專利名稱：一種磨料自動供給裝置及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體機械領(lǐng)域，具體涉及一種向高壓水射流添加磨料以形成前混合磨料水射流的磨料供給裝置。
背景技術(shù)：
磨料水射流技術(shù)是近代發(fā)展起來的新技術(shù)，在工業(yè)切割、巖石掘進(jìn)、表面清洗和鉆探開采等方面有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)磨料加入方式的不同，磨料水射流分為前混合磨料水射流和后混合磨料水射流。由于后混磨料水射流不能使磨料與高速流動的水進(jìn)行充分的紊動混合，明顯地降低了水介質(zhì)對于磨料的能量傳輸效率，在相同能耗的情況下，后混合磨料水射流的切割深度可只能達(dá)到前混合磨料水射流切割深度的一半，且在巖石掘進(jìn)、鉆探開采等方面，由于后混磨料水射流的破巖能力差外加工程環(huán)境限制，無法使用后混合水射流。因此，前混合磨料水射流研究顯得尤為重要。但前混合磨料水射流存在磨料供給困難的難題，已經(jīng)有研究者著手解決這一問題，如CN 1006869B]公告的《高壓液體磨料混合噴射裝置》涉及磨料供給裝置。其利用單獨的兩套水泵分別實現(xiàn)加沙和沖蝕過程，加沙過程主要依靠抽水泵的抽吸，但還存在以下不足:
(I)加沙過程需要事先將磨料罐中灌滿水,才能實現(xiàn)整個加沙過程的水循環(huán)。(2)加沙過程由于給料斗中需要加滿水使磨料液體化，因而對于密度大、易沉積的磨料存在抽吸效率不高的問題。 (3)加沙過程容易出現(xiàn)抽吸管路堵塞的問題。(4)加沙過程中盡管實現(xiàn)了水的重復(fù)利用，但是對于密度小、顆粒小、來不及在磨料罐中沉積的磨料容易從磨料罐中被重新抽吸到抽水泵中，導(dǎo)致抽水泵故障。(5)磨料供給裝置中用到兩部水泵，系統(tǒng)相對復(fù)雜。上述不足限制了磨料供給裝置在工程上的廣泛應(yīng)用，也不利于實驗室開展磨料水射流的測試研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對前混合磨料水射流加磨料困難的問題，利用射流泵原理開發(fā)了一套磨料自動供給裝置，既能快速、高效的抽吸磨料，又能形成穩(wěn)定的磨料混合射流，為實驗室研究不同介質(zhì)的磨料射流的作用效果、噴嘴的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供一種實驗裝置，滿足工程的實際需要。本發(fā)明所述的一種磨料自動供給裝置，主要由給料斗、射流泵、高壓磨料罐、安裝在高壓磨料罐上部的閥座及下部的混合腔構(gòu)成:
所述高壓磨料灌的上部安裝有閥座，閥座上連接有加沙管路、第一高壓水管路、低壓水管路；
所述高壓磨料罐底部通過第三氣動球閥連接混合腔，混合腔上連接有第二高壓水管路、磨料管路和磨料水射流管路，磨料水射流管路的出口連接噴嘴組件； 所述給料斗通過加沙管路連接閥座，在加沙管路中靠近給料斗方向安裝射流泵，在靠近閥座方向安裝第五氣動球閥。高壓水管路一路通過第二氣動球閥后分為兩支路，一支路作為第二高壓水管路連接混合腔，另一支路作為第一高壓水管路連接高壓磨料罐的閥座，第一高壓水管路上設(shè)置節(jié)流閥和第一氣動球閥。高壓水管路另一路為第三高壓水管路，它通過第四氣動球閥連接射流泵，卷吸磨料送入高壓磨料罐。低壓水管路上設(shè)置有高壓球閥，低壓水管路的出口接沉淀池。本發(fā)明通過所述高壓球閥、節(jié)流閥與氣動球閥的通斷組合，可分別實現(xiàn)純水射流、自動加料與磨料水射流三種作業(yè)。所述射流泵由噴嘴、吸料口、負(fù)壓腔、擴散管組成，所述噴嘴與擴散管均為硬質(zhì)合金材質(zhì)。加沙作業(yè)時通過負(fù)壓腔的卷吸作用實現(xiàn)磨料與流體的混合，即完成對高壓磨料灌的加磨料過程。其中通過控制噴嘴直徑與擴散管的直徑比以及負(fù)壓腔的長度可以達(dá)到快速抽吸磨料的效果。本發(fā)明可以采用繼電接觸控制方式的控制箱，設(shè)置啟動停止等按鈕，其中各個按鈕的通過控制氣動球閥的開關(guān)組合以實現(xiàn)純水射流、自動加料與磨料水射流三種作業(yè)。