CN86104189A - 高速液体射流的能量散逸容器 - Google Patents

Abstract

本发明是揭示一种用于高速液体射流切割系统的能量散逸容器，其容器最好为圆锥体形，包括接受高速射流的液体和盛装多种悬浮体的内腔，当射流冲击此悬浮体时，它们在此内腔口作圆周运动，并吸收射流的能量。

Description

本发明涉及液体射流的切割系统，并具体说明与此系统相联的能量散逸容器。

在工艺中采用高速液体射流法进行切割是已经闻名的技术。一种典型的液体如水，在压力达55，000磅/平方英寸下，通过一孔径仅0.003～0.03英寸宝石喷咀，产生的液体射流速度可达音速的三倍。这种高速的液体射流用作切割多种金属与非金属材料如钢、铝、纸张，橡胶，塑料，凯夫拉尔，石墨和食品等。

为提高液体射流的切割能力，可在液体射流中添加一部分研磨材料，乃成为研磨射流。这种射流可以更为广泛而有效地用作切割许多种材料，从特殊的硬材料如工具钢，装甲钢板，特殊的陶瓷，防弹玻璃，甚至很软的铅等。有代表性的研磨材料包括柘榴石，二氧化硅，氧化铝等，粒度可在＃36～＃120目，这里所指的液体射流包括了一般的液体射流和研磨射流。

这种高能量的液体射流，一旦通过了工作部件，必须立刻予以吸收，这不仅是这种射流对人身和设备均可能造成事故的危害性，而且造成射流的液体必须予以收集并予恰当地处理。

据此，液体射流切割系统应包括一个为接受高速度的液体射流的能量散逸容器。如美国专利2，985，050和3，212，378公开了在有弹性衬垫（例如橡胶或氯丁橡胶或其他弹性材料）上盛有水或其他液体的捕收槽。在槽的四周装有喷淋管（轨），喷淋的水向下指向液体的表面，从而复盖切割液体的蒸气，使之不会在切割机的周围散发。

美国专利3，730，040公开的一个能量吸收容器，在容器的底部安装一个硬钢制的耐冲击砧块，在这容器的上部靠近工作部件处还设有一平顶的圆锥形的挡水板。在液体射流进入容器时，先经过另一种液体，从而射流的能量被吸收一部分，而后这射流乃冲击到容器底部钢砧之上。挡水板的取向在于，防止噪音、水沫与蒸气等反向通过进口处。

能量散逸器或捕收器，在工艺上均已知名，但至今仍存在二个重要问题：一是传统的捕收器以及用作研磨射流的捕收器的部件磨损太重，使用寿命很短，为此，必须备有昂贵的耐磨部件以期经常更换，二是这捕收器的空间仍嫌太大，所用的金属材料要求质量高数量多因而造价昂贵，为了保证不致被液体射流特别是研磨射流所击穿，必须用厚的金属板。此外，传统的捕收器的体积，在长度方面，也必须很长。这是因为散逸的能量大，故必须具备较长的尺寸。如研磨射流，传统的容器的长度通常可达36英寸。

本发明，旨在克服上述的限制，以改进高速的液体射流的散逸能量方法及设备。

简单地说：公开了一项接受高速液体射流的能量散逸容器。其中包括内部空腔（间）用作盛装液体，同时可以接受高速液体射流的容器。容器的空腔（间）中还含有可以自由移动的悬浮球状（珠）体。还包括液面限制装置以便允许内腔中的多余的液体流向别处，但不会带走悬浮球状体。在射流进入容器时至少有部分的这种球状悬浮体是会受冲击的。

当这种研磨射流射到悬浮体时，至少有一部分悬浮体被冲击而在全部液体中悬浮。由于这些悬浮体比较自由地在这液体中活动，每一颗粒至少可以吸收掉一部分能量并可使冲击着的球体仅仅受到最小的损坏。

这些悬浮球状一旦被液体射流冲击，要发生一些磨损情况。但由于射流进入液体时，赋予悬浮球状球体产生圆周运动，因此，与射流相关联的磨损，也进一步降到最低的程度。在推荐的具体实施方案中，这种圆周运动可借助接受容器有收敛的截面，而达到最大的程度。

所推荐的具有收敛的内腔容器及其悬浮体产生圆周运动的用途，可达到实质性的缩短捕收器的长度的目的。上述一切及与本发明有关的其他细节在下述推荐具体实施方案的叙述中将会清楚，下列附图也是构成它的一部分。

