DK149709B - Skaereapparat med hoejtryksvaeskestraale - Google Patents

Description

i 14 »7 O 9

Opfindelsen vedrører et skæreapparat med en til-fra højtryksvæskestråle og omfattende et hus med en tilgang og en afgang for arbejdsvæske under højt tryk, en dyse til dannelse af en skærestråle af væ-5 sken, et organ til montering af dysen i afgangen fra huset, et ventilorgan til styring af væskestrømmen gennem dysen samt et aktiveringsorgan til styring af ventilorganet.

Med til-fra menes, at skæreapparatet enten ar-10 bejder med fuldt åben ventilorgan (til) og altså fuld kraft på skærestrålen eller med helt lukket ventilorgan (fra) og altså helt afbrudt skærestråle. Til styring af afgivelsen af vandstrålen og fluidumstrømmen, der kan have et tryk på 415000 kPa eller mere, anven-15 des der en ventil, der i kendte apparater er anbragt i tilførselsrøret på opstrømssiden af skæredysen.

Hver gang ventilen åbner eller lukker, udsættes tilførselsrøret mellem ventilen og dysen for en trykændring lig med det maksimale arbejdstryk.

20 Når ventilen åbnes hurtigt, dannes der i kend te apparater en trykbølge, der skrider frem mod dysen. Samtidig med dannelsen af trykbølger dannes der en ekspansionsbølge ved ventilen, hvilken ekspansionsbølge skrider frem mod kilden for det høje tryk.

25 De således ved åbningen af ventilen dannede bølger reflekteres fra forskellige dele af apparatet og bevirker svingende tryk i tilførselsrørene. Hvis tilførselsrørets træthedsstyrke ikke er tilstrækkelig til at modstå det svingende tryk, kan der ske brud på rø-30 ret, og der kan være fare for operatøren. Ved skæreapparater er tilførselsrørene derfor normalt fremstillet med væsentlig tykkelse og styrke til at modstå tryksvingningerne. Selv med tilførselsrør med så stor godstykkelse er der imidlertid fare for metal-35 træthed på grund af gentagne passager af bølgerne 149709 2 fremkaldt ved betjening af ventilen. De fremkaldte trykbølger er særlig kraftige, når der er et stort kammer placeret umiddelbart på opstrømssiden af dysen, som det ofte er tilfældet, når der kræves en 5 skærestråle af høj kvalitet.

Kendte væskestråleskæreapparater anvender sædvanligvis en syntetisk safirdyse med en aksial åbning til opnåelse af en lang levetid ved de høje strålehastigheder, der anvendes. Safirdysen er sædvanligvis 10 monteret i apparatet med en elastomer skive til opnåelse af en elastisk montering. Med kendte ventilsystemer kan de skiftende tryk og aflastninger i systemet og de deraf følgende trykbølger bevirke, at safirdysen forskydes eller løsnes fra sin holder, hvor-15 efter en adskillelse af apparatet vil være nødvendig til fornyet indsættelse af dysen.

En måde til at løse problemet i forbindelse med træthed på grund af trykbølger har været at indsætte en hydraulisk akkumulator i tilførselsrøret for 20 ventilen. Akkumulatoren formindsker størrelsen af trykbølgerne, der passerer gennem tilførselsrøret på opstrømssiden af ventilen, men er til ringe eller ingen hjælp for røret på nedstrømssiden af ventilen.

Indføring af en akkumulator medvirker til forøgelse 25 af omkostningerne ved og vægten af systemet og kan ikke anvendes i alle tilfælde. Som følge heraf er der behov for et alternativt hjælpemiddel til hindring af fremkaldelsen af trykbølger på grund af åbning og lukning af ventilen.

30 Disse problemer løses ifølge opfindelsen ved, at ventilorganet omfatter et bevægeligt stempel med en lukkeflade til kontakt med dysen og en dødgangsforbindelse med aktiveringsorganet til bevægelse af stemplet bort fra dets anlæg mod dysen.

149709 3

Som følge heraf holdes tilførselsesrøret og det indre af dyseaggregatet konstant på det maksimale fluidumtryk. Kun minimale trykbølger fremkaldes derfor ved åbning eller lukning af ventilen. Dysen hol-5 des således under konstant tryk og udsættes ikke for tryksvingninger, der ellers ville kunne løsne den fra dens elastomere holder.

