RU2475351C2 - Система управления для режущего гидроабразивного устройства - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при резке заготовок струями жидкости, содержащими абразивные частицы. Система управления предназначена для режущего устройства высокого давления, содержащего канал для потока жидкости и канал для потока суспензии, содержащей взвешенные в жидкости абразивные частицы. Поток жидкости и поток суспензии под давлением поступают к режущему инструменту так, что по меньшей мере часть подаваемого давления преобразуется в режущем инструменте в кинетическую энергию для создания высокоскоростного потока смеси жидкости и суспензии. Режущий инструмент содержит смесительную камеру, в которую поступает поток жидкости и поток суспензии. Давление во входной зоне определяется давлением потока жидкости. Система управления выполнена с возможностью приведения в действие или перекрытия потока суспензии в канале для потока суспензии посредством активации или деактивации энергетических средств, расположенных выше по потоку указанной камеры, так что давление в канале для потока суспензии по существу равно давлению во входной зоне смесительной камеры, независимо от наличия или отсутствия потока суспензии. Обеспечивается управление режущими свойствами выходного потока, повышается производительность обработки. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к резке (например, металлов) струями жидкости, содержащими вовлеченные абразивные частицы.

Уровень техники

Применение высокоскоростных водяных струй с вовлеченными абразивными частицами для резки материалов известно примерно с 1980 г. Известны системы водоструйной резки двух типов: системы гидроабразивной резки ГАР (AWJ) и системы резки с применением абразивных суспензий АСР (ASJ). В системах ГАР (AWJ) воду обычно подают в сопло под очень высоким давлением (порядка 150-600 МПа). На фиг.1 показано типичное сопло 10 системы ГАР (AWJ). Сопло 10 содержит отверстие 12 малого диаметра (0,2-0,4 мм), сообщающееся со смесительной камерой 14. Таким образом, вода протекает через смесительную камеру 14 с высокой скоростью.

Мелкие зерна абразивного материала, обычно граната, подаются в камеру, как правило, самотеком, через загрузочный бункер 16. Высокая скорость потока 18 воды вызывает эффект Вентури, в результате чего абразивный материал затягивается в струю воды.

Затем струя воды протекает через отрезок трубки, именуемый фокусирующей трубкой 20. При прохождении воды и абразива через фокусирующую трубку абразивные частицы ускоряются в направлении течения воды. Затем сфокусированная струя 22 воды выходит через выходное отверстие 24 фокусирующей трубки. Струя 22 воды или точнее ускоренных абразивных частиц может быть использована для резки материалов, например, металла.

Между отверстием 12 и выходным отверстием 24 фокусирующей трубки 20 сопла 10 могут происходить значительные потери энергии.

Кинетическая энергия воды теряется при ускорении абразивного материала, а также при ускорении воздуха, захватываемого под действием эффекта Вентури. Отскакивание абразивных частиц от стенок фокусирующей трубки 20 вызывает значительные потери на трение в трубке. Это приводит к энергетическим потерям в результате выделения тепла и, кроме того, к износу фокусирующей трубки, которая, как правило, приблизительно после 40 часов работы требует замены.

Таким образом, известные системы ГАР (AWJ) являются крайне неэффективными.

В системах АСР (ASJ) смешиваются два жидких потока, поток жидкости (обычно воды) и поток суспензии. Суспензия представляет собой суспензию абразивных частиц. Оба жидких потока находятся под воздействием давления приблизительно от 50 до 100 МПа и сливаются, образуя один поток. Объединенный поток выталкивается с усилием через отверстие диаметром, как правило, порядка 1,0-2,0 мм, образуя водную струю с вовлеченными абразивными частицами.

Системы АСР (ASJ) не обладают недостатками, присущими системам ГАР (AWJ), так как в них не происходит потерь энергии в результате смешения двух потоков под давлением. Однако известные системы АСР (ASJ) имеют ограниченную промышленную ценность. Причина этого заключается отчасти в том, что системы АСР (ASJ) работают при значительно меньших давлениях и скоростях, чем системы ГАР (AWJ), что ограничивает количество материалов, которые можно резать с использованием таких систем.

