CN1525901A - 磨料流体喷射系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磨料喷射系统，其包括向容器(11)供应流体的高压流体供应装置(10)，容器(11)包括一层磨粉浆和位于所述磨粉浆层上方基本上由流体组成的顶层。该系统还包括从所述流体供应装置通向容器内的流体顶层的第一管路(14)，随着将高压流体输送到容器内，导致磨粉浆从排出管路(16)转移。该系统还包括第二管路(21)，可操作地在不同点与第一管路和排出管路相连，并包括被可操作地连接在第一管路和排出管路之间的流体阀(13)，该阀控制流体在第二管路内的流动。一旦系统被加压，流体阀(13)关闭，使磨粉浆通过排出管路(16)转移，一旦系统泄压，流体阀开启，允许流体从第一管路(14)流动到第二管路，并停止排出磨粉浆。
Description
技术领域
本发明涉及一种磨料流体喷射切割系统，具体地但是并不仅限于一种从加压磨粉浆容置容器内向一磨料喷嘴供应加压后浆料从而确保切割或其它要被执行的磨料流体喷射机的加工操作的系统。
背景技术
现有技术中的磨料流体喷射系统可以在很多需要精密切割的领域中被应用。这种应用的一种示例是基片的切割(singulation)。一种类型的磨料喷射系统使被存储并在来自压力容器的压力作用下被排出的磨料与驱动流体在喷嘴之前混合，形成一种磨粉浆。利用文丘里效应实现这种混合。所述磨粉浆通常通过喷嘴被加速，形成一种用于切割基片的磨料流体喷射工具。
当配备多个喷嘴切割头时，这种现有系统要求单独和独立地为每个喷嘴输送磨料。这种独立的输送要求独立控制，增加了多喷嘴切割头中一个或多个处于不理想操作的机会。
专利文献WO95/29792介绍了另一种使磨料与流体混合的结构。在专利文献WO95/29792所述系统内设置一压力容器，在该压力容器内，磨料和流体在通过管路被输送到喷嘴之前在压力下能够混合。
随着使用增大的液体压力以便增大切割能量，液体压缩性变成重要的因素。当要求停止排出磨粉浆并降低磨粉浆压力容器压力以便暂停操作工序或便于重新装填磨料时，由于生成高压，在压力容器内保存一定体积的被压缩流体。当现有技术的系统处于一般状态时，随着上述一定体积的被压缩流体被泄压，其唯一的逃逸路径是排出管路，该排出管路的入口位于封闭的磨粉浆内。因此上述一定体积的浆料(slurry)的连续排出引起喷嘴阻塞的问题。由于被排出的浆料处于比正常操作压力低的压力下，缺乏足够的动量，从而停留在输送管或喷嘴内，产生这种阻塞。
例如，如果容置浆料的压力容器的增压泵损坏，可能产生这种不希望的排放。由于压力容器内的浆料处于高压下并被泵压缩，一旦所述泵损坏，被压缩的浆料将膨胀，并至少在一短时期内连续通过输送管输送浆料，从而从喷嘴连续排出磨粉浆。
在设计溶液时，非常重要的是避免由高压和包含磨料的工作介质自身引起的包括高磨损率和可靠性的问题。
本发明的一个目的是消除上述缺陷，避免喷嘴阻塞或提供给公众有用的机会。
发明内容
本发明的第一个方面包括一种磨料流体喷射系统，其包括：
一容器，包括一层磨粉浆和一位于所述磨粉浆层上方基本上由流体组成的頂层；
高压流体供应装置，用于向所述容器供应流体；
第一管路，从所述流体供应装置通向容器内的流体頂层，随着将高压流体输送到容器内，导致磨粉浆从一排出管路转移；
第二管路，可操作地在不同点与第一管路的流体流和排出管路的磨粉浆相连，所述第二管路包括被可操作地连接在第一管路和排出管路之间的流体阀，该阀控制流体流过第一管路和排出管路之间的第二管路；
一旦系统被加压，流体阀关闭，使磨粉浆通过排出管路转移，一旦系统泄压，流体阀开启，允许流体从第一管路流动到第二管路，并停止排出磨粉浆。
最好在启动系统时，流体阀打开，允许水流过第二管路对系统增压，一旦容器被充分加压，流体阀被关闭，从而使流体喷射系统操作。
最好高压流体供应装置通过第三管路向排出管路输送流体，形成从被设置在排出管路端部的排出装置被喷出的磨粉浆与流体的混合物。
