專利名稱:為高速流體噴射能量的散逸容器的制作方法
本發(fā)明述及流體噴射的切割系統(tǒng)，并具體說明與此系統(tǒng)相聯(lián)的能量散逸容器。
在工藝中采用高速液體噴射法進行切割是已經(jīng)聞名的技術。一種流體的代表如水，在壓力達55，000磅/平方英寸時，流體通過一寶石的噴嘴，其孔徑僅0.003～0.03英寸，產(chǎn)生的流體噴射速度可達音速的三倍。這種高速的噴射液體可以用作切割多種金屬與非金屬材料如鋼、鋁、紙張，橡膠，塑料，石墨和食物制品等。
為強化流體噴射的切割能力，可在噴射流體中添加一部分研磨性材料，乃成為研磨性噴射。這種噴射可以用作更為廣泛而有效地切割許多種材料，從特殊的硬材料如工具鋼，裝甲鋼板，特殊的陶瓷，防彈玻璃，甚至很軟的鋁等。有代表性的研磨材料包括石榴石，二氧化硅，氧化鋁等，粒度可在＃36～＃120目，這里所指的流體噴射包括了一般的流體噴射和研磨噴射(即具有研磨性材料的流體噴射)。
這種高能量的液體噴射，一旦通過了工作部件，必須立刻予以吸收，這不僅是這種噴射對人身和設備均可能造成事故的危害，而且這種流體所造成的噴射能量必須予以收拾并正確地處理。
據(jù)此，流體噴射系統(tǒng)應包括一個為接受高度噴射的流體而設置一能量散逸的容器。如美國專利2，985，050和3，212，378公布了一個儲有水或其它流體的捕收槽，此槽為安裝在一個有彈性的襯墊上，例如橡膠或氯丁二烯膠或其它有彈性的材料。在槽的四周裝有噴淋管(軌)，噴淋的水指向流體的表面，從而使液面上形成一蓋子一樣而使氣泡層不會在切割機的周圍造成危害。
美國專利3，730，040公布了一個能量吸收容器具有一個硬鋼制的耐沖擊鉆塊安在容器的底部，在這容器的上部靠近工作部件處還設有一平頂?shù)膱A錐形的擋水板。在噴射流體進入容器時，先經(jīng)過另一種液體，從而使能量被吸收一部分而后這噴射液乃沖擊到容器底部這鋼鉆之上，緩沖擋水板的主要作用在于使流體從進口處經(jīng)過時，防止發(fā)生噪音，飛濺與氣泡等。
能量散逸器或捕收器，在工藝上均已知名，但至今仍存在二個重要問題一是傳統(tǒng)的捕收器以及用作研磨噴射的捕收器的部件磨損太重，使用壽命很短，為此，必須備有昂貴的耐磨部件以期經(jīng)常更換，二是這捕收器的空間仍嫌太大，所用的金屬材料質量要求高，代價昂貴，為了適應需要，所用的金屬板厚度必須選高強度厚鋼板尤其是針對研磨噴射。此外，傳統(tǒng)的捕收器的體積，在長度方面，也必須很長。為了研磨噴射，容器的長度可達36英寸。這是因為散逸的能量大，必須具備的長度尺寸。
本發(fā)明針對這一方法及設備，旨在克服上述的限制，為高速的流體噴射的散逸能量方面找出改進。
簡單地說就是為了接受一項高速流體在切割以及還有不少的能量可設法在一容器中予以散逸?？梢怨及ㄒ蝗萜?，有一內部空洞(間)其作用是為保留這流體，同時專門可以接受高速度的流體。容器的空間(洞)中還含有一可以自由移動的懸浮狀球式(珠)體。為允許空間中的多余的流體流向別處，還開了一個在平面上的孔眼設置在放走流體時，珠狀懸浮體不會被帶走。在噴射進入容器時不少有部分的這種珠狀懸浮體是會被沖擊的。
當這種研磨噴射穿入懸浮體時，至少有一部分浮體被沖擊而在全部流體中形成懸浮狀態(tài)。由于這些懸浮體比較自由地在這流體中活動，每一顆粒至少可以吸收掉一部分能量并可使沖擊著的珠體僅僅受到最小的損壞。
