CN114700880B - 一种用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测系统及方法，包括通过管路依次连接的蓄水池、柱塞泵、射流泵、磨料罐、混合腔和喷嘴组件，所述柱塞泵与射流泵之间的管路上连接有流量计，所述射流泵的吸料口与给料斗的下料口连通，所述磨料罐和给料斗置于重量检测仪上，所述流量计和重量检测仪与数据处理组件连接。其能够精确测定磨料质量浓度，无需繁杂的人工操作，并可避免大量拆卸原有磨料射流设备而增加安装成本。还公开了采用上述检测系统检测磨料质量浓度的检测方法。

Description

一种用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测系统及方法
技术领域
本发明涉及磨料射流切割技术领域，具体涉及用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测系统及方法。
背景技术
磨料射流是磨料与高速流动的水，或者与高压水流相互混合而形成的液固两相介质射流。由于磨料射流系统简单、成本低、切削效率比相同条件下的水射流高8～10倍，目前已经广泛应用于清洗、除锈、切割和破碎岩石作业。影响磨料射流切割和清洗能力的因素大致可分为水力参数、射流工作参数、磨料参数和被切割材料性能等几个方面。其中，磨料质量浓度作为磨料参数之一，对磨料射流切割能力和切割成本都有很大影响。研究表明，切割深度随磨料质量浓度的增加而增加，但增到某一值后，继续增加磨料质量浓度则切割深度呈下降趋势，表明存在一个最佳磨料质量浓度的适用范围。但是由于磨料射流的流速高，对设备磨损严重，磨料质量浓度的测量一直是磨料射流的实际应用中需要解决的重大问题。
目前在解决磨料质量浓度的测量问题研究中，多使用人工借助容量测量仪器计算，或者在磨料射流作业结束后，根据消耗磨料和水的质量，以及作业持续时间通过反演法计算得到平均磨料质量浓度。这些方法存在效率低、操作繁琐、获得数据可靠性差等问题。此外，对磨料质量浓度精准、便捷的测量是磨料质量浓度精准控制的基础。目前的人工测量计算方法严重影响了磨料质量浓度的精准控制，制约了磨料射流的高效利用和发展。因此，研究新型可靠的磨料质量浓度自动监测系统具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测系统及方法，其能够精确测定磨料质量浓度，无需繁杂的人工操作，并可避免大量拆卸原有磨料射流设备而增加安装成本。
本发明所述的用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测系统，包括通过管路依次连接的蓄水池、柱塞泵、射流泵、磨料罐、混合腔和喷嘴组件，所述柱塞泵与射流泵之间的管路上连接有流量计，所述射流泵的吸料口与给料斗的下料口连通，所述磨料罐和给料斗置于重量检测仪上，所述流量计和重量检测仪与数据处理组件连接；蓄水池中的水经柱塞泵增压，增压后的高压水通过带有流量计的管路进入到射流泵中，在射流泵处卷吸给料斗中的磨料，混有磨料的高压水进入磨料罐中形成液态化磨料，所述液态化磨料通过管路进入到混合腔中，混合腔中的液态化磨料通过管路输送至喷嘴组件，由喷嘴组件喷出。
进一步，所述射流泵和柱塞泵之间的管路通过第一三通连接第一支路，流量计位于柱塞泵和第一三通之间，所述第一支路与混合腔连通。
进一步，所述第一支路上通过第二三通连接第二支路，所述第二支路与磨料罐连通且第二支路上连接有伺服比例节流阀。
进一步，所述柱塞泵上连接有第一安全阀，该第一安全阀与蓄水池连通。
进一步，所述磨料罐包括罐体和与罐体连通的阀座，所述阀座通过管路与沉淀池连通，阀座与沉淀池之间的管路上连接有第二安全阀。
进一步，所述阀座与第二安全阀之间的管路通过第三三通与沉淀池连通。
一种用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测方法，采用上述检测系统进行磨料质量浓度检测，包括如下步骤。
步骤一，在进行磨料射流作业前，先进行系统充水作业，重量检测仪输出重量参数m0，并通过数据传输线被数据处理组件记录。
步骤二，将磨料加入给料斗中，此时重量检测仪输出重量参数m3，并通过数据传输线被数据处理组件记录；数据处理组件根据m0-m3计算并显示出给料斗中磨料质量。
