ES2251604T3 - Boquilla para chorro fluido a alta presion de multiples segmentos y metodo para fabricar la boquilla. - Google Patents
Boquilla para chorro fluido a alta presion de multiples segmentos y metodo para fabricar la boquilla.Info
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Abstract
Una boquilla de fluido de alta presión que comprende una pluralidad de segmentos (22), teniendo cada segmento (22 un conducto axial (24) que se extiende a su través, estando alineado el conducto (24) de cada segmento (22) con el conducto (24) de cada otro segmento (22) para formar un conducto de fluido continuo (26) como un tubo de mezcla (20) para un sistema de chorro fluido de alta presión a través de la pluralidad de segmentos (22), y un manguito de contención (50) para acoplar conjuntamente los segmentos (22), caracterizada porque al menos uno de los segmentos (22) está separado axialmente de un segmento adyacente (22) para formar una cámara (32) e incluyendo al menos un sensor (36) en la cámara (32).
Description
Boquilla para chorro fluido a alta presión de
múltiples segmentos y método para fabricar la boquilla.
Esta invención está relacionada con un tubo o
boquilla de mezcla segmentada para su utilización en un sistema de
chorro fluido de alta presión, y con un método para fabricar un tubo
de mezcla segmentado.
Es bien conocido el corte o limpieza de
materiales con la utilización de un chorro de agua de alta presión.
Con frecuencia, los sistemas de chorro de agua de alta presión
incorporan también partículas abrasivas para formar un chorro de
agua abrasivo. Los abrasivos se introducen típicamente en el chorro
de agua de alta presión en un tubo o boquilla de mezcla.
Los tubos o boquillas de mezcla del chorro de
agua abrasivo están fabricados normalmente con un material duro tal
como el carburo de tungsteno o bien un compuesto de carburo de
tungsteno. Estos tubos son relativamente largos con una relación de
la longitud con respecto al diámetro interior de un valor próximo a
100. Las relaciones más altas de la longitud con respecto al
diámetro dan por resultado una coherencia mejorada del chorro y una
vida útil más larga. No obstante, existe una limitación en la
fabricación de estos tubos debido al requisito relativamente grande
de la relación de la longitud con respecto al diámetro. Por ejemplo,
una longitud típica puede ser de 7,62 cm con un diámetro interno de
0,762 mm. Reducir el diámetro del orificio a 0,381 mm, por ejemplo,
supone un reto importante de fabricación. Esta invención está
dirigida a una boquilla segmentada para solucionar el problema de
fabricación y para añadir las ventajas de un rendimiento adicional
de la boquilla.
Por medio de la patente
US-5643058 de los EE.UU. se expone un sistema de
chorro fluido abrasivo. En una realización preferida, el material
abrasivo es alimentado desde una tolva grande en un aislante de aire
que tiene un deflector que limita el flujo de aire y el abrasivo a
través del aislante de aire, ventilando por tanto el aire del
abrasivo. Se genera un chorro de fluido de alta presión mediante el
forzado de un volumen de fluido a alta presión a través de un
orificio que se monta en un montaje cónico, asentando el montaje
cónico en el cabezal de corte y teniendo paredes de forma cónica
suave, de forma tal que el montaje no se proyecte en el cabezal de
corte. Se proporciona un tubo de mezcla con un miembro de referencia
sobre una superficie exterior del tubo de mezcla que posiciona por
tanto el tubo de mezcla.
En la patente de los EE.UU. número 4587772 se
expone un dispensador para un chorro de líquido que incorpora el
material abrasivo. El soporte de la boquilla, que soporta al menos
una boquilla de entrada se encuentra montado dentro del conducto
interior de un cuerpo hueco entre la entrada del líquido y un
resalte. La boquilla de entrada o cada boquilla de entrada está
dimensionada y configurada de forma que la sección transversal
radial del flujo de líquido a través de una cámara de mezcla entre
el soporte de la boquilla y la salida en el otro extremo del
conducto de la entrada del líquido sea superior a la sección
transversal de la cámara de mezcla. El material abrasivo de las
partículas es absorbido por tanto en la cámara de mezcla en donde se
mezcla con el líquido, a través de unos conductos que se extienden a
través del cuerpo hueco a lo largo del eje que es convergente con
el eje del flujo del líquido a través de la cámara de mezcla.
