原先磨料射流磨料浓度进行补充，增加磨料射流的打击力，实现纵向尺寸不均的材料切割功能。

Description

一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置

技术领域

本发明涉及磨料水射流机械设备设计技术领域，尤其涉及一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置。

背景技术

水射流是由喷嘴流出形成的不同形状的高速水流束，射流的流速取决于喷嘴出口截面前后的压力降。水射流是能量转变与应用的最简单的一种形式。通常，动力驱动泵通过对水完成一个吸、排过程，将一定量的水泵送到高压管路，使其以一定能量到达喷嘴。而喷嘴的孔径要求比高压管路直径小得多，因此到达喷嘴的这一一定量的水要想流出喷嘴孔，必须加速。这样，经过喷嘴孔加速凝聚的水就形成了射流。磨料射流是指磨料在某种外动力的作用下被加速后，高速运动的磨料所形成的射流。传统的磨料水射流设备是以水作为介质，通过高压发生设备使它获得巨大能量后，再通过供料装置将磨料直接注入高压水中，使其以一种特定的流体运动方式高速从喷嘴喷射出来，形成能量高速集中的一股磨料水射流。

然而，现有的基于引射机理超高压磨料射流发生装置不能实现具有不同纵向尺寸的材料进行补偿切割功能，无法在引射腔体中形成负压真空状态并对干砂进行卷吸吸入，难以对原先磨料射流磨料浓度进行补充，不能提高磨料射流的打击力，难以避免因射流能量不足带来的局部纵向尺寸的材料“切不透”的情况发生，不能实现具有不同纵向尺寸的材料切割功能，有些基于引射机理超高压磨料射流发生装置无法实现前混合磨料射流发生装置输出的磨料射流在锥形端口处加速形成射流，有些基于引射机理超高压磨料射流发生装置不能将干砂吸入到引射腔体内负压真空区域，不能对经引射后的磨料混合液实现加速功能，还有的基于引射机理超高压磨料射流发生装置不能增加引射吸入的干砂与主输出管输出的磨料混合液进行二次混合效果，无法增加直管湍流腔内混合流体的湍流程度，难以增加紊流效果，不能提高混合流体的浓度的均匀性，不能满足实际情况的需求。因此，有必要提供一种结构简单、操作快捷方便、安全高效的一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、操作快捷方便、安全高效的一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置，包括补气式干砂罐、前混合磨料发生装置和数控机床，其中，还包括引射二次混砂管，所述引射二次混砂管包括引射管和主输出管，所述在引射管安装的主输出管的右端，所述引射管内设有引射腔体，所述引射腔体还位于引射管的左端，所述主输出管的端部设有锥形端口，所述锥形端口位于引射腔体，所述引射腔体的四周对称设有干砂吸入通道，所述引射腔体的右端设有喇叭口状节流腔，所述喇叭口状节流腔的右端设有广口发散腔，所述广口发散腔的右端设有直管湍流腔，所述直管湍流腔内设有湍流柱，所述直管湍流腔的右端设有端口节流加速腔，所述端口节流加速腔还位于引射管的右端。

所述锥形端口右端截面直径小于喇叭口状节流腔右端截面直径，所述端口节流加速腔的右端截面直径小于锥形端口右端截面直径，所述引射二次混砂管的右端通过螺纹压帽安装有喷嘴，所述湍流柱有三个，且呈三角形对称分布，所述湍流柱的中部设有包围式弧形凸起。

所述补气式干砂罐的下端安装有多通道输出阀体，所述多通道输出阀体上安装有钢制砂管，所述钢制砂管的右端通过高压接头安装在干砂吸入通道的输入端。

所述前混合磨料发生装置包括混合腔座和超高压磨料罐，所述混合腔座的左侧设有单向输出阀，所述单向输出阀的左端通过高压胶管与主输出管的输入端相连接，所述混合腔座的右侧设有单向输入阀，所述单向输入阀的右端通过高压胶管连接有高压泵站，所述超高压磨料罐安装在混合腔座的上端，所述混合腔座的下端安装有便携推车。

