TW562705B - Multiple segment high pressure fluidjet nozzle and method of making the nozzle - Google Patents

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)

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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

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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)

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)