CN2712549Y - 高压水前混式磨料射流用磨料流化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压水前混式磨料射流用磨料流化装置。它的磨料流化器由调节杆、空心调节螺栓、固定螺母、流化喷头、出水接头、混合体、连接管组成。调节杆两端与高压水进水管和流化喷头连接，杆壁上有凸块卡入混合体凹槽中防止转动；空心调节螺栓活套并靠卡环定位在调节杆上，它的外螺纹与固接在混合体上的固定螺母啮合；流化喷头端部中心设主引射喷嘴、呈喇叭形收缩的圆锥面上有若干个流化喷嘴；出水接头连接在混合体内，一端与出水管连接、相对的流化喷头另一端设有呈喇叭形扩展的圆锥面；连接管一端与磨料罐底部排料孔连接，另一端与混合体连接。本实用新型磨料流量均匀，浓度稳定且可连续调节，结构简单，工作可靠。

Description

高压水前混式磨料射流用磨料流化装置

技术领域

本实用新型涉及高压水射流切割技术，特别是高压水前混式磨料射流用磨料流化装置。

背景技术

高压水射流切割技术具有切缝窄、无毛刺、无热应力、无粉尘、易实现异形切割等优点，而在高压水中加入磨料形成磨料射流的切割能力是纯水射流的几倍至几十倍，因此广泛应用到航空、军工、有色冶金、石化、机械、建材及轻工等行业。目前，有高压水前混式磨料射流和高压水后混式磨料射流两种切割技术，它们的区别在于：前混式磨料射流系统中只有一个磨料喷嘴，是将磨料和水均匀混合好后再从喷嘴中喷出去，磨料和水的流动速度基本一致，磨料切割能力比较强；后混式磨料射流系统有水喷嘴和磨料喷嘴两个喷嘴，是先将水从水喷嘴中喷射出去，再通过水的高速流动吸卷磨料，使水和磨料一起进入磨料喷嘴中混合形成磨料和水的混合体从磨料喷嘴中喷射出去，由于水的高速度所带来的刚性和磨料喷嘴的混合段长度的有限性，磨料速度相对水的速度比较低，磨料的切割能力较弱。实验证实，达到同样的切割效果，前混式磨料射流所需的压力、系统的体积、重量和电气装机容量仅为后混式的1/10左右，具有很大的优势，而该技术的难点主要在于磨料的流化，即如何使磨料均匀地、可控制地加到水流中去。

目前使用的高压水前混式磨料射流系统如附图5所示，它主要由高压管路19、混合器20、磨料调节阀21、喷头22、磨料23、磨料罐24和磨料流化管25组成。磨料流化管25一端连接高压水管，另一端伸到磨料罐24的底部，从该管中流出的水将磨料罐底部的磨料23进行稀释和混合达到流化的目的；磨料调节阀21是旋塞阀，主要控制或截止进入到混合器20中的磨料和水的混合物的流量；混合器20由进水接头26、混合腔体27、连接管28、出水接头29、螺母30和减压喷嘴31组成(如附图6所示)。进水接头26连接高压水管，出水接头29连接出水管或喷头，连接管28连接磨料调节阀，减压喷嘴31的作用是使磨料罐两端产生压差，以利于磨料更好地进入到混合器中来，同时，它还有使磨料和水进一步流化的作用。磨料流化管25和混合器20、磨料调节阀21共同起磨料的流化和控制作用。该系统的工作原理是磨料罐中的磨料在自重和磨料罐两端高压水的压差的共同作用下通过磨料调节阀进入混合器，在混合器中，磨料和高压水被均匀混合，通过喷头形成磨料射流来完成切割工作。该系统的主要问题是采用了先将磨料流化再对其进行调节的方法，使磨料流量不均匀和磨料浓度不稳定。因为前混式磨料射流系统所需磨料量约为1～2Kg/min，而磨料流化管是将磨料罐底部的所有磨料同时进行流化，流化后来不及通过磨料调节阀的磨料会在阀口周围再次沉淀，破坏流化效果，使得磨料通过阀口时的流动形态为“柱塞流”，即磨料在管道中一段浓度很低或没有，形成“空泡”，一段又浓度很高形成“柱塞”，流量极不均匀；运行中为了控制磨料浓度，磨料调节阀的开口量一般较小，磨料容易板结在磨料调节阀阀口上，造成磨料阀口过流面积不稳定；磨料罐的装料高度对磨料浓度有较大影响，罐内磨料高度较高时，由于磨料自重的作用，流化范围比较小，磨料浓度较大，反之较稀。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述磨料流化装置的缺陷，设计一种的新的高压水前混式磨料射流用磨料流化装置，解决高压水前混式磨料射流系统中磨料的流化问题，使得磨料流量均匀，磨料浓度稳定，提高磨料切割效果。

