CN110666707B - 一种磨料预浸润型水刀切割器及其磨料预浸润方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磨料预浸润型水刀切割器，包括切割器主体、输送管、磨料预浸润器、盖板、密封圈、单向阀、排气阀；磨料预浸润器固定在切割器主体上端部分。磨料预浸润器包含其轴线的剖面呈“出”字形，盖板安置在磨料预浸润器的上端时，可使磨料预浸润器形成两个腔室，分别为一级腔室与二级腔室；磨料预浸润器下端面的两个通孔与单向阀连接之后，通过两个对称的输送管与切割器主体上的两个倾斜的通孔相连，并与切割器内部连通。本发明在磨料与高速水射流混合之前，通过二级腔室的磨料预浸润器将磨料粒子彻底湿润，再进入切割器与高速水射流混合，避免了干燥的磨料颗粒在高速碰撞碳钢时产生火花，从而降低水刀在切割易燃易爆品时的安全隐患。

Description

一种磨料预浸润型水刀切割器及其磨料预浸润方法
技术领域
本发明涉及高压水射流加工领域，具体的说是一种磨料预浸润型水刀切割器及其磨料预浸润方法。
背景技术
高压水射流技术近些年来发展十分迅速，其在机械加工领域的应用尤为广泛。通过在高压水束中引入磨料，利用磨料从高速水流获得的能量对工件进行磨蚀可极大的提高水射流的切割能力。根据磨料引入的方式不同，磨料水射流可以分为前混合磨料射流与后混合磨料射流。由于前混合磨料射流发生系统需要高压磨料罐，且安全性还存在一些尚未解决的难题。相比之下，后混合磨料射流在当前应用的更为广泛和普遍。当前高压水射流切割技术中所说的水刀即为后混合磨料射流。水刀的广泛应用与其独特的冷态切割优势是密不可分的，其在切割危险品如废弃炮弹、石油燃气管道等领域中发挥着重要作用。但随着相关技术的发展，研究者发现，在利用水刀切割碳钢时还是会有火花形成。例如，纪新刚2016年发表在《中国科技成果》第6期的论文《混合磨料射流切割安全分析》中就指出：由于后混合磨料射流属于三相流，磨料颗粒在空气的包裹下与高速液体混合，在还没来得及浸润之前就被喷射至金属表面；磨料颗粒与金属的高速碰撞、摩擦形成热能火星，在切割化学品、燃油管、燃气管等易燃易爆品时存在着安全隐患。当前，还没有针对解决该问题的相关研究和专利。为了提高水刀在切割易燃易爆品时的安全性，发明一种新型的水刀切割器显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决水刀在切割碳钢过程中产生火花这一难题，提供一种磨料预浸润型水刀切割器及其磨料预浸润方法。通过在现有水刀切割器上设置一磨料预浸润器，在磨料粒子与高速水射流混合之前将磨料粒子彻底浸润，然后再与高速射流混合，减少干燥的磨料颗粒在高速碰撞碳钢时产生的火花，从而降低水刀在切割易燃易爆品时的安全隐患。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种磨料预浸润型水刀切割器，主要由切割器主体、输送管、磨料预浸润器、盖板、排气阀组成，所述磨料预浸润器整体为一圆柱形槽，圆柱形槽底部上凹形成一通孔，通孔中上部向外突出形成一圈环形槽将圆柱形槽分成一级腔室和二级腔室，一级腔室和通孔的上端面与二级腔室的上端面平齐；所述切割器主体紧密套在通孔内；所述盖板中部有盖板孔，穿过切割器主体盖在磨料预浸润器上；所述盖板上与二级腔室对应处开有低压水入口和排气孔，排气孔处安装有排气阀，二级腔室底部开有预浸润器底端通孔，预浸润器底端通孔处安装有底端通孔磨料阀；所述盖板上与一级腔室对应处开有磨料入口和自来水入口，所述一级腔室底部开有预浸润器中端通孔，预浸润器中端通孔处安装有中端通孔磨料阀；所述切割器主体外壁宝石喷嘴以下开有切割器通孔，输送管一端连接在切割器通孔处，另一端连接在底端通孔磨料阀上，连通切割器主体和二级腔室，所述自来水入口方向或自来水水流方向平行于通孔切面方向且向下倾斜一定角度，低压水入口方向或低压水流方向平行于一级腔室切面方向且向下倾斜一定角度。