最好设置在第一管路内的第二流体阀控制流体从高压流体供应装置向容器的流动。
最好包括一漏斗和泵，该漏斗向容器供应磨粉浆，所述泵用于从容器内的頂层流体中抽取流体，通过从容器抽取流体所导致的压力将磨粉浆从漏斗中抽进容器内。
本发明的第二方面包括一种磨粉浆加压系统，其包括：
限定一隔舱的压力容器，在所述隔舱内保存有一定体积的磨粉浆和位于所述磨粉浆上方且基本上没有磨料存在的一定体积的流体；
可与所述隔舱相连的磨粉混合物的供给装置；
输送管路，通过被所述输送管路确定的压力容器的第一开口在压力下将磨粉混合物输送到所述隔舱；
浆料吸取和输送管路，受在压力下通过第一开口进入所述隔舱的流体的驱动影响，用于将所述压力容器隔舱内的浆料成分通过被所述浆料吸取和输送管路所确定的压力容器的第二开口输送到一喷嘴；
与所述基本上没有磨料的流体流体相连的压力控制管路，该压力控制管路包括调整所述隔舱内压力的流体流动控制阀。
最好所述压力控制管路与所述隔舱通过所述隔舱的第三开口流体相连，该第三开口由所述压力控制管路提供并位于所述基本上没有磨料存在的流体内。
最好所述输送管路延伸进入所述隔舱内，并将所述第一开口定位在所述磨粉浆内。
最好所述压力控制管路与所述隔舱通过所述第一开口流体相连，该第一开口位于所述基本上没有磨料存在的流体内。
最好所述压力控制管路也与远离所述隔舱的所述浆料吸取和输送管路流体相连，当所述流体流动控制阀处于没有关闭条件下，通过所述喷嘴，对所述隔舱进行泄压。
最好所述压力控制管路包括一远离所述隔舱的排放出口，当所述流体流动控制阀处于没有关闭条件下，通过该排放出口，对所述隔舱进行泄压。
最好所述流体流动控制阀响应于输送管路流体压力，如果其低于一特定压力值，也就是低于所希望的系统操纵压力，所述阀将处于非关闭状态。
最好所述流体主要包括水。
最好所述浆料由被夹带在所述流体内的磨料材料组成。
此外，本发明的另一个方面包括一种操纵上述系统的方法，其包括：
在压力下通过所述输送管路向包含磨粉浆和位于所述磨粉浆上方且基本上没有磨料存在的流体的所述隔舱内输送流体，同时利用处于未关闭状态下的所述流体流动控制阀，允许通过所述泄压管路使所述隔舱泄压。
当所述隔舱内达到足够压力时，允许喷嘴采用所希望的材料切断方式进行操作，关闭所述流体流动控制阀，然后通过浆料吸取和输送管路向喷嘴输送浆料，迫使所述隔舱泄压。
本发明的另一个方面包括一种操纵上述系统的方法，其包括：
在通过输送管路所输送的流体压力下，对包含所述磨粉浆和位于所述磨粉浆上方且基本上没有磨料存在的流体的隔舱进行操作，从而将来自所述隔舱的浆料通过所述浆料吸取和输送管路转移到喷嘴，
将所述流体流动控制阀移动到非关闭状态，从而随着所述隔舱内的压力低于允许浆料通过所述浆料吸取和输送管路转移的压力，阻止所述浆料转移。
本发明的另一个方面包括一种操纵上述系统的方法，其包括：
在通过输送管路所输送的流体压力下，对包含所述磨粉浆和位于所述磨粉浆上方且基本上没有磨料存在的流体的隔舱进行操作，从而将来自所述隔舱的浆料通过所述浆料吸取和输送管路转移到喷嘴，
如果所述隔舱内的压力低于允许喷嘴采用所希望的材料切断方式进行操作的压力，通过将所述流体流动控制阀活动到非关闭状态、移动到第二管路并停止磨粉浆的排出，阻止所述浆料转移。
本发明的另一个方面包括一种磨料流体喷射系统，其包括：
a)一容器，具有一隔舱，用于容置(a)一定体积的磨粉浆和(b)位于所述磨粉浆上方的基本上没有磨粉浆的一定体积的流体；
b)高压流体供应装置，用于向所述容器供应流体；
c)排出管路，包括一喷嘴以及位于所述磨粉浆内的一入口；
d)输送管路，从所述流体供应装置通向容器内，随着将高压流体输送到容器内，诱使磨粉浆流进和流过所述排出管路到达所述喷嘴；
e)泄压管路，与所述容器流体相连，可操作地连接在上述一定体积的流体和所述排出管路之间，该泄压管路包括一控制流体流动的流体阀；
该流体阀在开启时，通过建立与所述(d)步骤中的通过所述泄压管路到达所述喷嘴的流体流动不同的流动，诱使所述容器泄压。
附图说明