En la solicitud de la patente europea
EP-0070002 se expone un aparato de chorro que
consiste en distintos segmentos.
En la solicitud US-5320289 se
expone una boquilla de chorro de agua abrasivo para un control
inteligente. La invención incluye un cartucho de la boquilla que
está fijado de forma desmontable en un soporte que permite los
cambios rápidos y automáticos de la boquilla. Se incluyen
previsiones adicionales para detectar el estado de los componentes
de la boquilla.
A través de la patente US-3906672
se conoce un dispositivo de decapado. Se expone en la misma un
aparato para el decapado de cables.
Esta invención está dirigida a una boquilla para
un sistema de chorro fluido de alta presión para un sistema de
chorro de agua abrasivo de alta presión, estando formada la boquilla
por múltiples segmentos. Los segmentos son más cortos cada uno que
una boquilla típica, y se encuentran apilados con sus conductos
internos en alineamiento para formar un conducto continuo a través
de la boquilla. Los segmentos pueden estar acoplados conjuntamente
en cualquiera de una amplia variedad de formas. Por ejemplo, los
segmentos pueden estar ensamblados conjuntamente en un tubo de metal
mediante el encaje por contracción alrededor de los segmentos,
montando a presión un tubo alrededor de los segmentos, o mediante la
conformación de pulverización metálica.
Debido a que los segmentos individuales se
fabrican con secciones de una longitud limitada, su conducto interno
es más fácil de ser taladrado con precisión según un diámetro
deseado.
Al menos uno de los segmentos está separado
axialmente de un segmento adyacente para formar una cámara e
incluyendo al menos un sensor en la cámara.
Con el apilamiento de un número seleccionado de
segmentos se permitirá que la longitud de la boquilla pueda ser
controlada hasta una longitud deseada. Mediante la formación de la
boquilla a partir de segmentos más cortos, la dimensión exterior de
los segmentos puede ser menor, proporcionando unos ahorros
significativos en el costo de los materiales. Puede conseguirse
también una mayor flexibilidad mediante segmentos estructurales con
conductos internos distintos desde la parte superior a la inferior,
de forma que el diámetro interno de la boquilla pueda variarse desde
la entrada a la salida de la boquilla, siendo convergente o
divergente. Los segmentos dentro de la boquilla pueden hacerse a
partir de materiales distintos si así se desea.
En algunas realizaciones, se proporcionan
espacios para la introducción de aire, abrasivos, o fluidos al
interior del chorro, por ejemplo para poder modular el chorro. Esta
introducción o inyección de fluidos o abrasivos puede llevarse a
cabo en distintos puntos o a lo largo de varias secciones axiales de
la boquilla. Los segmentos separados permiten la colocación de
sensores en distintos puntos a lo largo de la longitud de la
boquilla. Pueden crearse también lumbreras entre los segmentos
separados. La invención está dirigida también a un método para
fabricar una boquilla de chorro de chorro fluido de alta presión
utilizando una pluralidad de segmentos, según lo descrito
anteriormente.
La figura 1 es una vista en alzado en sección
parcial de un sistema de chorro fluido abrasivo.
La figura 2 es una vista en sección transversal
de una parte del sistema mostrado en la figura 1 e ilustrando una
realización de una boquilla segmentada.
La figura 3 es otra vista en alzado en sección de
la realización de una boquilla segmentada mostrada en la figura
2.
La figura 4 es una boquilla segmentada.
La figura 5 es una boquilla segmentada que se
proporciona de acuerdo con la presente invención.
Aunque la boquilla segmentada 18, provista de
acuerdo con la presente invención, puede ser utilizada en muchos
sistemas, se muestra en su utilización con un sistema 10 de chorro
fluido abrasivo en la figura 1, con fines de la ilustración. Se
comprenderá, no obstante que la boquilla tiene una aplicabilidad
igual a los sistemas de chorro fluido que no utilizan abrasivos, o
con otras formas del chorro fluido o chorro fluido abrasivo que sean
distintas a las mostradas en las ilustraciones.
