[发明专利]一种利用饱和溶液结晶的新型高压磨料水射流装置及方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种利用饱和溶液结晶的新型高压磨料水射流装置及方法，尤其是一种将饱和溶液冷却后析出的微小晶体颗粒作为磨料粒子的新型磨料射流，属于水射流技术领域。

背景技术

磨料水射流是在纯水射流中混入一定数量的磨料微粒，从而大大提高射流的冲击能力的一种高效射流。磨料水射流的冲击能力远远大于纯水射流，一定条件下的磨料射流，能有效的切割钢筋混凝土和钢板。近些年，磨料水射流作为一项新技术得到了迅速发展，在清洗、切割、石油钻井等领域得到了广泛的应用，超高压水刀就是基于磨料水射流技术发展起来的一类特种加工机床。

磨料水射流根据磨料粒子进入水流的方式不同，可分为前混合磨料水射流与后混合磨料水射流。前混合磨料水射流工作原理为：先将磨料与水在磨料罐内进行初步混合，使磨料处于似液体的流化状态，然后经混合腔将流态磨料与高压水混合，最后由喷嘴高速射出。前混合磨料射流优点是磨料粒子加速时间长，获得能量大，因而在较低的压力下具有较强的冲击能力；但前混合磨料水射流对管道和设备的磨损很大，磨料的浓度不易控制，且磨料粒子在磨料罐内容易沉淀而堵塞管道。目前使用的磨料水射流大多是后混合磨料水射流，其工作原理为：水流通过水喷嘴时形成高速射流并产生一定的真空度，从而将磨料粒子吸入混合腔，之后高速水流携带着磨料粒子从磨料喷嘴喷出，形成磨料水射流。后混合磨料水射流虽然使用广泛，但其磨料粒子是在接近射流出口处引入，磨料粒子加速时间短，获得能量少，因而使用时需要比前混合磨料水射流更高的压力，导致设备成本大大增加。此外，由于后混合磨料水射流引入的磨料粒子处于射流束的外围，对喷嘴的磨损很严重。因此，尽管后混合磨料水射流应用广泛，但仍存在着较大的不足。

由上述可知，前混合磨料水射流与后混合磨料水射流各自的工作原理决定了其在技术上难以解决的不足，发明新型的磨料水射流对水射流技术的发展应用具有重要意义。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种通过用溶解度随温度降低而快速减小的物质如硫酸钠的饱和溶液作为射流的介质，在喷嘴出口处用冷却机对饱和溶液进行快速冷却，部分溶质将因溶液温度降低而以晶体颗粒析出并随溶液从喷嘴出口高速射流，形成磨料射流，且磨料粒子即晶体颗粒的大小与数量可以通过冷却管道的长度以及冷却温度来控制。本发明兼具前混合与后混合磨料水射流的优点，并有效回避了前混合与后混合磨料水射流的不足，且装置设备成本低廉，使用安全可靠，操作方便的一种利用饱和溶液结晶的新型高压磨料水射流装置及方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种利用饱和溶液结晶的新型高压磨料水射流装置，其特征在于，包括射流发生系统和冷却系统；

其中射流发生系统包括：

一个高压罐：所述高压罐开有四个与高压罐体内相通的孔，分别是孔A、孔B、孔C、孔D； 

一个设置在高压罐内的溶液囊：所述溶液囊设有进口与出口，其中进口与孔B连通，出口与孔D连通；

一个用于存放饱和溶液的溶液池：所述溶液池底端开口并通过高压软管与孔B连通；所述溶液池与孔B连通的高压软管上设有高压阀门；

一个水蓄能装置：该水蓄能装置包括与孔A连通的进口、以及与孔C连通的出口；用于将高压罐充入高压水从而挤压溶液囊使溶液囊内的饱和溶液从孔D口流出；

冷却系统包括：

一个高压钢管；所述高压钢管进口通过高压软管与高压罐的孔D连通，所述高压钢管进口与高压罐的孔D连通的高压软管上设有高压阀门；高压钢管出口与高压喷枪连接；高压钢管上设有用于将高压钢管冷却至设定温度的冷却组件；所述冷却组件包括螺旋缠绕在高压钢管上的冷却管、保温外壳以及冷却机；高压钢管与冷却管均设置在保温外壳内；冷却管的进口段伸出保温外壳通过冷却液输送管与冷却机的输出端连接，冷却管的出口段伸出保温外壳通过冷却液输送管与冷却机的输入端连接；冷却液在冷却管内的轴向流动方向与饱和溶液在高压钢管流动方向相反。

在上述的一种利用饱和溶液结晶的新型高压磨料水射流装置，所述水蓄能装置包括一个用于储水的水池；高压泵通过高压软管将水池抽出经孔A注入高压罐内；高压罐的孔C通过高压软管与水池连通；所述高压罐的孔C与水池连通的高压软管上还设有溢流阀；高压泵与孔A连通的高压软管上还设有高压阀门。