При работе систем АСР (ASJ) также возникают значительные проблемы, в основном, из-за наличия в системе абразивной суспензии под давлением, а также из-за отсутствия эффективных средств для обеспечения контроля характеристик ее потока. Элементы системы, осуществляющие нагнетание, транспортировку и регулирование потока абразивной суспензии, очень быстро изнашиваются. Степень износа увеличивается с возрастанием давления, ограничивая, таким образом, давление, при котором возможна нормальная работа систем АСР (ASJ).

Еще более значительными проблемами представляются практические затруднения, возникающие при запуске и остановке абразивного потока под давлением. При применении водной режущей струи, например для механической обработки, необходимо обеспечить возможность частого запуска и останова по требованию. В системе АСР (ASJ) для этого потребуется закрыть клапан, перекрывающий поток абразива под давлением. Используемые таким образом клапаны в очень значительной степени подвержены износу. Очевидно, что при закрытии клапана площадь поперечного сечения потока уменьшается до нуля. В результате такого уменьшения площади сечения потока соответственно увеличивается скорость потока во время закрытия клапана, что приводит к увеличению локального износа клапана.

При работе с типичными для промышленности станками с числовым программным управлением (ЧПУ) может потребоваться очень частое чередование запусков и остановок устройства резки. Это означает частое открывание и закрывание клапанов, управляющих течением абразивного потока под давлением и, как следствие, быстрый износ этих клапанов. Исходя из вышеизложенного, применение систем АСР (ASJ) при обработке материалов на станке с ЧПУ считается нецелесообразным.

Системы АСР (ASJ) применяются в промышленности, например, в нефте- и газоустановках и при подводной резке, где требуется продолжительная по времени резка. Системы АСР (ASJ) не применяются в промышленных масштабах при промышленной обработке на станках с ЧПУ.

На Фиг.2а и 2b схематично показаны известные системы АСР (ASJ). В базовой одноструйной системе 30, показанной на фиг.2а, водяной насос 32 высокого давления приводит в действие плавающий поршень 34. Поршень 34 вызывает повышение давления в абразивной суспензии 36 и нагнетает ее в режущее сопло 38.

На Фиг.2b проиллюстрирована простая двухструйная система 40. Вода, поступающая от насоса 32, разделяется на два потока, один из которых применяется для повышения давления и нагнетания потока 36 суспензии посредством плавающего поршня 34 аналогично тому, как это происходит в одноструйной системе 30. Другой направленный поток 35 воды смешивается с потоком 37 суспензии под давлением у места соединения перед режущим соплом 38.

Обе эти системы обладают вышеописанными недостатками, что приводит к очень значительному износу клапана. Еще одной проблемой является неравномерная скорость резки из-за значительного износа трубок и сопла.

В патенте США №4707952 (автор - Краснов (Krasnoff)) предлагается другая конструкция. Схематично конструкция системы 50, предложенная Красновым, показана на фиг.3.

Система Краснова аналогична двухструйной системе 40, отличаясь от нее тем, что смешивание струи 35 воды и потока 37 суспензии происходит в смесительной камере 52 в режущем сопле 38.

Более подробно смесительная камера 52 Краснова показана на фиг.3b. Сопло 38 обеспечивает возможность двухэтапного ускорения. Сначала поток 35 воды и поток 37 суспензии ускоряются через независимые сопла, ведущие в смесительную камеру 52. Затем смешанный поток воды и абразива ускоряется через оконечное выходное отверстие 54.

Система Краснова выполнена с возможностью работы при давлении около 16 МПа, что значительно ниже, чем в других системах АСР (ASJ). Благодаря этому поток суспензии 37 оказывает повреждающее воздействие на клапаны, но все же не приводит к такому значительному износу, как в системах большего давления. Тем не менее, очевидно, что выходная мощность системы Краснова еще ниже, чем у других систем АСР (ASJ), и поэтому возможности ее промышленного применения невелики. Заявителю неизвестно о случаях коммерческого применения системы Краснова.

Задачей настоящего изобретение является обеспечение системы для создания водяной струи высокого давления с вовлеченными абразивными частицами, в которой устранены, по меньшей мере, отчасти некоторые вышеупомянутые недостатки систем ГАР (AWJ) и АСР (ASJ).

Сущность изобретения

В настоящем изобретении предлагается способ, сочетающий в себе многие преимущества систем ГАР (AWJ) и систем АСР (ASJ) и одновременно устраняющий некоторые недостатки каждой системы.