所述数控机床包括两自由度悬臂式执行臂和工件夹固台，所述两自由度悬臂式执行臂位于数控机床的上端，所述两自由度悬臂式执行臂上安装有夹持座，所述夹持座上安装有引射二次混砂管，所述工件夹固台位于夹持座正下方。

现场使用时，首先，操作人员将具有不同纵向尺寸的材料工件固定在数控机床上端的工件夹固台上，将引射二次混砂管安装固定在两自由度悬臂式执行臂的夹持座上，调节数控机床上的数控面板使两自由度悬臂式执行臂处于合适位置处，再调节引射二次混砂管底部喷嘴的位置，使具有不同纵向尺寸的材料工件与喷嘴底部处于合适切割的靶距范围内，通过数控机床上的数控面板设置具有不同纵向尺寸的材料工件起点位置后，根据数控面板上的走刀线路依次通过控制器将行走参数依次传输到两自由度悬臂式执行臂移动执行机构上。

其次，操作人员将补气式干砂罐和前混合磨料发生装置移动到非工作区内，再补气式干砂罐和前混合磨料发生装置分别固定，将干砂分别装入补气式干砂罐和超高压磨料罐内，将水管接入端安装在高压泵站的水箱上，通过高压胶管将高压泵的输出端与混合腔座右端的单向输入阀相连接，再通过高压胶管将混合腔座左端单向输出阀与引射二次混砂管端部的主输出管相连接，启动高压泵站使高压水进入经混合腔座进入超高压磨料罐内并在混合腔座内与磨料混合，磨料混合液经高压胶管进入主输出管中。

再次，初次磨料混合液经进入主输出管内经锥形端口喷出，初次磨料混合液在引射腔体内的边缘部位形成负压真空区，干砂吸入通道内的干砂在负压卷吸的作用下从干砂吸入通道进入引射腔体内与初次磨料混合液交汇混合，交汇混合后的磨料混合液经喇叭口状节流腔加速进入广口发散腔进行发散输出到直管湍流腔内，此时，因负压卷吸引射作用进入的干砂未与初次磨料混合液未充分混合，在湍流柱中部的包围式弧形凸起的作用下，因负压卷吸引射作用进入的干砂未与初次磨料混合液原有的流态化打散形成湍流，加剧因负压卷吸引射作用进入的干砂未与初次磨料混合液混合作用，继而形成浓度更好的磨料混合液，最终混合后的磨料混合液经端口节流加速腔的加速作用从喷嘴输出，并对进行具有不同纵向尺寸的材料工件加工作业。

最后，操作人员依次关闭数控机床上控制两自由度悬臂式执行臂运动的数控面板和混合腔座上的磨料阀门，待喷嘴内全部输出的为清水后，降低高压泵站的输出流量，直至关闭高压泵站，根据下次作业时间，合理清理超高压磨料罐内的磨料，做好设备定期维护，等待下次进行切割作业工作。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明实现对具有不同纵向尺寸的材料进行补偿切割功能，在引射腔体中形成负压真空状态并对干砂进行卷吸吸入，进而对原先磨料射流磨料浓度进行补充，增加磨料射流的打击力，充分避免因射流能量不足带来的局部纵向尺寸的材料“切不透”的情况发生，实现具有不同纵向尺寸的材料切割功能，能有效解决因引射干砂造成二次磨料混合液浓度不均匀问题，通过设置主输出管、锥形端口、引射管和引射腔体能实现前混合磨料射流发生装置输出的磨料射流在锥形端口处加速形成射流，并在引射腔体内形成真空区域，通过设置干砂吸入通道、喇叭口状节流腔和广口发散腔能将干砂吸入到引射腔体内负压真空区域，对经引射后的磨料混合液实现加速功能，经加速后的磨料混合液在广口发散腔内进行二次发散输出，为后续磨料混合液形成湍流并增加其混合浓度的均匀性作准备，通过设置直管湍流腔、湍流柱和端口节流加速腔能增加引射吸入的干砂与主输出管输出的磨料混合液进行二次混合效果，增加直管湍流腔内混合流体的湍流程度，增加紊流效果，提高混合流体的浓度的均匀性，且结构简单，操作方便，经济实用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中引射二次混砂管的结构示意图；

