CN115284179A - 基于自反应生成的磨料射流装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了基于自反应生成的磨料射流装置。该磨料射流装置包括Ca(OH)2溶解装置和水射流装置；Ca(OH)2溶解装置包含水箱、制冷组件、保护气瓶、控制器、压力表、搅拌器、温度计；水射流装置包括泵、电动机、操作台、工作台、喷嘴。Ca(OH)2溶解装置作用是把定量Ca(OH)2固体溶解于水箱的清水中，射流装置作用是溶解有Ca(OH)2的水流在从喷嘴喷出，然后在出口处后产生负压并吸入二氧化碳气体，射流在喷嘴反应段生成碳酸钙固体并均匀分布在射流中，增强水射流的冲击力。通过本发明方法可以显著提高水射流的冲击冲蚀能力，提高水射流的冲击效率，同时利用Ca(OH)2的溶解特性和喷嘴处节流效果，有效避免喷嘴处堵塞。
Description
技术领域
本申请涉及水射流的技术领域，尤其涉及基于自反应生成的磨料射流装置。
背景技术
水射流切割技术因为其独特的切削性能，被广泛的运用在现代工业的大部分行业之中。纯水切割虽然速度和效果较好，但是由于其切割材料有限，切割效率较低，且切割时间过长，故一般会在水射流里面添加磨料来增强射流的切割性能和切割效率。研究表明在相同条件下，磨料射流的切割精度和切割深度都是优于纯水切割。
传统的磨料射流分为前混合和后混合磨料两种形式。后混合磨料射流在吸入磨料时，由于磨料供给系统和混合腔内有空气的存在，因此会导致后混合磨料射流变成气液固三相射流，磨料混合不均匀，造成后混合磨料射流的发散率大、能量利用率低等；前混合磨料射流提前将磨料浆体混合，隔绝了空气的混合，提高了射流的集束性，但是其设备体积大，且无法持续性工作，对内部零件的磨损也更严重。为了解决解决传统磨料射流中能量损失大，效率低，综合两种磨料射流方式的优点，发明一种在射流中自反应形成磨料的装置和方法是十分有意义的。
发明内容
有鉴于此，本申请提供基于自反应生成的磨料射流装置，能够提高提高水射流冲击效率，并避免传统射流方式中所遇到的磨料混合不充分、能量损失大等缺点。
本申请提供一种基于自反应生成的磨料射流装置，包括Ca(OH)2溶解装置和水射流装置；所述的溶解装置包括用以容纳Ca(OH)2溶液的水箱、温度计、压力计、搅拌器、保护气瓶、制冷组件；所述水射流装置包括泵、电动机、操作台、工作台、喷嘴、二氧化碳气瓶；
所述保护气瓶用以容纳保护气，保护气瓶出口处连通水箱的进气孔，所述水箱中部有搅拌器，所述制冷组件用以为所述水箱内所容纳物料提供冷却；所述水箱外侧一端装有温度计；所述水箱顶部装有压力表；
所述喷嘴通过泵连通于所述水箱，并且喷嘴连通所述二氧化碳气瓶。
可选地，所述所述水箱开设有一进气孔、一排气孔、一进水口和一个投料孔，所述进气孔用于输送保护气体氮气，所述排气孔用于排放水箱内的空气以维持液面稳定，所述投料孔用于投放Ca(OH)2固体。
可选地，所述制冷组件包括压缩机、贮液器、膨胀阀、冷凝管、蒸发管；
所述的贮液器上部装有高压透明玻璃，通过贮液器监测冷凝液状态。
所述冷凝管安装在水箱的外侧底部，冷凝管对蒸发后的冷凝液进行冷凝处理。
所述蒸发器平铺在水箱底部，冷凝液在蒸发器中进行蒸发换热，通过相变来吸收水箱热量，保证温度维持在所需低温。
可选地，还包括控制器，所述控制器用于接收压力表、温度计的数据，并对保护气体截止阀、电动机、制冷组件进行控制。
可选地，所述泵电连接有变频器调节电机。
可选地，所述二氧化碳气瓶的出口处装有二氧化碳截止阀。
可选地，所述喷嘴包括位于内层的内嵌喷嘴和位于外层的外套喷嘴，所述外套喷嘴、内嵌喷嘴之间所围成空腔形成气体流道，所述的外套喷嘴上设置通气孔并与二氧化碳气瓶相连，所述外套喷嘴的出口处设有供由内嵌喷嘴喷出Ca(OH)2溶液与二氧化碳气体发生反应的反应段。
可选地，所述内嵌喷嘴为锥形喷嘴，所述外套喷嘴为圆柱形喷嘴。
可选地，所述内嵌喷嘴和外套喷嘴通过螺纹相连。