图1是一个显示本发明第一实施例的系统框图；
图2是一个显示本发明第二实施例的系统框图；
图3是一个显示本发明第三实施例的系统框图；
图4是一个显示本发明第四实施例的系统框图。
优选实施例介绍
本发明利用流体选择阻力最小路径的自然属性，确保压缩后流体体积被排放到排出管路内，因此排出装置没有磨料。
参考图1，图1是一个显示本发明第一实施例的系统框图，该系统具有一压力容器11，该压力容器提供一用于容置磨粉浆的隔舱。所述磨粉浆是一种被夹带(entrained)在流体内的磨料的混合物，所述流体例如是水或包含水的液体成分。容器11包含磨粉浆2，在磨粉浆2上方设置一层液体4。所述液体4与用于夹带磨料颗粒从而提供所述浆料的液体是相同的液体，但是在容器内的一定水平面“L”上方，液体4内没有混合磨料。
包含加压泵的压力流体源10向容器11输送流体。来自压力流体源10的流体通过输送管路14和15。设置管路15用于将流体输送到吸取(uptake)和输送管路，从而对通过开口30正被传送的浆料进行适当地稀释。为了避免吸取和输送管路阻塞，所述稀释是必不可少的。
管路14是主输送和容器加压管路。在图1所示发明的结构中，管路14具有出口24，其在容器11内确定第一开口，该第一开口位于压力容器内仅有流体的区域内(也就是L上方)。
漏斗17通过管路19向容器11输送磨粉浆2。
泄压管路21被设置为与容器内的流体相通，并与没有磨料的流体流动接触。在图1所示结构中，利用所述输送管路14的一部分，提供上述流动接触。流体阀13控制流体流过压力控制管路21。
在系统的正常操作条件下，泵系统向容器输送压力流体，从而导致磨粉浆2通过吸取和输送管路16的进口30到达喷嘴12。该进口被设置在L下方，最好靠近容器11的底部。
可以考虑将压力降压管路21设置为旁通管路，以便绕过包含磨料的容器体积流动。利用一流体流动控制阀可以实现上述旁通(bypass)，所述控制阀可以是关闭的以关闭管路21。
在图1所示结构中，管路14与容器11的顶部也就是没有磨料2的部位相连。在泄压时(例如当流体源10损坏或被关闭时)，使连接管路21与容器外部的输送管路相连的流体阀13被打开。容器11内的物质将保持被压缩，但是希望膨胀。可以通过两个开口，但是这种膨胀将选择通过管路21排出以代替通过排出管路16的开口30排出。这是由于磨粉浆移动流出管路16的开口30而产生的体积膨胀，因为其内径、长度和主要是由于淤泥层(slurry bed)2的密度和粘度，将导致更高的流动阻力。
当系统启动和加压时，流体阀13将最初被开启。流体将从流体源10通过管路14流入容器11。由于流体阀13是打开的，一些流体将进入管路21。容器的增压也将发生，但是由于部分流动分流，所述增压被减弱。在最佳模式中，泄压管路与第二开口30上游的浆料吸取和输送管路相连(最好是在容器外部)，浆料向上流过开口30的阻力与经过管路21并进入吸取和输送管路的流体流动事实结合，以在吸取和输送管路朝向开口30的部分上产生一背压，从而没有浆料到达喷嘴。一旦封闭阀13，将有足够的物质流入压力容器11。导致磨料进入管路16的入口30。
通过关闭阀13，流体从流体源10通过管路14进入容器11，从而导致磨粉浆进入吸取和输送管路16的开口30，在管路16内与来自管路15的主要流动混合，并通过吸取和输送管路16被携带到喷嘴12。
也可以在任何时间通过开启阀13停止磨料的流动。在泄压时，开启流体阀13，提供另一条压缩流体最佳通过管路21的路径。当容器内的物质膨胀时，这种膨胀通过泄压管路21。由于管路14的开口在容器11内位于水平面L上方，确保磨粉浆能够到达流体阀13，从而对干净水正常操作且具有最小压差，因此它的服务寿命通常比其它情况更高。此外，管路21的内径将足够大，确保逃逸流体的速率低于被使用的磨粉浆2的设定速率。采用这种方式，容器11内位于水平面L上方内的磨料颗粒将不能进入或沿管路14被传送，并通过流体阀13进入管路21。