La construcción y operación globales de los
sistemas de chorro fluido abrasivo son bien conocidas, y los
detalles no son necesarios exponerlos en este documento. Un sistema
de chorro fluido abrasivo disponible, por ejemplo, el mostrado en la
patente de los EE.UU. número 5643058, cedida a Plow Internacional
Corporation, que es el cesionario de la presente invención. De forma
resumida, no obstante, en un sistema 10 de chorro fluido abrasivo
como el mostrado en las figuras 1 y 2, se alimenta con un volumen
dado de partículas abrasivas desde una tolva 11 grande de material
abrasivo a una tubería 12 de alimentación y después al interior de
una cámara de mezcla 14 de un cabezal de corte o limpieza 16. El
abrasivo es introducido en un chorro de fluido de alta presión,
preferiblemente agua, generada mediante el forzado de una cantidad
de líquido desde una fuente 13 de fluido a alta presión a través de
orificio 40. Las partículas abrasivas y el chorro fluido de alta
presión se mezclan conforme pasan a lo largo de la longitud del tubo
o boquilla de mezcla 18, abandonando la boquilla 18 como un chorro
fluido 20 abrasivo de alta presión.
Tradicionalmente, los tubos de mezcla tienen una
relación de la longitud con respecto al diámetro interno (relación
L/D) de aproximadamente 100. Por ejemplo, una boquilla que utilice
técnicas de construcción convencionales puede tener 7,62 cm de
longitud con un diámetro interno de aproximadamente 0,762 mm. Se
cree que incluso son deseables unas relaciones L/D mayores; no
obstante, las limitaciones de fabricación del taladrado de un
conducto en una boquilla unitaria hacen que sea casi imposible el
desafío de relaciones mayores.
Es una característica singular de la presente
invención que la boquilla 18 esté hecha a partir de segmentos
múltiples 22, tal como se muestra mejor en las figuras
2-5. Cada segmento 22 tiene un conducto interno 24.
Los segmentos 22 se apilan en sus conductos 24 axialmente en su
totalidad alineándose para proporcionar un conducto fluido continuo
26 a través de la boquilla 18, en el que el conducto fluido continuo
26 tiene una entrada 28 y una salida 30. Los segmentos pueden estar
acoplados conjuntamente mediante varios métodos. Una técnica
preferida es encajar por contracción un manguito metálico 50,
utilizando técnicas de encaje por contracción comúnmente conocidas,
alrededor de los segmentos apilados. Aunque pueden utilizarse varios
metales, en una realización preferida, el manguito 50 puede formarse
a partir de acero o aluminio. Otro método es hacer deslizar los
segmentos en un tubo de encaje por deslizamiento y utilizar un
adhesivo tal como epoxi para mantenerlos en posición. Asimismo, los
segmentos pueden ser montados en un cable en tensión y pulverizarlos
con un revestimiento metálico para recubrir la superficie exterior
de los segmentos, uniendo los mismos conjuntamente. El manguito
metálico mantendrá los segmentos en un apilamiento estanco y
protegerá también la boquilla contra daños que puedan tener lugar si
la boquilla golpea un objeto.
Debido a que el taladrado de un conducto en un
segmento corto puede realizarse con más precisión que en un segmento
largo, la dimensión del conducto puede reducirse, permitiendo que la
longitud total de la boquilla 18 pueda reducirse para una relación
dada L/D, o bien que sea mayor la relación L/D según se desee. Tal
como se expuso anteriormente, se cree que el rendimiento del sistema
se puede mejorar mediante el incremento de la relación L/D, por
ejemplo mejorando la coherencia del chorro y la vida útil de
servicio de la boquilla. No obstante, la relación L/D obtenible
máxima estaba limitada previamente por las limitaciones de
fabricación del taladrado de un conducto pequeño a conformar. Así
pues, la presente invención permite que las boquillas tengan una
relación L/D mejorada no posible anteriormente. Por ejemplo, un tubo
de mezcla convencional puede tener una longitud de 7,62 cm y un
diámetro interno de 7,62 mm. De acuerdo con la presente invención,
la boquilla 18 está formada por múltiples segmentos, teniendo cada
uno una longitud de 3,175-19,05 mm, y con un
diámetro del conducto interno de 0,1275-0,762 mm. Se
comprenderá que la longitud, diámetro interior, diámetro exterior y
el diámetro del conducto de los segmentos puede variarse según se
desee. La tabla 1 siguiente muestra varias geometrías posibles de
acuerdo con la presente invención. Se comprenderá, no obstante, que
estas son meramente ilustrativas de muchas geometrías posibles
distintas proporcionadas de acuerdo con la invención.
