一种前、后混合式冰粒气体射流装置及方法，所述装置包括高压气体部、储水罐、液氮罐、冰粒喷嘴和射流管道；冰粒喷嘴包括引射喷嘴、混合腔和射流喷嘴，在混合腔的侧壁上贯穿设置有进料口；引射喷嘴通过混合腔与射流喷嘴连通；储水罐和液氮罐上均设置有气体入口和出口，储水罐和液氮罐的气体入口以及射流管道均连接高压气体部的出气口；储水罐和液氮罐的出口均连接进料口；射流管道的末端与引射喷嘴连通；所述方法为在高压气体产生后，通过调节三通阀实现前混合冰粒气体射流或后混合冰粒气体射流，本发明专利技术所述的装置及方法可以实现前、后混合式冰粒气体射流的随时切换，同时，在加工处理的过程中，不会损伤作业表面，作业环境好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冰粒气体射流
，尤其涉及一种前、后混合式冰粒气体射流装置及方法。
技术介绍
传统磨料射流技术主要包括磨料水射流和气动喷砂技术，由于其相对于高压水水射流有更好的冲蚀效果，自从上世纪80年代就开始被应用于切割，除锈，特殊材加工等作业中。但近年来，随着我国工业的快速发展，国内环境和资源问题日益严峻，磨料的回收及处理的问题日益凸显，传统磨料射流技术已经不能满足绿色可持续发展的要求。经过研究发现，冰粒在低温条件下莫式硬度为2～4，满足磨料要求，从而提出了以冰粒代替传统磨料进行射流作业，其能够真正实现绿色，经济的要求。目前，冰粒射流技术主要是以压缩空气或高压水作为动力，均为后混合式冰粒射流。（1）以压缩空气为动力的后混合式。如原淮南矿业学院张东速设计的压缩空气引射冰粒装置；其方法是采用两套动力系统，一套动力系统用以制备冰粒磨料，一套动力系统用以压缩空气引射冰粒。通过该套装置可以实现常压下制备冰粒和冰粒气体射流。但由于其两套动力系统是独立存在的，不能实现冰粒即时制取与冰射流作业同步进行，存在能源浪费，工作效率低，作业条件要求高等问题。（2）以高压水为动力的后混合式。如原淮南工业学院高压水射流实验室进行的采用高压水引射冰粒而形成冰粒高压水射流，其方法是利用高压水流卷吸已粉碎的冰粒形成后混合式冰粒射流技术。利用高压水引射冰粒能提供较大的能量，避免冰粒在混合腔内发生粘结、堵塞现象。但由于冰水混合物温度在零摄氏度附近，高压水引射冰粒在喷嘴出口处会出现冰粒部分融化或硬度降低等现象，从而导致射流工作时有效靶距小，冲蚀率低和工作效率低等问题，另外，采用高压水引射冰粒时，还会造成大量水资源的浪费。现有的冰粒射流技术主要是采用压缩空气或高压水的后混合射流技术，以水作为介质，不仅会造成水资源浪费，而且不能够提供满足冰粒长时间存在的低温度场。同时，现有的后混合式的射流方式，冰粒获得的冲蚀力较小，冰粒射流的使用范围受限。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种使用方便、使用效果好的前、后混合式冰粒气体射流装置及方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种前、后混合式冰粒气体射流装置，包括高压气体部、储水罐、液氮罐、冰粒喷嘴和射流管道；冰粒喷嘴包括沿气体传输方向依次设置的引射喷嘴、混合腔和射流喷嘴，在混合腔的侧壁上贯穿设置有进料口，引射喷嘴的内径沿气体传输方向逐渐变小；射流喷嘴前端的内径逐渐变小，射流喷嘴末端的内径逐渐变大；引射喷嘴通过混合腔与射流喷嘴连通；储水罐和液氮罐上均设置有气体入口和出口，储水罐和液氮罐的气体入口以及射流管道均连接高压气体部的出气口；储水罐和液氮罐的出口均连接进料口；射流管道的末端与引射喷嘴连通。储水罐和液氮罐的出口分别连接三通阀的进口，每个三通阀的两个出口，其中一个连接进料口，另外一个连接射流管道。