Согласно изобретению предлагается система управления для режущего устройства высокого давления, содержащего канал для потока жидкости и канал для потока суспензии, содержащей взвешенные в жидкости абразивные частицы, причем поток жидкости и поток суспензии под давлением поступают к режущему инструменту так, что по меньшей мере часть подаваемого давления преобразуется в режущем инструменте в кинетическую энергию для создания высокоскоростного потока смеси жидкости и суспензии, причем режущий инструмент содержит смесительную камеру, в которую поступает поток жидкости и поток суспензии, причем давление во входной зоне определяется давлением потока жидкости, причем указанная система управления выполнена с возможностью приведения в действие или перекрытия потока суспензии в канале для потока суспензии посредством активации или деактивации энергетического средства, расположенного выше по потоку указанной камеры, благодаря чему давление в канале для потока суспензии по существу равно давлению во входной зоне смесительной камеры, независимо от наличия или отсутствия потока суспензии.

Предпочтительно, энергетическое средство содержит насос с постоянным расходом. В предпочтительном варианте изобретения насос с постоянным расходом приводит в действие поршень, который, в свою очередь, нагнетает давление в потоке суспензии. Активацию и деактивацию энергетического средства могут осуществлять путем использования клапана, расположенного между насосом и поршнем. Преимущественно, этот клапан выполнен с возможностью перекрытия потока жидкости от поршня. Клапан может быть просто выполнен с возможностью отведения постоянного потока жидкости от поршня, например, посредством возвращения жидкости в резервуар насоса. Таким образом, отсутствует необходимость в деактивации насоса, а активирующим воздействием насоса на поршень можно управлять посредством клапана.

Преимущественно, такое прекращение активирующего воздействия энергетического средства на поршень также предотвращает обратный поток от поршня.

Также, предпочтительно, что давление в жидкости нагнетается насосом с постоянным напором.

Предпочтительно, указанная система управления содержит в канале для потока жидкости и в канале для потока суспензии клапаны, выполненные с возможностью приведения в действие независимо друг от друга. Клапан для потока суспензии выполнен с возможностью приведения в действие только при условии деактивации энергетического средства и отсутствия потока в канале для потока суспензии. Предпочтительно, клапан для потока жидкости выполнен с возможностью приведения в действие только когда клапан для потока суспензии закрыт.

Режущий инструмент предпочтительно выполнен таким образом, что предусматривает возможность объединения потоков с возможностью управления давлением потока суспензии главным образом через давление потока жидкости и его изменения в соответствии с работой второго энергетического средства. Режущий инструмент содержит смесительную камеру, в которую, при наличии поступления энергии, подается поток жидкости по существу постоянного давления и поток суспензии с по существу постоянным расходом. Таким образом, давление потока жидкости задает давление во входной зоне смесительной камеры. Давление воздействует на место входа потока суспензии в смесительную камеру, так что попадание потока суспензии в смесительную камеру предотвращено, пока давление в потоке суспензии не поднимется немного выше давления в месте входа в смесительную камеру. Насос с постоянным расходом нагнетает давление в потоке суспензии до достижения им этой точки. Первое условие равновесия выполнено, когда поток суспензии требуемого давления подается с постоянной величиной расхода в смесительную камеру. При выполнении этих условий насос с постоянным расходом эффективно действует в качестве нагнетательного насоса с постоянным расходом.

Когда второе энергетическое средство приостанавливает подачу энергии к потоку суспензии, например, при перекрывании клапана между насосом и поршнем в предпочтительном варианте осуществления, давление потока жидкости в смесительной камере продолжает действовать на поток суспензии. Суспензия из канала для потока суспензии продолжает поступать в смесительную камеру до тех пор, пока давление в потоке суспензии не падает немного ниже давления в смесительной камере. В этот момент поток суспензии прекращается, однако давление в потоке суспензии сохраняется неизменным.

Закрытие клапана, расположенного в канале для потока суспензии, таким образом, приводит к перекрытию статического потока находящейся под давлением абразивной суспензии, а не текущей абразивной суспензии, благодаря чему клапан подвергается значительно меньшему износу по сравнению с его износом при закрытии в момент течения потока абразивной суспензии.

