一种高压切割装置通过混合液体流和浆体流而形成，该液体诸如水，该浆体包括悬浮在液体中的磨粒。能量通过第一赋能机构供应到液体流，诸如通过恒压泵。能量通过第二赋能机构供应至浆体，诸如通过由恒流泵供能的活塞。液体流和浆体流在切割工具中组合，被供应的能量的至少一部分被转换为切割工具的动能，以产生高速的液体和磨料混合流。
【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，提供了一种高压切割装置(arrangement)，包括液体流 (liquid stream)和浆体流(slurry stream)，浆体包括悬浮在液体中的磨料颗粒，能量通 过第一赋能机构供应到液体流，并通过第二赋能机构供应至浆体流，第一和第二赋能机构 的每个都可选择地操作，其中，液体流和浆体流在切割工具中结合，被供应的能量的至少一 部分被在切割工具中转换为动能，以产生高速的液体和磨料混合流。单独的赋能机构的使 用允许对系统中的流进行控制。优选地，由第一赋能机构供应的能量通过泵提供，更优选地，通过恒压泵提供，该 泵对液体流加压。类似地，由第二赋能机构供应的能量优选通过泵提供，更优选地，通过恒 流泵提供。该装置允许混合流的速度和体积速率通过恒压泵的压力的控制而被调整，而磨 蚀材料的流速可通过控制恒流泵的流速独立地设定。系统功率的调整，或流体磨料比，可 由此容易地实现。在替换实施例中，可用单个泵为第一和第二赋能机构二者提供能量。在优选实施例中，恒流泵为浮动活塞赋能，其由此对浆体流加压。在该实施例中， 阀可设置在泵和浮动活塞之间，从而液体和由此能量从恒流泵到浮动活塞的流动可被即时防止。方便地，该阀还可用于防止液体从浮动活塞回流。以此方式，浆体流中的压力和流动 可被允许变化，同时保持液体流中的恒定压力。该阀可简单地用于将恒定液体流从浮动活 塞转移走，例如通过将液体返回到泵的储液器。在其优选形式中，切割工具允许这些流以一方式混合，该方式是浆体流的压力主 要通过液体流的压力控制。切割工具包括混合腔室，液体流在被赋能时以恒定的压力被提 供到该混合腔室中；浆体流在被赋能时以恒定的速率被提供。在混合腔室的进入区域处 的压力由此通过液体流的压力设定。浆体流到混合腔室中的进入点暴露于该压力，从而浆 体流被防止进入混合腔室，除非浆体流中的压力略微高于混合腔室进入点处的压力。定容 泵的动作在浆体流中形成压力，直到其到达该点。然后获得第一平衡状态，其中，浆体被以 恒定流速和期望压力提供到混合腔室中。在这些条件下，定容泵有效地用作定量输送泵 (constant displacement delivery pump)0当第二赋能机构停止向浆体流供应能量时，例如通过在优选实施例中的泵和活塞 之间的阀的关闭，混合腔室中的液体流的压力继续作用在浆体流上。来自浆体流的浆体继 续进入到混合腔室中，直到浆体流中的压力略微降至混合腔室中的压力之下。此本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高压切割装置，包括液体流和浆体流，浆体包括悬浮在液体中的磨料颗粒，能量通过第一赋能机构供应到液体流，并且能量通过第二赋能机构供应至浆体流，第一和第二赋能机构的每个都可选择地操作，其中，液体流和浆体流在切割工具中混合，被供应的能量的至少一部分在切割工具中被转换为动能，以产生高速的液体和磨料混合流。
【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]
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