高压气体部包括空压机、气体输入管道和至少1个气瓶，空压机连接各个气瓶的入气口，各个气瓶的入气口和出气口上均设置有阀门，各个气瓶的出气口处均设有流量计；各个气瓶的出气口均连接气体输入管道，气体输入管道的末端连接储水罐的气体入口、液氮罐的气体入口和射流管道。储水罐和液氮罐的出口上均连接有流量计；储水罐的出口上还连接有雾化喷嘴，雾化喷嘴连接射流管道。高压气体部的出气口以及储水罐和液氮罐的出口上连接有阀门；储水罐和液氮罐的气体入口上均连接有减压阀门；气体输入管道上设置有压力检测部，射流管道上设置有温度检测部。压力检测部为压力计；温度检测部为处理单元、显示单元和设置于射流管道内壁上的温度传感器，温度传感器采集温度信息，并将采集到的温度信息传输到处理单元，处理单元将温度信息传输到显示单元，显示单元显示温度。一种利用上述装置进行的前、后混合式冰粒气体射流方法，包括如下步骤：1)制备高压气体；2)判断是否进行前混合式冰粒气体射流，如果是进行步骤3），否则进行步骤7）；3)调节三通阀使得储水罐和液氮罐的出口均与射流管道连通；4)高压气体进入到储水罐、液氮罐和射流管道；液氮在射流管道中形成低温场，雾化水在低温场作用下形成冰粒，高压气体带动冰粒到达引射喷嘴处；进入到射流管道中的液氮和雾化水的流量比为0.1~0.5；5)高压气体带动冰粒依次经过引射喷嘴、混合腔，最终从射流喷嘴中喷出；冰粒在引射喷嘴中的路径逐渐变窄；冰粒在射流喷嘴中的路径先逐渐变窄，然后逐渐变宽；6)判断是否需要改变混合方法，如是，则进行步骤2），如否则进行步骤11）；7)调节三通阀使得储水罐和液氮罐的出口均与进料口连通；8)高压气体进入到引射喷嘴，雾化水和液氮在高压气体的引流下进入到混合腔；高压气体在引射喷嘴中的路径逐渐变窄，液氮在混合腔中形成低温场，水在低温场作用下形成冰粒，高压气体带动冰粒进入到射流喷嘴；9)高压气体带动冰粒从射流喷嘴喷出；冰粒在射流喷嘴中的路径先逐渐变窄，然后逐渐变宽；10)判断是否需要改变混合方法，如是，则进行步骤2），如否则进行步骤11）；11)工作结束，停止向储水罐和液氮罐中充入高压气体，停止储水罐的出水和液氮从液氮罐中出来；然后，停止高压气体的制备，排完管路内的气体；方法为：首先，依次关闭储水罐和液氮罐气体入口和出口处的阀门，保证储水罐和液氮罐的出口与射流管道连通；5s后，关闭空压机，排完管路内的气体；再过5s，关闭气瓶进气口的阀门，最后，5s后关闭气瓶出气口的阀门。步骤4）进入到射流管道的高压气体的流量和压力分别为0.02～0.38kg/s和0.5～15Mpa；步骤8）中进入到引射喷嘴的高压气体的流量和压力分别为0.26～0.68kg/s和10～25Mpa；。步骤5）和步骤9）中从射流喷嘴中喷出的冰粒的粒径均为0.053～0.25mm。步骤4）中射流管道和步骤8）中混合腔中的温度均为-65℃~-100℃。通过以上技术方案，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术所述的装置可以实现前、后混合式冰粒气体射流的随时切换；使用者可以根据情况选择合适的混合方法；前、后混合式冰粒气体射流在进行加工处理的过程中，都不损伤作业表面，冰粒气体射流只引入少量的水，加工以后，冰粒直接融化为水，不需对磨料进行处理；作业环境更好。2、设置的三通阀可以方便的进行前、后混合式冰粒气体射流的随时切换。3、高压气体部包括空压机、气体输入管道和至少1个气瓶，从而实现方便，易于控制。4、储水罐的出口上还连接有雾化喷嘴，通过雾化喷嘴实现了水的雾化，进而使得进入到射流管道中的为小水滴，提高冰粒的形成效果。5、压力检测部为压力计；温度检测部为温度传感器、处理单元和显示单元，通过压力计和温度传感器实现了工作过程中参数的监测，从而便于工作过程的控制。