优选地，上述的一种磨料预浸润型水刀切割器，所述通孔、一级腔室、二级腔室的墙壁上端面各开有一个截面为矩形的环形槽，环形槽内装有密封圈。
优选地，上述的一种磨料预浸润型水刀切割器，所述切割器主体外壁向外突出一圈边沿，磨料预浸润器能坐在边沿上。
优选地，上述的一种磨料预浸润型水刀切割器，所述切割器通孔朝底端通孔磨料阀倾斜。
优选地，上述的一种磨料预浸润型水刀切割器，所述磨料预浸润器中端通孔至少两个均布在一级腔室底部，所述磨料预浸润器底端通孔至少两个均布在二级腔室底部。
一种水刀切割器的磨料预浸润方法，利用上述任一项所述的磨料预浸润型水刀切割器对磨料进行预浸润；首先，磨料在压缩空气的带动下由磨料入口进入磨料预浸润器的一级腔室，同时，过滤后的自来水由自来水入口也进入一级腔室，两者在一级腔室内进行初步混合；随后，磨料与水的初步混合液在气压和重力作用下由磨料预浸润器中端通孔经磨料阀进入二级腔室，同时，低压水由低压水入口进入二级腔室，并将二级腔室内的残留的空气经排气孔和排气阀排尽，当有混合液开始由排气阀流出时，即可判定二级腔室内空气已经排尽；最后，磨料与水的混合液在一定压力下由磨料预浸润器底端通孔经磨料阀通过输送管由切割器主体上的切割器通孔进入切割器主体内部；高压水通过宝石喷嘴形成的高速水射流在切割器主体内部卷吸由切割器通孔进入的混合液，并在向下游运动过程中再次混合。切割器通孔的倾斜设置也可使混合液以一定向下游的初始速度与高速水射流混合，从而使磨料更容易进入射流的核心区，加速更充分。
本发明的有益效果是：在磨料与高速水射流混合之前，通过具有二级腔室的磨料预浸润器将磨料粒子彻底湿润，然后再进入切割器与高速水射流混合，减少干燥的磨料颗粒在高速碰撞碳钢时产生的火花，从而降低水刀在切割易燃易爆品时的安全隐患。本发明结构简单、可靠性高、使用方便，对提高水刀在危险环境中使用的安全性具有重要促进作用。
附图说明
图1为本发明装置的剖面结构示意图；
图2为本发明装置中磨料预浸润器的三维剖视图；
图3为本发明装置中盖板的三维示意图；
图4为本发明装置中切割器主体的剖面结构示意图。
图中：1、切割器主体，2、输送管，301、中端通孔磨料阀，302、底端通孔磨料阀，4、底端通孔，5、磨料预浸润器，6、二级腔室，7、一级腔室，8、盖板，9、低压水入口，10、磨料入口，11、中端通孔，12、自来水入口，13、排气孔，14、排气阀，15、密封圈，16、截面为矩形的环形槽，17、宝石喷嘴，18、切割器通孔,19、通孔，20、边沿。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例1
一种磨料预浸润型水刀切割器，主要由切割器主体1、输送管2、磨料预浸润器5、盖板8、排气阀14组成，所述磨料预浸润器5整体为一圆柱形槽，圆柱形槽底部上凹形成一通孔19，通孔中上部向外突出形成一圈环形槽将圆柱形槽分成一级腔室7和二级腔室6，一级腔室7和通孔的上端面与二级腔室6的上端面平齐；所述切割器主体1紧密套在通孔内；所述盖板8中部有盖板孔，穿过切割器主体1盖在磨料预浸润器5上；所述盖板上与二级腔室对应处开有低压水入口9和排气孔13，排气孔处安装有排气阀14，二级腔室底部开有预浸润器底端通孔4，预浸润器底端通孔处安装有底端通孔磨料阀302；所述盖板上与一级腔室7对应处开有磨料入口10和自来水入口12，所述一级腔室底部开有预浸润器中端通孔11，预浸润器中端通孔处安装有中端通孔磨料阀301；所述切割器主体外壁宝石喷嘴17以下开有切割器通孔18，输送管2一端连接在切割器通孔18处，另一端连接在底端通孔磨料阀302上，连通切割器主体1和二级腔室6，所述自来水入口方向或自来水水流方向平行于通孔19切面方向且向下倾斜一定角度，低压水入口方向或低压水流方向平行于一级腔室7切面方向且向下倾斜一定角度。切割器主体1以及宝石喷嘴17可采用现有技术中的一种。