步骤三，进行磨料自动供给作业，开启柱塞泵，蓄水池中的水经柱塞泵增压后的高压水经过流量计后在射流泵处卷吸给料斗中的磨料，混有磨料的高压水进入磨料罐中，磨料在磨料罐中形成液态化磨料，当磨料罐中加满磨料后，重量检测仪输出重量参数m4，并通过数据传输线被数据处理组件记录；数据处理组件根据公式：(m3-m4)/ρ1计算并显示出磨料罐内的磨料体积V，ρ1为水的密度，再根据公式：(m3-m4)×ρ2/ρ1计算并显示出磨料罐内的磨料质量m，ρ2为磨料的密度；。
步骤四，进行磨料射流作业，磨料罐内的液态化磨料进入到混合腔，再通过管路输送至喷嘴组件，由喷嘴组件喷出，用于进行切割、除锈等作业；
在磨料射流作业的任一时间段Δt＝t1-t2内，重量监测仪和流量计分别在t1时刻输出重量参数m1和流量参数Q1、在t2时刻分别输出重量参数m2和流量参数Q2，根据 计算得到磨料质量浓度C，式中ρ1为水的密度；
磨料射流作业结束后，重量检测仪输出重量参数m5，并通过数据传输线被数据处理组件记录，数据处理组件根据公式m4-m5计算并显示磨料射流作业所使用磨料总质量M；
步骤五，进行磨料清洗作业。
进一步，所述步骤四中的Δt根据实际需求进行合理设置。
相比于现有技术，本发明通过重量检测仪测得给料斗和磨料罐的总重量，通过流量计测定总供水量，根据单位时间内测定的重量变化和供水量变化精确计算得到该时间段内磨料射流作业时的磨料质量浓度，所述检测系统结构简单，对现有磨料设备改动较小，大幅降低了改造成本。该磨料质量浓度监测系统工作的全过程无需直接接触磨料，提升了整个检测系统的可靠性和使用寿命。并且通过数据处理组件完成数据的分析、处理，方便快捷，能够快速、精确地求得磨料射流作业时的磨料质量浓度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中，1—蓄水池，2—柱塞泵，3—射流泵，4—磨料罐，5—混合腔，6—喷嘴组件，7—流量计，8—给料斗，9—重量检测仪，10—数据处理组件，11—第一安全阀，12—第二安全阀，13—第一三通，14—第一支路，15—第二三通，16—第二支路，17—伺服比例节流阀，18—第三三通，19—沉淀池，20—阀座，21—球阀一，22—球阀二，23—球阀三，24—球阀四，25—球阀五，26—球阀六，27—球阀七。
具体实施方式
下面详述本发明实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于描述本发明具体实施，而不可解释为对本发明应用的限制。
参见图1，所示的用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测系统，包括通过管路依次连接的蓄水池1、柱塞泵2、射流泵3、磨料罐4、混合腔5和喷嘴组件6，所述柱塞泵2与射流泵3之间的管路上连接有流量计7，所述射流泵3的吸料口与给料斗的下料口连通，所述磨料罐4和给料斗8置于重量检测仪9上，所述流量计7和重量检测仪9与数据处理组件10连接。通过重量检测仪9测得任一时间点给料斗8和磨料罐4的总重量，通过流量计7测定总供水量，数据处理组件10根据单位时间内测定的重量变化和供水量变化精确计算得到该时间段内磨料射流作业时的磨料质量浓度，整个检测系统结构简单，对现有磨料设备改动较小，大幅降低了改造成本。
所述射流泵3和柱塞泵2之间的管路通过第一三通13连接第一支路14，流量计7位于柱塞泵2和第一三通13之间，所述第一支路14与混合腔5连通。所述第一支路14上通过第二三通15连接第二支路16，所述第二支路16与磨料罐4连通且第二支路16上连接有伺服比例节流阀17。
所述柱塞泵2上连接有第一安全阀11，该第一安全阀11与蓄水池1连通。
所述磨料罐4包括罐体和与罐体连通的阀座20，所述阀座20通过管路与沉淀池19连通，阀座20与沉淀池19之间的管路上连接有第二安全阀12。所述阀座20与第二安全阀12之间的管路通过第三三通18与沉淀池19连通。
为了便于操作，在相邻部件的管路上设有控制阀，具体地，在第一三通13和第二三通15之间的管路上设有球阀一21，在第一三通13和射流泵3之间的管路上设有球阀二22，在射流泵3的吸料口和给料斗8的下料口之间设有球阀三23，在射流泵3与磨料罐4之间的管路上设有球阀四24，在磨料罐4和混合腔5之间的管路上设有球阀五25，在第三三通18和沉淀池19之间的管路上设有球阀六26，在第二三通15和混合腔5之间的管路上设有球阀七。