以上提供的基于自反应生成的磨料射流装置，以采用常见的Ca(OH)2溶液为介质，通过与二氧化碳反应在射流中产生固体磨料来进行冲击实验。二氧化碳价格低廉、无毒无害、且与Ca(OH)2反应迅速生成固体碳酸钙，且Ca(OH)2在水中的溶解与温度成反比，故在内嵌喷嘴出口处，受到节流效应的影响，使得温度降低，会促进溶液中的Ca(OH)2的溶解度增大，避免溶质析出堵塞喷嘴出口，同时提高溶质的溶解量，与喷嘴出口处的二氧化碳反应生成更多的碳酸钙，均匀的分布在高速水流之中，提高喷嘴出口处磨料浓度，形成高压固液两相流。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的磨料射流装置的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的喷嘴的结构示意图。
图中：1、保护气瓶；2、保护气截止阀；3、压缩机；4、贮液器；5、膨胀阀；6、蒸发器；7、冷凝器；8、电动机；9、搅拌器；10、水箱；11、投料孔；12、进气孔；13、进水孔；14、排气孔；15、温度计；16、压力表；17、控制器；18、泵；19、电动机；20、二氧化碳气瓶；21、二氧化碳截止阀；22、管道；23、喷嘴控制器；24、喷嘴；241喷嘴入口；242、内嵌喷嘴；243、外套喷嘴；244、螺纹；2431、通气孔；2432、空腔；2433、反应段；25、操作台；26、工作台。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
实施例1：
本实施例提供了基于自反应生成的磨料射流装置和方法。
参看图1所示，根据图中所示的装置，首先确定所需生产磨料的浓度，通过查询化学物性手册确定Ca(OH)2的溶解度确定水箱温度T。
其次，打开保护气瓶1出口处的保护气截止阀2，向水箱10内注入保护气体(以氮气为例，当然还可以是氦气等惰性气体)至充满整个水箱10，并将水箱10液面压力维持在P，将L升纯水通入水箱10内，将确定的M千克的Ca(OH)2通过投料孔11加入水箱10内，打开制冷组件，将温度下降并维持在温度T，打开搅拌器3使得Ca(OH)2在水箱10内充分溶解，形成分布均匀的溶液。
启动控制器17，控制器17通过处理温度计15和压力计16的数据，保持水箱10内的温度不高于温度T，同时对保护气截止阀2的开度和进气量进行控制。
参看图2所示，所述喷嘴24为嵌套结构，喷嘴24由内外两层结构组成，内嵌喷嘴242为普通的锥形喷嘴，外套喷嘴243为圆柱形喷嘴。
所述的外套喷嘴243设置通气孔2431与二氧化碳气管相连。
所述内嵌喷嘴242和外套喷嘴243通过螺纹244相连，嵌套喷嘴间组成空腔2432结构构成气体流道，喷嘴出口处设有反应段2433，高速射流由于速度差在周围形成负压区域，促进空腔2432内的二氧化碳气体在射流周围形成稳定的气流保护反应层。
进一步地，喷嘴空腔2432内的气体一方面为射流磨料自反应提供材料，另一方面对射流的水柱进行气体保护，维持射流的集束性。
参考图1和2所示，打开二氧化碳气瓶20的出口处的二氧化碳截止阀21，二氧化碳气体由通气孔2431进入喷嘴空腔2432内部，最后均匀分布在喷嘴出口24处周围。
最后，启动水射流系统，通过操作台25操作的喷嘴控制器23，并调节喷嘴24位置，通过操作台25调节电动机19的转速，达到预设压力；高压耐腐蚀的泵18吸入水箱10中溶解有Ca(OH)2的清水从喷嘴24喷出，溶液在喷嘴24出口处由于射流速度差形成负压环境，促进空腔2432内的二氧化碳在射流周围形成一圈二氧化碳保护反应层，一方面隔绝射流与外界气体，并保持射流的集束性，另一方面与射流中的Ca(OH)2在喷嘴的反应段2433中发生反应形成自生碳酸钙磨料，最后对工作台26上工件进行喷射冲击。
其具体的技术方案实施步骤为：
步骤一 确定磨料浓度，查找对应下的Ca(OH)2的溶解度下的温度T。