图3为图1中引射二次混砂管的上视图；

图4为图2中湍流柱的结构示意图。

图中：1、补气式干砂罐；11、多通道输出阀体；111、钢制砂管；2、前混合磨料发生装置；21、混合腔座；211、单向输出阀；212、单向输入阀；2121、高压泵站；213、便携推车；22、超高压磨料罐；3、数控机床；31、两自由度悬臂式执行臂；311、夹持座；32、工件夹固台；4、引射二次混砂管；41、引射管；42、主输出管；421、锥形端口；43、喷嘴；5、引射腔体；51、干砂吸入通道；52、喇叭口状节流腔；521、广口发散腔；5211、直管湍流腔；5212、湍流柱；5213、端口节流加速腔；5214、包围式弧形凸起。

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

如图1、图2、图3和图4所示，所述一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置，包括补气式干砂罐1、前混合磨料发生装置2和数控机床3，还包括引射二次混砂管4，所述引射二次混砂管4包括引射管41和主输出管42，所述在引射管41安装的主输出管42的右端，所述引射管41内设有引射腔体5，所述引射腔体5还位于引射管41的左端，所述主输出管42的端部设有锥形端口421，所述锥形端口421位于引射腔体5，所述引射腔体5的四周对称设有干砂吸入通道51，所述引射腔体5的右端设有喇叭口状节流腔52，所述喇叭口状节流腔52的右端设有广口发散腔521，所述广口发散腔521的右端设有直管湍流腔5211，所述直管湍流腔5211内设有湍流柱5212，所述直管湍流腔5212的右端设有端口节流加速腔5213，所述端口节流加速腔5213还位于引射管41的右端。

如图1、图2、图3和图4所示，所述锥形端口421右端截面直径小于喇叭口状节流腔52右端截面直径，所述端口节流加速腔5213的右端截面直径小于锥形端口421右端截面直径，所述引射二次混砂管4的右端通过螺纹压帽安装有喷嘴43，所述湍流柱5212有三个，且呈三角形对称分布，所述湍流柱5212的中部设有包围式弧形凸起5214。

如图1和图2所示，所述补气式干砂罐1的下端安装有多通道输出阀体11，所述多通道输出阀体11上安装有钢制砂管111，所述钢制砂管111的右端通过高压接头安装在干砂吸入通道51的输入端。

如图1和图2所示，所述前混合磨料发生装置2包括混合腔座21和超高压磨料罐22，所述混合腔座21的左侧设有单向输出阀211，所述单向输出阀211的左端通过高压胶管与主输出管42的输入端相连接，所述混合腔座21的右侧设有单向输入阀212，所述单向输入阀212的右端通过高压胶管连接有高压泵站2121，所述超高压磨料罐22安装在混合腔座21的上端，所述混合腔座21的下端安装有便携推车213。

如图1、图2和图3所示，所述数控机床3包括两自由度悬臂式执行臂31和工件夹固台32，所述两自由度悬臂式执行臂31位于数控机床3的上端，所述两自由度悬臂式执行臂31上安装有夹持座311，所述夹持座311上安装有引射二次混砂管4，所述工件夹固台32位于夹持座311正下方。

现场使用时，首先，操作人员将具有不同纵向尺寸的材料工件固定在数控机床3上端的工件夹固台32上，将引射二次混砂管4安装固定在两自由度悬臂式执行臂31的夹持座311上，调节数控机床3上的数控面板使两自由度悬臂式执行臂31处于合适位置处，再调节引射二次混砂管4底部喷嘴43的位置，使具有不同纵向尺寸的材料工件与喷嘴43底部处于合适切割的靶距范围内，通过数控机床3上的数控面板设置具有不同纵向尺寸的材料工件起点位置后，根据数控面板上的走刀线路依次通过控制器将行走参数依次传输到两自由度悬臂式执行臂31移动执行机构上。

