TW562705B - Multiple segment high pressure fluidjet nozzle and method of making the nozzle - Google Patents
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Description
562705 A7 B7 五 、發明説明。) "" 發明背景 發明領域 本發明關於一種用於高壓流體噴射系統之分段的混合管 或噴嘴,及關於製作一分段的混合管之方法。 相關技藝說明 、使用一高壓水流噴射來切割或清洗材料係為人所熟知。 通常,高壓水流噴射系統亦加入研磨材料來形成一研磨水 机噴射。該研磨劑基本上係在一混合管或噴嘴中加入到一 高壓流體噴射中。 研磨水流喷射混合管或喷嘴目前係由一硬質材料製成, 例如碳化鎢、或碳化鎢合成物。這些管相當地長,其長度 對内鑽孔的比例接近100。較高的長度對直徑比將可改進^ 射連貫性及較長的使用壽命。但是,由於相當大的長度對 直徑比例之需求,製造這些管將會有限制。舉例而言,一 典型的長度為3英吋,其鑽孔為〇·03英吋。降低該鑽孔直徑 到例如0.015英吋將造成一顯著的製造挑戰。本發明係關於 刀#又的噴嘴,其可克服該製造問題,並對於該嘴嘴加入 了額外的效能優點。 發明簡單概要 本發明係關於一種高壓流體噴射系統或一高壓研磨水流 噴射系統之喷嘴,該噴嘴可由多個區段形成。每個該區段 的長度要比一典型的噴嘴短,並堆疊在一起,將其内鑽孔 對準來形成通過該喷嘴的一連續通道。該區段可以許多種 方式中的任何一種來耦合在一起。舉例而言,該區段可由 -4- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 562705 A7 ______B7 五、發明説明(2 ) 收縮配合環繞該區段之管,壓縮配合環繞該區段之管,或 由金屬浸滲塗層成形來組合在一金屬管中。 因為該個別的區段係以一有限的長度區段來製造,其内 鑽孔可更為簡單及準確地鑽到一想要的直徑。堆疊一選擇 數目的區段將允許控制該噴嘴的長度到一想要的長度。藉 由較短區段來形成該噴嘴,該區段的外部尺寸可以較小, 在材料成本上可提供明顯地節省。其亦可由上到下變化的 内鑽孔來結構化該區段以達到較大的彈性,所以該喷嘴的 内鑽孔直徑可從該喷嘴的入口到出口來變化,其可為收斂 或發散。在一噴嘴内的區段亦可在需要時由不同的材料製 成。 在一些具體實施例中,在區段之間提供間隔來輸入空氣 、研磨劑或流體到該噴射中,例如來調變該噴射。此流體 或研磨劑的載入或噴射可在該喷嘴之不同位置或沿著數個 軸向區段來完成。該區段亦可隔開來產生埠,並允許放置 感測器在沿著該噴嘴之長度上所想要的位置處。 本發明亦關於使用複數個區段來製作一高壓流體噴射嗔 嘴之方法,如上所述。 圖式簡單說明 圖1所示為一研磨性流體噴射系統的部份橫截面正視圖。 圖2為圖1所示之系統的一部份之橫截面圖,並說明本發 明之分段的喷嘴之一具體實施例。 圖3所示為圖2所示之一分段的噴嘴之具體實施例的另一 個截面正視圖。 -5- 562705 A7 --------- B7 五、發明説明(3 ) 圖4所示為根據發明所提供的另一種形式的分段嘴嘴。 圖5所示為根據本發明所提供的另一種形式的分段噴嘴。 發明詳細說明 當根據本發明所提供的一分段噴嘴18可用於許多種系統 中時,為了說明起見,其僅顯示出用於圖丨所示之研磨性流 體噴射系統10。但是,其將可瞭解到,該喷嘴具有相等的 應用性到並未使用研磨劑之流體噴射系統,或其形成一流 體噴射或研磨性流體噴射的方式可不同於圖中所示。 該研磨性流體噴射系統的整體架構及運作係為人所熟知 ’其不需要在此說明其細節。