实现本发明目的采用的技术方案是：磨料流化装置除包括与已有技术相同或相近的装磨料的磨料罐，两端分别连接磨料流化器的出水接头和磨料喷头的出水管及磨料喷头外，设计了一种全新的磨料流化器，它由调节杆、空心调节螺栓、固定螺母、流化喷头、出水接头、混合体、连接管组成。调节杆两端分别与高压水进水管和流化喷头连接，设有中心通孔，杆壁上设置的凸块卡入混合体凹槽中防止转动。空心调节螺栓活套在调节杆外壁并由卡入调节杆上的卡环轴向定位，它的外螺纹与固接在混合体上的固定螺母的螺纹啮合。流化喷头端部中心设有主引射喷嘴，端部呈喇叭形收缩的圆锥面上均匀分布有若干个直径小于主引射喷嘴的流化喷嘴。出水接头固接在混合体内，它一端与出水管连接、另一与流化喷头相对且两者之间有一可调环状间隙的端部设有呈喇叭形扩展的圆锥面。连接管一端与磨料罐底部排料中心孔连接，另一端与混合体连接。

本实用新型连接管的中心轴线和调节杆、流化喷头、出水接头共有的同一中心轴线最好成45～90°的夹角，以利于稳定磨料浓度。

本实用新型流化喷嘴的中心线与主引射喷嘴的中心线夹角为15～60°，有利于磨料充分流化

本实用新型出水接头端部呈喇叭形扩展的圆锥面锥顶角为90～120°。

本实用新型的优点在于采用多个小直径流化喷嘴缩小了磨料流化区范围，使有限的水量能保证流化区中的磨料时刻处于流化状态，避免产生磨料沉淀；由几个小的流化区代替一个大的流化区，保证充分流化，使磨料流量均匀。将流化区设置在混合区的附近，使流化区中的磨料在没有进入到混合区之前，磨料罐中的磨料进不了流化区，避免磨料罐的装料高度对磨料浓度的影响和中间过程造成的磨料再次沉积。混合体的两条轴线成45～90°的夹角，有利于磨料浓度的稳定。利用混合区中高压水的流速大小来大范围地控制磨料浓度，利用混合区中高压水和流化后的磨料的接触面积大小来小范围地调整磨料浓度，实现了磨料浓度连续调节。取消了已有技术的磨料调节阀和磨料流化管，使系统结构简单，工作可靠。

附图说明

图1为本实用新型高压水前混式磨料射流用磨料流化装置结构原理图；

图2为本实用新型高压水前混式磨料射流用磨料流化装置磨料流化器结构图；

图3为图2中的A-A剖视图；

图4为图2中磨料流化混合区的局部放大图；

图5为已有技术的高压水前混式磨料射流用磨料流化装置结构原理图；

图6为已有技术的高压水前混式磨料射流用磨料流化装置混合器结构图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型高压水前混式磨料射流用磨料流化装置包括磨料罐1，装于磨料罐1内的磨料2，在磨料罐轴向中心线下方连接的磨料流化器3，磨料喷头4和出水管5组成。出水管5一端与磨料流化器3连接，另一端与磨料喷头4连接。磨料流化器3主要由调节杆6、空心调节螺栓7、固定螺母8、流化喷头9、出水接头10、混合体11、连接管12组成。调节杆6设有中心通孔，它的一端连接高压水进水管，另一端连接流化喷头9，高压水经过调节杆6的中心通孔从流化喷头9的喷嘴喷出，对磨料进行流化。在调节杆6上开有卡环槽，卡环13卡入调节杆6的卡环槽中，以对空心调节螺栓7进行轴向定位。调节杆6的中间部位设有凸块，凸块卡在混合体11的凹槽中使调节杆6不能转动，使流化喷头9的流化喷嘴处于正确的位置和方便连接进水管，如附图3所示。调节杆6与混合体11之间的连接部还设有两道防砂密封。空心调节螺栓7活套在调节杆6上，一端由卡环13轴向定位，另一端顶在调节杆6的凸块上，其外螺纹与固定螺母8啮合，固定螺母8紧固连接在混合体11上。转动空心调节螺栓7时，在螺纹的作用下，空心调节螺栓7带动调节杆6和流化喷头9进行轴向移动，移动距离由空心调节螺栓7和混合体11的预设间隙及流化喷头9与出水接头10的预设间隙决定。流化喷头9的结构见图4，它正对出水接头10进水口的端部为一呈喇叭形收缩的圆锥面，其锥面角要比相对应的出水接头10端部呈喇叭形扩展的圆锥面的锥面角大，该呈喇叭形收缩的圆锥面伸入出水接头10端部里喇叭形扩展的圆锥面内一定距离，使流化喷头圆锥面和出水接头圆锥面之间形成一环形间隙，构成磨料流化区17，调节该环形缝隙大小，可以改变磨料浓度；当调节流化喷头9的端部圆锥面紧贴出水接头10的端部圆锥面时，应能使流化喷嘴14的出水口位于出水接头10的端部圆锥面区域内。在流化喷嘴9的端部中心设有一个主引射喷嘴15，端部圆锥面上还设有若干个流化喷嘴14，流化喷嘴14最好为4～6个。主引射喷嘴15的直径比出水接头10内径小，其作用是对进入混合区18中的磨料进行进一步的混合，而后经出口接头10、出水管5从磨料喷头4中喷射出去。流化喷嘴14的作用是对堆积在混合体11空腔中的磨料进行流化。流化喷嘴14的直径比主引射喷嘴15直径小，以使流化作用局限在一定范围的流化区内。流化喷嘴14的数量和角度对流化态的形成有直接关系，不同位置的流化喷嘴具有不同的角度，流化喷嘴14中心线与主引射喷嘴15中心线的夹角一般为15～60°。连接管12通过螺纹或其他方式上端连接在磨料罐1底部中心的排料口上，下端与混合体11连接，为保证磨料能顺利进入到混合体11的堆积区16中，连接管12的内径一般为磨料粒度的50～200倍，但它的长径比较小，一般为1～5。这样，磨料在其中的流动可以认为是均匀的，不会产生拱顶现象。从其作用来说，连接管12可以看作为磨料罐1的一部分或其功能的延续。混合体11要有足够大的空腔，并且其两条轴线，即连接管12的中心轴线和调节杆6、流化喷头9、出水接头10共有的同一中心轴线成一定的夹角α，α的值在45～90°之间，夹角的存在有利于磨料浓度的稳定。出水接头10一端连接出水管5，再连接到喷头4上，另一端用螺纹连接在混合体11上，与混合体11之间还设有两道防砂密封和一道端面密封。出水接头10与流化喷头9相对应的端部呈喇叭形扩展的圆锥面锥顶角为90～120°，在出水接头10的端部圆锥面与流化喷头9的端面之间形成磨料和水的混合区18。

