CN1411519A - 一种利用高压水射流处理薄片材料的装置 - Google Patents

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Abstract

一种利用水射流/水针处理薄片材料的装置，其包括高压水供应主体和分配区。高压水供应主体由沿所述主体全长延伸的供应腔构成，在供应腔内高压水引导通过过滤器。沿整个处理宽度分配高压水的分配区包括带有许多微孔的板(7)，由此，板上的孔形成了可直接射到待处理的材料表面的水针。本发明的特征在于微孔(15)在由硬材料制成的插入体(13)内形成，插入体可插入沿板整个厚度延伸的预制孔(12)中。

Description

一种利用高压水射流处理薄片材料的装置
技术领域
本发明涉及对利用高压水射流处理薄片材料装置的改进，其中高压水射流以水针的方式作用于物质表面。这种装置尤其适用于处理非纺织物结构，可使其具有更好的内聚力和/或改进其表面状况。
这种技术已经使用了数十年，例如美国专利No.3 214 819和3485 706所公开的，其中薄片结构承受来自一个或多个连续的喷射器轨的水射流的作用，薄片或织物支撑于多孔或穿孔的传送带或旋转滚筒，并设置了回收水的吸引源。
这种装置的一个主要部分是形成水射流或水针的系统，一般称之为“喷射器”。
更具体地，本发明涉及新型的包括喷射器的孔板，此孔板是形成水射流或水针的主要部件。
背景技术
目前使用的喷射器具有如美国专利US-A-3 508 308和US-A-3613 999的图9中显示的结构。
近来，欧洲专利EP400249(对应于美国专利5 054 349)提出一种改进的喷射器，不仅能以极高的压力(大于100巴)喷射水，而且其结构允许微射流通过的孔板方便容易地安装和取下，例如在进行清洁时。
附图1以普通的方式显示了喷射器的结构。
参考该图，该组件具有连续的喷射器轨的形式，喷射器轨相对待处理的薄片材料(F)，如无纺织物，的移动方向横向延伸，其长度与所述材料的宽度相同。
这种喷射轨包括主体(1)，其可以承受水压力造成的变形，主体的上部有通常为圆柱形的腔室(2)，可通过泵(未显示)输送经导管(30)的高压水。
在腔室(2)中设置了筒体(4)，由衬有过滤布的带孔圆柱体构成，过滤布不仅用作过滤器还用作分配器。
进入腔室(2)内的高压水然后流过圆柱导孔(5)，圆柱导孔沿喷射器的整个宽度以有规律的间距分开设置，孔的直径通常在4毫米到10毫米之间，两个相连的孔之间的壁厚大约3到5毫米。
具有锥形出口端的圆柱孔(5)可以与下腔室(6)接通，在下腔室的底部设置了带有微孔的板(7)，微孔的直径可在50到500微米之间，最好在100到200微米之间，可使所形成的水射流或水针(8)直接作用于待处理的材料(F)表面，例如非纺织物。
根据欧洲专利400249，孔板(7)利用受到液压缸作用的纵向夹板(9)固定在喷射器的主体上。液压缸通过沿喷射器设置的横杆和拉杆组成的系统进行夹紧动作。
密封件(未显示)设置在孔板(7)和主体(1)的底部之间。
目前，能够产生射流的孔板(7)通过在不锈钢薄带上钻孔或冲孔制成。
这些带的厚度在0.6和1.2毫米之间。
图2是现在使用的孔板的剖视图。
在该板中，使射流得以形成的毛细管(10)，如上所述，通过钻孔或冲孔形成。其形状包括通过扩张壁延伸的圆柱形入口区(11)，若射流的运动方向遵循孔的话。
当喷射器的水压小于200巴时，这样的孔板是令人满意的，但是不能应用于工业上的高压场合，这种高压可能产生高达300米/秒的高速流体。
这是因为，注意到不锈钢制成的孔板的平均寿命在压力为400巴时不超过24小时。
此外，用于生产毛细管的钻孔和冲孔技术不能保证钻出的内壁有理想的表面状况，不能保证在各毛细管的入口处的锐边以精确和标准方式产生，在高速流体的情况下，这将使流体中形成湍流，导致射流质量的下降。
发明内容
现在已经发明了新型的孔板，此新型孔板成为本发明的主题。本发明可以解决前面提到的问题，并允许在压力高达400巴或更高的高压下提供水流，使用数百小时后所述孔板不会损坏。
此外，根据本发明的新型孔板可以得到流速高达300米/秒或更高的射流，并在板的全长上具有非常高的均匀性和规律性。
另外，还注意到，与现有技术相比，根据本发明的孔板得到的射流在很长的长度上仍旧是连贯的。
因而，一般地，本发明涉及称作“喷射器”的装置，可通过水射流/水针对薄片材料(无纺织物，复合织物，薄膜，纸张等)进行处理。所述装置包括：
供应高压水的主体，包括沿所述主体全长延伸的供应腔，在所述供应腔内所述高压水被引导通过过滤器；
沿整个处理宽度上分配高压水的分配区，包括设有许多微孔的板，由此，所述板上的所述孔形成了可直接射到待处理的材料表面的水针；
本发明的特征在于，所述微孔或毛细管在由硬材料制成的插入体内形成，所述插入体可插入沿所述板整个厚度延伸的预制孔中。所述硬材料包括氧化锆，红宝石，兰宝石，陶瓷或其它具有同样硬度的材料。
根据一个实施例，插入体的厚度最好小于所述板上的孔的深度。
此外，  虽然所述插入体可以在所述板的全长上设置成一排，也可以设置成平行的两排。一排上的毛细管或微孔与另一排上的孔互相偏置。
各个插入体上的微孔或毛细管具有圆柱形入口区，对于现有技术孔板上的微孔，圆柱形入口区的直径在50到500微米之间，最好是在100到200微米之间。此圆柱部分通过具有圆顶或圆锥状的发散区延伸，或通过直径大于入口区的出口区形成突然扩展。
孔板的厚度最好是在1到3毫米之间，插入体将插入的加工孔的直径在0.5到2毫米之间。