本發(fā)明解決了前混射流加磨料困難、麻煩的難題，因為磨料浸水之后粘性增加，導(dǎo)致抽吸困難，所以本發(fā)明利用射流泵抽吸干燥磨料；由于射流泵內(nèi)磨損厲害，射流泵中噴嘴和擴散管必須采用硬質(zhì)合金；磨料射流發(fā)生裝置中盛裝磨料的容器——高壓磨料罐是耐壓容器，加料口一般比較小，不宜采用斗式、帶式等輸送機，本發(fā)明采用高壓管路混合流體磨料的方式向磨料罐加磨料；另外，對沖蝕過程，本發(fā)明不采用高壓水只通過磨料管形成磨料射流的形式，而是將高壓水分兩部分，一部分流入磨料罐，另一部分流經(jīng)磨料罐出口引射，這樣就避免了因磨料罐中壓力過大、出口過小而導(dǎo)致磨料罐出口堵塞的情況，而且通過控制流入磨料罐中水的流量實現(xiàn)控制磨料水射流的磨料濃度。本發(fā)明的有益效果:結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，減少工作量；加沙過程無需事先將磨料罐中注滿水，省時省力；由于磨料供給裝置工作環(huán)境濕度高，所以本發(fā)明控制閥均采用氣動球閥，有效避免了因濕度高而導(dǎo)致的電路問題；本發(fā)明的加沙過程采用射流泵抽吸原理，只需將磨料倒入給料斗即可，與其他裝置相比，大量節(jié)省人力和時間；本發(fā)明只需一臺高壓水泵在高壓水入口接入高壓水就可以實現(xiàn)純水射流、自動加料與磨料水射流三種作業(yè)，不需要其他的抽水泵輔助，結(jié)構(gòu)簡單，故障率低。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意 圖2是射流泵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1至圖2中:噴嘴組件I (即磨料水射流出口)、射流泵2、磨料水射流管路3、第四氣動球閥4、混合腔5、溢流閥6、水池7、高壓水入口 8、泵9、電動機10、第三高壓水管路
11、磨料管路12、第三氣動球閥13、第二氣動球閥14、第二高壓水管路15、節(jié)流閥16、沉淀池17、第一高壓水管路18、低壓水管路19、安全閥20、高壓球閥21、第一氣動球閥22、閥座23、第五氣動球閥24、加沙管路26、給料斗27、噴嘴2-1、吸料口 2_2、負(fù)壓腔2_3、擴散管2_4。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。參見圖1，本發(fā)明設(shè)計的磨料自動供給裝置主要由給料斗27、射流泵2、高壓磨料罐25、安裝在高壓磨料罐25上部的閥座23及下部的混合腔5構(gòu)成。所述閥座23上連接有加沙管路26、第一高壓水管路18、低壓水管路19和安全閥20 ；
所述混合腔5上連接有第二高壓水管路15、磨料管路12和磨料水射流管路3。所述各出入流口及各功能部件之間通過高壓管路連接，管路中設(shè)有高壓球閥21、節(jié)流閥16以及第一至第五氣動球閥22、14、13、4、24，具體連接關(guān)系如下:
所述高壓磨料罐25底部通過第三氣動球閥13連接混合腔5，混合腔5上連接有第二高壓水管路15、磨料管路12和磨料水射流管路3，磨料水射流管路3的出口連接噴嘴組件I。所述給料斗27通過加沙管路26連接閥座23，在加沙管路上靠近給料斗方向安裝射流泵2，在靠近閥座23方向安裝第五氣動球閥24。高壓水管路一路通過第二氣動球閥14后分為兩支路，一支路作為第二高壓水管路15連接混合腔5，另一支路作為第一高壓水管路18連接高壓磨料罐的閥座23，第一高壓水管路18上設(shè)置節(jié)流閥16和第一氣動球閥22。高壓水管路另一路作為第三高壓水管路11，它通過第四氣動球閥4連接射流泵2，卷吸磨料送入高壓磨料罐23。在第三高壓水管路11上安裝有溢流閥6。低壓水管路19上設(shè)置有高壓球閥21，低壓水管路19的出口接沉淀池17。參見圖2，射流泵由噴嘴2-1、吸料口 2-2、負(fù)壓腔2_3、擴散管2_4組成。噴嘴2_1與擴散管2-4均為硬質(zhì)合金材質(zhì)。噴嘴2-1的噴射端連接負(fù)壓腔2-3，吸料口 2-2設(shè)置在負(fù)壓腔2-3上，其軸線與噴嘴2-1的軸線成90°布置，擴散管2-4連接負(fù)壓腔2_3，其軸線與噴嘴2-1的軸線重合。加沙作業(yè)時通過射流泵負(fù)壓腔的卷吸作用實現(xiàn)磨料與流體的混合，即完成對高壓磨料灌的加磨料過程。其中通過控制噴嘴直徑與擴散管的直徑比以及負(fù)壓腔的長度可以達(dá)到快速抽吸磨料的效果。本發(fā)明通過所述高壓球閥21、節(jié)流閥16與第一到第五氣動球閥22、15、13、4、24的通斷組合，可分別實現(xiàn)純水射流、自動加料與磨料水射流三種作業(yè)，作業(yè)過程如下:
純水射流作業(yè):將第一、三、四和五氣動球閥22、13、4、24、節(jié)流閥18、高壓球閥21關(guān)閉，氣動球閥15開啟。高壓水自高壓水入口 8進(jìn)入，通過第二氣動球閥14，沿第二高壓水管路15，流經(jīng)混合腔5，經(jīng)磨料水射流管路3從噴嘴組件I流出純水。由于此作業(yè)過程中第三氣動球閥13處于關(guān)閉狀態(tài)，沒有磨料進(jìn)入混合腔5，所以從噴嘴組件I流出的為純水。加沙作業(yè):將第一、二和三氣動球閥22、14、13、節(jié)流閥16關(guān)閉，第四和第五氣動球閥4、24、高壓球閥14開啟。高壓水自高壓水入口 8進(jìn)入，沿第三高壓水管路11，通過第四氣動球閥4在射流泵2處卷吸磨料，混有磨料的高壓水經(jīng)加沙管路26進(jìn)入磨料罐25，磨料在磨料罐25中沉積，過量的水經(jīng)低壓水管路19流入沉淀池17。磨料水射流作業(yè):將第四和第五氣動球閥4、24、高壓球閥21關(guān)閉，第一、二和三氣動球閥22、14、13、節(jié)流閥16開啟。高壓水自高壓水入口 8進(jìn)入，通過第二氣動球閥14分為兩支路，其中一支路通過第一高壓水管路18，經(jīng)節(jié)流閥16、第一氣動球閥2進(jìn)入磨料罐25，另一支路通過第二高壓水管路15，流經(jīng)混合腔5，混合從磨料罐經(jīng)磨料管路12流出的磨料，從噴嘴組件I處流出。經(jīng)試驗應(yīng)用表明，本發(fā)明能夠取得快速、高效抽吸磨料并形成穩(wěn)定磨料水射流的效果，能夠為實驗室研究不同介質(zhì)的磨料射流的作用效果、噴嘴的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供一種實驗裝置，滿足工程的實際需要。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其它實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種磨料自動供給裝置，包括給料斗(27)、射流泵(2)、高壓磨料罐(25)以及連接它們的加沙管路和高壓水管路；其特征在于: 所述高壓磨料灌(25)的上部安裝有閥座(23)，閥座上連接有加沙管路(26)、第一高壓水管路(18)、低壓水管路(19); 所述高壓磨料罐(25 )底部通過第三氣動球閥(13 )連接混合腔(5 )，混合腔(5 )上連接有第二高壓水管路(15 )、磨料管路(12 )和磨料水射流管路(3 )，磨料水射流管路(3 )的出口連接噴嘴組件(I); 所述給料斗(27)通過加沙管路(26)連接閥座(23)，在加沙管路中靠近給料斗方向安裝射流泵(2)，在靠近閥座(23)方向安裝第五氣動球閥(24); 高壓水管路一路通過第二氣動球閥(14)后分為兩支路，一支路作為第二高壓水管路(15)連接混合腔(5)，另一支路作為第一高壓水管路(18)連接高壓磨料罐的閥座(23)，第一高壓水管路(18)上設(shè)置節(jié)流閥(16)和第一氣動球閥(22)； 高壓水管路另一路為第三高壓水管路(11)，它通過第四氣動球閥(4)連接射流泵(2)，卷吸磨料送入高壓磨料罐(23)； 