图1是按照本发明设计制造的液体射流，切割系统结构正视简图;而图2按照本发明设计制造的关于接收一高速的液体射流能量散逸容器结构的部分剖面正视简图。

首先述及图1，图一说明一个具有一喷射咀50的液体射流切割系统。它所产生的高速的液体射流52，典型的来说，这液体是水，或是一种水/研磨材料的混合物。这液体是被加压约达55，000磅/平方英寸而通过一个其孔径为0.003～0.030英寸的宝石喷咀，产生速度可达音速的三倍的射流。

把工作部件54放在这喷咀的下面，先用射流52穿孔;切割时，这材料54与喷咀50相对移动，即沿着56所指箭头方向而移动;则切割的方向恰恰和材料移动的方向相反，如图1所示。

在切割过程中，射流52通过材料54而进入能量散逸容器10。在实际操作中，这射流可被切割材料所偏射，且其偏射方向与切割方向相反穿过加工材料的射流的偏射轨迹在简图1中用虚线58表示。

在一个代表性的切割系统中，液体射流从喷咀中射出时是垂直向下的，捕收器是安放在切割材料的下面。和射流成一直线的。

偏射射流和容器间的校正可用很多方法来实现的。首先是把容器10从喷咀下面稍惟移开，使偏射的射流入射容器时与容器的轴60成一偏角，但沿着一条不直接与容器的内壁撞击的轨迹。按图1中所描绘的布局，则这容器必须稍稍向右移动。

此外，可使容器10稍稍倾斜，务使其轴心60和射流轨迹58同轴共线，从而使射流在冲击容器的内壁前在容器中射经最长的路程。

图2表示，按照本发明所设计制造的能量散逸容器10的部分剖视简图。这容器10包括主体12，以金属板，如＃12钢制成而且是适合于接受高速液体射流的钢材而制成的。

为了说明的目的，以垂直下向的箭头16代表着射流的轴心与流动方向。通常是与容器的轴心同轴共线的。如前所述，共轴共线是最好的而且也是办得到的，只要对应于偏射的射流的情况，适当的将容器倾斜即可。

容器的主体12的截面通常为环状，容器的内径沿着射流的方向逐渐收敛，说明主本是一个圆锥体，向下伸延的内壁与射流的轴心间的角度最好是在10°～45°之间，收敛状内壁是一种非金属的，吸音的并且是耐磨材料如橡胶所砌成的。

在容器10的上部是盖14，宜以白口铸铁所铸成。这盖14的尺寸应与主体12的上部内配合，而主体12的上部包括圆柱形部分18，它的尺寸应能接受盖14至主体内部预定的深度。

盖子14包括一通孔20，它的尺寸可恰当地包围液体射流，而允许射流经过而到达密闭的容器中去。盖14的底部面22可以是平整的但最好是制成凹形，其理由叙述于下：

主体12必须具有一项液面限制装置。以便多余散逸液体可从内腔中流出去。它是由空心导管24，其内部与容器10的内部处在液体连通状况，虽然导管24最好设在圆柱形部分，但也可以设在容器的底部;此外如可施以一定的真空，则对排出散逸液体及研磨材料更为有助。

这圆锥形主体的下部，通常是以可活动和置换的柱状底盖为好。内部车有螺纹26而与主体的底部螺纹配合，这底盖用铸铁制成，其中间还不有一（钢制）塞栓。

上述结构容器，高度为12-14英寸，上部圆柱形部分的（18）直径为5-7英寸。

容器中加满可以自由移动的悬浮件28，采用一种研磨用的钢球直径为1/4～3/8英寸及钢柱的混合体，其中钢柱的直径与长度均为1/6～1/8英寸，经过热处理至洛氏硬度为C55或以上。

在液体射流进入容器以前，将钢球与钢柱先在容器10中从底部铺到顶盖，盖14原先是稍抬高或开起的位置，如图1上虚线所示。容器的位置必须对应液体射流的方向先予校准。使射流能过孔眼20，进入容器10。一旦液体射流进入这容器，由于容器10中能量吸收层的阻力使射流变慢、旋卷和散开。射流一经散开和旋卷，便开始以20～30°角度往上流动。当容器的内部衬壁成同样的角度时，便会使往上流动的射流形成沿着衬壁流动的低能量的片流，如图2中30所示。这种流体沿容器的壁作低能量的流动，因此内衬32只经受最少的冲击和磨损。

至于其他各种悬浮物体也可单独使用的。并可用不同的分量来配合成最适宜的混合体。最佳的配比可以用钢柱和5-25%（体积）的1/4-3/8英寸的钢球。

当液体射流进入这一混合层后，细颗粒的钢柱剧烈运动导致大颗粒的悬浮钢球浮起或成浮游状态，在图2所示的粗箭头，表示大颗粒在层状内作圆周运动的情况;而细颗粒则在锥形层边界的喘流带34中作圆周运动，以细箭头36表示。盖14的凹形内层22，使研磨钢柱在内部易于产生圆周运动。