图2显示了本发明第二个实施例，其中设置一单独泄压管路21。与图1所示的第一实施例不同，管路21与管路15不相连，仅作为容器11内的压缩体积逃逸通道。第二流体阀23始终处理清洁流体，流体阀13不经常操作，也就是仅在增压和泄压阶段操纵。因此，降低了对阀13的磨损。优选设置第二流体阀23，但这不是必需的。
当泵对流体源10进行增压失败而要求分流时，管路14内的压力损失或泵上的压力损失可以被一压力传感器检测，从而自动地开启阀13，通过管路21对容器提供泄压。当希望停止磨粉浆的流动而同时对流体源10进行增压的泵仍连续操作时，可以仅仅开启阀13，流体可以通过管路14和15连续流入容器11(如果不被单独封闭)，但是由于容器内加压材料最小阻力的路径是通过管路21，水将进入并仅在水平面L上方离开，从而确保仅水通过管路21被排向喷嘴12。只要对流体源10进行增压的泵连续操作，这种流动将连续，被压缩流体的压力平衡不能达到，阀13保持开启。
使用隔膜泵18从管路20中抽取流体4，在容器11内产生压降，所述压降又从漏斗17抽取磨粉浆2到容器11内。在图2所示实施例中，随着流体阀13和第二流体阀23被关闭，使用隔膜泵18通过管路20从容器内抽取流体，产生真空，以便通过管路19从漏斗17抽取磨粉浆2。
可以预测的是，在系统增压和泄压状态下，系统避免由流体可压缩性问题引起不希望的将磨料排放到喷嘴。通过为来自容器内的被压缩流体膨胀提供另一条无阻力路径，从而没有磨料被提供到喷嘴，本发明帮助阻止喷嘴阻塞。
图3显示另一种结构，其中输送管路将第一开口浸没在浆中。在这种结构中，要求泄压管路所提供的一单独开口位于水平面L的上方。靠近第二开口30设置第一开口24是为了使磨料与水更好地混合，以便在最靠近第二开口的位置形成磨粉浆。
图4显示了另一种结构，其中泄压管路排口没有进入吸取和输送管路，而是位于不同的部位。这是一种非优选的方案，不能使用来自管路21内流体的压力向吸取和输送管路16内的流体提供背压，从而一些浆料(在容器内物质的体积膨胀期间)可能通过开口进入吸取和输送管路。
以上已对本发明作了十分详细的描述，所以阅读和理解了本说明书后，对本领域技术人员来说，本发明的各种改变和修改将变得明显。所以一切如此改动和修正也包括在此发明中，因此它们在本发明的保护范围内。
Claims (18)
1.一种磨料流体喷射系统，包括：
一容器，包括一层磨粉浆和一位于所述磨粉浆层上方基本上由流体组成的頂层；
高压流体供应装置，用于向所述容器供应流体；
第一管路，从所述流体供应装置通向容器内的流体頂层，随着将高压流体输送到容器内，导致磨粉浆从一排出管路转移；
第二管路，可操作地在不同点与第一管路的流体流和排出管路的磨粉浆相连，所述第二管路包括被可操作地连接在第一管路和排出管路之间的流体阀，该阀控制流体流过第一管路和排出管路之间的第二管路；
其中一旦系统被加压，流体阀关闭，使磨粉浆通过排出管路转移，一旦系统泄压，流体阀开启，允许流体从第一管路流动到第二管路，并停止排出磨粉浆。
2.如权利要求1所述磨料流体喷射系统，其特征在于：一旦开启系统，流体阀打开，允许水流过第二管路，对系统增压，一旦容器被充分加压，流体阀被关闭，从而使流体喷射系统操作。
3.如权利要求1和2所述磨料流体喷射系统，其特征在于：所述高压流体供应装置通过第三管路向排出管路输送流体，形成从被设置在排出管路末端的排出装置排出的磨粉浆与流体的混合物。
4.如上述任一项权利要求所述磨料流体喷射系统，其特征在于：设置在第一管路内的第二流体阀控制流体从高压流体供应装置向容器的流动。
5.如上述任一项权利要求所述磨料流体喷射系统，其特征在于：包括一漏斗和泵，该漏斗向容器供应磨粉浆，所述泵用于从容器内的頂层流体中抽取流体，通过从容器抽取流体所导致的压力将磨粉浆从漏斗中抽进容器内。
6.一种磨粉浆加压系统，包括：
限定一隔舱的压力容器，在所述隔舱内保存有一定体积的磨粉浆和位于所述磨粉浆上方且基本上没有磨料存在的一定体积的流体；
可与所述隔舱相连的磨粉混合物的供给装置；
输送管路，通过被所述输送管路确定的压力容器的第一开口在压力下将磨粉混合物输送到所述隔舱；