| Longitud del segmento | Diámetro del conducto | Longitud de la boquilla total | L/D de la boquilla |
| (mm) | (mm) | (mm) | |
| 3,175 | 0,127 | 25,4 | 200 |
| 6,35 | 0,254 | 35,56-50,8 | 150-200 |
| 9,525 | 0,381 | 76,2-114,3 | 200-300 |
| 12,7 | 0,508 | 101,6 | 200 |
Así mismo, mediante la formación de segmentos más
cortos, el diámetro exterior o dimensión de los segmentos 22 puede
reducirse, proporcionando unos ahorros significativos en los costos
del material. Por ejemplo, una boquilla unitaria típica puede tener
6,35 mm de diámetro exterior. De acuerdo con la presente invención,
dada la precisión y facilidad incrementadas de su mecanización, la
dimensión exterior de cada segmento puede ser reducida hasta un
valor inferior a 6,35 mm, por ejemplo hasta 3,175 mm, proporcionando
unos costos reducidos de los materiales.
En una boquilla alternativa 18a mostrada en la
figura 4, la dimensión del conducto interno 24a de cada segmento 22a
puede variarse para conseguir más flexibilidad en la construcción de
la boquilla y en el rendimiento del chorro fluido 20. Aunque la
figura 4 muestra los diámetros de los conductos 24a que son menores
desde la entrada 28a de la boquilla hasta la salid 30a para formar
un conducto 26a de fluido convergente, los diámetros de los agujeros
pueden hacerse más pequeños y más largos desde la entrada a la
salida para formar un conducto de fluido divergente.
Alternativamente, puede utilizarse cualquier otra combinación de
diámetros de los agujeros para conseguir un rendimiento
seleccionado del chorro fluido 20.
El diámetro del conducto interno o dimensión de
los segmentos puede variar también de segmento en segmento. Por
ejemplo, el diámetro interno del segmento más superior puede hacerse
más grande que el diámetro interno de los segmentos restantes. Esto
puede ser ventajoso por varias razones. Por ejemplo, haciendo que la
sección superior tenga un diámetro interno más grande se facilitará
el proceso de introducción del abrasivo. Asimismo, la geometría de
la boquilla provista con un conducto más grande en la parte superior
es probable que no cambie o se desgaste a través del tiempo lo
rápidamente que pueda cambiar una única boquilla de conducto
pequeño.
La longitud total de la boquilla puede ser
seleccionada mediante el acoplamiento de varios segmentos
estandarizados seleccionados en forma conjunta, de acuerdo con la
invención. La boquilla segmentada 18 puede formarse también
conjuntamente con el orificio 40 tal como se muestra en la figura 2,
para proporcionar un conjunto único. Esto proporcionará un mejor
alineamiento del flujo del chorro de agua en el interior del tubo de
mezcla y reduciendo el número de componentes.
Si se desea, los segmentos 22 pueden fabricarse
también a partir de distintos materiales, por ejemplo, un primer
segmento 54 y/o un último segmento 58, que pueden fabricarse a
partir de diamante o de otro material duro para conseguir el
rendimiento de desgaste deseado. Otros segmentos pueden fabricarse a
partir de carburo de tungsteno o de compuestos de carburo de
tungsteno. Puede utilizarse también un material que vende la firma
Kenna Metal (Division de productos de boruros) bajo el nombre
comercial de ROCTEC®.
Tal como se muestra mejor en la figura 5, algunos
o todos los segmentos 22 están separados axialmente entre sí en las
cámaras 32, y pueden proporcionar las lumbreras auxiliares 34. Las
boquillas pueden estar separadas de muchas formas. Por ejemplo, los
segmentos 22 pueden separarse mediante arandelas. Alternativamente,
los segmentos 22 pueden encajar a presión dentro de un tubo a
distancias conocidas. Las lumbreras 34 pueden variar en su tamaño y
ser utilizadas para introducir otro material en la boquilla, tal
como aire, agua, otros fluidos o abrasivos. Las lumbreras pueden
ser utilizadas para albergar los sensores 36, tal como un sensor de
presión o de temperatura.
