CN110666703A - 一种闭合自生磨料射流装置及利用其的实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种闭合自生磨料射流装置及利用其的实验方法，上述闭合自生磨料射流装置包括：恒温池，恒温池内设有第一温度计；热交换器，热交换器分别与恒温池、高压喷嘴连通；回用池，回用池内设有射流工作台；过滤池，回用池与过滤池连通，且过滤池内设有过滤板及电加热丝，过滤池与恒温池连通；冷却机；驱动泵，驱动泵设于恒温池与热交换器之间的连接管道上；第二温度计，第二温度计设于恒温池与热交换器之间的连接管道上；以及第三温度计。本发明中可利用过滤池内过滤板滤除收集的回用射流中的碎屑后再利用电加热丝对其加热，以使射流中晶体溶解消失，再将其回用至恒温池中，使得料液可重复循环利用，从而满足节能减排与绿色环保的要求。

Description

一种闭合自生磨料射流装置及利用其的实验方法
技术领域
本发明涉及水射流技术领域，尤其涉及一种闭合自生磨料射流装置及利用其的实验方法。
背景技术
高压水射流技术因其独特的冷态切割特点而被广泛应用，具有巨大的开发价值。高压水射流在切割应用时通常需要加入磨料，以增大水射流的切割能力，根据磨料引入方式的不同，可分为前混合磨料射流与后混合磨料射流，前混合磨料射流中的磨料先在磨料罐中混合后再经喷嘴高速喷出，因而磨料与水混合均匀，磨粒加速充分，能量传输和利用效率高，在同等条件下切割同种材料所需工作压力仅为后混合磨料射流的1/10左右。但前混合磨料射流的缺陷也很明显：高速运动的磨粒对阀门和管道的磨损严重，工作过程中无法连续加砂，且磨料在罐中的沉积和结块容易堵塞阀门和管道，从而造成极大的安全隐患。后混合磨料射流磨料虽然不存在前混合磨料射流堵塞的问题，但磨粒与水混合时间短，磨粒加速不充分，能量利用率低。申请号为201410405513.0的专利公开了一种利用饱和溶液结晶的新型高压磨料水射流装置与方法，该装置可以兼具前混合磨料射流与后混合磨料射流的优点。在磨料射流中，磨粒的质量浓度和磨粒尺寸是影响切割质量和效率极为重要的参数，但该装置在使用时无法根据切割对象的不同精确控制磨料的质量浓度和磨粒的尺寸，从而导致了该装置的应用效果不佳。
综上所述，发明一种可以精确控制结晶磨料质量浓度和磨粒尺寸的磨料射流具有重要意义。
发明内容
针对上述问题，现提供一种可循环使用介质的闭合自生磨料射流装置及利用其的实验方法。
具体技术方案如下：
本发明的第一个方面是提供一种闭合自生磨料射流装置，具有这样的特征，包括：
恒温池，恒温池内设有第一温度计；
热交换器，热交换器的进液端通过管道与恒温池的出液端连通，热交换器的出液端通过管道与高压喷嘴连通；
回用池，回用池位于高压喷嘴的下方，且回用池内设有射流工作台；
过滤池，回用池与过滤池连通，且过滤池内设有用于滤除回用射流内杂质的过滤板及用于加热回用射流的电加热丝，过滤池与恒温池连通；
冷却机，冷却机的冷却出口通过管道与热交换器的冷却进口连通，冷却机的冷却进口通过管道与热交换器的冷却出口连通；
驱动泵，驱动泵设于恒温池与热交换器之间的连接管道上；
第二温度计，第二温度计设于驱动泵与热交换器之间的连接管道上；
第三温度计，第三温度计设于热交换器与高压喷嘴之间的连接管道上；以及
流量计，流量计设于第二温度计与驱动泵之间的连接管道上。
上述的闭合自生磨料射流装置，还具有这样的特征，闭合自生磨料射流装置还包括搅拌器，搅拌器的搅拌轴伸入恒温池内并连接于搅拌浆上。
本发明中可利用过滤池内过滤板滤除收集的回用射流中的碎屑后再利用电加热丝对其加热，以使射流中晶体溶解消失，再将其回用至恒温池中，使得料液可重复循环利用，从而满足节能减排与绿色环保的要求。
