脉冲水射流设备制造技术

本发明专利技术涉及一种脉冲水射流设备，该脉冲水射流设备包括向喷嘴输送水的高压水泵和布置在喷嘴处或喷嘴附近的中断装置，该中断装置定期中断通过喷嘴的水流，由此产生脉冲水射流。蓄能器布置在泵与喷嘴之间，其中蓄能器是在脉冲水射流的脉冲之间存储能量的高压蓄能器，并且由于脉冲水射流的每次脉冲的释放而引起的蓄能器入口处的压降小于20%。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种脉冲水射流设备。具体地，本专利技术针对一种输送适合于在诸如岩石破碎之类的采矿应用中使用的高能“水团”的脉冲水射流设备。
技术介绍
已尝试在采矿应用中采用脉冲水射流系统来破碎大的岩石(巨石)。提出了一种这样的尝试使用带有中断连续高压水射流的指形件的旋转盘来实现脉冲流。这种系统存在的一个问题在于大部分射流能量在被指形件反射时被浪费。由于这种大量能量浪费，可实现的最大射流直径为约3. 4mm。美国专利No. 4,863，101 (Pater等人)中提出了另一种尝试，其中用于重复产生脉冲液体射流的设备依赖于利用通过压缩液体而存储的能量加速至高速率的液体的分散体积或液团。液体被迫进入已经充填有液体的压力容器(腔室)以实现压缩。当阀(柱塞)快速打开时，液团通过存储在经压缩的液体中的能量从压力容器弹射到蓄积喷嘴内。这种中断流体流的阀布置在喷嘴的上游侧(或压力容器侧)。该阀仅在离开阀座的力(unseatingforce，打开力)超过关闭偏压时才能打开，然后通过由经压缩的液体生成的打开力快速打开。这种设备的缺点之一是几乎全部所存储的能量在每次脉冲时释放并且这使得必须重置阀。这是所使用的依赖于压力的显著降低来允许阀重置的阀致动机构的特性。这意味着压力腔室的入口处的压力可能以70-80%显著波动。这种压力的显著波动由于两方面的原因是不利的。首先，高压力波动将导致压力容器寿命由于疲劳而降低，其次，它引起设备的总效率低。本专利技术力图提供一种能改进现有技术的至少一部分缺点的脉冲水射流设备。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术在于一种脉冲水射流设备，所述脉冲水射流设备包括向喷嘴输送水的高压水泵；布置在所述喷嘴处或所述喷嘴附近的中断装置，所述中断装置定期中断通过所述喷嘴的水流，由此产生脉冲水射流；以及布置在所述泵与所述喷嘴之间的蓄能器，其中所述蓄能器是在所述脉冲水射流的脉冲之间存储能量的高压蓄能器，并且由于所述脉冲水射流的每次脉冲的释放而引起的所述蓄能器的入口处的压降小于20%。优选地，所述中断装置是其中带有至少一个孔的旋转盘，所述盘布置在所述喷嘴的出口附近。优选地，所述喷嘴具有平行于流动方向的区段，所述区段的长度不大于所述喷嘴的出口直径。优选地，平行于流动方向的所述区段具有约为所述出口直径的一半的长度。根据第二方面，本专利技术在于一种脉冲水射流设备，所述脉冲水射流设备包括向喷嘴输送水的高压水泵；布置在所述喷嘴处或所述喷嘴附近的中断装置，所述中断装置定期中断通过所述喷嘴的水流，由此产生脉冲水射流；以及布置在所述泵与所述喷嘴之间的高压蓄能器，其中所述中断装置布置在所述喷嘴下游。优选地，所述中断装置是其中带有至少一个孔的旋转盘，所述盘布置在所述喷嘴的出口附近。优选地，通过维持所述旋转盘与所述喷嘴之间小于10微米的间隙来在脉冲之间将水密封在所述蓄能器中。优选地，所述喷嘴具有平行于流动方向的区段，所述区段的长度不大于所述喷嘴的出口直径。优选地，平行于流动方向的所述区段具有约为所述出口直径的一半的长度。·优选地，至少一个流体静力轴承布置在所述盘下游，所述至少一个流体静力轴承施加相当大的力，并且当所述盘的所述至少一个孔通过所述喷嘴时，该力下降至零。根据第三方面，本专利技术在于一种用于输送用于破碎岩石的高能脉冲水的水枪，通过在高压水流离开所述枪的喷嘴时定期中断所述高压水流来产生所述脉冲水，并且其中能量在水脉冲之间被存储在所述枪内，所述高压水流从由泵供给的高压蓄能器发出并且所述能量被存储在所述蓄能器内，其中所述流被布置在所述喷嘴下游的中断装置定期中断。优选地，所述喷嘴具有平行于流动方向的区段，所述区段的长度不大于所述喷嘴的出口直径。优选地，平行于流动方向的所述区段具有约为所述出口直径的一半的长度。优选地，所述中断装置是其中带有至少一个孔的旋转盘，所述盘布置在所述喷嘴的出口附近。优选地，通过维持所述旋转盘与所述喷嘴之间小于10微米的间隙来在脉冲之间将水密封在所述蓄能器中。优选地，至少一个流体静力轴承布置在所述盘下游，所述至少一个流体静力轴承施加相当大的力，并且当所述盘的所述至少一个孔通过所述喷嘴时，该力下降至零。附图说明图I是本专利技术的脉冲水射流设备的第一实施例的正面透视图。