NL1013880C2 - Werkwijze voor het bedrijven van een waterstraalsnijinrichting en spuitmond voor een waterstraalsnijinrichting. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het bedrijven van een waterstraalsnijinrichting en spuitmond voor een waterstraalsnijinrichting

De onderhavige aanvrage heeft betrekking op een werkwijze voor het bedrijven van een waterstraalsnijinrichting, omvattende het afzonderlijk toevoeren van een onder druk staand vloeistofmedium en een abrasief medium aan een spuit-5 mond.

Een dergelijke werkwijze is in de techniek algemeen bekend, en wordt gebruikt voor het met behulp van waterstralen, met daarin opgenomen een abrasief voor het verlenen van de snijdende werking, snijden van materialen, zoals metaal, 10 keramiek, kunststof, natuurlijke materialen, etc. Zo is in de handel een spuitmond voor een waterstraalsnijapparaat beschikbaar, omvattende toevoeren voor een onder druk staande vloeistof en voor een abrasief, welke beide toevoeren in verbinding staan met één uitvoer. Bij een dergelijke spuitmond wordt de 15 vloeistof onder hoge druk aan de vloeistoftoevoer van de spuitmond toegevoerd. De vloeistof wordt vervolgens door een doorgang geleid, en komt daarna in een kamer terecht. Aan die kamer wordt tevens het abrasief, bijvoorbeeld zand, gesuspendeerd in een gas, bijvoorbeeld lucht, toegevoerd. De 20 vloeistofstraal wordt gericht naar een in lijn met de eerste doorgang staand tweede kanaal. Wanneer de vloeistofstraal door de kamer heen gaat, zal deze een hoeveelheid lucht en zand meetrekken in het tweede kanaal, waarbij deze hoeveelheid afhankelijk is van o.a. de snelheid van de vloeistofstraal, de 25 druk van het gas-abrasiefmengsel, en de diameter van de straal. In het tweede kanaal, zal er een vermenging plaatsvinden van de vloeistof, het gas en het abrasief, waardoor het gevormde mengsel in staat is om materiaal van een bepaalde dikte te snijden.

30 Het is in de praktijk gebleken dat een dergelijke werkwijze een aantal problemen met zich meebrengt. Wanneer de vloeistofstraal, die onder een druk van ongeveerd 3500 Bar is gebracht, in de mengkamer geraakt, spreidt deze zich uit. De ÏO 1 3 8 8 0 2 mate van uitspreiding is mogelijk afhankelijk van de druk in de kamer, en de hoeveelheid abrasief die zich daarin bevindt. Ook bij uittreding van het mengsel uit het tweede kanaal, vindt er een aanzienlijke spreiding van de snijstraal plaats.

5 Hierdoor neemt de snijkracht van de straal met toenemende afstand vanaf de uitgang van de spuitmond relatief snel af. Daardoor kunnen geen grote snijdieptes worden verkregen, waardoor de te snijden dikte en de snelheid van het snijden van het materiaal relatief beperkt is. Bovendien is het niet 10 mogelijk om smalle snedes te maken.

De uitvinding heeft derhalve tot doel om een zodanige werkwijze te verschaffen waarmee de bovengenoemde nadelen worden voorkomen. Andere voordelen van de onderhavige uitvinding zullen uit de beschrijving duidelijk worden.

15 De bovengenoemde doelen worden verkregen met behulp van een werkwijze zoals in de aanhef genoemd, en welke wordt gekenmerkt doordat het abrasief medium als suspensie in een vloeistof aan de spuitmond wordt toegevoerd.

Het is gebleken dat met de werkwijze volgens de uit-20 vinding een sterk verbeterde snijwerking wordt verkregen. Zo is er minder spreiding bij de uitgang van de spuitmond, en is het mogelijk om met zeer kleine diameters van de snij straal te werken. Hierdoor kunnen zeer dikke voorwerpen worden gesneden en hoge snij snelheden worden verkregen. Ook het puntsgewijs 25 doorboren van materiaal is met de onderhavige werkwijze zeer goed mogelijk.

