一种超前预混合磨料水射流设备和发生方法技术

本发明专利技术公开了一种超前预混合磨料水射流设备和发生方法，包括：搅拌桶、搅拌器、供料泵、注浆泵以及喷嘴；其中，所述搅拌桶中设置有能够对其内部进行循环搅拌的搅拌器；所述搅拌桶的底部采用管路一与所述供料泵的输入端相连通；所述供料泵的输出端采用管路二与三通球阀的进液端相连通；所述三通球阀的其中一个出液端采用管路三与搅拌桶相连通，其另一个出液端采用管路四与注浆泵的注浆泵进料口相连通；所述注浆泵的注浆泵出料口采用高压软管与喷嘴相连通。相连通。相连通。

【技术实现步骤摘要】
一种超前预混合磨料水射流设备和发生方法


[0001]本专利技术涉及磨料水射流
，具体涉及一种超前预混合磨料水射流设备和发生方法。

技术介绍

[0002]磨料水射流技术是近代发展起来的新技术，在工业切割、岩石掘进、表面清洗和钻探开采等方面具有广泛应用。根据加料方式不同，磨料水射流分为前混合磨料水射流和后混合磨料水射流。由于后混合磨料水射流不能使磨料与高速流动的水进行充分的混合，明显地降低了水介质对磨料的传输效率，且对磨料加速时间短、加速不充分，因此在岩石掘进、钻探开采等方面，后混合磨料水射流的破岩能力差，外加上工程环境的限制，无法使用后混合磨料水射流。同时，虽然前混合磨料水射流磨料混合均匀，且磨料加速时间长，破煤岩效果较好，但是限制前混合磨料水射流大规模应用的一个关键难题就是磨料连续供料问题；另外前混合磨料水射流和后混合磨料水射流进行破煤岩时水垫效应较为明显，能量利用率较低，破煤岩效果较脉冲式磨料水射流较差。
[0003]为了实现前混合磨料射流真正意义上的连续供料，“一种双罐双泵式前混合磨料射流连续工作系统”(CN107953270B)采用两个高压磨料罐和两个高压水泵进行交替工作实现连续供料，但此设备结构复杂，且不能精确控制混沙比，同时该工作系统为连续性射流，水垫效应明显。
[0004]因此，有必要提供一种超前预混合磨料水射流设备和发生方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种超前预混合磨料水射流设备，包括搅拌桶、搅拌器、供料泵、注浆泵以及喷嘴；
[0006]其中，所述搅拌桶中设置有能够对其内部进行循环搅拌的搅拌器；
[0007]所述搅拌桶的底部采用管路一与所述供料泵的输入端相连通；
[0008]所述供料泵的输出端采用管路二与三通球阀的进液端相连通；
[0009]所述三通球阀的其中一个出液端采用管路三与搅拌桶相连通，其另一个出液端采用管路四与注浆泵的注浆泵进料口相连通；
[0010]所述注浆泵的注浆泵出料口采用高压软管与喷嘴相连通。
[0011]进一步，作为优选，所述注浆泵为柱塞式注浆泵，其最高压力为40MPa。
[0012]进一步，作为优选，所述喷嘴的出口处还设置有截断式脉冲射流产生装置，所述截断式脉冲射流产生装置主要由电机、旋转轴和截断圆盘组成；
[0013]其中，所述截断圆盘上布有孔体，所述截断圆盘与所述旋转轴同轴固定相连，所述旋转轴由所述电机所驱动。
[0014]进一步，作为优选，所述截断圆盘的最外圈设有24个圆周阵列分布的圆孔，中圈设有12个圆周阵列分布的圆孔，内圈设有6个圆周阵列分布的圆孔，且当所述喷嘴喷出的射流
经过圆孔时，射流通过；在未经过圆孔时，射流被截断，从而形成脉冲磨料水射流。
[0015]进一步，作为优选，所述注浆泵进料口还采用管路五与所述管路三相连通；
[0016]所述注浆泵出料口还采用管路六与所述管路五相连通。
[0017]进一步，作为优选，所述搅拌器包括：
[0018]内转轴，其转动设置于所述搅拌桶中，且由外部搅拌电机所驱动转动，所述内转轴的底部自上而下同轴依次固定有第一螺旋叶、第二螺旋叶以及导流叶片；
[0019]外定筒，其固定于所述搅拌桶中，且套设于所述内转轴的外部，且所述外定筒与所述第二螺旋叶相配合能够实现对于磨料混合水的抽吸；
[0020]提升筒，其固定于所述外定筒的内部，且用于与所述第一螺旋叶相配合从而实现对于混合液的抽吸；以及
[0021]内循环管，其被配置为圆周阵列排布的多个，且各个所述内循环管均与所述外定筒相连通。
[0022]进一步，作为优选，所述第二螺旋叶的外径大于所述第一螺旋叶的外径。
[0023]进一步，作为优选，所述内循环管的出液端沿所述外定筒的径向方向向外延伸分布。
[0024]进一步，作为优选，所述外定筒的底部连接有套设在导流叶片外部的导向头；
[0025]所述导向头包括连接环、导向叶片以及连接座；
[0026]其中，所述连接环为上下对称设置的两个，两个所述连接环之间采用多个连接杆相连，且相邻两个所述连接杆之间布设有导向叶片，相邻两个所述导向叶片之间能够形成导流通道；
[0027]位于上部的所述连接环采用连接座与所述外定筒相连，所述连接座上开设有循环孔。
[0028]一种超前预混合磨料水射流设备的发生方法，其包括如下步骤：
[0029]S1.在搅拌桶中加入磨料和水；
[0030]S2.调节三通球阀使得管路三与管路二(之间为通路；起动搅拌器，对加入搅拌桶中的磨料和水进行内循环混合；同时打开供料泵，此时磨料和水通过管路一、管路二和管路三返回到搅拌桶内，进一步进行外循环混合；
