CN115609492A - 一种空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴、系统及方法，属于淹没射流技术领域，包括水流管道，水流管道底部设置水喷嘴，水流管道下部嵌入加固法兰，加固法兰内开设混合腔；所述加固法兰侧部设置磨料颗粒供给管道与混合腔连通，加固法兰下部设置混砂管；所述加固法兰外侧还嵌套空气喷嘴，空气喷嘴具有内部空腔供混砂管向下延伸，空气喷嘴侧部设置空气供给管道。该装置可以解决淹没射流有效切割段非常短的问题，其通过高速空气流将淹没射流周围的水排开，隔离水与高速射流，减少环境中水介质对射流动能的耗散，增强射流的切割能力。
Description
技术领域
本发明属于淹没射流技术领域，具体涉及一种空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴、系统及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
淹没射流属于高压水射流技术的一个分支，淹没射流技术广泛应用在石油工业、水下打捞救援、煤矿开采、船体修复或切割、障碍破拆等领域，在浅水或狭小空间等作业环境中，高压水射流将不可避免地处于淹没状态。
磨料水射流是在水射流中混入磨料，通过将水的压力能转变为水的动能，并传递给磨料粒子，以提高射流束的切割能力。根据磨料混合方式不同，磨料水射流可分为后混合式和前混合式两种类型。水射流或磨料水射流的使用环境通常为空气环境，在水下或其他粘性流体介质环境中使用时，通常称作淹没射流。
淹没射流能实现许多特殊工况下的切割要求，但也存在弊端。淹没射流在近喷嘴区域射流速度较大，但环境中周围的水等粘性流体介质对射流的扰动影响较大，在离开喷嘴稍远的射流基本段，射流速度大幅衰减，导致射流核心区很短。淹没射流有效切割段非常短，不能切割远距离的靶材。
为此迫切需要一种新的淹没射流喷嘴，增加射流切割深度，提高射流切割能力，填补淹没射流远距离切割靶材作业领域的空缺。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴、系统及方法，该装置可以解决淹没射流有效切割段非常短的问题，其通过高速空气流将淹没射流周围的水排开，隔离水与高速射流，减少环境中水介质对射流动能的耗散，增强射流的切割能力。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，包括水流管道，水流管道底部设置水喷嘴，水流管道下部嵌入加固法兰，加固法兰内开设混合腔；所述加固法兰侧部设置磨料颗粒供给管道与混合腔连通，加固法兰下部设置混砂管；所述加固法兰外侧还嵌套空气喷嘴，空气喷嘴具有内部空腔供混砂管向下延伸，空气喷嘴侧部设置空气供给管道。
作为进一步的技术方案，所述水流管道底部设置水喷嘴安装基座，水喷嘴设于水喷嘴安装基座的中央位置；所述水喷嘴安装基座具有中部通孔连通水流管道和混合腔。
作为进一步的技术方案，所述磨料颗粒供给管道向上倾斜设置，空气供给管道向上倾斜设置，空气供给管道轴线与水平面夹角大于磨料颗粒供给管道与水平面夹角。
作为进一步的技术方案，所述空气供给管道下侧开设有圆环形的出气口与空气喷嘴内部空腔连通；所述空气供给管道设置两个，两空气供给管道关于空气喷嘴的中轴线对称分布。
作为进一步的技术方案，所述磨料颗粒供给管道轴线、空气喷嘴轴线所在竖直平面与空气供给管道轴线、空气喷嘴轴线所在竖直平面垂直。
作为进一步的技术方案，所述加固法兰下部与固定螺母连接，混砂管通过橡胶锥套固定在固定螺母中央位置，且混砂管上段嵌在加固法兰下段的凹槽中。
作为进一步的技术方案，所述水流管道下部与加固法兰上部通过圆柱管螺纹配合连接，加固法兰下部与固定螺母上部通过圆柱管螺纹配合连接。
作为进一步的技术方案，所述空气喷嘴出口长于混砂管出口，空气喷嘴出口将混砂管出口包含在内。
第二方面，本发明还提供了一种空气－磨料－水复合淹没射流系统，包括供水系统、增压系统、如上所述的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴、磨料供应装置和供气系统；供水系统通过管道与增压系统连接，增压系统通过管道与水流管道上端连接，磨料供应装置与磨料颗粒供给管道连接，供气系统与空气供给管道连接。
第三方面，本发明还提供了一种如上所述的空气－磨料－水复合淹没射流系统的工作方法，包括以下步骤：
首先通过供水系统供水，然后通过增压系统后形成高压水，通过管道将高压水传输到空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴；高压水通过水流管路进入水喷嘴，高压水进一步加压加速，进入混合腔；磨料供应装置将磨料通过磨料颗粒供给管道输送到混合腔中，与高压水混合后形成磨料水射流进入混砂管；同时供气系统将高速空气流通过空气供给管道输送到空气喷嘴中；最后，被高速空气流包裹的磨料－水射流从出口喷出。
上述本发明的有益效果如下：