例如在美國專利編號 5,643,058中所示的一種可用的研磨性流體噴射系統,其授 權給Flow International Corporation,即本發明的受讓人。 然而簡言之,在如圖1及2所示的一研磨性流體噴射系統1〇 中,大量的研磨性粒子由一研磨性容積料斗11送入一進給 線12,然後進入一切割或清洗頭16的混合處理室14。該研 磨劑即進入到一高壓的流體噴射,較佳地是水,其由強迫 大量流體由一高壓流體來源13通過一孔洞40所產生。該研 磨性粒子及南壓流體喷射即在其通過該混合管或喷嘴1 8的 長度之後混合,離開噴嘴18即成為一高壓研磨性流體喷射 20 〇 傳統上,混合管之長度對鑽孔直徑比(L/D比)約為丨00。例 如,一使用習用建構技術之喷嘴可為3英吋長,内錢孔直徑 約為.03英吋。目前相信雖然需要甚至更高的L/D比,在一 單一噴嘴中鐵孔的製造限制使得增加比例的挑戰性幾乎是 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公董) m 裝 訂
562705 A7 B7 五、發明説明(4 ) 不可能的。 本發明的獨特特徵為該噴嘴1 8係由多個區段22製成,最 佳地是由圖2-5看出。每個區段22具有一内鑽孔24。該區段 22將其鑽孔24皆軸向對準而堆疊,以提供一通過該噴嘴18 之連續的流體通道26,該連續流體通道26具有一入口 28及 一出口 30❶該區段可由數種方法來耦合在一起。一種較佳 的技術為收縮配合於環繞該堆疊的區段之一金属套管5 〇 , 其使用常見的收縮配合技術。在一較佳具體實施例中,當 使用多種金屬時,該套管50係由鐵或鋁所形成。另一種方 法係將該區段滑動到一滑動配合管,並使用像是環氧樹脂 的黏著劑來將其固定。同時,該區段可安裝在一拉緊的纜 線上,並噴灑一金屬塗佈,以塗佈該段落區段的外側表面 ,藉此將它們結合在一起。該金屬套管將夾持該區段在一 緊密的堆疊中,並亦可保護該喷嘴不受損害,其會在該喷 嘴撞擊一物體時來發生。 因為在一短區段中的鑽孔可比在一長區段中更為準確地 完成,該鑽孔的尺寸即可降低,並可視需要將該喷嘴18的 整體長度對於一給定的L/D比來降低,或將該L/D比來提高 。如前所述,其可相信藉由增加該L/D比可以改進系統效能 ,例如藉由改進噴射凝聚性及喷嘴的壽命。但是,該最大 可達到的L/D比先前受限於鑽一小孔通過一長喷嘴的製造限 制。藉由從區段來形成喷嘴,可改進鑽孔準確性,並允許 形成較小直徑的鑽孔。因此,本發明允許喷嘴可具有一改 進的L/D比,其在先前為不可能。例如,一習用的混合管之 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂
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=3英叶,其内鐵孔直徑為.〇3英心根據本發明,該 喷嘴18係已多㈣段來形成’其每個長度為q孤Q75英付 的^錢孔直徑為英心其將可瞭解到,該區段 = 卜徑及鐵孔徑可以依序需要來改變。下表^說明了 根據本發明所提供的數種可能的幾何。但是其可瞭解到, 這些僅為根據本發明所提供的許多種不同可能的幾何 同時’藉由從較短的區段來形成嗔嘴,該區段22的外部 直徑或尺寸可以降低,而可提供顯著的材料成本降低。舉 例而言,一典型的單一噴嘴之外部直徑可為.25英吋。根據 本發明’如果增加了準確性及便於加工,每個區段的外部 尺寸可降低到低於.25英吋,例如可達.125英吋,而提供了 降低的材料成本。 在圖4所示的另一個喷嘴18a中,每個區段22a之内鑽孔24& 之尺寸可以改變,以得到對該喷嘴結構的更多彈性,以及 §亥流體喷射20之效旎提尚。圖4中所示為該鑽孔24&之直徑 由該噴嘴的入口 28a到出口 30&逐漸變小,以形成一收斂的 流體通道26a,該孔的直徑亦可做成從入口到出口為由小變 大,以形成一發散的流體通道。另外,任何其它孔徑的組