Очевидно, что прекращение подачи энергии от второго энергетического средства приводит к почти моментальной остановке потока суспензии, что обусловлено небольшой разницей давлений в суспензии, находящейся в статическом состоянии и в текущей суспензии. Аналогично, при активации второго энергетического средства практически моментально получают требуемый поток суспензии в смесительную камеру.

Предпочтительно предусмотрена возможность входа потока суспензии и потока жидкости в сопло, причем сопло выполнено удлиненной формы, а поток суспензии и поток жидкости ориентированы в направлении удлинения сопла. Это уменьшает потери энергии, происходящие при смене направления потока, а именно потока суспензии.

В предпочтительном варианте осуществления сопло имеет центральную ось, вдоль которой направлен поток суспензии, и поток жидкости подается в кольцевой элемент вокруг потока суспензии. Такая конструкция обеспечивает эффективное средство воздействия давления жидкости на давление суспензии, а также увеличивает износостойкость стенок сопла.

Сопло предпочтительно выполнено в виде ускорительного сопла с диаметром выходного отверстия меньше входной зоны. Это обеспечивает преобразование давления в потоках в высокую скорость выходного потока.

Этот эффект дополнительно усиливают, изготавливая выходное отверстие меньшего диаметра, чем диаметр потока суспензии на входе в сопло.

Сопло предпочтительно выполнено с фокусирующей зоной постоянного диаметра у своего наружного конца и конической ускорительной зоной уменьшающегося диаметра между входной зоной и фокусирующей зоной. Это позволяет выходному потоку достичь требуемой скорости и требуемого направления.

Угол конусности ускорительного участка не должен превышать 27°. Предпочтительно, угол конусности составляет около 13,5°. Таким образом, обеспечен хороший баланс между эффективным ускорением и сохранением нетурбулентного потока.

Фокусирующая зона сопла предпочтительно выполнена с соотношением длина/диаметр, равным 5:1, предпочтительно около 10:1. Кроме того, соотношение длина/диаметр предпочтительно приблизительно составляет менее чем 30:1.

Сопло может быть выполнено в виде составного сопла с ускорительной зоной, выполненной из более твердого материала, чем материал фокусирующей зоны.

Диаметр фокусирующей зоны может быть равен или немного меньше минимального диаметра ускорительной зоны для предотвращения турбулентности.

Выходное отверстие может включать в себя выходную фаску с углом конусности около 45°. Такой угол достаточен для отделения потока у выходного отверстия.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых проиллюстрированы предпочтительные варианты осуществления режущего устройства высокого давления в соответствии с настоящим изобретением. Следует отметить, что возможны и другие варианты осуществления изобретения и, следовательно, следует понимать, что частные примеры, проиллюстрированные на прилагаемых чертежах, не ограничивают объем изобретения, как он изложен в предшествующем описании.

На Фиг.1 схематично в разрезе показан режущий инструмент системы ГАР (AWJ), известной из предшествующего уровня техники.

На Фиг.2а схематично показана известная из уровня техники система АСР (ASJ) с одним потоком жидкости.

На Фиг.2b схематично показана известная из уровня техники система АСР (ASJ) с двумя потоками жидкости.

На Фиг.3 в разрезе показано известное их уровня техники режущее сопло;

На Фиг.4 схематично показано режущее устройство высокого давления согласно настоящему изобретению.

На Фиг.5 показан режущий инструмент режущего устройства, показанного на фиг.4.

На Фиг.6 в разрезе показан участок режущего инструмента, показанного на фиг.5, включающего в себя сопло.

На Фиг.7 показан вид в разрезе фокусирующего сопла режущего инструмента, показанного на фиг.5;

На Фиг.8 в разрезе показано фокусирующее сопло согласно другому варианту осуществления фокусирующего сопла режущего инструмента, показанного на фиг.5.

На Фиг.9 показан альтернативный вариант осуществления режущего инструмента для применения в режущем устройстве, показанном на фиг.4.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

На фиг.4 схематически показана режущая система 100 высокого давления. Режущая система 100 оснащена режущим инструментом 110, к которому подключены два впускных канала: по одному проходит поток 112 жидкой среды или воды, а по другому - поток 114 суспензии.

И поток 112 воды и поток 114 суспензии подают к режущему инструменту 110 под давлением.