Tevens is het gebleken dat het van voordeel is wanneer de suspensie van het abrasief medium in een vloeistof ten gevolge van afschuifkrachten door de onder druk staande vloei-30 stofstraal wordt meegevoerd. In dit geval is het niet per se noodzakelijk om de suspensie onder druk aan de spuitmond toe te voeren, aangezien deze door de afschuifkrachten, welke worden opgewekt door de onder druk staande vloeistofstraal, worden meegevoerd. Het onder druk toevoeren van de suspensie is 35 echter wel mogelijk.

Met een werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt bovendien het zeer grote voordeel verkregen, dat de 10 1 3 8 8 0 3 suspensie van het abrasief en een vloeistof, niet onder zeer hoge druk hoeft te worden gebracht. Met name pompen hebben zeer veel te lijden wanneer zij een suspensie van een abrasief onder zeer hoge druk moeten houden. Volgens de onderhavige 5 uitvinding is het mogelijk om de suspensie van het abrasief eenvoudigweg vanuit een boven de spuitmond gelegen voorraadvat door middel van zwaartekrachtwerking naar de spuitmond te leiden of door middel van een lage-druk doseersysteem. Hier wordt de suspensie door de hoge vloeistofstraal ten gevolge van af-10 schuifkrachten meegevoerd. Enige aanwezige overdruk zal wel worden verschaft door het hoger gelegen niveau van de suspensie of door het lage-druk doseersysteem.

Ook is het van voordeel wanneer de suspensie en de vloeistof van de onder druk staande vloeistofstraal met elkaar 15 vermengen in een uitvoerkanaal van de spuitmond. Hierbij wordt een zo goed mogelijke vermenging van de beide media verkregen wanneer de vloeistof van de onder druk staande vloeistofstraal alsmede de vloeistof van een suspensie dezelfde zijn. Beide vloeistoffen kunnen bijvoorbeeld water zijn.

20 De werkwijze is zeer goed uitvoerbaar met een spuit mond voor een waterstraalsnijinrichting, zoals hiervoor genoemd, waarbij deze een in hoofdzaak cilindervormige configuratie omvat die bestaat uit een wandgedeelte en een coaxiale doorgang die zich uitstrekt vanaf één uiteinde die de toevoer-25 zijde voor de vloeistof vormt naar een tegenoverliggend uiteinde die de uitvoerzijde vormt, waarbij de toevoer voor het abrasief tussen de genoemde uiteinden in ligt. Met name heeft het voordeel wanneer de spuitmond zodanig is uitgevoerd dat het abrasief als een suspensie in een vloeistof kan worden 30 toegevoerd.

Volgens de uitvinding is het mogelijk om een spuitmond voor een waterstraalsnijinrichting, zoals hiervoor genoemd, uit één geheel te vormen, inclusief een voorgemonteerde hoge-druk nozzle (bijvoorbeeld een in de techniek bekende, in-35 gelijmde saffier). De spuitmonden zoals deze momenteel in de techniek worden toegepast, bestaan uit meerdere onderdelen.

Het uitvoerkanaal, waarin de vloeistof, het gas en het abra- 10 1 3 8 8 0 « 4 sief medium gezamenlijk worden doorgevoerd, wordt als apart bestanddeel aan een mengruimte bevestigd, waarin het abrasief mengsel, bijvoorbeeld zand, samen met lucht wordt toegevoerd. Omdat het abrasief in het gas-abrasiefmengsel niet mag uitzak-5 ken, wat namelijk tot verstoppingen kan leiden, dient deze mengkamer bijvoorbeeld een daarvoor geschikte vorm te hebben, of bijvoorbeeld voorzieningen te omvatten om het abrasief in suspensie te houden. Aan deze menger is een straalvormend deel bevestigd waarin de onder druk staande vloeistof tot een hoge-10 snelheidsvloeistofstraal wordt gevormd die door de mengruimte kan worden gericht. Hiertoe is dit deel voorzien van een in hoofzaak cilindrische doorgang die zich uitstrekt vanuit de toevoer voor de vloeistof naar de mengkamer.

Aangezien de spuitmond volgens de uitvinding geschikt 15 is om een abrasief medium in de vorm van een vloeistofsuspen-sie te ontvangen, waarbij deze suspensie bij een druk van bijvoorbeeld 0,01 MPa (absoluut) tot bijvoorbeeld 10 MPa (absoluut) kan worden toegevoerd, hoeven geen bijzondere aansluitingen te worden voorzien. Dit is met name het geval wanneer 20 de suspensie is voorzien van toeslagen, bijvoorbeeld emulgato-ren, voor het in suspensie houden van het abrasief. In dat geval is er geen, of een te verwaarlozen, kans op het uitzakken van het abrasief.