实施例2
基于实施例1，实施例2列出几个优选技术特征，实施例1可择一或择多与其组合，从而形成新的不同的技术方案。
优选地，上述的一种磨料预浸润型水刀切割器，所述通孔、一级腔室7、二级腔室6的墙壁上端面各开有一个截面为矩形的环形槽16，截面为矩形的环形槽内装有密封圈15。
优选地，上述的一种磨料预浸润型水刀切割器，所述切割器主体外壁向外突出一圈边沿20，磨料预浸润器5能坐在边沿20上。
优选地，上述的一种磨料预浸润型水刀切割器，所述切割器通孔18朝底端通孔磨料阀302倾斜。
优选地，上述的一种磨料预浸润型水刀切割器，所述磨料预浸润器中端通孔11至少两个均布在一级腔室底部，所述磨料预浸润器底端通孔4至少两个均布在二级腔室底部，所述底端通孔磨料阀302、输送管、切割器通孔的数量相同、至少两个、且均匀分布。
优选地，上述的一种磨料预浸润型水刀切割器，所述自来水入口方向或自来水水流方向平行于通孔切面方向且向下倾斜45°，低压水入口方向或低压水流方向平行于一级腔室切面方向且向下倾斜45°。该设计使水流的路线有水平和垂直两个方向的分量，水平方向的水流使水流在腔室中形成环状流动，磨料在环状水流中进入，可以很大程度上使磨料与水充分混合而不至于全部沉入腔室底部，垂直方向的水流就用于把已经沉到腔室底部的磨料卷起来，使腔室中的磨料预水混合的更加均匀。
实施例3
一种水刀切割器的磨料预浸润方法，利用上述所述的磨料预浸润型水刀切割器对磨料进行预浸润；首先，磨料在压缩空气的带动下由磨料入口10进入磨料预浸润器5的一级腔室7，同时，过滤后的自来水由自来水入口12也进入一级腔室7，两者在一级腔室7内进行初步混合；随后，磨料与水的初步混合液在气压和重力作用下由磨料预浸润器中端通孔11经中端通孔磨料阀301进入二级腔室6，同时，低压水由低压水入口9进入二级腔室6，并将二级腔室6内的残留的空气经排气孔13和排气阀14排尽，当有混合液开始由排气阀14流出时，即可判定二级腔室6内空气已经排尽；最后，磨料与水的混合液在一定压力下由磨料预浸润器底端通孔4经底端通孔磨料阀302通过输送管由切割器主体上的切割器通孔18进入切割器主体1内部；高压水通过宝石喷嘴17形成的高速水射流在切割器主体内部卷吸由切割器通孔18进入的混合液，并在向下游运动过程中再次混合。
实施例4
如图1所示，本发明磨料预浸润型水刀切割器，主要由切割器主体1、输送管2、磨料阀3、磨料预浸润器5、盖板8、排气阀14、和密封圈15组成；所述磨料预浸润器5固定在切割器主体1的上端部分。
如图2所示，所述磨料预浸润器5的外轮廓为圆柱形，其中心为通孔，用于套在切割器主体1上；磨料预浸润器5包含其轴线的剖面呈“出”字形，其上端面分别设有三个剖面为矩形的环形槽16，用于放置密封圈15；磨料预浸润器5的中部和下端面分别设置有两个磨料预浸润器中端通孔11和磨料预浸润器底端通孔4，并分别与中端通孔磨料阀301和底端通孔磨料阀302相连。
如图3所示，所述盖板8中部有一通孔，其直径与磨料预浸润器5中心的通孔直径一致；当盖板8安置在磨料预浸润器5的上端时，可使磨料预浸润器5形成两个腔室，分别为一级腔室7与二级腔室6；盖板8上分别设置有低压水入口9、磨料入口10、自来水入口12和排气孔13。
如图4所示，所述切割器主体1上对称设置有两倾斜的通孔18，且该通孔位于宝石喷嘴17的下方。
所述磨料阀底端通孔磨料阀302分别通过对称布置的输送管2与切割器主体1上的两个倾斜的通孔18相连，并与切割器1的内部连通。