Давление в потоке 112 воды нагнетают посредством первого энергетического средства, в качестве которого используют насос 116 с постоянным напором. В этом варианте осуществления насос 116 с постоянным напором представляет собой насос, повышающий давление. Насос 116 с постоянным напором обеспечивает поддержание давления в потоке 112 воды на постоянном заданном уровне. Заданное давление могут изменять регулировкой насоса 116 с постоянным напором. Обычно диапазон давления может составлять от 150 МПа до 600 МПа. При нормальных условиях работы полезный результат обеспечивается при водяном давлении около 300 МПа.

Давление в потоке 114 суспензии нагнетают посредством второго энергетического средства. Второе энергетическое средство содержит плавающий поршень 118, активируемый посредством насоса 120 с постоянным расходом. В этом варианте осуществления изобретения насос 120 с постоянным расходом является многоцилиндровым насосом. Плавающий поршень 118 проталкивает суспензию из взвешенных в воде абразивных частиц по направлению потока 114 суспензии при высокой плотности и низкой скорости потока. Расход 114 суспензии регулируется расходом 122 воды, нагнетаемой насосом 120 с постоянным расходом. Заданный расход суспензии можно изменять посредством регулировки насоса 120 с постоянным расходом. Нормальный расход составляет приблизительно один литр в минуту.

Второе энергетическое средство содержит клапан 124, расположенный по потоку 122 воды между насосом 120 с постоянным расходом и плавающим поршнем 118. При закрытии клапана 124 поток 122 воды перенаправляется от плавающего поршня 118 и обратно к насосу 120 с постоянным расходом. При закрытии клапана 124 нагнетание давления в потоке 114 суспензии приостанавливается. Клапан 124 также предотвращает обратный поток воды от плавающего поршня 118 к насосу 120 с постоянным расходом, и таким образом гидравлически отсекает плавающий поршень 118, предотвращая обратный поток 114 суспензии.

Режущий инструмент 110 включает в себя по существу цилиндрический участок 126 корпуса, имеющий по существу цилиндрическое сопло 128, отходящее от его конца. С внутренней стороны конец участка 126 корпуса соединен с двумя форсунками: осевой форсункой 130 суспензии и кольцевой водяной форсункой 132. Форсунки расположены так, что потоки воды и суспензии могут входить в участок 126 корпуса в осевом направлении с кольцевым расположением потока воды вокруг потока суспензии. Водяная форсунка 132 включает в себя выпрямители потока для того, чтобы по существу исключить турбулентность потока воды перед входом в участок 126 корпуса. В этом варианте осуществления поток воды входит в водяную форсунку 132 в радиальном направлении, а затем перенаправляется в осевом направлении. Несколько небольших трубок, работая в качестве выпрямителей потока, способствуют предотвращению турбулентности, создаваемой таким перенаправлением.

Режущий инструмент 110 содержит клапан 131 суспензии, расположенный перед форсункой 130 суспензии, а также водяной клапан 133, расположенный перед водяной форсункой 132. Клапан 131 суспензии и водяной клапан 133 управляются независимо друг от друга, а также могут открываться или закрываться для пуска или останова потока.

Осевое соединение 135 между клапаном 131 суспензии и форсункой 130 суспензии выполнено таким образом, что его длину можно регулировать.

На фиг.6 показано сопло 128. Сопло содержит смесительную камеру 134 и фокусирующую зону 136. Смесительная камера содержит входную зону 138. Смесительная камера 134 также является конической ускорительной камерой с углом конусности приблизительно в 13,5°.

Фокусирующая зона 136 является частью сопла, имеющей постоянный диаметр и непосредственно прилегающей к выходному отверстию 140 сопла. Соотношение длина : диаметр фокусирующей зоны сопла равно 5:1, предпочтительно около 10:1.

Входная зона 138 выполнена с возможностью приема потока суспензии через осевую впускную трубку 142, имеющую по существу постоянный диаметр. Входная зона также выполнена с возможностью приема воды через соосный кольцевой элемент 144, расположенный вокруг впускной трубки 142. Наружный диаметр кольцевого элемента 144 в три - четыре раза больше диаметра впускной трубки 142. Кольцевой элемент 144 соединен с внутренней стенкой смесительной камеры 134 за единое целое, уменьшая таким образом вероятность возникновения турбулентности в потоке воды.