本发明的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，其由水流管道和水喷嘴向混合腔提供高压水，磨料颗粒供给管道向混合腔提供磨料，高压水和磨料在混合器混合后形成磨料水射流，而后进入混砂管，由空气供给管道给空气喷嘴提供的高速空气流会包裹磨料水射流由出口喷出；由此，通过高速空气流将淹没射流周围的水排开，让中间的射流与周围的水有一定的隔离，减少环境中水介质对射流动能的耗散，提高射流的效率，增加射流的切割深度，增强射流的切割能力。
本发明的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，大大减少了淹没射流时周围的水对射流的扰动与影响，显著增加了射流核心区长度和有效切割段长度，实现了淹没射流远距离靶材切割作业。
本发明的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，磨料颗粒供给管道轴线和空气喷嘴轴线所在竖直平面与空气供给管道轴线和空气喷嘴轴线所在平面垂直，该结构能减缓使用过程中压力不平衡的情况，防止空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴损坏。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴旋转剖视结构示意图；
图2为本发明空气－磨料－水复合淹没射流系统示意图；
图3为本发明空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴整体结构正视图；
图4为本发明空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴整体结构立体图；
图5为本发明空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴整体结构俯视图；
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
其中，1.水流管道；2.水喷嘴；3.水喷嘴安装基座；4.加固法兰；5.磨料颗粒供给管道；6.混合腔；7.固定螺母；8.橡胶锥套；9.混砂管；10.空气喷嘴；11.空气供给管道A；12.空气供给管道B；101.供水系统；102.增压系统；103.磨料供应装置；104.供气系统。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明的一种典型的实施方式中，如图1、图3、图4、图5所示，提出一种空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，包括水流管道1、水喷嘴2、水喷嘴安装基座3、加固法兰4、磨料颗粒供给管道5、混合腔6、固定螺母7、橡胶锥套8、混砂管9、空气喷嘴10、空气供给管道A 11、空气供给管道B 12。
水流管道1下端与加固法兰4上端通过管螺纹配合连接，水流管道1底部设置水喷嘴安装基座3，水喷嘴2开设在水喷嘴安装基座3的中央位置，水喷嘴位于水流管道1和水喷嘴安装基座3之间；混合腔6开设在加固法兰4中段，水喷嘴安装基座3具有中部通孔连通水流管道1和加固法兰4的混合腔6。
将水喷嘴2开设在水喷嘴安装基座3的中央位置，适配的水喷嘴可以有效提升射流速度与切割能力，同时减少拆卸更换水喷嘴的频率。水喷嘴安装基座可以采用宝石座，其中央设置红宝石，水喷嘴安装于红宝石位置。
磨料颗粒供给管道5开设在加固法兰4中段且与混合腔6连通；磨料颗粒供给管道5向上倾斜设置，其轴线与水平面呈45度。
加固法兰4下端与固定螺母7上端通过管螺纹配合连接，混砂管9通过橡胶锥套8固定在固定螺母7中央位置，且混砂管9上段嵌在加固法兰4下段的凹槽中。
空气喷嘴10与加固法兰4通过管螺纹配合连接，空气喷嘴10嵌套于加固法兰4外部；固定螺母7、混砂管9均位于空气喷嘴10内部空腔中，混砂管9在空气喷嘴10内部空腔中向下延伸至其底部。
空气供给管道A 11和空气供给管道B 12开设在空气喷嘴10中段，且空气供给管道A 11和空气供给管道B 12关于空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴的中轴线对称分布，空气供给管道A 11和空气供给管道B 12均与空气喷嘴10内部空腔连通；空气供给管道A 11和空气供给管道B 12向上倾斜设置，轴线与水平面呈60度，下侧开设有圆环形的出气口。
如图2所示，空气－磨料－水复合淹没射流系统，包括供水系统101、增压系统102、如上所述的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴、磨料供应装置103和供气系统104。供水系统101通过管道与增压系统102连接；增压系统102另一端通过管道与空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴中水流管道1上端连接，磨料供应装置103通过磨料颗粒供给管道5与空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴连接，供气系统104通过空气供给管道A 11和空气供给管道B12与空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴连接。
