[发明专利]二次混合式环形旋转磨料射流喷嘴

说明书

技术领域

本发明属于高压磨料水射流切割技术领域，具体涉及一种二次混合式环形旋转磨料射流喷嘴。

背景技术

高压磨料水射流切割（abrasive water jet）是指在水射流过程中，往高压工作流体中注入磨料，形成液固两相流的高速射流，对目标进行切割。其主要特点是在切割过程中不产生热变形，不残留热应力，能够精密的切割各种材料，并且由于射流附带磨料，能够有效的降低切割的门限压力，大幅提高切割效率。

工作流体与磨料的混合方式可将高压磨料水射流分为前混合式和后混合式。前混合式磨料水射流是指，部分高压工作流体先注入磨料罐，与磨料在罐中初步混合，形成磨料浆体，然后进入混合室，与另外一路进入的高压工作流体混合后，再经喷嘴出口喷出。后混合式磨料水射流是指，高压工作流体经喷嘴喷出，并在混合室内形成高压水射流，高压水射流在混合室内形成负压，出现局部真空，产生卷吸作用，将磨料吸入混合室。磨料在混合室中经高压工作流体作用不断加速，最后通过喷嘴出口喷出，形成磨料射流。

前混合方式中磨料与水混合均匀，磨料与水具有相同的速度，切割效果相对较好，并且所需的工作压力相对后混合方式较低。后混合方式中磨料颗粒需要与射流经过多次作用才能进入射流内部，大多数磨料只能聚集在射流表层，因此混合不理想，同等功率条件下其切割效果不及前混合方式。然而前混合设备中，大部分管路为液固混合两相流动，一方面管壁需要承受高压水流作用，一方面磨料颗粒对管壁形成摩擦挤压，降低管路稳定性，大大缩短使用寿命。相反后混合设备中管路仅受纯水流体作用，其管路能量损失远低于前混合方式。

因此在高压磨料水射流切割过程中，喷嘴结构设计至关重要，直接关系到切割效果、参数控制以及装置寿命。如何减少设备管路损失，提高系统寿命，同时增强磨料与水的掺混程度，提高磨料射流切割效果，是磨料射流的关键问题。

 

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种能大幅度提高磨料与工作流体混合程度的二次混合式环形旋转磨料射流喷嘴，该二次混合式环形旋转磨料射流喷嘴属于后混合式喷嘴。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

二次混合式环形旋转磨料射流喷嘴，包括依次连通的高压给水管、一次混合室、导流装置、二次混合室和磨料喷嘴，所述的导流装置包括导流叶片固定环、混合浆体输送管道及沿混合浆体输送管道外表面分布的导流叶片，导流叶片固定环内壁设置有与导流叶片相啮合的沟槽，混合浆体输送管道和导流叶片位于导流叶片固定环内，混合浆体输送管道两端分别与一次混合室和二次混合室连通。

上述一次混合室包括磨料输送通道、一次混合喷嘴、一次混合管和环形通道，环形通道两端分别连通高压给水管和导流装置，一次混合喷嘴和一次混合管置于环形通道内；磨料输送通道连通外部与一次混合管；一次混合管一端连接有一次混合喷嘴，另一端与混合浆体输送管道连通。

上述导流装置还包括磨料控制管，所述的磨料控制管一端连接混合浆体输送管道，另一端连接二次混合室。

上述导流叶片沿混合浆体输送管道外表面呈螺线形分布。

上述二次混合室包括二次混合管，所述的二次混合管断面从一次混合室至磨料喷嘴方向逐渐减小。所述的二次混合管为锥形或喇叭形。

本发明还包括保护套，所述的保护套一端套接二次混合室，另一端套接磨料喷嘴。

上述二次混合式环形旋转磨料射流喷嘴在使用时竖直或倾斜布置。

 

本发明的工作原理如下：

高压工作流体通过高压给水管进入一次混合室，在一次混合室内分成两股。一股通过一次混合喷嘴进入一次混合管，形成射流，射流在一次混合管内对磨料输送通道中的磨料进行卷吸，并与之混合，实现第一次掺混得到一次混合浆体；另一股通过环形通道进入导流装置，经旋转的导流叶片加旋后形成环形旋转射流，进入二次混合室，在二次混合室内对一次混合浆体进行卷吸，使得一次混合浆体通过混合浆体输送管道及磨料控制管进入二次混合室。二次混合室内环形旋转射流与一次混合浆体实现二次混合，然后经磨料喷嘴喷出，实现磨料射流。

使用时，本发明竖直或倾斜放置，一次混合室内的混合浆体可借助自重进入二次混合室。

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）结构简单，成本低廉，对设备内壁磨损小，能大幅度提高磨料与工作流体混合程度，切割效果好；稳定性强，能适应各种工作压力的工作流体，适于大规模推广使用。