這些懸浮狀球體一旦和噴射流體相碰，要發(fā)生一些磨損情況，有一改進辦法來降低磨損的途徑是使噴射流體進入容器時形成一種圓周形的運動，據(jù)實驗的具體化效果是為強化這一種運動可以把這容器的內部形成一種凸狀結構就可達到高大限度的圓周形運動。
經(jīng)過推薦的容器內部結構，加上采用圓周形運動的懸浮狀球體的作用就可縮短捕收器的長度。有關這方面的說明，凡是關于發(fā)明方面均擬以具體實踐予以解釋，其中部分是用圖來作表示。
圖解的簡單說明圖1是一幅正視圖，在圖解中按照本發(fā)明的液體噴射切割系統(tǒng)結構;而圖2是部分剖視圖，在圖解中，按照本發(fā)明的關于接收一高速的流體噴射時能量的散逸容器的結構。
推薦具體實踐的描述首先述及圖1，一個流體噴射切割系統(tǒng)是解釋為具有一噴射嘴50，而是產(chǎn)生了高速的噴射液體52。典型的來說，這液體是水，或是一種水/研磨材料的混合。這流體是被加壓約達55，000磅/平方英寸壓力而通過一個寶石的噴嘴，其孔徑僅0.003～0.030英寸。產(chǎn)生一種噴射-其速度可達音速的三倍。
有一片材料54放在這噴嘴的下面，為使噴可以穿孔;切割時，這材料沿著56所指箭頭方向而移動;這切割的方向恰恰和材料移動的方向相反，如圖1所示。
在切割過程中，噴射52通過材料54而進入能量散逸容器10。在實際操作中，這噴射可被從材料被切割時的噴射偏斜路線可在圖1上以虛線來表示它，如58。
在一個代表性的切割系統(tǒng)中，流體噴射從噴嘴中射出時是直線向下的，而是垂直方向。這捕收器是安放在切割材料的下面，而是和噴射成為直線的。
一個偏斜的噴射和容器的定向是可以有不少方法來實現(xiàn)的。首先是容器10可以從噴嘴下面，容器的直軸線突出一偏斜度(角);這樣，這容器必須稍稍向右移動才可使這噴射的路線趨向容器的內部。
據(jù)此，容器10應予稍稍偏斜，務使這軸心60和噴射路線58相互在一個軸心上，從而使噴射出來的流體可以遵循最長的距離而不致于沖擊容器的內壁。
論及圖2，按照本發(fā)明所建起的能量散逸容器10是以部分剖視來作表示圖解，這容器10包括一本身結構12，以金屬板如＃12鋼而且是適合于接受高速度流體噴射的。
為了說明的目的，以垂直下向的箭頭16代表著噴射的軸心與走向。按噴射的軸心與容器的軸心應該在一根直線之上。如前所述，這樣做是可能的，辦法就是考慮到噴射余能的接收設施是在切割以后可以產(chǎn)生一偏斜度的問題，所以容器與噴射的軸心在銜接時必須有一合適的偏斜度。
容器的立體12一般均用環(huán)形結構，圖解是以部分判面來表示。容器的內徑稍傾向于會聚形，其方向是和流體方向是一致的。所指的立體是一個圓錐形的一部分圖解，向下的內壁延長的角度最好是在10°～45°之間而是按軸心線作依據(jù)的這會聚式的內壁是一種非金屬，吸音的并且是耐磨材料如橡膠所砌成的。
在容器的上部是由一蓋子14，宜以白口鑄鐵所鑄成。這蓋子14的尺寸應適合于立體12的上半部而這個立體12同樣應包括一個圓柱形的上半部18，它的尺寸應恰當?shù)乜梢越邮苌w子14是立體內部預定的深度。
蓋子14包括一穿孔20，它的尺寸恰當?shù)貫榱黧w噴射所通過。而允許流體經(jīng)過此孔而達密閉的容器中去，蓋子14的底部面22可以是平整的但最好是制成凹形，其理由應解釋如下。