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱) 562705
合亦可用來達到該流體噴射2〇之選擇的效能。 该區段的内鑽孔直徑或尺寸亦可在每個區段中來變化。 例如’該最上方區段的内直徑可做成比其餘區段的内直徑 要大。此由於數個原因而較佳◎例如,使得上方區段的内 直徑較大將可便於該研磨劑載入處理。同時,一具有在頂 端較大鑽孔之噴嘴幾何即不可能像是一單一小鑽孔的噴嘴 可以改變,或很快地磨損。 根據本發明,該噴嘴的整體長度亦可由耦合一選擇數目 的標準化區段在一起來選擇。該分段的喷嘴18亦可與該孔 洞40形成在一起來提供一單一總成,如圖2所示。此將可對 於在該混合管中的水流噴射提供較佳的對準,並降低組件 的數目。 如果需要的話,該區段22亦可由不同的材料製成,例如 一第一區段54及/或一最後區段56可由鑽石或其它堅硬材料 t製作,以達到所要的耐磨效能。其它區段可由碳化鎢或 石反化鎢合成物來製作。其亦可使用Kenna Metai (BMde oducts Division)所出售的產品,其商品名稱為⑧。 更佳地是參見圖5,該區段22中的一些或所有區段可在轴 向上彼此隔開,如在處理室32處提供辅助埠34〇該喷嘴可 用許多方式來隔開。例如,該區段22可由墊片來隔開。另 外,該區段22可壓縮配合到一管而具有已知的距離。埠“ ,尺寸可變化,並可用來引入其它材料到噴嘴中,例如空 氣 '水、其它流體或研磨劑。該埠亦可用來包覆感測器^ ’例如一壓力或溫度感測器。 -9-
Claims (1)
- 562705 第091117152號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(92年9月) A8 B8 C8 D8 緣·正補克 本卜”月/7日 申請專利範園 1· 一種南壓流體喷嘴,包含複數個區段,每個區段具有延 伸通過的一軸向鑽孔,每個區段的鑽孔係對準於另一個 區段的鑽孔’以形成通過該複數個區段之連續流體通道 ,及將該區段耦合在一起的一包覆套管。 2·如申請專利範圍第1項之噴嘴,其中該包覆套管為一金 屬套管收縮配合於環繞該區段。 3. 如申請專利範圍第1項之噴嘴,其中該包覆套管為壓縮 配合環繞於該區段。. 4. 如申請專利範圍第1項之噴嘴,其中該包覆套管係由金 屬浸滲塗層成形來形成環繞於該區段。 5. 如申請專利範圍第1項之噴嘴,其中該喷嘴具有一選擇 的長度,其係由將一選擇數目的區段耦合在一起來達到 ,其每個區段具有一選擇的長度。 6. 如申凊專利範圍第5項之噴嘴,其中每個區段的長度為 〇·125-0·75英吋。 7. 如申請專利範圍第1項之噴嘴’其中該區段具有不同的 内部尺寸。 8. 如申請專利範圍第7項之喷嘴,其中一最上方區段的内 直瓜係大於该剩餘區段的内直徑。 9·如申凊專利範圍第1項之噴嘴,其中該區段中至少一個 係與一相鄰區段在軸向上相隔,以形成一處理室,且一 輔助埠係流體連通於該處理室,以連接該處理室到一輔 助材料來源。 10·如申請專利範圍第9項之噴嘴,其中該輔助材料來源為 本紙張尺度適®家標準(CNS) Α4規格(蒙297公釐)---- 562705 A8 B8 C8六、申請專利範圍 口端的該區段之鑽孔係大於靠近該噴嘴的一排出端的該 區段之鑽孔,以形成一收斂的流體通道。 22·如申請專利範圍第20項之噴嘴,其中靠近該喷嘴的入口 端之段落區段的鑽孔係小於靠近該噴嘴的排出端之段落 區段的鑽孔,以形成一發散的流體通道。 23·如申請專利範圍第1項之喷嘴,其中該區段係由不同選 擇的材料所形成,以達到一想要的摩擦效能。 24·如申請專利範圍第1項之喷嘴,進一步包含一搞合於該 喷嘴的一鑽形孔,而位於該噴嘴的一入口端之上游。 