披露了一种用于高压切割装置的切割工具。该切割装置包括液体流和浆体流，浆体包括悬浮在流体中的磨料颗粒，两个流体在压力下被供应到喷嘴中。喷嘴具有混合腔室，该混合腔室具有被设置为接收液体流和浆体流的进入区域，其中，进入区域中的压力通过液体流中的压力决定。进入区域中的压力作用在浆体流的压力中，以调整浆体流中的压力。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过包括夹带的磨料颗粒的液体射流进行的切割(例如金属的切 割)。
技术介绍
包括夹带的磨料颗粒的高速水射流用于切割目的自从1980已知。已知的切割水 射流系统分为两类磨料水射流(AWJ)系统和磨料浆射流(ASJ)系统。 AffJ系统通常以极高压力(150至600MPa量级)向喷嘴供应水。典型的WAJ喷嘴 10在图1中示出。喷嘴10包括小孔12 (直径为0.2mm至0.4mm)，该小孔通向混合腔室14。 水由此以高速流动通过混合腔14。小颗粒的磨蚀材料(通常是石榴石)通常通过重力馈入而穿过给料器16被供应 给腔室。高速水18产生文氏管效应，磨蚀材料被吸入水射流。水射流然后流动通过一定长度的管路，其已知为聚焦管道(fOCuSingtube)20。通 过聚焦管道的水和磨料通道用于使磨料颗粒沿水流方向加速。聚焦的水射流22然后通过 聚焦管道出口 24排出。水射流22——或者，更准确地，加速的磨料颗粒——然后可用于切 割材料，诸如金属。孔12和聚焦管道20的出口 24之间的喷嘴10中的能量损失可以很高。水的动能 由于需要为磨蚀材料加速、为被文氏管夹带的空气加速而损失。由于磨料颗粒在管道壁上 “反弹”，在聚焦管道20中发生明显的摩擦损失。由于产生热，这导致能量损失。另外，该现 象还导致聚焦管道的劣化，这通常需要在40小时的操作后替换该管道。因此，已知的AWJ系统通常非常低效。ASJ系统结合了两个流体流，液体(通常是水)流和浆体流。浆体包含磨料颗粒的 悬浊液。两个液体流被设置在大约50至IOOMpa的压力下，且被结合以形成单个流。组合 流被迫通过孔，通常为1. 0至2. Omm量级的直径，以产生具有夹带的磨料颗粒的水射流。ASJ系统不像AWJ系统那样低效，因为在组合两种加压流时没有能量损耗。但是， 已知的ASJ系统具有有限的商业价值。这部分地因为ASJ系统以比AWJ系统低得多的压力 和射流速度操作，限制它们切割一些金属的能力。ASJ系统还显示了操作中的明显难度，主要是因为加压磨料浆体的存在以及缺乏 对其流动特性提供控制的有效手段。系统涉及泵送、运输和控制磨料浆体流动的部件经历 极高的磨损率。这些磨损率随着压力增加而增加，限制ASJ系统可安全操作的压力。更重要的是，起动和停止加压磨料流时存在固有的实际困难。当用于机加工，例 如，切割水射流必须能够经常按指令起动和停止。对于ASJ系统，这需要阀顶住加压磨料流 关闭。对于以此方式使用的阀的磨损率极高。应理解，在阀关闭时，流动的横截面积降低至 零。该减少的流动面积导致在阀关闭时的流速相应增加，以及增加阀处的局部磨损。在典型的工业CNC环境中，切割设备可用于非常频繁地起动和停止。这意味着阀 顶住加压磨料流频繁打开和关闭，以及这些阀的快速磨损和劣化。因此，用于CNC机加工的ASJ系统的使用已知为本身不实际。ASJ系统已经在现场环境，诸如油气安装和海下切割，在这种情况下，切割需要大 体连续。ASJ系统已经不在工业CNC机加工中商业使用。图2a和2b显示了已知ASJ系统的示意图。在基本单流系统30中，如图2a所示， 高压水泵32推进浮动活塞34。活塞34对磨料浆体36加压并将其泵入切割喷嘴38。 简单的双流系统40如图2b所示。来自泵32的水被分为两个流，其中一个用于通 过浮动活塞34以与单流系统30类似的方式加压和泵送浆体36。另一流，专用水流35在切 割喷嘴38之前的汇接点与加压浆体流37混合。这两个系统都具有上述问题，并导致非常高的阀磨损率。其它问题包括因为管道 和喷嘴中的极度磨损而导致的不恒定切割速度。授予Krasnoff的4，707，952号美国专利中提出一种替换结构。Krasnoff系统50 的示意结构在图3a中示出。Krasnoff系统与双流系统40类似，区别在于水流35和浆体流 37的混合在切割喷嘴38内的混合腔室52中进行。