一种冰粒气体射流快速制备装置及方法，所述的装置包括高压气体部、储水罐、液氮罐、射流喷嘴和射流管道；储水罐的气体入口、液氮罐的气体入口和射流管道均连接高压气体部的出气口；储水罐的出口和液氮罐的出口均与射流管道连接，射流喷嘴设置于射流管道的末端。所述的方法包括依次包括如下步骤：1)制备高压气体；2)高压气体进入到射流管道；3)储水罐中的水和液氮罐中的液氮以在射流管道中混合，形成冰粒；4)高压气体带动冰粒到达射流喷嘴处；5)冰粒从射流喷嘴中喷出；6)工作结束，将管路中的气体放出即可。本发明专利技术所述的方法及装置实现了冰粒简单快速的制备以及冰粒气体射流的一体化，结构简单，操作方便，不受场地限制，能有效的提高工作效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冰粒气体射流
，尤其涉及一种冰粒气体射流快速制备装置及方法。
技术介绍
磨料射流技术最早出现在上世纪的60年代，具体分为磨料水射流和磨料气体射流技术。该技术能以较小的动力获得较好的清洁、冲蚀效果，被广泛应用于切割、特殊加工、钻孔、除锈及水力冲孔等作业中。随着磨料射流技术的发展，传统磨料射流应用过程中的缺点也日渐突显出来。由于工作量的提高，磨料消耗量加大，但是传统磨料不便于回收和处理；其次，磨料射流会在作业表面残存大量的微细磨粒，不适应表面清洁度要求高的场合；另外，磨料射流进行除锈、切割作业时其工作条件较差。为此，国内外专家都在积极寻求更加经济，实用的磨料，积极开发新型磨料射流，冰粒射流正是在这一背景下产生的，冰粒在低温下具有一定的强度和硬度，可以达到磨料射流的效果。目前，冰粒制备的方法主要有:（1）碎冰法，如波兰Galeck和加拿大Vickers通过破冰器将冰块破碎成直径为3mm的冰粒进行冰粒磨料射流试验，使用该方法制备冰粒工艺简单、易操作，但通过碎冰法不能够实现冰粒的连续制备，且破碎过程中冰粒易融化。（2）制冷剂法，如中国矿业大学李德玉提出的依靠液氮与经过预冷处理的雾化水直接接触的方式制备小冰粒，使用该方法制备冰粒可实现冰粒的低温和粒径要求，但其技术过程复杂且成本较高。目前，对于冰粒射流的方法主要有：（1）利用高压水法，如原淮南工业学院高压水射流实验室采用高压水引射冰粒而形成的冰粒高压水射流，以高压水引射冰粒能提供较大的能量，避免冰粒在喷嘴处发生粘结、堵塞等现象。但该方法不能使冰粒持续处在低温场中，会降低作业效率。（2）利用压缩空气法，如原淮南矿业学院张东速提出的利用两套动力系统分别实现冰粒制备和气体射流，采用气体射流技术，能满足冰粒射流过程中的低温场要求，但其两套动力系统，会造成能源浪费。上述冰粒制备及射流技术都是预先制备好冰粒，以冰粒作为磨料加入射流系统中，实现冰粒射流，其装置复杂，无法实现冰粒制备及射流的一体化。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种结构简单、使用效果好的冰粒气体射流快速制备装置及方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种冰粒气体射流快速制备装置，包括高压气体部、储水罐、液氮罐、射流喷嘴和射流管道；高压气体部的出气口上连接有阀门；储水罐和液氮罐上均设置有带有阀门的气体入口和出口；储水罐的气体入口、液氮罐的气体入口和射流管道均连接高压气体部的出气口；储水罐的出口和液氮罐的出口均与射流管道连接，射流喷嘴设置于射流管道的末端；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。高压气体部包括空压机、气体输入管道和至少1个气瓶，气瓶上设置有均连接有阀门的入气口和出气口，各个气瓶的出气口上均连接有流量计；空压机连接各个气瓶的入气口，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。储水罐和液氮罐的气体入口分别设置于储水罐的顶端和液氮罐的顶端。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。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进行显示。一种利用上述装置进行冰粒气体射流快速制备的方法，依次包括如下步骤：1)制备高压气体；2)高压气体分为两路，一路分别进入到储水罐和液氮罐中；另外一路进入到射流管道；3)液氮在射流管道中形成低温场，水进入射流管道中在低温场作用下形成冰粒；进入到射流管道中的液氮和水的流量比为0.1~0.4；4)高压气体带动冰粒到达射流喷嘴处；5)冰粒从射流喷嘴中喷出；冰粒在射流喷嘴中的路径先逐渐变窄，然后逐渐变宽；6)工作结束；首先，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的流出；然后，停止高压气体的制备，排完管路内的气体。步骤3）中，储水罐中的水被雾化后进入到射流管道；同时，射流管道内的温度为-65℃~-100℃。步骤2）中进入到射流管道的高压气体的流量和压力分别为0.02～0.58kg/s、0.5～15Mpa。步骤5）中从射流管道中喷出的冰粒粒径为0.053～0.25mm；冰粒的速度为300～500m/s。