Ifølge en foretrukket udførelsesform for opfindelsen omfatter dødgangsforbindelsen en spindel, 10 der er forbundet med aktiveringsorganet, samt et fjederorgan, der er indskudt mellem spindlen og stemplet, hvorhos spindlen er omgivet af langsgående rør, der styrer spindlens aksiale bevægelse.

De rørformede støtteelementer muliggør en 15 ikke-aksial indføring af arbejdsfluidum uden tab af kvaliteten af skærestrålen.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et snit i et skæreapparat ifølge 20 opfindelsen, fig. 2 et snit i en detalje af ventilen og dysen i fig. 1 i større målestok, og fig. 3 et tværsnit efter linien 3-3 i fig. 1, i større målestok.

25 Den viste udførelsesform for opfindelsen om fatter et aktiveringsorgan, en dyse, et ventilorgan og en pakning. Det viste aktiveringsorgan er et pneumatisk aktiveringsorgan, men der kunne også anvendes et hydraulisk eller et elektrisk aktiveringsorgan så-30 vel som en simpel skrue eller et andet mekanisk aktiveringsorgan. Ved valg af konstruktionen af aktiveringsorganet skal der i alle tilfælde tages hensyn til sådanne relevante konstruktionsparametre som de kræfter, der udøves, og den slaglængde, der behøves.

35 Det i fig. 1 viste aktiveringsorgan er konstrueret 149709 4 til mindst 890 N med indstillelig slaglængde og kontinuerlig anvendelse, I fig. 1 er der vist en bøsning 1, der er forbundet med en ikke vist trykluftkilde til styring 5 af ventilen. Koblingen til trykluftkilden skal være fleksibel for at muliggøre aksial bevægelse af bøsningen 1, der er fastgjort med en møtrik 2 til et fjederstyr 3. Fjederstyret 3 er monteret i aktiveringsorganets bus 4 og passerer gennem en åbning i 10 dettes lukkede ende, som vist i fig. 1. Styret omfatter en del med reduceret diameter, der strækker sig gennem enden af buset med tilstrækkelig frigang til at muliggøre begrænset aksial bevægelse. En fjeder 5 er placeret i buset 4 og omgiver styret 3. Fjede-15 ren 5 ligger an mod et stopelement 6 og mod en plade 7, der er monteret på spindlen 1. I den viste udførelsesform består fjederen 6 af seksten tallerkenfjedre, der er trykket 6 mm sammen til afgivelse åf en kraft på 830 N. En yderligere sammentrykning på 20 1,5 mm mod den åbne stilling giver en belastning på 1020 N. Andre ækvivalente fjedersysterner kan anvendes ved denne udførelsesform. Pladen 7 er fastgjort på bøsningen 1 ved hjælp af møtrikken 2, der spænder pladen og et membranelement 8 mod en skulder 9 på 25 enden af bøsningen. Membranen er spændt fast langs sin ydre periferi i buset 4 ved hjælp af et antal sætskruer 10, der fastgør aktiveringsorganets dæksel 11 på huset. Som vist tilvejebringer stopelementet 6 en skulder, der samvirker med bøsningen 1 til 30 begrænsning af dennes aksiale bevægelse.

Et forbindelsesrør 13 er skruet ind i aktiveringsorganets dæksel 11. Stillingen af forbindelsesrøret 13 i et pakningshus 16 er indstilleligt af hensyn til fastlæggelse af slaglængden af aktive-35 ringsorganet. Når den aksiale indstilling af forbin- 149709 5 delsesrøret 13 er afsluttet, spændes en låsemøtrik 15 mod aktiveringsorganets pakningshus 16 til fiksering af rørets stilling. En styretap 14, der kan glide i aksialretningen, er placeret inden i forbin-5 delsesrøret 13 og tjener til at overføre bevægelse fra aktiveringsorganet til ventilorganet. Den venstre ende af styretappen 14, som set i fig. 1, er forsynet med et hul til optagelse af en spindel 24 og til understøtning for denne. Forbindelsesrøret 13 10 er også i gevindforbindelse med dækslet 11 og er hindret i at bevæge sig i forhold til dette ved hjælp af en anden låsemøtrik 12.