本发明的具体工作过程为：磨料在压缩空气的带动下由磨料入口10进入磨料预浸润器5的一级腔室7，同时，过滤后的自来水由自来水入口12也进入一级腔室7，两者在一级腔室内进行初步混合。由于磨料入口10处是压缩空气与磨料一起进入，在该入口附近会有较大的气压，混合液不会由该入口反向流入磨料罐。随后，磨料与水的初步混合液在气压和重力作用下由磨料预浸润器中端通孔11经中端通孔磨料阀301进入二级腔室6。同时，低压水（压力约为1~3MPa）由低压水入口9进入二级腔室6，并将二级腔室6内的残留的空气经排气孔13和排气阀14排尽。当有混合液开始由排气阀14流出时，即可判定二级腔室6内空气已经排尽。最后，磨料与水的混合液在一定压力下由磨料预浸润器底端通孔4经磨料阀底端通孔磨料阀302后通过输送管2由切割器主体1上的切割器通孔18进入切割器1主体内部。高压水通过宝石喷嘴17形成的高速水射流在切割器主体1内部卷吸由切割器通孔18进入的混合液，并在向下游运动过程中再次混合。切割器通孔18的设置也可使混合液以一定向下游的初始速度与高速水射流混合，从而使磨料更容易进入射流的核心区，加速更充分。由于磨料在与高速水射流混合之前已在一级腔室7和二级腔室6内与水进行预混合，磨料已经完全湿润，在水刀切割碳钢时减少星火的产生，因而提高了水刀在切割易燃易爆品时的安全性。本发明的核心部件磨料预浸润器结构简单，可方便快捷的安装在现有水刀切割器上，从而形成使用安全的磨料预浸润型水刀切割器。

Claims (6)

1.一种磨料预浸润型水刀切割器，其特征在于，主要由切割器主体、输送管、磨料预浸润器、盖板、排气阀组成，所述磨料预浸润器整体为一圆柱形槽，圆柱形槽底部上凹形成一通孔，通孔中上部向外突出形成一圈环形槽将圆柱形槽分成一级腔室和二级腔室，一级腔室和通孔的上端面与二级腔室的上端面平齐；所述切割器主体紧密套在通孔内；所述盖板中部有盖板孔，穿过切割器主体盖在磨料预浸润器上；所述盖板上与二级腔室对应处开有低压水入口和排气孔，排气孔处安装有排气阀，二级腔室底部开有预浸润器底端通孔，预浸润器底端通孔处安装有底端通孔磨料阀；所述盖板上与一级腔室对应处开有磨料入口和自来水入口，所述一级腔室底部开有预浸润器中端通孔，预浸润器中端通孔处安装有中端通孔磨料阀；所述切割器主体外壁宝石喷嘴以下开有切割器通孔，输送管一端连接在切割器通孔处，另一端连接在底端通孔磨料阀上，连通切割器主体和二级腔室，所述自来水入口方向或自来水水流方向平行于通孔切面方向且向下倾斜45°，低压水入口方向或低压水流方向平行于一级腔室切面方向且向下倾斜45°。
2.如权利要求1所述的一种磨料预浸润型水刀切割器，其特征在于，所述通孔、一级腔室、二级腔室的墙壁上端面各开有一个截面为矩形的环形槽，环形槽内装有密封圈。
3.如权利要求1所述的一种磨料预浸润型水刀切割器，其特征在于，所述切割器主体外壁向外突出一圈边沿，磨料预浸润器能坐在边沿上。
4.如权利要求1所述的一种磨料预浸润型水刀切割器，其特征在于，所述切割器通孔朝底端通孔磨料阀倾斜。
5.如权利要求1所述的一种磨料预浸润型水刀切割器，其特征在于，所述磨料预浸润器中端通孔至少两个均布在一级腔室底部，所述磨料预浸润器底端通孔至少两个均布在二级腔室底部。
6.一种水刀切割器的磨料预浸润方法，其特征在于，利用上述权利要求1-5任一项所述的磨料预浸润型水刀切割器对磨料进行预浸润；首先，磨料在压缩空气的带动下由磨料入口进入磨料预浸润器的一级腔室，同时，过滤后的自来水由自来水入口也进入一级腔室，两者在一级腔室内进行初步混合；随后，磨料与水的初步混合液在气压和重力作用下由磨料预浸润器中端通孔经磨料阀进入二级腔室，同时，低压水由低压水入口进入二级腔室，并将二级腔室内的残留的空气经排气孔和排气阀排尽，当有混合液开始由排气阀流出时，即可判定二级腔室内空气已经排尽；最后，磨料与水的混合液在一定压力下由磨料预浸润器底端通孔经磨料阀通过输送管由切割器主体上的切割器通孔进入切割器主体内部；高压水通过宝石喷嘴形成的高速水射流在切割器主体内部卷吸由切割器通孔进入的混合液，并在向下游运动过程中再次混合。
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