Krasnoff的混合腔室52的更详细视图在图3b中示出。喷嘴38提供了双级加速。 首先，水流35和浆体流37通过通向混合腔室52的独立喷嘴加速。然后，混合的水和磨料 流通过最终出口 54加速。Krasnoff系统被设置为以大约16MPa的压力操作，明显低于其它ASJ系统。同样， 浆体流37的冲击(仍然对阀造成损坏)导致与更高压力系统相比减小的阀磨损率。推论 当然是Krasnoff系统的动力输出明显低于其它ASJ系统，由此，其商业应用较少。申请人 不知道Krasnoff系统已在商业上被应用。本专利技术寻求提供一种系统，用于提供具有夹带的磨料颗粒的高压水射流，其至少 部分地克服上述AWJ和ASJ系统的一些上述缺陷。
技术实现思路
实际上，本专利技术提供一种方法，其结合AWJ和ASJ系统的许多优点并减少每个系统 的一些缺点。根据本专利技术第一方面，提供了一种用于高压切割装置(high pressurecutting arrangement)的切割工具，该高压切割装置包括液体流(liquid stream)和浆体流 (slurry stream)，浆体包括悬浮在流体中的磨料颗粒，切割工具包括混合腔室，该混合腔 室具有被设置为接收液体流和浆体流的进入区域，其中，进入区域中的压力通过液体流中 的压力决定，进入区域中的压力作用在浆体流的压力上，以调整浆体流中的压力。优选地，浆体流和液体流被设置为进入喷嘴，该喷嘴是细长的，且浆体流和液体流 沿细长方向取向。这减小了在改变流向时产生的能量损失，特别是浆体改变流向时。切割工具可包括壳体，喷嘴支撑在该壳体中。壳体可包括用于混合流的出口，该出 口具有锥角大约为45°的排出口倒角。优选地，切割工具包括可选择地允许或防止浆体流动到喷嘴中的浆体阀和可选择 地允许或防止液体流动到喷嘴中的液体阀。优选地，浆体流相对于混合腔室的位置是可调的。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于高压切割装置的喷嘴，该切割装置包括液体流和浆体流，浆体包括悬浮在流体中的磨料颗粒，喷嘴包括混合腔室，该混合腔室具有 被设置为接收液体流和浆体流的进入区域，其中，进入区域中的压力通过液体流中的压力 决定，进入区域中的压力作用在浆体流的压力上，以调整浆体流中的压力。优选地，喷嘴是细长的，且浆体流和液体流沿细长方向取向。在优选装置中，该喷 嘴具有中心轴线，浆体流沿中心轴线取向，且液体流绕浆体流被设置在环形结构中。这样的 装置提供了一种将浆体流暴露至液体流压力的高效结构，且还减小了喷嘴侧部被磨损的倾 向。优选地，喷嘴是加速喷嘴，其出口的直径比进入区域的小。这允许流内的压力被转 换为高速输出流。通过将出口直径设置为比进入喷嘴的浆体流的直径小可进一步增强效果。优选地，喷嘴在其外端部处具有恒定直径聚焦部分，且在进入区域和聚焦部分之 间具有直径减小的锥形加速部分。这允许输出流具有期望的速度和方向。 加速部分的锥角可不超过27°。优选地，锥角是大约13. 5°。这提供了高效加速 和保持非紊流流动之间的良好平衡。优选地，喷嘴的聚焦部分应该具有大于5 1的长度直径比，优选为大约 10 1。还优选的是，长度直径比小于30 1。优选地，喷嘴是两部分喷嘴，混合腔室限定第一部分，聚焦部分包含在第二部分 内。优选地，第二部分是聚焦喷嘴，且包括加速部分，该加速部分具有大于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于高压切割装置的切割工具，该高压切割装置包括液体流和浆体流，浆体包括悬浮在流体中的磨料颗粒，切割工具包括混合腔室，该混合腔室具有被设置为接收液体流和浆体流的进入区域，其中，进入区域中的压力通过液体流中的压力决定，进入区域中的压力作用在浆体流的压力上，以调整浆体流中的压力。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼克利夫齐克，亚当利夫齐克，乔舒亚A利夫齐克，
申请(专利权)人：研磨切割技术有限公司，
类型：发明
国别省市：IE[爱尔兰]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。