大部分的流体射流的能量，显然是消耗在喘流带34中，最易磨损的部分是属于不太昂贵和易于更换的钢球及钢柱28。因为球和柱28是在容器中可自由地移动，为此它们被射流所冲击而受磨损的程度，可降至最低限度。另一方面，由于这些东西是冲击的对象。因此会有磨损，可以预见，这些悬浮体将由于磨损而尺寸缩小，从而不能再使用，一旦它们的直径减小到了不能使用时，这些球和珠就可以经过筛子从管道24送出去，而筛子把合用的留回容器中。

由于被磨损而使悬浮体数量逐渐减少，盖14可以从上部圆柱部分下降到剖视部分的所示的位置，所以这盖子提供了一定程度的体积调校作用，以期在容器使用过程中补偿悬浮体的损失。

除了悬浮体以外，可能会被射流所磨损的部件是面向射流的捕收器的底部。可活动的底盖26，提供了置换该系统磨损的部件的不太昂贵的方法，并且借此还可以把捕收器的内部予以清理。

所述容器的能量散逸的特征，应可使容器中液体射流的射程，仅12-14英寸或更短。由于液体的能量在圆锥形片流层边缘内已经很低，容器内壁是受到相对来说无破坏性的动能。因这种沿内壁而形成的片流层作用，则其内壁可用较便宜但又能有效灭声的材料如橡胶做为内衬。

上述说明书包括可供这方面的熟练的技术人员应用的详细资料。必须理解，本发明的说明书是解释性的。对这方面熟练的技术人员是极为明显可藉助于这些叙述作许多改进和变更。因而要求本发明仅受制于此处所附的权利要求。而这些权利要求是在先有技术所允许的条件下给以尽可能宽的解释的。

Claims (17)

1、捕收一高速射流的液体而设置的能量散逸容器，其特征在于，包括

a.主体具有一空腔，是为捕收一高速射流的液体。

b.在空腔中装有多种悬浮体。及

可排走内腔中的多余的流体而保留着悬浮体的设备。

2、按权利要求1所要求的容器，其特征在于，其内腔，至少有一个在垂直于射流的方向上是收敛的形状。

3、按权利要求2所要求的容器，其特征在于，其空腔剖面通常是圆锥形的。

4、按权利要求3所要求的容器，其特征在于，其内腔腔壁和液体射流轴心成15-45°的角度。

5、按权利要求1所要求的容器，其特征在于，其中悬浮体的尺寸和质量，在受射流冲击时，至少有部份悬浮体可以相应地移动。

6、按权利要求5所要求的容器，其特征在于，其中至少有一部份悬浮体是钢制的。

7、按权利要求1所要求的容器，其特征在于，其中至少有一部分悬浮体是钢制的。

8、按权利要求1所要求的容器，其特征在于，其中至少有一部分悬浮体其尺寸和质量，可在接收液体射流时在内腔中经历着一般圆周运动。

9、按权利要求1，5或8所要求的容器，其特征在于，其中悬浮体是从一组一般具有球形的和圆柱形的物体中选择而得。

10、按权利要求9所要求的容器其特征在于，其中，悬浮体至少有部份是圆柱形的，其直径约为1/8英寸，长度约为1/8英寸。

11、按权利要求9所要求的容器，其特征在于，其中悬浮体至少有部份是选自一组含有研磨钢球及粒。

12、按权利要求9所要求的容器，其特征在于，其中的悬浮体一般是钢球形状而直径约为1/4-3/8英寸。

13、接受高速液体射流的能量散逸容器其特征在于，包括着

主体所具之内腔，是接收高速液体射流的，且至少有一个在垂直于射流方向上是收敛的形状。

内腔中具有悬浮体垫床。

允许从内腔中放出多余的散逸液体，而同时保留着所有的悬浮体不会被带走的装置。

14、吸收一高速的液体射流动能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在具有多种悬浮体的内腔中接收射流，使至少部份的悬浮体经受着射流的冲击。

15、吸收这高速液体射流的动能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

制成一个容器，其截面在液体射流的方向上逐步缩小。容器中部分盛装悬浮体。同时使容器与对应的液体射流进行定位，使射流会冲击至少部份的悬浮体。

16、吸收高速液体射流的动能的方法，其特征在于，包括如下步骤。容器中部份填充多种悬浮体。

校直容器和液体射流使容器可接受这液体射流。

在接受这射流的过程中允许动能较低的液体在容器中积聚，并允许悬浮体在经受液体射流的冲击时，在积聚的流体中悬浮。

17、按权利要求16所要求的方法，其特征在于，包括首先使容器内部的形状，可使积聚的液体能形成环流。

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