Een ander bijkomend voordeel is dat de snij straal bij 25 uittreding uit de uitvoer van de snijmond minder verwijdt.

Mogelijk komt dit doordat in de snij straal geen gas wordt mee-gevoerd. Het zal in de huidige techniek nl. zo zijn dat de gemengde snij straal, welke behalve vloeistof en abrasief ook een gas bevat, in het uitvoerkanaal een bepaalde druk zal heb-30 ben die hoger is dan de atmosferische druk. Bij uittreding uit het uitvoerkanaal zal het aanwezige gas derhalve expanderen wat tot een verwijding van de vloeistofstraal leidt. Aangezien bij de werkwijze volgens de uitvinding geen gas in de snij straal aanwezig is, zal deze verwijding in grote mate af-35 wezig blijven. Hierdoor kunnen kleinere snijbreedtes worden verkregen dan tot nu toe mogelijk was. Bovendien is gebleken dat het volgens de uitvinding mogelijk is om met lagere druk- V ' t< > 'o1 1 X·· 5 ken te werken dan tot nu toe, bij gelijkblijvende snijdieptes en snij snelheden. Hierdoor is een grote besparing op kosten voor de benodigde apparatuur mogelijk.

Hierna volgt een korte beschrijving van de teke-5 ningen, waarin een spuitmond volgens de uitvinding is weergegeven.

In de figuur wordt een spuitmond 1 voor een waterstraalsnijinrichting (niet weergegeven) getoond, welke bestaat uit een in hoofdzaak langgerekt cilindervoinnig lichaam 10 2 en een coaxiaal aangebrachte doorgang 3. De coaxiale door gang 3 wordt onderbroken door een loodrecht op de as van de doorgang 3 geplaatste doorgang 4. Aan de bovenzijde in de figuur, kan een vloeistof, bijvoorbeeld water, onder hoge druk in de doorgang 3 worden gevoerd, via de toevoeropening 5 van 15 de doorgang 3. Nabij deze toevoeropening 5 kan een uitholling 6 in het lichaam 2 zijn aangebracht, coaxiaal met de doorgang 3 en in het verlengde daarvan, waarin bijvoorbeeld een saffier (niet getoond) kan zijn aangebracht. Het opnemen van een saffier is in de techniek bekend. Deze twee vormen een onlos- 20 makelijk geheel, bijvoorbeeld door verlijming.

Wanneer een vloeistof via de toevoeropening 5 in de doorgang 3 wordt gebracht, onder een hoge druk van bijvoorbeeld 3500 Bar, zal deze vloeistof zich met een grote snelheid door de doorgang 3 verplaatsen. Wanneer de vloeistof in de 25 ruimte 4 geraakt, zal de vloeistof zich in hoofdzaak in een rechtlijnige beweging blijven verplaatsen waardoor deze zich via de toevoeropening 7 verder in voorwaartse richting door de doorgang 3' zal verplaatsen. Tijdens de passage door de ruimte 4 zal de vloeistof, ten gevolge van de optredende afschuif-30 krachten, een deel van het in deze ruimte 4 aanwezige medium meevoeren in toevoeropening 7. In de doorgang 3' zullen de vloeistof en het medium uit ruimte 4 innig met elkaar vermengen en bij de uitvoeropening 8 uittreden.

Wanneer het medium in de ruimte 4 uit een vloeistof, 35 met daarin gesuspendeerd een abrasief, wat een vaste stof is, bestaat, eventueel aangevuld met coaguleringsmiddelen en dergelijke, zal het mengsel in de doorgang 3' slechts uit in 10 1 3 3 Ö 0 * 6 hoofdzaak niet-samendrukbare materialen bestaan. Wanneer dit mengsel via uitvoeropening 8 uit de doorgang 3' treedt, en in de omgevingsatmosfeer, zal derhalve geen wezenlijke expansie van het materiaal ten gevolge van de drukverandering (in casu 5 drukverlaging) plaatsvinden. De uittredende straal zal derhalve in grote mate zijn door de diameter van het kanaal 3; bepaalde diameter behouden.