步骤二 打开保护气瓶出口处的保护气截止阀2，向水箱10中注入氮气，与空气中二氧化碳隔绝，并维持上方压力不变。
步骤三 打开制冷组件，观察温度计15，使温度下降至确定温度T，打开搅拌器9，使Ca(OH)2充分溶解在水中。
步骤四 打开控制器17，使得水箱10上方的压力保持不变，避免空气进入。
步骤五 打开二氧化碳气瓶20的出口处的二氧化碳截止阀21。
步骤六 启动水射流装置，通过操作台25控制水泵压力，打开控制台25移动喷嘴24至操作台26加工处，水箱10向高压耐腐蚀泵18输送溶解Ca(OH)2的水，溶解Ca(OH)2的水经过管道22(管道可以采用耐高压的管道)，从喷嘴24喷出，外套喷嘴空腔2432和反对段2433处产生负压，吸入二氧化碳与Ca(OH)2反应生成碳酸钙，形成均匀的磨料射流冲击。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于自反应生成的磨料射流装置，其特征在于，包括Ca(OH)2溶解装置和水射流装置；所述的溶解装置包括用以容纳Ca(OH)2溶液的水箱(10)、温度计(15)、压力计(16)、搅拌器(9)、保护气瓶(1)、制冷组件；所述水射流装置包括泵(18)、电动机(19)、操作台(25)、工作台(26)、喷嘴(24)、二氧化碳气瓶(20)；
所述保护气瓶(1)用以容纳保护气，保护气瓶(1)出口处连通连接水箱(10)的进气孔(12)，所述水箱(10)中部有搅拌器(9)，所述制冷组件用以为所述水箱(10)内所容纳物料提供冷却；所述水箱(10)外侧一端装有温度计(15)；所述水箱(10)顶部装有压力表(16)；
所述喷嘴(24)通过泵(18)连通于所述水箱(10)，并且喷嘴(24)连通所述二氧化碳气瓶(20)。
2.根据权利要求1所述磨料射流装置，其特征在于，所述所述水箱(10)开设有一排气孔(14)、一进水口(13)和一个投料孔(11)，所述排气孔(14)用于排放水箱(10)内的空气以维持液面稳定，所述投料孔(11)用于投放Ca(OH)2固体。
3.根据权利要求1所述磨料射流装置，其特征在于，所述制冷组件包括压缩机(3)、贮液器(4)、膨胀阀(5)、冷凝管(7)、蒸发管(6)；
所述的贮液器(4)上部装有高压透明玻璃，通过贮液器(4)监测冷凝液状态；
所述冷凝管(7)安装在水箱(10)的外侧底部，冷凝管(7)对蒸发后的冷凝液进行冷凝处理；
所述蒸发器(6)平铺在水箱(10)底部，冷凝液在蒸发器(6)中进行蒸发换热，通过相变来吸收水箱(10)热量，保证温度维持在所需低温。
4.根据权利要求1所述磨料射流装置，其特征在于，还包括控制器(17)，所述控制器(17)用于接收压力表(16)、温度计(15)的数据，并对保护气体截止阀(2)、电动机(8)、制冷组件进行控制。
5.根据权利要求1所述磨料射流装置，其特征在于，所述泵(18)电连接有变频器调节电机(19)。
6.根据权利要求1所述磨料射流装置，其特征在于，所述二氧化碳气瓶(20)的出口处装有二氧化碳截止阀(21)。
7.根据权利要求1所述磨料射流装置，其特征在于，所述喷嘴(24)包括位于内层的内嵌喷嘴(242)和位于外层的外套喷嘴(243)，所述外套喷嘴(243)、内嵌喷嘴(242)之间所围成空腔(2432)形成气体流道，所述的外套喷嘴(243)上设置通气孔(2431)并与二氧化碳气瓶(20)相连，所述外套喷嘴(243)的出口处设有供由内嵌喷嘴(242)喷出Ca(OH)2溶液与二氧化碳气体发生反应的反应段(2433)。
8.根据权利要求7所述磨料射流装置，其特征在于，所述内嵌喷嘴(242)为锥形喷嘴，所述外套喷嘴(243)为圆柱形喷嘴。
9.根据权利要求7所述磨料射流装置，其特征在于，所述内嵌喷嘴(242)和外套喷嘴(243)通过螺纹(244)相连。
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