其次，操作人员将补气式干砂罐1和前混合磨料发生装置2移动到非工作区内，再补气式干砂罐1和前混合磨料发生装置2分别固定，将干砂分别装入补气式干砂罐1和超高压磨料罐22内，将水管接入端安装在高压泵站2121的水箱上，通过高压胶管将高压泵的输出端与混合腔座21右端的单向输入阀212相连接，再通过高压胶管将混合腔座21左端单向输出阀211与引射二次混砂管4端部的主输出管42相连接，启动高压泵站2121使高压水进入经混合腔座21进入超高压磨料罐22内并在混合腔座21内与磨料混合，磨料混合液经高压胶管进入主输出管42中。

再次，初次磨料混合液经进入主输出管42内经锥形端口421喷出，初次磨料混合液在引射腔体5内的边缘部位形成负压真空区，干砂吸入通道51内的干砂在负压卷吸的作用下从干砂吸入通道51进入引射腔体5内与初次磨料混合液交汇混合，交汇混合后的磨料混合液经喇叭口状节流腔52加速进入广口发散腔521进行发散输出到直管湍流腔5211内，此时，因负压卷吸引射作用进入的干砂未与初次磨料混合液未充分混合，在湍流柱5212中部的包围式弧形凸起5214的作用下，因负压卷吸引射作用进入的干砂未与初次磨料混合液原有的流态化打散形成湍流，加剧因负压卷吸引射作用进入的干砂未与初次磨料混合液混合作用，继而形成浓度更好的磨料混合液，最终混合后的磨料混合液经端口节流加速腔5213的加速作用从喷嘴43输出，并对进行具有不同纵向尺寸的材料工件加工作业。

最后，操作人员依次关闭数控机床3上控制两自由度悬臂式执行臂31运动的数控面板和混合腔座21上的磨料阀门，待喷嘴43内全部输出的为清水后，降低高压泵站2121的输出流量，直至关闭高压泵站2121，根据下次作业时间，合理清理超高压磨料罐22内的磨料，做好设备定期维护，等待下次进行切割作业工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置，包括补气式干砂罐、前混合磨料发生装置和数控机床，其特征在于：还包括引射二次混砂管，所述引射二次混砂管包括引射管和主输出管，所述在引射管安装的主输出管的右端，所述引射管内设有引射腔体，所述引射腔体还位于引射管的左端，所述主输出管的端部设有锥形端口，所述锥形端口位于引射腔体，所述引射腔体的四周对称设有干砂吸入通道，所述引射腔体的右端设有喇叭口状节流腔，所述喇叭口状节流腔的右端设有广口发散腔，所述广口发散腔的右端设有直管湍流腔，所述直管湍流腔内设有湍流柱，所述直管湍流腔的右端设有端口节流加速腔，所述端口节流加速腔还位于引射管的右端。

2.根据权利要求1所述的一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置，其特征在于：所述锥形端口右端截面直径小于喇叭口状节流腔右端截面直径，所述端口节流加速腔的右端截面直径小于锥形端口右端截面直径，所述引射二次混砂管的右端通过螺纹压帽安装有喷嘴，所述湍流柱有三个，且呈三角形对称分布，所述湍流柱的中部设有包围式弧形凸起。

3.根据权利要求1所述的一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置，其特征在于：所述补气式干砂罐的下端安装有多通道输出阀体，所述多通道输出阀体上安装有钢制砂管，所述钢制砂管的右端通过高压接头安装在干砂吸入通道的输入端。

4.根据权利要求1所述的一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置，其特征在于：所述前混合磨料发生装置包括混合腔座和超高压磨料罐，所述混合腔座的左侧设有单向输出阀，所述单向输出阀的左端通过高压胶管与主输出管的输入端相连接，所述混合腔座的右侧设有单向输入阀，所述单向输入阀的右端通过高压胶管连接有高压泵站，所述超高压磨料罐安装在混合腔座的上端，所述混合腔座的下端安装有便携推车。

5.根据权利要求1所述的一种基于引射机理超高压磨料射流发生装置，其特征在于：所述数控机床包括两自由度悬臂式执行臂和工件夹固台，所述两自由度悬臂式执行臂位于数控机床的上端，所述两自由度悬臂式执行臂上安装有夹持座，所述夹持座上安装有引射二次混砂管，所述工件夹固台位于夹持座正下方。