6、本专利技术所述的方法可以根据需要自由选择前、后混合式冰粒气体射流，步骤紧凑，仅需调整三通阀就可以实现前混合式冰粒气体射流和后混合式冰粒气体射流的转换，同时前、后混合式冰粒气体射流在进行加工处理过程中，都不损伤作业表面，冰粒气体射流只引入的少量的水，加工以后，冰粒直接融化为水，不需对磨料进行处理；作业环境更好；7、从射流喷嘴中喷出的冰粒的粒径为0.053～0.25mm，从而使得冰粒获得较好的作用效果。8、水和液氮流量比为0.1~0.4，在此种条件下，气体和冰粒混合后管路中最佳的温度为-100℃，可以保证管路内和射流区冰粒本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种前、后混合式冰粒气体射流装置，其特征在于：包括高压气体部、储水罐、液氮罐、冰粒喷嘴和射流管道；冰粒喷嘴包括沿气体传输方向依次设置的引射喷嘴、混合腔和射流喷嘴，在混合腔的侧壁上贯穿设置有进料口，引射喷嘴的内径沿气体传输方向逐渐变小；射流喷嘴前端的内径逐渐变小，射流喷嘴末端的内径逐渐变大；引射喷嘴通过混合腔与射流喷嘴连通；储水罐和液氮罐上均设置有气体入口和出口，储水罐和液氮罐的气体入口以及射流管道均连接高压气体部的出气口；储水罐和液氮罐的出口均连接进料口；射流管道的末端与引射喷嘴连通。
【技术特征摘要】
1.一种前、后混合式冰粒气体射流装置，其特征在于：包括高压气体部、储水罐、液氮罐、冰粒喷嘴和射流管道；冰粒喷嘴包括沿气体传输方向依次设置的引射喷嘴、混合腔和射流喷嘴，在混合腔的侧壁上贯穿设置有进料口，引射喷嘴的内径沿气体传输方向逐渐变小；射流喷嘴前端的内径逐渐变小，射流喷嘴末端的内径逐渐变大；引射喷嘴通过混合腔与射流喷嘴连通；储水罐和液氮罐上均设置有气体入口和出口，储水罐和液氮罐的气体入口以及射流管道均连接高压气体部的出气口；储水罐和液氮罐的出口均连接进料口；射流管道的末端与引射喷嘴连通。2.如权利要求1所述的前、后混合式冰粒气体射流装置，其特征在于：储水罐和液氮罐的出口分别连接三通阀的进口，每个三通阀的两个出口，其中一个连接进料口，另外一个连接射流管道。3.如权利要求2所述的前、后混合式冰粒气体射流装置，其特征在于：高压气体部包括空压机、气体输入管道和至少1个气瓶，空压机连接各个气瓶的入气口，各个气瓶的入气口和出气口上均设置有阀门，各个气瓶的出气口处均设有流量计；各个气瓶的出气口均连接气体输入管道，气体输入管道的末端连接储水罐的气体入口、液氮罐的气体入口和射流管道。4.如权利要求3所述的前、后混合式冰粒气体射流装置，其特征在于：储水罐和液氮罐的出口上均连接有流量计；储水罐的出口上还连接有雾化喷嘴，雾化喷嘴连接射流管道。5.如权利要求4所述的前、后混合式冰粒气体射流装置，其特征在于：高压气体部的出气口以及储水罐和液氮罐的出口上连接有阀门；储水罐和液氮罐的气体入口上均连接有减压阀门；气体输入管道上设置有压力检测部，射流管道上设置有温度检测部。6.如权利要求5所述的前、后混合式冰粒气体射流装置，其特征在于：压力检测部为压力计；温度检测部为处理单元、显示单元和设置于射流管道内壁上的温度传感器，温度传感器采集温度信息，并将采集到的温度信息传输到处理单元，处理单元将温度信息传输到显示单元，显示单元显示温度。7.一种利用权利要求1所述装置进行的前、后混合式冰粒气体射流方法，其特征在于：包括如下步骤：制备高压气体；判断是否进行前混合式冰粒气体射...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，魏建平，李波，温志辉，姚邦华，陈科，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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