插入体的底面可以位于相对孔板底面的凹进位置。
采用这种孔板设计，可以产生具有与现有技术的孔板的射流直径和数量相同的射流，其优点在于形成射流的喷嘴的几何形状，表面条件和硬度都是特殊的。
这些新孔板带有由氧化锆，红宝石，兰宝石，或其它具有同样硬度的材料如陶瓷制成的插入体，除了延长寿命，还允许在高压下进行操作，同时射流具有非常好的规律性，并且孔板的寿命得到提高。此外，令人惊奇的是，这种板当处理非纺织物时造成所得到的产品强度有所提高。
附图说明。
本发明及其优点将通过举例的方式从下面示例性和非限制性的实施例得到更清楚的了解，实施例显示于附图中。其中，如上所述，
图1示意性地显示了沿根据现有技术的喷射器结构的对称垂直平面的剖面；
图2是剖视图，显示了用于现有技术喷射器的孔板的结构；
图3是放大的剖视图，显示了根据本发明的孔板的结构；
图4和图5显示了根据本发明的用来得到孔板的插入体的两个
实施例。
具体实施方式
参考附图3，根据本发明的孔板与现有技术孔板(7)一样由厚度在1到3毫米之间的不锈钢带构成，其上已经加工出圆柱形截面的孔(12)。
为了形成微射流，由氧化锆，红宝石，兰宝石，或其它具有同样硬度的材料制成的插入体(13)插入各个孔(12)中。
这种插入体(13)的外径等于孔(12)的直径，因此外径在0.5到2毫米之间。
在这个实施例中，插入体的厚度小于板(7)的厚度，故当插入体安装好后，其位于相对孔板底面(14)凹进的位置。
各个插入体在其厚度方向上包括直径在100到200微米之间的毛细管或微孔(15)，在底部通过具有圆顶或圆锥形式的发散区(16)延伸。
设置了这种发散区(16)，考虑到插入体(13)相对孔板(7)底面(14)凹进的事实，意味着毛细管(15)的开口开在各个孔(12)的内部空间。
令人惊奇的是，这种结构形式具有改进射流形成的作用。
为了说明本发明具有的优点，在本发明人的“Jetlace2000”型装置上进行了对比实验，在装置上配置了根据现有技术制成的如图2所示的喷射器；并在喷射器上配置了根据本发明制成的孔板(7)，在相同水压条件下进行了第二组实验。
在对比实验中，具有如图1所示结构的喷射器具有下列结构特征：
上部腔室(4)的直径：      50毫米
导孔(5)的直径：          6毫米
两个连续导孔的轴间距离： 10毫米
导空(5)的高度：          35毫米
下部腔室(6)的高度：      10毫米
在第一组实验(实验1)中，根据现有技术制成的微孔板包括两排120微米的微孔，各排微孔互相的间距为1.2毫米，一排的微孔偏置于另一排微孔。每排包括833个微孔，因此造成一个板每米包括1666个微孔。
制造孔板所用不锈钢带的厚度是1毫米。
另一组实验(实验2)是在根据本发明的同样用不锈钢带制造的孔板上进行，但钢带厚度为2毫米。
在这种板中，微孔在可插入直径为0.7毫米的孔(12)的插入体(13)上制成。
各个插入体(13)的厚度为0.2毫米并包括位于中心部分的直径为120微米的毛细管(15)，其通过发散区(16)延伸。
这些插入体是用氧化锆制成，当孔板是根据现有技术制成时，布置成两排，每排也包括833个孔，各个孔的直径为120微米，各排间距为1.2毫米，因此导致一个板每米包括1666个孔。
在下面两个特定的示例中，实验1是在传统的孔板上进行，而实验2是在根据本发明的带有氧化锆插入体的孔板上进行的。示例1
在前述条件下，称重150克/米2、1.7分特/40毫米的粘胶纤维构成的无纺织物进行了处理。
通过下表对处理条件和得到的产品性质将有清楚的认识。
压力(巴)   强度，加工方向，(牛顿/50毫米  强度，横向，(牛顿/50毫米)
实验1     200   319  87
实验2     200   367  100
示例2
第二组实验是对称重330克/米2、1.7分特/38毫米聚酯纤维构成的无纺织物进行。处理条件(压力)和得到的产品性质汇总于下表中。
压力(巴)   强度，加工方向，(牛顿/50毫米  强度，横向，(牛顿/50毫米)
实验1     350   659  1670
实验2     350   720  1837
在两组对比实验中，可以发现根据本发明制成的孔板，处理后的产品强度得到了提高。而且在加工方向和横向两方向上都得到了提高。
此外，在使用中，注意到根据本发明制成的板持久性要比现有技术的孔板好很多。
另外，还注意到从示例1中得到的产品，因而具有粘胶纤维基底，在根据本发明的处理范围内进行处理后具有非常均匀的表面状况，但用传统孔板处理的产品上出现有射流痕迹。
图4和图5显示了两个实施例，使得在使用中可能损坏的插入体(13)更容易更换，图中还显示了毛细管形状的变化。
因此，在图4显示的实施例中，插入体(13)未直接固定在导孔(12)的内部，而是经过中间支撑件(20)设置在导孔(12)内部，因此导孔的直径要大于图3中显示的导孔。
支撑件的硬度小于插入体(13)的硬度，可以用不锈钢制造。
在这个实施例中，毛细管(15)在整个长度上是圆柱形的，其开口开在导致突然发散的大直径导孔(12)之内。
在图4显示出的变化中，同样是用氧化锆制成的插入体(13)的上部设置了可位于孔板(7)顶面的凸缘(22)。
毛细管还包括通过大直径区域(23)延伸的圆柱形导孔(15)，同样造成突然发散。
这种设计有助于为了更换而取下插入体。
最后，尽管示例中显示出插入体设置在相对孔板底面的凹进位置，可以想象插入体也可以与底面平齐。
当然，本发明并不限于上面介绍的示例性实施例，而是包括本发明精神实质内的所有变化。