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实现了冰粒简单快速的制备以及冰粒气体射流的一体化，该装置利用水和液氮在管路内快速结冰，实现了冰粒的即时制备，冰粒在管路内混合均匀，避免了水资源的浪费；同时，设置的射流喷嘴可以使冰粒获得更高的速度，避免了冰粒在射流区融化、硬度降低等缺点，保证了射流效果。2、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。3、储水罐和液氮罐的气体入口分别设置于储水罐的顶端和液氮罐的顶端，从而方便了气体的进入，方便了气体对储水罐和液氮罐的作用过程。4、储水罐的出口上还连接有雾化喷嘴，雾化喷嘴和液氮罐的出口连接射流管道，通过雾化水滴与液氮的直接接触实现管路中冰粒的快速制备。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实现了冰粒的快速制备和冰粒气体的射流，制备方法简便，实现快速，工作过程连续，同时易于控制；水流量和液氮流量比最佳为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硬度最大，获得较好的射流效果。7、步骤3）中，储水罐中的水被雾化后进入到射流管道，从而提供冰粒的形成效果；射流管道内的温度小于-100℃，从而保证形成的冰粒的硬度。8、步骤2）中进入到射流管道的高压气体的流量和压力分别为0.02～0.58kg/s、0.5～15Mpa，从而使得气体可以以较高的速度带动冰粒射流。9、步骤5）中从射流管道中喷出的的冰粒粒径为0.053～0.25mm；冰粒的速度为300～500m/s，从而使得冰粒获得较好的作用效果。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为射流喷嘴结构示意图；图3为本专利技术所述方法流程图。具体实施方式一种冰粒气体射流快速制备装置，如图1所示，包括高压气体部，高压气体部用于制备具有压力的气体，高压气体部包括空压机1、气体输入管道11和至少1个气瓶2，本实施例中气瓶2的数量为3个。为了便于气体的控制，在气瓶2的入气口和出气口上均设置有阀门3，通过阀门3的开启或关闭方便气体传输的控制过程。同时，在气瓶2的出气口上设置有流量计4，通过流量计4可以得知从各个气瓶中出来的气体的流量，通过对气体参数的监测，可以及时对整个冰粒气体射流的过程做出调整，保证其高效的工作状态。空压机1通过管道连接各个气瓶2的入气口，各个气瓶2的出气口均通过管道连接气体输入管道11。在气体输入管道11上设置有压力检测部，其中压力检测部为压力表，通过压力表可以实时得知流经气体输入管道11的气体的压力，其也有益于对整个工作过程的监测。气体输入管道11的末端分成第一路和第二路，其中第一路连接有储水罐6和液氮罐8。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种冰粒气体射流快速制备装置，其特征在于：包括高压气体部、储水罐、液氮罐、射流喷嘴和射流管道；高压气体部的出气口上连接有阀门；储水罐和液氮罐上均设置有带有阀门的气体入口和出口；储水罐的气体入口、液氮罐的气体入口和射流管道均连接高压气体部的出气口；储水罐的出口和液氮罐的出口均与射流管道连接，射流喷嘴设置于射流管道的末端；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。
【技术特征摘要】
1.一种冰粒气体射流快速制备装置，其特征在于：包括高压气体部、储水罐、液氮罐、射流喷嘴和射流管道；高压气体部的出气口上连接有阀门；储水罐和液氮罐上均设置有带有阀门的气体入口和出口；储水罐的气体入口、液氮罐的气体入口和射流管道均连接高压气体部的出气口；储水罐的出口和液氮罐的出口均与射流管道连接，射流喷嘴设置于射流管道的末端；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。2.如权利要求1所述的冰粒气体射流快速制备装置，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，气瓶上设置有均连接有阀门的入气口和出气口，各个气瓶的出气口上均连接有流量计；空压机连接各个气瓶的入气口，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。3.如权利要求2所述的冰粒气体射流快速制备装置，其特征在于：储水罐和液氮罐的气体入口分别设置于储水罐的顶端和液氮罐的顶端。4.如权利要求3所述的冰粒气体射流快速制备装置，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所述的冰粒气体射流快速制备装置，其特征在于：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所述的冰粒气体射流快速制备装置，其特征在于：压力检测部为压力计；温度检测...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，魏建平，王登科，温志辉，张宏图，陈长江，
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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