图2是图I所示的脉冲水射流设备的简化的正面分解透视图。图3是穿过图I所示的脉冲水射流设备的中央竖直平面的正面透视剖视图。图4是图I所示的脉冲水射流设备的蓄能器、喷嘴和盘构件的扩大、正面透视剖视图。图5是图4所示的脉冲水射流设备的喷嘴和盘构件的进一步扩大的正面透视剖视图。图6是具有其高压泵的脉冲水射流设备的简化的正面透视图。具体实施例方式图I至6示出了根据本专利技术的脉冲水射流设备I的第一优选实施例。脉冲水射流设备I包括经由蓄能器8向喷嘴3输送水的“高压”泵2。带有开槽孔(孔口)5的旋转盘4形式的“中断装置”布置在喷嘴3的出口附近。在该实施例中，仅示出单个孔5，但应理解，在其它未示出的实施例中，盘4可具有一系列开槽的孔。在该实施例中，旋转盘4由变速电动机6经由轴7旋转。旋转盘4定期中断从泵2通往喷嘴3的水流，由此产生离开喷嘴3的脉冲水射流。水是脉冲的，因为它只能在孔5瞬时与喷嘴3对准时通过旋转盘4。在泵2与喷嘴3之间布置高压蓄能器8。由于蓄能器8，设备I在脉冲水射流的脉冲之间存储能量，并因此能够输送高能“水团”或“水弹”。在该优选实施例中，水在约800巴的压力下以每分钟约230升从泵供应。喷嘴3的直径为约20毫米。当盘4以每分钟约3600转的速度旋转时，它每秒将输送大约60个“2000焦耳”水团。如前文所述，蓄能器8用于在脉冲之间存储能量。蓄能器8应该确定尺寸为确保由于水脉冲的释放而引起的蓄能器入口处的压降保持在最低，并且应该小于20%。这既是为 了减小水锤效应，又是为了使脉冲效率最大化。然而，由于脉冲水射流的每次脉冲的释放而引起的压降更优选地应该小于10%且理想地小于5%。喷嘴3打开的时间优选地应该小于600微秒，且更优选地小于200微秒，这是因为蓄能器8的有效尺寸受水中的音速限制。盘4的转速、开槽的孔5的长度、喷嘴3的直径、蓄能器8中的压力和槽5的数量(如果存在多于一个槽的话)决定脉冲“水团”的频率和每个水团(或水弹)的能量。喷嘴3的区段P的长度对脉冲水的效率很重要。该区段P是喷嘴3朝向其出口的区段，该区段平行于流动方向Y延伸。区段P的长度应该尽可能被保持“最小”。喷嘴3的平行区段越长，脉冲效率就越低。这是由于该平行区段P中的水阻碍离开蓄能器8的水的加速的事实。在优选实施例中，该区段P应该具有不大于喷嘴3的直径D的长度，并且优选而言P应该约为直径D的一半。通过维持旋转盘4与喷嘴3的壳体的密封面25之间很小的空隙来在脉冲之间将水密封在蓄能器8中。小的空隙(或间隙)应该小于10微米以限制水泄漏。在该实施例中，通过流体静力轴承、流体动力轴承和挤压轴承来维持这种小的空隙。在盘4下游和附近,在壳体29内布置有流体静力轴承20a、20b,该流体静力轴承施加超过喷嘴3的压力的例如3500N的力，并且该力在盘4的孔5通过喷嘴3时下降到零，并弹射脉冲或“水团”。两个流体动力轴承21形成在喷嘴3的壳体这一面中。当盘4高速旋转时，这些轴承产生平衡了由两个对置的流体静力轴承20a和20b产生的过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.25 AU 20109012581.一种脉冲水射流设备，包括 向喷嘴输送水的高压水泵； 布置在所述喷嘴处或其附近的中断装置，所述中断装置定期中断通过所述喷嘴的水流，由此产生脉冲水射流；以及布置在所述泵与所述喷嘴之间的蓄能器，其中所述蓄能器是在所述脉冲水射流的脉冲之间存储能量的高压蓄能器，并且由于所述脉冲水射流的每次脉冲的释放而引起的所述蓄能器的入口处的压降小于20%。2.如权利要求1所述的脉冲水射流设备，其中，所述中断装置是其中带有至少一个孔的旋转盘，所述盘布置在所述喷嘴的出口附近。3.如权利要求1所述的脉冲水射流设备，其中，所述喷嘴具有平行于流动方向的区段，所述区段的长度不大于所述喷嘴的出口直径。4.如权利要求3所述的脉冲水射流设备，其中，平行于流动方向的所述区段具有约为所述出口直径的一半的长度。5.一种脉冲水射流设备，包括 向喷嘴输送水的高压水泵； 布置在所述喷嘴处或其附近的中断装置，所述中断装置定期中断通过所述喷嘴的水流，由此产生脉冲水射流；以及布置在所述泵与所述喷嘴之间的高压蓄能器，其中所述中断装置布置在所述喷嘴下游。6.如权利要求5所述的脉冲水射流设备，其中，所述中断装置是其中带有至少一个孔的旋转盘，所述盘布置在所述喷嘴的出口附近。7.如权利要求6所述的脉冲水射流设备，其中，通过维持所述旋转盘与所述喷嘴之间小于10微米的空隙来在脉冲之间将水密封在所述蓄能器中。8.如权利要求6所述的脉冲水射...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·O·瓦勒，P·J·鲁比亚，
申请(专利权)人：拉塞尔矿物设备私人有限公司，
类型：
国别省市：