Ventilorganet holdes i normal lukket stilling ved kraften fra fjederen 5 og åbnes ved udøvelse af 15 luftryk. Denne betjeningsmåde udgør et sikkerhedstræk, idet udsendelse af en skærestråle i tilfælde af manglende lufttryk hindres. Når operatøren ønsker at betjene skærestrålen, sættes der lufttryk på bøsningen 1. Luften passerer gennem bøsningen 1 og tryk-20 ker membranen 8 i retning mod stoppet 6. Kraften på membranen overføres til pladen 7, der sammentrykker fjederen 5 mellem stoppet 6 og pladen 7. Når fjederen 5 er i sin sammentrykkede stilling, kan styretappen 14 bevæge sig frit i retning mod stop-25 pet 6 og tvinges til at gøre dette som følge af arbejde fluidumets tryk i dysehuset 21, hvilket tryk virker på spindlen 24 modsat lufttrykket.

For at hindre det høje tryk i dysehuset 21 i at nå til aktiveringsorganet er der en pakning 18 30 mellem dyseaggregatet og aktiveringsorganet. Pakningen 18 må være i stand til at modstå et trykdiffe-rential af størrelsesordenen 415.000 kPa og at muliggøre passage for spindlen 24 til styring af ventilorganet. Som vist i fig. 1 er pakningen 18 inde-35 holdt i et cylindrisk pakningshus 16, der er gevind- 149709 6 forbundet med dysehuset 21, som beskrevet i det foregående. Pakningselementet 18 og en O-ring 19 holdes i stilling ved hjælp af en trykskive 17, der ligger an mod pakningen 18, og det indre af pak-5 ningshuset 16. Et mellemstykke 20 holder pakningen og O-ringen på plads, og dette mellemstykke holdes på plads af dysehuset 21. Spindlen 24 passerer gennem mellemstykket 20, pakningen 18, O-ringen 19 og trykskiven 17. Pakningen 18 tjener til tryktætning 10 såvel for huset 16 som for spindlen 24, så at høj-tryksfluidumet isoleres på dysesiden af pakningen 18.

Dyseaggregatet er indeholdt i dysehuset 21, der har en hul, cylindrisk form. I den viste udførel-15 sesform er huset 21 forbundet med huset 16 ved hjælp af gevind indvendig på pakningsenden af huset 21, som beskrevet, og omfatter en konisk flade, der passer med den koniske flade på mellemstykket 20.

Den anden ende af huset 21 er indrettet til fastgø-20 relse af en hætte 28, hvori en dyseholder 27 er monteret i anlæg mod dysehuset 21.

Et antal afstandsrør 23 og ventilorganet 26 er placeret i huset 21. Placeringen af afstandsrørene 23, spindlen 24 og dysehuset 21 er vist i 25 fig. 3, der er et snit efter linien 3-3 i fig. 1. I denne udførelsesform er der fem afstandsrør 23 placeret inden i dysehuset 21 omkring spindlen 24. Afstandsrørene 23 tjener til understøtning for spindlen 24 midt i huset 21 og medvirker til hin-30 dring af hvirvler i arbejdsfluidumet.

Af fig. 1 og 2 ses det, at højtryksarbejdsfluidumet, der tilføres fra en ikke vist højtrykspumpe eller en hydraulisk trykforstærker, træder ind i dysehuset 21 gennem tilgangen 22. Forbindelsen af 35 tilførselsledninger til tilgangen 22 kan gennemfø- 149709 7 res ved kendte højtrykstætningsorganer. Arbejdsflui-dumet strømmer gennem det indre af dysehuset 21 og omkring afstandsrørene 23 og spindlen 24. Bikubeudformningen af afstandsrørene 23 medvirker til 5 formindskelse af hvirvler, der opstår på grund af sidestillingen af tilgangen 22. Arbejdsfluidumet kommer derefter gennem ventilorganet 26 til åbningen 39 i dysen 38, der er monteret i en holder 27, og strømmer ud som en skærestråle 29, når ventilen er 10 åben. Denne dyseudformning har vist sig tilfredsstillende ved fluidumtryk helt op til 415.000 kPa og kan tilvejebringe en skærestråle med en hastighed på over 900 m/s. Indføringen eller placeringen af ventilorganet 26 i fluidumets strømningsbane påvirker ikke i 15 væsentlig grad kvaliteten af skærestrålen 29.

De konstruktive detaljer af ventilorganet er vist detaljeret i fig. 2. Som omtalt i det foregående er ventilorganet 26 forbundet med aktiveringsorganet ved hjælp af spindlen 24, der støttes af af-20 standsrørene 23 og pakningsaggregatet 17-19. Et endeelement 31 på spindlen er fastgjort til ventilenden af spindlen 24. I denne udførelsesform er forbindelsen mellem spindelenden 31 og spindlen 24 gennemført ved hjælp af en sølvloddeforbindelse 32, 25 men andre lignende forbindelsesmetoder kan anvendes.