低壓水管路(19)上設(shè)置有高壓球閥(21)，低壓水管路(19)的出口接沉淀池(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料自動供給裝置，其特征在于:所述射流泵(2)由噴嘴(2-1)、吸料口(2-2)、負(fù)壓腔(2-3)和擴散管(2-4)組成，噴嘴(2-1)的噴射端連接負(fù)壓腔(2-3),吸料口(2-2)設(shè)置在負(fù)壓腔(2-3)上，其軸線與噴嘴(2-1)的軸線成90°布置，擴散管(2-4)連接負(fù)壓腔(2-3)，其軸線與噴嘴(2-1)的軸線重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨料`自動供給裝置，其特征在于:所述噴嘴(2-1)與擴散管(2-4)均為硬質(zhì)合金材質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的磨料自動供給裝置，其特征在于:所述閥座(23)上安裝有安全閥(20)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的磨料自動供給裝置，其特征在于:在第三高壓水管路(11)上安裝有溢流閥(6)。
6.權(quán)利要求1-5任一所述的磨料自動供給裝置的使用方法，其特征在于:所述方法是通過控制高壓球閥(21)、節(jié)流閥(16)與第一至第五氣動球閥(22、14、13、4、24)的通斷組合，分別實現(xiàn)純水射流、自動加料與磨料水射流三種作業(yè)過程: Cl)純水射流作業(yè):將第一、三、四和五氣動球閥(22、13、4、24)、高壓球閥(21)、節(jié)流閥(16)關(guān)閉，第二氣動球閥(14)開啟，高壓水自高壓水入口(8)進(jìn)入，通過第二氣動球閥(14)，沿第二高壓水管路(15)，流經(jīng)混合腔(5)，從噴嘴組件(I)流出純水； (2)加沙作業(yè):將第一、二和三氣動球閥(22、14、13)以及節(jié)流閥(16)關(guān)閉，第四和第五氣動球閥(4、24)、高壓球閥(18)開啟，高壓水自高壓水入口(8)進(jìn)入，沿第三高壓水管路(11)，通過第四氣動球閥(4)在射流泵(2)處卷吸磨料，混有磨料的高壓水經(jīng)加沙管路(26)進(jìn)入磨料罐(25)，磨料在磨料罐(25)中沉積，過量的水經(jīng)低壓水管路(19)流入沉淀池(17)； (3)磨料水射流作業(yè):將第四和第五氣動球閥(4、24)、高壓球閥(21)關(guān)閉，第一、第二和第三氣動球閥(22、15、13)以及節(jié)流閥(16)開啟，高壓水自高壓水入口(8)進(jìn)入，通過第二氣動球閥(14)分為兩支路，其中一支路通過節(jié)流閥(16)、第一氣動球閥(22)進(jìn)入磨料罐(25)，另一支路流經(jīng)混合腔(5)混合由磨料罐(25)經(jīng)磨料管路(12)流出的磨料，從噴嘴組件(I)處流出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:磨料水射流作業(yè)時，通過調(diào)節(jié)所述節(jié)流閥(16)的開度調(diào) 節(jié)磨料水射流中磨料的濃度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種向前混合磨料水射流供給磨料的磨料自動供給裝置，該裝置主要由料斗、射流泵、高壓磨料罐、安裝在高壓磨料罐上部的閥座及下部的混合腔構(gòu)成，閥座上連接有加沙管路、高壓水管路、低壓水管路和安全閥，混合腔上亦連接有高壓水管路、磨料管路和磨料水射流管路。上述各出入流口及各功能部件之間通過高壓管路連接，管路中設(shè)有高壓球閥、節(jié)流閥、氣動球閥控制管路的通斷，給料斗與加沙管路間安裝有射流泵，通過其負(fù)壓作用實現(xiàn)向高壓磨料灌的加料作業(yè)。通過高壓球閥、節(jié)流閥與氣動球閥的通斷組合，該裝置可分別實現(xiàn)純水射流、自動加料與磨料水射流三種作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，安全可靠，可廣泛用于前混合磨料水射流發(fā)生系統(tǒng)中。
文檔編號B24C7/00GK103100984SQ20131007649
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者盧義玉, 湯積仁, 林曉東, 葛兆龍, 夏彬偉, 左偉芹, 杜鵬, 張磊 申請人:重慶大學(xué)