立體(12)必須具有一項流體平面限制的設施。這是為允許多余散逸流體可以從這空間中流出去，它的結構是由一根管子(24)設在容器的中間，這根普通的管子是為輸送液體來自容器10，雖然這輸送管24最好設在圓柱形的上部，它也可以設在容器的底部;此外如可施以一定的真空，以期為去掉散逸能量和流體中的研磨仍更為有助。
這圓錐形立體的下面，置于底部這一部分是一個可以撒去并可更換的一個底蓋。這一蓋子是圓柱形而內部車有螺紋26而立體的底部也可車有螺紋，這樣這蓋子或罩子是很容易裝上或撒下，這罩子也可以用鑄鐵制成，其中間可以有一根塞子(鋼制)增加其靈活性。
容器如上述結構，高度為12-14英寸直徑為5-7英寸，這是指上部圓柱形部分的尺寸(18)容器中加滿了可以自由移動的懸浮物28，采用一種研磨用的鋼球(1/4～3/8英寸)及鋼球的混合物，其中鋼球的直徑為1/6～1/8英寸而長園柱形，經(jīng)過熱處理至洛氏硬度為C55或以上，這些鋼珠的混合物曾經(jīng)作為懸浮體(28)。
在流體噴射進入容器以前，將鋼球與鋼珠先在容器10的從底部到頂蓋鋪上一層，這蓋子的位置14原先是在抬高或開起的位置，在圖上以虛線12作表示，容器的位置必須以流體噴射的方向為準。如過孔眼20，噴射進入容器10，一旦流體噴射進入這容器，由于能量吸收層的阻力使噴射放緩慢了?？梢砸姷剿男D運動和分散現(xiàn)象。這流動開始以20～35°角度往上抬高而且是和容器的內部襯壁成同樣的角度。為此，噴射的向上旋轉流動是和襯壁是層狀運動。如圖30所示，這種流體沿容器的壁作低能量的流動。內襯32是同樣地經(jīng)受最少的沖力和磨損。
至于其他各種懸浮物體也可單獨使用的。并可用不同的數(shù)量來配合成最適宜的混合品。最佳的配比可以用鋼珠5-25%(體積)的1/4-3/8鋼球)換言之，鋼珠配入數(shù)量為鋼球體積的1/5。
當流體噴射侵入這一混合層后，細顆粒的鋼珠劇烈運動導致大顆粒的懸浮鋼粒浮起或成浮游狀態(tài)，在圖2所示的粗箭頭表示大顆粒在層狀內流通情況;而細顆粒則在混濁帶34中流通著，這一層是在錐形體沿內壁而旋成層狀，以36作表示。在罩內22可看到的凹狀內部是罩子14的形狀，據(jù)稱是利于研磨鋼球和鋼珠在內部易于流動。
大部分的流體噴射的能量看來是在攪動帶34中擴張。最易磨損的部分是屬于不太昂貴和易于更換的鋼球及鋼珠28。因為球和珠28是在容器中可自由地移動，為此它們可以最低限度地被噴射所沖擊而受磨損的。另一方面，由于這些東西是經(jīng)受沖擊的，為此在有磨損而可以預見到這些懸浮體將由于磨損而縮小尺寸，從而不能作什么用了，一旦它們的直徑減小到了不能使用時，這些球和珠就可以經(jīng)過管道24送去過濾或過篩，把合用的留在篩上送回容器。
由于被磨損而懸浮體數(shù)量要逐漸減少，這蓋子14可以從上部圓柱部分下降到有剖視部分的(14)，所以這蓋子提供了一定程度的體積標準作用，以期來在容器使用過程中補償懸浮體的損失。
除了懸浮體以外，還有一些可能會被噴射所磨損的是朝向噴射捕收器的底部。為此只須把底部的螺旋蓋子捻開就可以不太貴的備件把它更換掉，并且借此還可以把捕收器的內部予以清理。
按照能量散逸的特征，應該指出的是在容器中流體噴射的距離，僅12-14英寸或少于此長度。由于流體的能量到達圓錐體成層邊緣時已經(jīng)很低了，所以這一部分的容器內部已經(jīng)不致于被所謂“動力學能量”所損壞了。這種旋轉而成層的流體動向，對內壁的材料要求來說已經(jīng)不是什么十分嚴重的問題而是可以使用不太貴的磨損材料，而應可以換一種價廉物美抗聲材料，如橡膠作為內襯是合適的。