Et ventilhus 33 er i gevindforbindelse med spindelenden 31 og er fortrinsvis tætnet med epoxy eller en anden passende cement eller lim. Ventilhuset 33 er et hult cylindrisk element med en skulder 35 på 30 indersiden af dets fri ende, der normalt er i nærheden af dysen 38.

I huset 33 er der et stempel 36 og en fjeder 34, hvilken fjeder tilvejebringer en forbelastning mellem spindelenden 31 og stemplet 36. Den 35 kraft, som fjederen udøver, presser stemplet 36 mod 149709 8 skulderen 35 i ventilhuset 33, så at stemplet kan bringes til anlæg mod dysen 38. Stemplet 36 er i form af en trincylinder med en boring 37 med lille diameter i tætningsfladen, der sikrer, at et væsent-5 ligt areal af denne flade er udluftet til lavt tryk, selv når der anvendes en dyse med lille diameter. I den lukkede stilling trykkes stemplet 36 tætnende mod dysen 38, og som følge af boringen 37 vil anlægsspændingerne i resten af ventilfladen være store 10 nok til at gennemføre en god tætning. Dysen 38 omfatter en plade med en midteråbning 39 til afgrænsning af og dannelse af en skærestråle og fastholdes i holderen 27 ved hjæl af en elastomer skive 40. Det bemærkes, at diameteren af spindlen 24 skal være så 15 lille som mulig, men dens tværsnitsareal skal være større end anlægsarealet mellem ventilen og dysen til sikring af, at ventilen vil åbne af sig selv, når lukkekraften fjernes fra spindlen.

Det beskrevne ventilaggregat 26 fungerer som 20 en dødgangsforbindelse. Når der indføres lufttryk i aktiveringsorganet til aflastning af fjedertrykket, presser arbejdsfludiumtrykket i huset 21 ventilaggregatet 26 bort fra dysen 38, så at arbejdsflui-dum får mulighed for at strømme gennem åbningen 39 e 25 til dannelse af en skærestråle. Når operatøren ønsker at afbryde skærestrålen, fjernes lufttrykket fra aktiveringsorganet, og fjederen 5 i dette virker gennem spindlen 24 til at bevæge ventilaggregatet 26 mod dysen 38. Stemplet 36 berører dysen 38 og 30 lukker denne. Som nævnt i det foregående deformeres metallet i stemplet 36 ved det høje tryk, der forekommer ved driften af dette apparat, tilstrækkeligt af forskellen i tryk mellem det indre af huset 21 og det ydre til at bevirke en tilfredsstillende tæt-35 ning. Boringen 37 medvirker således til dannelse af

Claims (2)

149709 tætningen ved udluftning af dette areal af stemplet 36 til atmosfæren. Dødgangsmekanismen i ventilaggregatet 26 tjener til at isolere dysen 38 fra de meget store 5 kræfter, der udøves gennem spindlen 24 af aktiveringsaggregatet. Uden anvendelse af dødgangskoblingen kunne disse kræfter bevirke brud på dysen 38. Den opnåede lukkekraft fremkommer ud fra forskellen i tryk mellem det indre af dysehuset 21 og omgivel- 10 sernes tryk i stedet for fra den kraft, der tilveje bringes af fjederen 34, der kun tjener til altid at holde stemplet 36 fremført. Den kraft, som åbner ventilen, tilvejebringes også ved trykforskellen mellem det indre af dyseaggregatet 21 og omgivelsernes 15 tryk, der vil søge at tvinge spindlen 24 bort fra det indre af dysehuset 21, så at ventilen åbnes. Kraften på dysen 38 er kontinuerlig, hvadenten ventilaggregatet 26 er i åben eller lukket stilling, og som følge heraf har dysen 38 ikke tendens til at 20 arbejde sig løs fra holderen 27.

1. Skæreapparat med en til-fra højtryksvæske-25 stråle og omfattende et hus med en tilgang (22) og en afgang (39) for arbejdsvæske under højt tryk, en dyse (38) til dannelse af en skærestråle af væsken, et organ (27) til montering af dysen (38) i 30 afgangen fra huset, et ventilorgan (36) til styring af væskestrømmen gennem dysen (38) samt et aktiveringsorgan (4-9) til styring af ventilorganet, kendetegnet ved,