[0031]S3.调节三通球阀使得管路四与管路二之间为通路，供料泵将混合均匀得到的磨料混合水供至注浆泵进料口；
[0032]S4.打开注浆泵开关，注浆泵进料口处的磨料混合水经注浆泵进行加压后，流出注浆泵出料口，并在耐高压软管和喷嘴处进行加速；其中，流至注浆泵进料口处过量的混合磨料水以及注浆泵出料口处过量混合磨料水分别经管路五和管路六到达管路三，进入搅拌桶内，进一步将磨料和水混合均匀；
[0033]S5.根据工况条件，调节注浆泵的频率对磨料射流频率进行调节；当所需频率大于80Hz时，打开电机，带动截断圆盘旋转，通过调节截断圆盘转速和射流经过圆孔位置，改变磨料脉冲水射流频率。
[0034]与现有技术相比，本专利技术提供了一种超前预混合磨料水射流设备和发生方法，具有以下有益效果：
[0035]1.传统前混合磨料水射流在泵后利用分出的高压水在磨料罐进行混合，容易出现
磨料供应不均的问题。本设计利用混合搅拌系统，在搅拌桶内在对磨料混合水加压前进行混合，混合更均匀。
[0036]2.由于传统前混合磨料水射流在泵后的磨料罐利用压差进行混合，极易混合不均造成无法控制混沙比的问题。本设备的注浆泵对水和磨料进行加速前，可在搅拌桶内加入确定比例质量的磨料和水进行混合，进而对混沙比进行控制。
[0037]3.本设备装置简单，不需要特定的磨料罐，仅需要搅拌系统，注浆泵，喷嘴并通过管路进行连接，同时由于传统前混式磨料水射流在磨料罐中进行混合，而磨料罐承受压力，加料时需要关闭设备，打开磨料罐进行加料，所以存在不能连续供料的问题。本方法加料时只需在搅拌桶内加入磨料和水，从而实现连续供料。
[0038]4.后混合磨料水射流在喷嘴处进行混合加速，加速时间短；前混合磨料水射流在泵后的磨料罐中进行混合，而本设备预先在注浆泵前对磨料进行混合，加速时间长。
[0039]5.本设备将成熟的往复柱塞式注浆泵与水射流技术结合，利用柱塞往复运动产生脉冲式水射流，其频率为60～80Hz；在喷嘴处设有截断圆盘，用来调节更高频率的脉冲水射流，根据不同的工况条件调节不同的脉冲频率。
[0040]6.本专利技术实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超前预混合磨料水射流设备，其特征在于：包括搅拌桶(1)、搅拌器(3)、供料泵(5)、注浆泵(10)以及喷嘴(14)；其中，所述搅拌桶(1)中设置有能够对其内部进行循环搅拌的搅拌器(3)；所述搅拌桶(1)的底部采用管路一(4)与所述供料泵(5)的输入端相连通；所述供料泵(5)的输出端采用管路二(6)与三通球阀(7)的进液端相连通；所述三通球阀(7)的其中一个出液端采用管路三(8)与搅拌桶(1)相连通，其另一个出液端采用管路四(9)与注浆泵(10)的注浆泵进料口(19)相连通；所述注浆泵(10)的注浆泵出料口采用高压软管(13)与喷嘴(14)相连通。2.根据权利要求1所述的一种超前预混合磨料水射流设备，其特征在于：所述注浆泵(10)为柱塞式注浆泵，其最高压力为40MPa。3.根据权利要求1或2所述的一种超前预混合磨料水射流设备，其特征在于：所述喷嘴(14)的出口处还设置有截断式脉冲射流产生装置，所述截断式脉冲射流产生装置主要由电机(15)、旋转轴(16)和截断圆盘(17)组成；其中，所述截断圆盘(17)上布有孔体，所述截断圆盘(17)与所述旋转轴(16)同轴固定相连，所述旋转轴(16)由所述电机(15)所驱动。4.根据权利要求3所述的一种超前预混合磨料水射流设备，其特征在于：所述截断圆盘(17)的最外圈设有24个圆周阵列分布的圆孔，中圈设有12个圆周阵列分布的圆孔，内圈设有6个圆周阵列分布的圆孔，且当所述喷嘴(14)喷出的射流经过圆孔时，射流通过；在未经过圆孔时，射流被截断，从而形成脉冲磨料水射流。5.根据权利要求4所述的一种超前预混合磨料水射流设备，其特征在于：所述注浆泵进料口(19)还采用管路五(11)与所述管路三(8)相连通；所述注浆泵出料口(20)还采用管路六(12)与所述管路五(11)相连通。6.根据权利要求1所述的一种超前预混合磨料水射流设备，其特征在于：所述搅拌器(3)包括：内转轴(31)，其转动设置于所述搅拌桶(1)中，且由外部搅拌电机(2)所驱动转动，所述内转轴(31)的底部自上而下同轴依次固定有第一螺旋叶(34)、第二螺旋叶(35)以及导流叶片(37)；外定筒(32)，其固定于所述搅拌桶(1)中，且套设于所述内转轴(31)的外部，且所述外定筒(32)与所述第二螺旋叶(35)相配合能够实现对于磨料混合水的抽吸；提升筒(36)，其固定于所述外定筒(32)的内部，且用于与所述第一螺旋叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，魏建平，刘笑天，姚邦华，张宏图，徐向宇，司磊磊，代硕，张东鑫，李海超，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：