Предусмотрено, что положение впускной трубки 142, и, следовательно, входной зоны 138 может быть изменено. Это может осуществляться посредством регулировки осевого соединения 135. Осевое расположение входной зоны 138 позволяет потоку воды, проходящему через кольцеобразный элемент 144, ускоряться до требуемой скорости перед входом во входную зону 138. Таким образом, обеспечена калибровка потоков воды и суспензии и возможность для оператора регулировать износ или энергопотери.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на чертежах, фокусирующая зона 136 образована отдельным фокусирующим соплом 146, аксиально соединенным со смесительной камерой 134. Фокусирующее сопло 146, показанное на фиг.7, содержит ускорительную зону 148, расположенную непосредственно перед фокусирующей зоной 136. Ускорительная зона 148 имеет угол конусности, больший или равный по размеру углу конусности смесительной камеры 134. Диаметр у впускного отверстия ускорительной зоны 148 равен диаметру у выходного отверстия смесительной камеры 134. Желательно, чтобы входной диаметр ускорительной зоны 148 был незначительно больше выходного диаметра смесительной камеры 134 для предотвращения возможности турбулентности.

Фокусирующее сопло 146 может быть выполнено из более твердого и более износостойкого материала, чем материал смесительной камеры 134. Соответствующие участки сопла 128 могут быть выполнены с возможностью ускорения потока жидкости/ суспензии до первой скорости, например, 250 м/сек в смесительной камере, а затем до окончательной скорости в ускорительной зоне 148. Соответствующие скорости могут быть рассчитаны и заданы с учетом износостойкости материалов, используемых в двух участках.

В другом варианте изобретения, показанном на фиг.8, фокусирующее сопло 146 представляет собой составное сопло с ускорительной зоной 148, выполненной из особенно твердого, износостойкого материала, например алмаза, и фокусирующего участка 135, выполненного из другого подходящего материала, например керамического материала. В этом варианте осуществления изобретения диаметр фокусирующей зоны 136 рассчитан так, что он равен или слегка меньше минимального (выходного) диаметра ускорительной зоны 148.

В обоих вариантах осуществления сопло 128 выполнено достаточной длины для обеспечения требуемой скорости смеси вода / суспензия, как правило, до 600 м/сек. Следует отметить, что в варианте осуществления, проиллюстрированном на чертежах, диаметр фокусирующей зоны 136 меньше диаметра впускной трубки 142 для суспензии.

Сопло содержит выход 150 с фаской у выходного отверстия 140. Размер угла конусности фаски достаточен для обеспечения отделения потока у выхода 150. В варианте осуществления, проиллюстрированном на чертежах, этот угол равен 45°.

В альтернативном варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.9, фокусирующее сопло 146 содержится внутри наружного держателя 152. В этом варианте осуществления выход 150 с фаской сформирован в наружном держателе 152.

На практике, насос 116 с постоянным напором создает необходимое давление в потоке воды. Вода нагнетается под этим давлением к режущему инструменту 110 через кольцевую водяную форсунку 126 и затем в кольцевой элемент 144. Из кольцевого элемента она входит во входную зону 138 и устанавливает давление во входной зоне 138, близкое к давлению, при котором она нагнеталась.

Суспензия, приводимая в движение плавающим поршнем 118, нагнетается к режущему инструменту 110 через форсунку 130 суспензии во впускную трубку 142.

Следует понимать, что суспензия попадает во входную зону 138, только когда давление во впускной трубке 142 превышает давление во входной зоне 138. При течении суспензии плавающий поршень 118 (приводимый в действие насосом 120 с постоянным расходом) увеличивает давление в потоке суспензии до тех пор, пока оно не становится достаточно высоким для входа во входную зону 138 смесительной камеры 134. Следует понимать, что оно незначительно выше давления, создаваемого потоком воды во входной зоне 138. Когда в потоке суспензии установлено такое давление, насос 120 действует на суспензию, обеспечивая ее непрерывную подачу в камеру 134 на постоянной скорости и при постоянном давлении.

Вода и суспензия будут быстро течь вперед и смешиваться в камере 134. Благодаря кольцевому потоку воды стенки камеры 134 хорошо защищены от абразивного воздействия суспензии, по меньшей мере, во внутренней части сопла 128.