25. —種導引一高壓流體喷射之喷嘴,該喷嘴具有複數個區 段,其在軸向上彼此相鄰對準,每個區段具有一軸向流 體通道,每個區段的流體通道係對準於一相鄰區段的該 流體通道,該區段的數目及長度係選擇來決定該喷嘴的 整體長度。 26· —種高壓研磨性流體喷射系統,其包含: 一高壓流體來源,其係流體連通於一孔,以在一頭 部中形成一高壓流體噴射; 一耦合於該頭部的研磨性材料之來源;及 一耦合於該頭部的混合管,該研磨劑及高壓流體喷 射通過該混合管以離開該混合管成為一高壓研磨性流體 噴射,該混合管包含複數個區段,每個區段具有延伸通 過的一軸向鑽孔,每個區段的鑽孔係對準於另一個區段 的鑽孔,以形成通過複數個區段之連續流體通道,該複 數個區段係由一套管搞合在一起。 -3- 562705 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 27·如申請專利範圍第26項之系統,其中該包覆套管為一金 屬套管收縮配合於環繞該區段。 28·如申請專利範圍第26項之系統,其中該包覆套管係由金 屬浸滲塗層成形所形成。 29·如申請專利範圍第26項之系統,其中該包覆套管為壓縮 配合環繞於該區段。 30.如申請專利範圍第26項之系統,其中該區段中至少一個 係與一相鄰區段在軸向上相隔,以形成一處理室,且一 輔助埠係流體連通於該處理室,以連接該處理室到一辅 助材料來源。 3 1 ·如申請專利範圍第26項之系統,該區段中至少一個係在 軸向上與一相鄰區段相隔,以形成一處理室,並在該處 理室中包含至少一個感測器。 32. 如申請專利範圍第26項之系統,其中該區段的鑽孔具有 變化的直徑。 33. 如申請專利範圍第26項之系統,其中該區段係由不同選 擇的材料所形成,以達到一想要的摩擦效能。 34. -種建構具有-入口端及一排出端之高壓流體噴射喷嘴 之方法,其包含: 形成複數個個別的區段,其每個具有一軸向鑽孔; 、、,°°該區段’㈣軸向鐵孔彼此„以在該喷嘴的 二端及該排出端之間形成一流體噴射通道。 认如中請專利範㈣34項之方法,進8 A BCD 562705 申請專利範圍 二隔的至j兩個段落區段,以在該區段之間形成一處理 室,一材料可經由該處理室引入該噴嘴。 3Ή請專利範圍第34項之方法,進一步包含在轴向上將 區&中至 個相隔於另一個相鄰的區段,以形成一 間隙,經由該間隙可感測到該喷射的溫度及壓力中的一 個或兩者皆可。 A如中請專利範圍第34項之方法,進—步包含收縮配合一 金屬套管環繞該區段來耦合該區段。 38.如申請專利範圍第⑽之方法,進—步包含壓縮配合一 套管環繞該區段。 9·如申叫專利範圍第34項之方法,進一步包含藉由金屬浸 參塗層成形來形成一套管環繞該區段。 女申叫專利範圍第34項之方法,其中一區段的軸向鐵孔 係比一相鄰區段的該軸向鑽孔要寬,而結合該區段之步 驟包含放置具有該較寬鑽孔的該區段比該喷嘴的排出端 更接近於該喷嘴之入口端,以形成由該喷嘴的入口端到 該排出端的一收斂的流體喷射通道。 41·如申請專利範圍第34項之方法,其中一區段的軸向鑽孔 係比一相鄰區段的該軸向鑽孔要大,而結合該區段之步 驟包含放置具有該較大鑽孔的該區段較接近於該噴嘴的 排出端,以形成由該噴嘴的入口端到該排出端的一發散 的流體噴射通道。 42.如申請專利範圍第34項之方法,進一步包含耦合一鑽形 孔到該噴嘴的入口端,其與在該區段中的鑽孔呈軸向對 本紙張尺度適财®目家鮮(CNS) A视格( X 297公釐)562705 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 準。 -6 -本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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