Het is gebleken dat de uittredende straal over relatief grote lengte zijn vorm behoudt.

10 Zelfs bij een relatief kleine afmeting van de spuit- mond, welke slechts enkele centimeters, bijvoorbeeld 25 millimeter, groot hoeft te zijn, wordt een zeer consistente straal verkregen. De diameter D kan bijvoorbeeld slechts 8 millimeter bedragen. De diameter D', hoeft niet meer te bedragen dan on-15 geveer 4 millimeter. De totale lengte van de spuitmond kan bij dergelijke afmetingen slechts 25 millimeter bedragen. De diameter van de doorgang 3' bedraagt in dat geval bijvoorbeeld 1 millimeter of minder. Een dergelijke spuitmond is geschikt om waterdrukken tot minimaal 500 MPa te weerstaan. Het is dui-20 delijk dat de spuitmonden voor toepassing in de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding veel kleiner kunnen worden uit-gevoerd dan tot nu toe mogelijk was, waarbij het abrasief als een mengsel in lucht aan de vloeistofstraal werd toegevoerd. Hierdoor kunnen veel meer spuitmonden in de waterstraalsnijin-25 richting worden gebruikt, waardoor met minder handelingen fijnere patronen kunnen worden gemaakt.

Behalve het voordeel dat zeer fijne waterstralen, met kleine diameters, kunnen worden verkregen met de werkwijze en de spuitmond volgens de onderhavige uitvinding, verschaft de 30 onderhavige uitvinding tevens het voordeel dat de suspensie welke het abrasief bevat niet onder hoge druk hoeft te worden gebracht. Ook wordt het voordeel verkregen dat de druk waaronder de vloeistof moet worden gebracht lager kan zijn dan tot nu toe gebruikelijk was. Bij gelijkblijvende druk wordt een 35 hogere snij snelheid verkregen, terwijl bij lagere druk een gelijkblijvende snij snelheid kan worden verkregen.

% 7 ί

Het zal duidelijk zijn dat nadere aanpassingen en modificaties aan de uitvinding, ten opzichte van de uitvoeringsvorm zoals die hier is beschreven, kunnen worden uitge-voerd zonder buiten het bereik van de uitvindingsgedachte te 5 vallen welke wordt bepaald door de bijgaande conclusies. Bijvoorbeeld kunnen de afmetingen van de als voorbeeld beschreven spuitmond binnen zeer grote grenzen worden gevarieerd.

10 1 3 8 8 0

Claims (9)

1. Werkwijze voor het bedrijven van een waterstraalsnij-inrichting, omvattende het afzonderlijk toevoeren van een onder druk staand vloeistofmedium en een abra-sief medium aan een spuitmond, met het kenmerk, dat het abra- 5 sief medium als suspensie in een vloeistof aan de spuitmond wordt toegevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de suspensie ten gevolge van afschuifkrachten door het vloeistofmedium wordt meegevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het ken merk, dat het vloeistofmedium en de suspensie met elkaar vermengen in een uitvoerkanaal.

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de suspensie nagenoeg zonder druk of on- 15 der lage druk wordt toegevoerd aan de spuitmond.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de onder druk staande vloeistof een zelfde vloeistof als de vloeistof van de suspensie is.

6. Spuitmond voor een waterstraalsnij-inrichting, 20 omvattende toevoeren voor een onder druk staande vloeistof en voor een abrasief, welke toevoeren in verbinding staan met een uitvoer, met het kenmerk, dat de spuitmond een in hoofdzaak cilindrische configuratie omvat die bestaat uit een wandge-deelte en een coaxiale doorgang die zich uitstrekt vanaf één 25 uiteinde dat de toevoer voor de vloeistof vormt naar een te genover- liggend uiteinde dat de uitvoer vormt, waarbij de toevoer voor het abrasief tussen de genoemde uiteinden in ligt.

7. Spuitmond volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het abrasief als een suspensie in een vloeistof aanwezig 30 is.

8. Spuitmond volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de spuitmond uit één geheel bestaat.

9. Spuitmond volgens één der conclusies 6-8, met het kenmerk, dat de toevoer voor de suspensie van het abrasief 35 middelen omvat voor aansluiting op een in hoofdzaak niet onder druk of onder lage druk staande leiding.