本实用新型的的工作原理是磨料罐1中的磨料2在自重作用下通过连接管12直接堆积在混合体11的堆积区16中，在流化喷头9的多个流化喷嘴14附近的环形缝隙形成的流化区17中，磨料被流化喷嘴14喷出的水充分流化，流化后的磨料在流化喷头9的主引射喷嘴15的作用下进入到混合区18中，并被进一步混合，经过出水接头10和出水管5通过磨料喷头4形成磨料射流喷出。系统工作时，磨料浓度的大小最终取决于系统压力、系统流量和环形缝隙大小多个因素，调节空心调节螺栓7，可改变流化喷头9和出水接头10之间的环形缝隙大小，即可改变磨料浓度。系统停机时，调节空心调节螺栓7，使流化喷头9和出水接头10压在一起，流化喷头9的前锥部伸入到了出水接头的喇叭口中，流化喷头9喷出的水流与磨料隔开，没有流化作用，此时，系统磨料流量为零，也同时保证了在停机状态下磨料不会从流化喷头9中倒流出去。

Claims (4)

1.一种高压水前混式磨料射流用磨料流化装置，包括装磨料(2)的磨料罐(1)，一端连接在磨料流化器(3)的出水接头(10)上、另一端连接在的磨料喷头(4)上的出水管(5)，及磨料喷头(4)，其特征在于磨料流化器(3)由两端分别与高压水进水管和流化喷头(9)连接、依靠杆壁外设置的卡入混合体(11)凹槽中的凸块防止其转动的设有中心通孔的调节杆(6)，具有与固接在混合体(11)上的固定螺母(8)的螺纹啮合的外螺纹、活套在调节杆(6)外壁并由卡入调节杆(6)上的卡环(13)轴向定位的空心调节螺栓(7)，端部中心设有主引射喷嘴(15)、端部呈喇叭形收缩的圆锥面上均匀分布有若干个直径小于主引射喷嘴(15)的流化喷嘴(14)的流化喷头(9)，固接在混合体(11)内且一端与出水管(5)连接、另一端与流化喷头(9)相对且两者之间有一可调环状间隙的端部设有呈喇叭形扩展圆锥面的出水接头(10)，一端与磨料罐(1)的底部排料中心孔连接另一端与混合体(11)连接的连接管(12)组成。

2.根据权利要求1所述的高压水前混式磨料射流用磨料流化装置，其特征在于连接管(12)的中心轴线和调节杆(6)、流化喷头(9)、出水接头(10)共有的同一中心轴线成45～90°的夹角。

3.根据权利要求1或2所述的高压水前混式磨料射流用磨料流化装置，其特征在于流化喷嘴(14)的中心线与主引射喷嘴(15)的中心线夹角为15～60°。

4.根据权利要求1或2所述的高压水前混式磨料射流用磨料流化装置，其特征在于出水接头(10)端部呈喇叭形扩展的圆锥面锥顶角为90～120°。

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