A partir de lo anteriormente expuesto, se
observará que aunque las realizaciones específicas de la invención
se han descrito aquí para los fines de la ilustración, pueden
realizarse varias modificaciones dentro del alcance de la invención
tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (25)
1. Una boquilla de fluido de alta presión que
comprende una pluralidad de segmentos (22), teniendo cada segmento
(22 un conducto axial (24) que se extiende a su través, estando
alineado el conducto (24) de cada segmento (22) con el conducto (24)
de cada otro segmento (22) para formar un conducto de fluido
continuo (26) como un tubo de mezcla (20) para un sistema de chorro
fluido de alta presión a través de la pluralidad de segmentos (22),
y un manguito de contención (50) para acoplar conjuntamente los
segmentos (22),
caracterizada porque al menos uno de los
segmentos (22) está separado axialmente de un segmento adyacente
(22) para formar una cámara (32) e incluyendo al menos un sensor
(36) en la cámara (32).
2. La boquilla de la reivindicación 1, en la que
el manguito de contención (50) es un manguito metálico montado por
contracción alrededor de los segmentos (22).
3. La boquilla de la reivindicación 1 ó 2, en la
que el manguito de contención (50) está encajado a presión alrededor
de los segmentos (22).
4. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el manguito de contención
(50) está formado alrededor de los segmentos (22) mediante una
formación por pulverización de metal.
5. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que la boquilla tiene una
longitud seleccionada conseguida por el acoplamiento conjunto de de
un numero seleccionado de segmentos (22), teniendo cada segmento
(22) una longitud seleccionada.
6. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que la longitud de cada segmento
(22) es 3,175-19,05 mm.
7. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que los segmentos (22) son de
diferentes dimensiones internas.
8. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el diámetro interno de un
segmento más superior (22) es mayor que el diámetro interno de los
segmentos restantes (22).
9. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que al menos uno de los segmentos
(22) está separado axialmente de un segmento adyacente (22) para
formar una cámara (32), y una lumbrera auxiliar que se encuentra en
comunicación de fluido con la cámara (32) para conectar la cámara
(32) con una fuente de material auxiliar.
10. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en la que la fuente de material auxiliar
es de aire.
11. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que la fuente de material
auxiliar es de fluido.
12. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en la que la fuente de material auxiliar
es de abrasivo.
13. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el sensor detecta (36) la
presión del chorro de fluido.
14. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el sensor (36) detecta la
temperatura del chorro de fluido.
15. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que los conductos (24) de los
segmentos (22) son de un diámetro variable.
16. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que los conductos (24) de los
segmentos (22) próximos a un extremo de entrada de la boquilla son
mayores que los conductos (24) de los segmentos (22) próximos a un
extremo de descarga de la boquilla, para formar un conducto de paso
(26) de fluido de forma convergente.
17. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que los conductos (24) de los
segmentos (22) próximos a un extremo de entrada de la boquilla son
más pequeños que los conductos (24) de los segmentos (22) próximos a
un extremo de descarga de la boquilla, para formar un conducto de
paso (26) de fluido de forma divergente.
18. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que los segmentos (22) están
formados por materiales seleccionados diferentes, para conseguir un
rendimiento deseado contra el desgaste.
19. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que incluye además un orificio (40)
para piedra preciosa acoplado a la boquilla aguas arriba de un
extremo de entrada de la boquilla.
20. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que al menos uno de los segmentos
(22) está separado axialmente de un segmento adyacente (22) para
formar una cámara (32), y una lumbrera auxiliar se encuentra en
comunicación de fluido con la cámara (32) para conectar la cámara
(32) con una fuente de material auxiliar.
21. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que al menos uno de los segmentos
(22) está separado axialmente de un segmento adyacente (22) para
formar una cámara (32), y que incluye al menos un sensor (36) en la
cámara (32).
22. La boquilla de la reivindicación 1, en la que
varios de los segmentos (22) están separados axialmente de los
segmentos adyacentes (22) para formar múltiples cámaras (32),
comunicando una lumbrera separada con cada cámara.
23. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en la que los conductos (24) son de
diámetro variable.
24. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en la que los segmentos (22) están
formados a partir de materiales seleccionados distintos para
conseguir un rendimiento deseado contra el desgaste.
25. Un sistema de chorro fluido abrasivo de alta
presión que comprende una boquilla de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores.
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|---|---|---|---|
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