浆料吸取和输送管路，受在压力下通过第一开口进入所述隔舱的流体的驱动影响，用于将所述压力容器隔舱内的浆料成分通过被所述浆料吸取和输送管路所确定的压力容器的第二开口输送到喷嘴；
与所述基本上没有磨料的流体相连通的压力控制管路，该压力控制管路包括调整所述隔舱内压力的流体流动控制阀。
7.如权利要求7所述磨粉浆加压系统，其特征在于：所述压力控制管路与所述隔舱通过所述隔舱的第三开口流体相通，该第三开口由所述压力控制管路提供并位于所述基本上没有磨料存在的流体内。
8.如权利要求7所述磨粉浆加压系统，其特征在于：所述输送管路延伸进入所述隔舱内，并将所述第一开口定位在所述磨粉浆内。
9.如权利要求7所述磨粉浆加压系统，其特征在于：所述压力控制管路与所述隔舱通过所述第一开口流体相连，该第一开口位于所述基本上没有磨料存在的流体内。
10.如权利要求7～9之一所述磨粉浆加压系统，其特征在于：所述压力控制管路也与远离所述隔舱的所述浆料吸取和输送管路流体相连，当所述流体流动控制阀处于没有关闭条件下，通过所述喷嘴，对所述隔舱进行泄压。
11.如权利要求7～9之一所述磨粉浆加压系统，其特征在于：所述压力控制管路包括远离所述隔舱的排放出口，当所述流体流动控制阀处于没有关闭条件下，通过排放出口，对所述隔舱进行泄压。
12.如权利要求7～11之一所述磨粉浆加压系统，其特征在于：所述流体流动控制阀响应于输送管路流体压力，如果其低于一特定压力值，也就是低于所希望的系统操纵压力，所述阀将处于非关闭状态。
13.如权利要求7～12之一所述磨粉浆加压系统，其特征在于：所述流体主要包括水。
14.如权利要求7～13之一所述磨粉浆加压系统，其特征在于：所述浆料由被夹带在所述流体内的磨料材料组成。
15.一种操纵如权利要求7～14之一所述系统的方法，包括：在压力下，通过所述输送管路向包含磨粉浆和位于所述磨粉浆上方且基本上没有磨料存在的流体的所述隔舱内输送流体，同时利用处于未关闭状态下的所述流体流动控制阀，允许通过所述泄压管路使所述隔舱泄压，
当所述隔舱内达到足够压力时，允许喷嘴采用所希望的材料切断方式进行操作，关闭所述流体流动控制阀，然后通过浆料吸取和输送管路向喷嘴输送浆料，迫使所述隔舱泄压。
16.一种操纵如权利要求7～14之一所述系统的方法包括：
在通过输送管路所输送的流体压力下，对包含所述磨粉浆和位于所述磨粉浆上方且基本上没有磨料存在的流体的隔舱进行操作，从而将来自所述隔舱的浆料通过所述浆料吸取和输送管路转移到喷嘴，
将所述流体流动控制阀移动到非关闭状态，从而随着所述隔舱内的压力低于允许浆料通过所述浆料吸取和输送管路转移的压力，阻止所述浆料转移。
17.一种控制如权利要求7～14之一所述系统的方法，包括：
在通过输送管路所输送的流体压力下，对包含所述磨粉浆和位于所述磨粉浆上方且基本上没有磨料存在的流体的隔舱进行操作，从而将来自所述隔舱的浆料通过所述浆料吸取和输送管路转移到喷嘴，
如果所述隔舱内的压力低于允许喷嘴采用所希望的材料切断方式进行操作的压力，通过将所述流体流动控制阀活动到非关闭状态、移动到第二管路并停止磨粉浆的排出，阻止所述浆料转移。
18.一种磨料流体喷射系统包括：
a)一容器，具有一隔舱，用于容置(a)一定体积磨粉浆和(b)位于所述磨粉浆上方的基本上没有磨粉浆的一定体积的流体；
b)高压流体供应装置，用于向所述容器供应流体；
c)排出管路，包括一喷嘴以及位于所述磨粉浆内的一入口；
d)输送管路，从所述流体供应装置通向容器内，随着将高压流体输送到容器内，使磨粉浆流进和流过所述排出管路到达所述喷嘴；
e)泄压管路，与所述容器流体相连，可操作地连接在所述一定体积的流体和所述排出管路之间，该泄压管路包括一控制流体流动的流体阀；
f)该流体阀在开启时，通过建立与所述d)步骤的通过所述泄压管路到达所述喷嘴的流体流动不同的流动，使所述容器泄压。
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