К моменту ускорения потока к фокусирующему соплу 146 вода и суспензия хорошо перемешаны. Следовательно, по меньшей мере, входной участок фокусирующего сопла должен быть выполнен из прочного на истирание материала, например алмаза.

Поток выходит из фокусирующего сопла 146 через выходное отверстие 140 на исключительно высокой скорости, пригодной для резки многих металлов и прочих материалов.

Когда необходимо остановить резку, активируют клапан 124 для моментальной приостановки работы плавающего поршня 118. Очевидно, что клапан 124 управляет только потоком воды, а не абразивного материала и, следовательно, не подвергается значительному износу. Остановка плавающего поршня 118 приводит к прекращению добавления энергии в поток 114 суспензии. Это приводит к падению давления в потоке 114 суспензии и впускной трубке 142.

При небольшом падении давления во впускной трубке 142 ниже давления воды во входной зоне 138 давление воды предотвращает течение потока суспензии во входную зону 138. Очевидно, что это происходит практически мгновенно при активации клапана 124. Выходная струя из струи воды/ суспензии превращается в струю, состоящую только из воды.

В этой точке в потоке 114 суспензии поддерживаются высокое давление и нулевая скорость. В этих условиях клапан 131 суспензии может быть закрыт, не подвергаясь чрезмерному износу.

При закрытии клапана 131 суспензии водяной клапан 133 может быть закрыт для приостановки потока воды. Последовательностью закрытия клапанов быстро управляют, обеспечивая удобный способ запуска и останова резки у режущей головки 110.

При необходимости повторного запуска резки управление клапаном может быть реализовано в обратной последовательности, так что водяной клапан 133 открывается в первую очередь, после чего открывается клапан 131 суспензии. Последовательное открытие клапана 124 приводит к практически мгновенному повторному запуску потока суспензии в смесительную камеру 134.

Управление режущими свойствами выходного потока может быть реализовано несколькими способами, включая изменение рабочего давления насоса 116 с постоянным напором, изменение объема, нагнетаемого насосом 120 с постоянным расходом, и изменение плотности суспензии, подаваемой в систему.

Специалисту в области изобретения очевидно, что возможны различные модификации и варианты осуществления в пределах сущности данного изобретения.

Claims (9)

1. Система управления режущего устройства высокого давления, содержащего канал для потока жидкости и канал для потока суспензии, содержащей взвешенные в жидкости абразивные частицы, причем поток жидкости и поток суспензии под давлением поступают к режущему инструменту так, что по меньшей мере часть подаваемого давления преобразуется в режущем инструменте в кинетическую энергию для создания высокоскоростного потока смеси жидкости и суспензии, причем режущий инструмент содержит смесительную камеру, в которую поступает поток жидкости и поток суспензии, причем давление во входной зоне определяется давлением потока жидкости, причем указанная система управления выполнена с возможностью приведения в действие или перекрытия потока суспензии в канале для потока суспензии посредством активации или деактивации энергетических средств, расположенных выше по потоку указанной камеры, так, что давление в канале для потока суспензии, по существу, равно давлению во входной зоне смесительной камеры, независимо от наличия или отсутствия потока суспензии.

2. Система по п.1, в которой давление в жидкости нагнетается насосом с постоянным напором.

3. Система по п.1 или 2, в которой упомянутые энергетические средства выполнены с насосом с постоянным расходом.

4. Система по п.3, в которой насос с постоянным расходом приводит в действие поршень, который нагнетает давление в потоке суспензии.

5. Система по п.4, в которой между насосом с постоянным расходом и поршнем расположен клапан, выполненный с возможностью избирательного прекращения подачи энергии от насоса к поршню.

6. Система по п.1, в которой канал для потока жидкости и канал для потока суспензии содержат клапаны, выполненные с возможностью приведения в действие независимо друг от друга.

7. Система по п.6, в которой клапан для потока суспензии выполнен с возможностью приведения в действие только при деактивации энергетических средств.

8. Система по п.7, в которой клапан для потока жидкости выполнен с возможностью приведения в действие только когда клапан для потока суспензии закрыт.

9. Система по п.1, в которой поток жидкости и поток суспензии подаются под давлением около 300 МПа.

Images