本发明的第二个方面是提供一种利用上述闭合自生磨料射流装置的实验方法，具有这样的特征，包括：
步骤一、在恒温池内配制饱和溶液；再将冷却机打开并将冷却温度调整至所需值，使冷却液在热交换器中循环并将热交换器冷却至所需值；
步骤二、开启驱动泵并以设定泵压使恒温池内饱和溶液流经热交换器并降温，利用第三温度计测定降温后料液温度，并将降温后含析出晶体的料液经高压喷嘴高速射出，形成可用于对位于射流工作台上工件进行切割的高压磨料射流；
步骤三、待高压磨料射流稳定后取样，过滤并利用多普勒相位粒子分析仪测定高压磨料射流中晶粒的尺寸；
步骤四、切割后的高压磨料射流经过滤板过滤后汇至过滤池中，并以电加热丝加热至高压磨料射流中晶体消失后汇至恒温池中；
步骤五、重复步骤一至四，得到不同泵压及温度差(第二温度计与第三温度计显示的温度差)下晶粒尺寸与高压磨料射流的质量浓度，并绘制不同泵压下晶粒尺寸与质量浓度随温度差变化的曲线。
本发明提供的实验方法可获得不同泵压下晶粒尺寸与质量浓度随温度差变化的曲线，可为该自生磨料射流的实际应用提供技术指导。
附图说明
图1为本发明的实施例中提供的闭合自生磨料射流装置的结构示意图。
附图中：1、恒温池；2、第一温度计；3、热交换器；4、高压喷嘴；5、回用池；6、射流工作台；7、过滤池；8、过滤板；9、电加热丝；10、冷却机；11、驱动泵；12、第二温度计；13、第三温度计；14、流量计；15、搅拌器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
图1为本发明的实施例中提供的闭合自生磨料射流装置的结构示意图。如图1所示，本发明的实施例中提供的闭合自生磨料射流装置，包括：恒温池1，恒温池1内设有第一温度计2；热交换器3，热交换器3的进液端通过管道与恒温池1的出液端连通，热交换器3的出液端通过管道与高压喷嘴4连通；回用池5，回用池5位于高压喷嘴4的下方，且回用池5内设有射流工作台6；过滤池7，回用池5与过滤池7连通，且过滤池7内设有用于滤除回用射流内杂质的过滤板8及用于加热回用射流的电加热丝9，过滤池7与恒温池1连通；冷却机10，冷却机10的冷却出口通过管道与热交换器3的冷却进口连通，冷却机10的冷却进口通过管道与热交换器3的冷却出口连通；驱动泵11，驱动泵11设于恒温池1与热交换器3之间的连接管道上；第二温度计12，第二温度计12设于驱动泵11与热交换器3之间的连接管道上；第三温度计13，第三温度计13设于热交换器3与高压喷嘴4之间的连接管道上；以及流量计14，流量计14设于第二温度计12与驱动泵11之间的连接管道上。
本发明中可利用过滤池内过滤板滤除收集的回用射流中的碎屑后再利用电加热丝对其加热，以使射流中晶体溶解消失，再将其回用至恒温池中，使得料液可重复循环利用，从而满足节能减排与绿色环保的要求。
本发明中上述闭合自生磨料射流装置的使用方法为：
步骤一、在恒温池1内配制一定温度下饱和溶液；再将冷却机10打开并将冷却温度调整至所需值(如40℃)，使冷却液在热交换器3中循环并将热交换器3冷却至所需值；
步骤二、开启驱动泵11并以设定泵压使恒温池1内饱和溶液流经热交换器3并降温，利用第三温度计13测定降温后料液温度，并将降温后含析出晶体的料液经高压喷嘴4高速射出，形成可用于对位于射流工作台6上工件进行切割的高压磨料射流；
步骤三、待高压磨料射流稳定后取样，过滤并利用多普勒相位粒子分析仪测定高压磨料射流中晶粒的尺寸；
步骤四、切割后的高压磨料射流经过滤板8过滤后汇至过滤池7中，并以电加热丝9加热至高压磨料射流中晶体消失后汇至恒温池1中；