采用上述的用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测系统对磨料质量浓度进行检测，其包括如下步骤：
步骤一，在进行磨料射流作业前，先进行系统充水作业，具体为：关闭球阀三23、球阀五25和球阀七27，打开球阀一21、球阀二22、球阀四24和球阀六26和伺服比例节流阀17，蓄水池1中的水经柱塞泵2增压后进入到检测系统的管路中，通过流量计7和第一三通13后分为两个支路，其中一路经过球阀二22、射流泵3和球阀四24进入磨料罐4，另一路经过球阀一21和伺服比例节流阀17进入磨料罐4。当磨料罐4中充满水，并通过球阀六26排出时，关闭柱塞泵2，此时磨料射流设备中的磨料罐和各个管路均充满水，重量检测仪9输出重量参数m0，并通过数据传输线被数据处理组件10记录。
步骤二，将磨料加入给料斗8中，此时重量检测仪9输出重量参数m3，并通过数据传输线被数据处理组件10记录。数据处理组件根据(m0-m3)计算并显示出给料斗中磨料质量。
步骤三，进行磨料自动供给作业，关闭球阀一21、球阀五25和伺服比例节流阀17，打开球阀二22、球阀三23、球阀四24和球阀六26，开启柱塞泵2，经柱塞泵2增压后的高压水经过流量计7、球阀二22后在射流泵3处卷吸给料斗8中的磨料，混有磨料的高压水经球阀四24后进入磨料罐4中，磨料在磨料罐4中形成均匀流态化磨料。当磨料罐4中加满磨料后，过量的磨料、水混合流体经低压管路、球阀六26流入沉淀池19，此时重量检测仪9输出重量参数m4，并通过数据传输线被数据处理组件10记录。数据处理组件根据公式：(m3-m4)/ρ1计算并显示出磨料罐4内的磨料体积V，ρ1为水的密度，再根据公式：(m3-m4)×ρ2/ρ1计算并显示出磨料罐4内的磨料质量m，ρ2为磨料的密度；。
步骤四，进行磨料射流作业，关闭球阀二22、球阀四24和球阀六26，打开球阀一21、球阀五25、球阀七27和伺服比例节流阀17，开启柱塞泵2，经柱塞泵2增压后的高压水依次通过流量计7、球阀一21，通过第二三通15分为两个支路，其中一支路经伺服比例节流阀17进入磨料罐4，使得磨料罐4内的液态化磨料经球阀五25进入到混合腔5，另一支路经过球阀七27进入混合腔5，混合从磨料罐4流出的液态化磨料，再通过管路输送至喷嘴组件6，由喷嘴组件6喷出，用于进行切割、除锈等作业。在磨料射流作业的任一时间段Δt＝t1-t2内，重量监测仪和流量计分别在t1时刻输出重量参数m1和流量参数Q1、在t2时刻分别输出重量参数m2和流量参数Q2，根据计算得到磨料质量浓度C，式中ρ1为水的密度。所述Δt根据实际需求进行合理设置，优选地，所述Δt≥5s。
磨料射流作业结束后，重量检测仪9输出重量参数m5，并通过数据传输线被数据处理组件10记录。数据处理组件根据公式(m4-m5)计算并显示磨料射流作业所使用磨料总质量M。
步骤五，最后进行磨料清洗作业，关闭柱塞泵2和球阀六26，打开球阀一21、球阀二22、球阀四24、球阀七27和伺服比例节流阀17，将柱塞泵2调味低压输出，蓄水池1中的水经柱塞泵2输出后依次通过流量计7和第一三通13，在第一三通13的位置分为两个支路，其中一支路通过球阀二22、射流泵3、球阀四24进入磨料罐4，另一支路通过球阀一21和第二三通15，在第二三通15分为两个次级支路，其中一路通过伺服比例节流阀17进入磨料罐4，另一支路通过球阀七27进入混合腔5，磨料罐4中的水经过球阀五25进入混合腔5，混合腔5中的水通过管路输送至喷嘴组件6，最后从喷嘴组件6排出。当重量检测仪9输出的重量参数稳定不变并持续1分钟及以上，表明磨料清洗完毕，即可关闭柱塞泵，最后将水排空以备下次使用。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测方法，其特征在于：采用用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测系统进行磨料质量浓度检测，包括如下步骤：
步骤一，在进行磨料射流作业前，先进行系统充水作业，重量检测仪(9)输出重量参数m0，并通过数据传输线被数据处理组件(10)记录；
步骤二，将磨料加入给料斗(8)中，此时重量检测仪(9)输出重量参数m3，并通过数据传输线被数据处理组件(10)记录；数据处理组件(10)根据m0-m3计算并显示出给料斗中磨料质量；