Claims (7)

1.一种利用水射流/水针处理薄片材料的装置，其包括：
供应高压水的主体，包括沿所述主体全长延伸的供应腔，在所述供应腔内所述高压水被引导通过过滤器；
沿整个处理宽度分配高压水的分配区，包括设有许多微孔的板(7)，由此，所述板上的所述孔形成了可直接射到待处理的材料表面的水针；
本发明的特征在于，所述微孔(15)在由硬材料制成的插入体(13)内形成，所述插入体可插入沿所述板整个厚度延伸的预制孔(12)中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述插入体由氧化锆，红宝石，兰宝石，陶瓷或其它具有同等硬度的材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述插入体(13)的厚度小于在所述板(7)上的孔(12)的深度。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的装置，其特征在于，各个所述插入体(13)上的微孔或毛细管具有圆柱形入口区(15)，此圆柱部分通过具有圆顶或圆锥状的发散区(16)延伸。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于，所述插入体(13)插入的加工孔(12)的直径在0.5到2毫米之间，所述各插入体的所述毛细管或微孔的直径在50到500微米之间，最好是在100到200微米之间。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于，所述插入件(13)固定在所述孔(12)内的中间支撑件(20)上。
7.根据权利要求1，2，3，5和6中任一项所述的装置，其特征在于，所述圆柱形导孔(15)的开口开在到较大直径的导孔(21-23)内，带来突然扩展。
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