在其中一个优选的实施例中，磨料颗粒供给管道5轴线和空气喷嘴轴线所在竖直平面与空气供给管道A 11和空气供给管道B 12轴线所在平面(也即空气供给管道A 11和空气供给管道B 12轴线和空气喷嘴轴线所在平面)垂直；该结构能减缓使用过程中压力不平衡的情况，防止空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴损坏。
在其中一个优选的实施例中，水流管道1下端与加固法兰4上端通过圆柱管螺纹配合连接，加固法兰4下端与固定螺母7上端通过圆柱管螺纹配合连接，圆柱管螺纹连接能起到螺纹密封作用，防止高压水流与高压磨料水射流泄漏。
在其中一个优选的实施例中，空气喷嘴10出口略长于混砂管9出口，空气喷嘴10出口将混砂管9出口包含在内；该结构能最大程度上发挥空气喷嘴10的作用，减少淹没射流环境下周围的水对射流的扰动。
该空气－磨料－水复合淹没射流系统的工作方法，具体如下：
首先通过供水系统101供水，然后通过增压系统102后形成高压水，通过管道将高压水传输到空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴；高压水通过水流管路1进入水喷嘴2，高压水进一步加压加速，进入混合腔6；磨料供应装置103将磨料通过磨料颗粒供给管道5输送到混合腔6中，与高压水混合后形成磨料水射流进入混砂管9；同时供气系统104将高速空气流通过空气供给管道A 11和空气供给管道B 12输送到空气喷嘴10中；最后，被高速空气流包裹的磨料水射流从出口喷出。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，其特征是，包括水流管道，水流管道底部设置水喷嘴，水流管道下部嵌入加固法兰，加固法兰内开设混合腔；所述加固法兰侧部设置磨料颗粒供给管道与混合腔连通，加固法兰下部设置混砂管；所述加固法兰外侧还嵌套空气喷嘴，空气喷嘴具有内部空腔供混砂管向下延伸，空气喷嘴侧部设置空气供给管道。
2.如权利要求1所述的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，其特征是，所述水流管道底部设置水喷嘴安装基座，水喷嘴设于水喷嘴安装基座的中央位置；所述水喷嘴安装基座具有中部通孔连通水流管道和混合腔。
3.如权利要求1所述的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，其特征是，所述磨料颗粒供给管道向上倾斜设置，空气供给管道向上倾斜设置，空气供给管道轴线与水平面夹角大于磨料颗粒供给管道与水平面夹角。
4.如权利要求1所述的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，其特征是，所述空气供给管道下侧开设有圆环形的出气口与空气喷嘴内部空腔连通；所述空气供给管道设置两个，两空气供给管道关于空气喷嘴的中轴线对称分布。
5.如权利要求1所述的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，其特征是，所述磨料颗粒供给管道轴线、空气喷嘴轴线所在竖直平面与空气供给管道轴线、空气喷嘴轴线所在竖直平面垂直。
6.如权利要求1所述的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，其特征是，所述加固法兰下部与固定螺母连接，混砂管通过橡胶锥套固定在固定螺母中央位置，且混砂管上段嵌在加固法兰下段的凹槽中。
7.如权利要求6所述的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，其特征是，所述水流管道下部与加固法兰上部通过圆柱管螺纹配合连接，加固法兰下部与固定螺母上部通过圆柱管螺纹配合连接。
8.如权利要求1所述的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴，其特征是，所述空气喷嘴出口长于混砂管出口，空气喷嘴出口将混砂管出口包含在内。
9.一种空气－磨料－水复合淹没射流系统，其特征是，包括供水系统、增压系统、如权利要求1-8任一项所述的空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴、磨料供应装置和供气系统；供水系统通过管道与增压系统连接，增压系统通过管道与水流管道上端连接，磨料供应装置与磨料颗粒供给管道连接，供气系统与空气供给管道连接。
10.如权利要求9所述的空气－磨料－水复合淹没射流系统的工作方法，其特征是，包括以下步骤：
首先通过供水系统供水，然后通过增压系统后形成高压水，通过管道将高压水传输到空气－磨料－水复合淹没射流喷嘴；高压水通过水流管路进入水喷嘴，高压水进一步加压加速，进入混合腔；磨料供应装置将磨料通过磨料颗粒供给管道输送到混合腔中，与高压水混合后形成磨料水射流进入混砂管；同时供气系统将高速空气流通过空气供给管道输送到空气喷嘴中；最后，被高速空气流包裹的磨料水射流从出口喷出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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