步骤三，进行磨料自动供给作业，蓄水池(1)中的水经柱塞泵(2)增压后的高压水经过流量计(7)后在射流泵(3)处卷吸给料斗(8)中的磨料，混有磨料的高压水进入磨料罐(4)中，磨料在磨料罐(4)中形成液态化磨料，当磨料罐(4)中加满磨料后，重量检测仪(9)输出重量参数m4，并通过数据传输线被数据处理组件(10)记录；数据处理组件根据公式：(m3-m4)/ρ1计算并显示出磨料罐(4)内的磨料体积V，ρ1为水的密度，再根据公式：(m3-m4)×ρ2/ρ1计算并显示出磨料罐(4)内的磨料质量m，ρ2为磨料的密度；
步骤四，进行磨料射流作业，磨料罐(4)内的液态化磨料进入到混合腔(5)，再通过管路输送至喷嘴组件(6)，由喷嘴组件(6)喷出，用于进行切割、除锈作业；
在磨料射流作业的任一时间段Δt＝t1-t2内，重量监测仪(9)和流量计(7)分别在t1时刻输出重量参数m1和流量参数Q1、在t2时刻分别输出重量参数m2和流量参数Q2，根据 计算得到磨料质量浓度C，式中ρ1为水的密度；
磨料射流作业结束后，重量检测仪(9)输出重量参数m5，并通过数据传输线被数据处理组件(10)记录，数据处理组件(10)根据公式m4-m5计算并显示磨料射流作业所使用磨料总质量M；
步骤五，进行磨料清洗作业；
所述用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测系统包括通过管路依次连接的蓄水池(1)、柱塞泵(2)、射流泵(3)、磨料罐(4)、混合腔(5)和喷嘴组件(6)，所述柱塞泵(2)与射流泵(3)之间的管路上连接有流量计(7)，所述射流泵(3)的吸料口与给料斗(8)的下料口连通，所述磨料罐(4)和给料斗(8)置于重量检测仪(9)上，所述流量计(7)和重量检测仪(9)与数据处理组件(10)连接；蓄水池(1)中的水经柱塞泵(2)增压后的高压水经过流量计(7)在射流泵(3)处卷吸给料斗(8)中的磨料，混有磨料的高压水进入磨料罐(4)中形成液态化磨料，所述液态化磨料通过管路进入到混合腔(5)中，混合腔(5)中的液态化磨料通过管路输送至喷嘴组件(6)，由喷嘴组件(6)喷出。
2.根据权利要求1所述的用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测方法，其特征在于：所述射流泵(3)和柱塞泵(2)之间的管路通过第一三通(13)连接第一支路(14)，流量计(7)位于柱塞泵(2)和第一三通(13)之间，所述第一支路(14)与混合腔(5)连通。
3.根据权利要求2所述的用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测方法，其特征在于：所述第一支路(14)上通过第二三通(15)连接第二支路(16)，所述第二支路(16)与磨料罐(4)连通且第二支路(16)上连接有伺服比例节流阀(17)。
4.根据权利要求1或2所述的用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测方法，其特征在于：所述柱塞泵(2)上连接有第一安全阀(11)，该第一安全阀(11)与蓄水池(1)连通。
5.根据权利要求1或2所述的用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测方法，其特征在于：所述磨料罐(4)包括罐体和与罐体连通的阀座(20)，所述阀座(20)通过管路与沉淀池(19)连通，阀座(20)与沉淀池(19)之间的管路上连接有第二安全阀(12)。
6.根据权利要求5所述的用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测方法，其特征在于：所述阀座(20)与第二安全阀(12)之间的管路通过第三三通(18)与沉淀池(19)连通。
7.根据权利要求1或2所述的用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测方法，其特征在于：相邻部件之间的管路上设有控制阀。
8.根据权利要求1所述的用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测方法，其特征在于：所述步骤四中的Δt根据实际需求进行合理设置。
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