步骤五、重复步骤一至四，得到不同泵压及温度差(第二温度计12与第三温度计13显示的温度差)下晶粒尺寸与高压磨料射流的质量浓度，并绘制不同泵压下晶粒尺寸与质量浓度随温度差变化的曲线。
本发明中磨料的质量浓度的计算方法为：
1)、待高压磨料射流稳定后测定恒温池1中溶液密度ρ，再通过流量计14获得某一喷射时间段(如1s)内磨料流量Q，计算该段时间内的溶液质量m1，m1＝Q*ρ；
2)、将该喷射时间段内的磨料过滤，过滤获得的晶体的质量为m2；
3)、计算该条件下磨料的质量浓度n，n＝m2/m1。
本发明提供的实验方法可获得不同泵压下晶粒尺寸与质量浓度随温度差变化的曲线，从而使得该装置在后续使用时根据所需磨料质量浓度和晶粒尺寸在曲线中快速找到对应的冷却温度和泵压，从而提高装置的应用效果。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种闭合自生磨料射流装置，具有这样的特征，包括：
恒温池(1)，所述恒温池(1)内设有第一温度计(2)；
热交换器(3)，所述热交换器(3)的进液端通过管道与所述恒温池(1)的出液端连通，所述热交换器(3)的出液端通过管道与高压喷嘴(4)连通；
回用池(5)，所述回用池(5)位于所述高压喷嘴(4)的下方，且所述回用池(5)内设有射流工作台(6)；
过滤池(7)，所述回用池(5)与所述过滤池(7)连通，且所述过滤池(7)内设有用于滤除回用射流内杂质的过滤板(8)及用于加热回用射流的电加热丝(9)，所述过滤池(7)与所述恒温池(1)连通；
冷却机(10)，所述冷却机(10)的冷却出口通过管道与所述热交换器(3)的冷却进口连通，所述冷却机(10)的冷却进口通过管道与所述热交换器(3)的冷却出口连通；
驱动泵(11)，所述驱动泵(11)设于所述恒温池(1)与所述热交换器(3)之间的连接管道上；
第二温度计(12)，所述第二温度计(12)设于所述驱动泵(11)与所述热交换器(3)之间的连接管道上；
第三温度计(13)，所述第三温度计(13)设于所述热交换器(3)与所述高压喷嘴(4)之间的连接管道上；以及
流量计(14)，所述流量计(14)设于所述第二温度计(12)与所述驱动泵(11)之间的连接管道上。
2.根据权利要求1所述的闭合自生磨料射流装置，其特征在于，所述闭合自生磨料射流装置还包括搅拌器(15)，所述搅拌器(15)的搅拌轴伸入所述恒温池(1)内并连接于搅拌浆上。
3.一种利用权利要求1或2所述闭合自生磨料射流装置的实验方法，其特征在于，包括：
步骤一、在恒温池(1)内配制饱和溶液；再将冷却机(10)打开并将冷却温度调整至所需值，使冷却液在热交换器(3)中循环并将所述热交换器(3)冷却至所需值；
步骤二、开启驱动泵(11)并以设定泵压使所述恒温池(1)内饱和溶液流经所述热交换器(3)并降温，利用第三温度计(13)测定降温后料液温度，并将降温后含析出晶体的料液经高压喷嘴(4)高速射出，形成可用于对位于射流工作台(6)上工件进行切割的高压磨料射流；
步骤三、待高压磨料射流稳定后取样，过滤并利用多普勒相位粒子分析仪测定高压磨料射流中晶粒的尺寸；
步骤四、切割后的高压磨料射流经过滤板(8)过滤后汇至过滤池(7)中，并以电加热丝(9)加热至高压磨料射流中晶体消失后汇至恒温池(1)中；
步骤五、重复步骤一至四，得到不同泵压及温度差下晶粒尺寸与高压磨料射流的质量浓度，并绘制不同泵压下晶粒尺寸与质量浓度随温度差变化的曲线。
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