按上面所述內容中包括一些詳細的情況報道，可以使有技能的人在工作中去實踐這一發(fā)明，但應說明的是，這些敘述中尚未包括許多改進或變動。在有技能者掌握以后，定能獲得利益。這里必須指出，本發(fā)明可以用附加“要求”作進一步的解釋，而這些要求是比較寬廣地述及前人的工藝，這是經(jīng)過前人允許的。
權利要求
1.為捕收一高速噴射的流體而設置的能量散逸容器，包括a、立體具有一內部空間，是為捕收一高速噴射的流體。b、在空間是裝有多種懸浮體。為放走從空間中的多余的流體而保留著內部的懸浮體。
2.對容器的要求1，那里的空間是凹形的，至少有一面與噴射的方向是垂直的。
3.對容器的要求2，那里的空間是一圓錐形的剖面。
4.對容器的要求3，那里的空間墻壁和噴射液體軸心成15-45°的角度。
5.對容器要求1，那里的懸浮體的尺寸和數(shù)量至少有部份是可以流動的(在經(jīng)受流體沖擊下)。
6.按容器要求5，那里至少有一部份懸浮體是鋼制的球。
7.按容器要求1，那里至少有些懸浮體是鋼制的。
8.按容器要求1，那里至少有些懸浮體是有一尺寸和數(shù)量，在接收流體噴射時在空間一般經(jīng)歷著循環(huán)流動。
9.要求1、5，或8其中在懸浮體是從一組一般具有球形的和圓柱形的物體中選擇而得。
10.要求9，那里的懸浮體至少有部份是圓柱形的，其直徑約為1/8英寸，長度為1/8英寸。
11.要求9，那里的懸浮體至少有部份是選自一組含有研磨鋼球及粒。
12.要求9，其中的懸浮體一般是鋼球形狀而直徑約為1/4-3/8英寸。
13.為接受高速流體噴射，一能量散逸容器包括著a、立體具有一個內部空間或稱之為空洞，這里為接收高速流體噴射而設，這空間(或空洞)是一個凹形而至少有一面與噴射垂直。具有一層懸浮體在這空間之中。從空間中允許這多余的散逸流體放出，而同時保留著所有的懸浮體不會帶走的一項設施。
14.為吸收一高速的流體噴射運動能量的方法包括以下步驟在具有多種懸浮體的空間中接收噴射，使至少部份的懸浮體經(jīng)受著噴射的沖擊。
15.為吸收這運動能量的高速流體噴射的方法包括以下步驟形成一個容器而是在流體噴射的走向中逐步縮小它的剖面。容器中部份充滿了懸浮體，同時把這容器按照流體噴射的方向而安置它的位置，至少使噴射會沖擊部份的懸浮體。
16.為吸收這運動能量的高速流體噴射，這方法包括的步驟如下容器中部份填滿了多種懸浮體。使容器和流體噴射在一線以期在容器之中接收這流體的噴射。允許比較低的運動能量在容器中積聚，而須在接受這噴射的過程中作到這一點，并允許懸浮體可在經(jīng)受流體噴射的沖擊時，在積累的流體中，懸浮體會膨脹或擴大。
17.按要求16，包括開始形成的容器內部，可以使積聚的液體能讓它流通、循環(huán)。
專利摘要
本發(fā)明是揭示一種用于高速流體噴射切割系統(tǒng)的能量散逸容器，其容器最好包括高速噴射的流體和多種懸浮體，當沖擊時其空間循環(huán)著液體并吸收噴射的能量。
文檔編號B26F1/00GK85106743SQ85106743
公開日1987年3月25日 申請日期1985年9月7日
發(fā)明者烏維·埃爾貝克 申請人:流程系統(tǒng)公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan