本發(fā)明涉及一種磨料射流噴嘴，具體涉及一種基于環(huán)形射流的后混式磨料水射流噴嘴。

背景技術(shù)：

磨料水射流是近幾年來發(fā)展起來的一種新的加工技術(shù)，其工作介質(zhì)是水和磨料，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、使用范圍廣和無熱效應(yīng)等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于輕工、機械、采礦、化工、軍工等各國民經(jīng)濟領(lǐng)域。其中，磨料射流噴嘴是磨料形成磨料水射流的關(guān)鍵部件，對于磨料水射流的形成、切割效果和能量利用具有重要的影響。

現(xiàn)階段的后混式磨料水射流系統(tǒng)主要由數(shù)控機床系統(tǒng)、超高壓系統(tǒng)、磨料輸送系統(tǒng)和磨料射流噴嘴組成，其中磨料射流噴嘴減損和高效摻混是主要的研究方向。廣泛使用的后混式磨料射流噴嘴，主要是直管段、高速流體噴嘴、混合室、收斂段和聚焦管組成（如圖2所示），加速的主要部位是在收斂段；主要存在的問題在于加速效率低下，能量利用率低下，噴嘴磨損嚴重、使用周期短。對于噴嘴結(jié)構(gòu)的研究，主要集中于對現(xiàn)行噴嘴結(jié)構(gòu)中，收斂段的角度、長度和聚焦管的直徑和長度的優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問題是，設(shè)計一種基于環(huán)形射流的后混式磨料水射流噴嘴，提高磨料水射流均勻混合程度，減少對聚焦管的磨損，提高磨料水射流對能量的利用效率和切割性能。

本發(fā)明采用兩個環(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)，對磨料和水進行摻混。環(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)利用流體的紊動擴散作用來傳遞能量和質(zhì)量，抽吸磨料顆粒進入噴嘴內(nèi)部，達到抽吸摻混和加速的效果。工作流體（高壓水）進入一次環(huán)形噴嘴時，會在一次環(huán)形噴嘴內(nèi)部產(chǎn)生低壓，在一次環(huán)形噴嘴內(nèi)外壓差以及重力作用下，將磨料顆粒吸入噴嘴內(nèi)，通過紊動擴散作用使磨料和水進行能量和質(zhì)量的傳遞與交換，達到顆粒加速的目的，對磨料和水進行有效的預(yù)混。當工作流體（高壓水）進入二次環(huán)形結(jié)構(gòu)時，在二次環(huán)形噴嘴內(nèi)部形成負壓抽吸在一次環(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)中形成的磨料與水的混合物，對磨料與水進一步摻混，對磨料顆粒進一步加速，形成充分摻混的磨料與水混合物?；旌衔飶亩苇h(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)流出之后，進入收斂段，再進入聚焦管，在收斂段和聚焦管內(nèi)再次摻混之后，在聚焦管形成摻混均勻的磨料水射流。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于環(huán)形射流的后混式磨料水射流噴嘴，其特征在于：包括環(huán)形噴嘴，所述環(huán)形噴嘴進口設(shè)有用于抽吸磨料的直管段，環(huán)形噴嘴側(cè)面設(shè)有高壓水射流的工作流體管道，所述環(huán)形噴嘴出口依次設(shè)有收斂段和聚焦管，所述收斂段起著對磨料和水同時加速的作用，所述聚焦管將防止射流擴散以及對磨料進行加速。

作為改進，所述環(huán)形噴嘴后面設(shè)有加強水射流和磨料混合的二次環(huán)形噴嘴，所述環(huán)形噴嘴的出口管伸入二次環(huán)形噴嘴內(nèi)作為抽吸磨料的二次直管段，二次環(huán)形噴嘴側(cè)面設(shè)有高壓水射流的二次工作流體管道，二次環(huán)形噴嘴出口設(shè)有二次收斂段和聚焦管，用于對磨料和水混合物再次混合與聚焦作用，使水射流和磨料在環(huán)形噴嘴混合之后在二次環(huán)形噴嘴進一步混合，加強混合均勻度。

作為改進，所述工作流體管道和二次工作流體管道上分別設(shè)有一次管道閥門和二次管道閥門。

作為改進，所述工作流體管道與環(huán)形噴嘴相交處，二次工作流體管道與二次環(huán)形噴嘴相交處均為弧形，有效減少了工作流體的水頭損失。

本發(fā)明的有益效果是：

1、通過兩個環(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)卷吸并加速磨料，一次環(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)對磨料與水進行預(yù)混，二次環(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)對磨料和水再次摻混，保證了磨料和水的充分摻混和加速，減少了因磨料射流混合不均勻造成的對聚焦管的摩擦和撞擊磨損，使磨料水射流更加穩(wěn)定，提高了磨料水射流對能量的利用效率和切割性能。

2、通過直管進磨料，有利于減少磨料顆粒對環(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)的磨損。

3、通過兩級環(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)混合保證了磨料被充分加速，減少了因磨料射流混合不均勻造成的對噴嘴的摩擦和撞擊磨損，使磨料水射流更加穩(wěn)定，提高了磨料水射流對能量的利用效率和切割性能。

4、兩級環(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)的工作流體流量可以通過各自的工作流體管道上的閥門進行調(diào)節(jié)。

5、磨料顆粒從環(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)的中心部位被卷吸進入噴嘴，進行摻混和加速，有利于磨料的進入和減少對噴嘴的磨損。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中后混式磨料射流噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1-1 工作流體管道，1-2 二次工作流體管道，2-1 一次管道閥門，2-2 二次管道閥門，3 聚焦管，4-1 環(huán)形噴嘴，4-2 二次環(huán)形噴嘴，5-1 一次收斂段，5-2 二次收斂段。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明：

如圖1所示，本實施例提供了一種基于環(huán)形射流的后混式磨料水射流噴嘴，包括前后依次設(shè)置的環(huán)形噴嘴4-1和二次環(huán)形噴嘴4-2，所述環(huán)形噴嘴4-1進口設(shè)有用于抽吸磨料的直管段，環(huán)形噴嘴4-1側(cè)面設(shè)有高壓水射流的工作流體管道1-1，所述環(huán)形噴嘴4-1出口依次設(shè)有一次收斂段5-1和二次直管段；所述二次直管段伸入二次環(huán)形噴嘴4-2的入口，二次環(huán)形噴嘴4-2側(cè)面設(shè)有用于進高壓水射流的二次工作流體管道1-2，二次環(huán)形噴嘴4-2出口設(shè)有二次收斂段5-2和聚焦管3。所述工作流體管道1-1和二次工作流體管道1-2上分別設(shè)有一次管道閥門2-1和二次管道閥門2-2。

一次管道閥門2-1控制高壓水射流從工作流體管道1-1進入，在環(huán)形噴嘴4-1出口處形成負壓，卷吸直管段中磨料進入環(huán)形噴嘴4-1中，進入一次收斂段5-1后，完成對磨料和水的預(yù)混；然后進入二次環(huán)形噴嘴4-2；二次管道閥門2-2控制高壓水射流從二次工作流體管道1-2進入，在二次環(huán)形噴嘴4-2出口處形成負壓，卷吸在環(huán)形噴嘴4-1中摻混的磨料與水的混合物，進入二次環(huán)形噴嘴4-2進行再一次的摻混和加速，之后經(jīng)由二次收斂段5-2加速后進入聚焦管3，并限制磨料射流的發(fā)散。通過聚焦管3整流和加速后在聚焦管3末端形成高速均勻的磨料水射流。

所述工作流體管道1-1與環(huán)形噴嘴4-1相交處，二次工作流體管道1-2與二次環(huán)形噴嘴4-2相交處均為弧形，有效減少了工作流體的水頭損失。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例作各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了工作流體管道， 二次工作流體管道， 一次管道閥門，二次管道閥門， 聚焦管， 環(huán)形噴嘴， 二次環(huán)形噴嘴， 一次收斂段， 二次收斂段。等術(shù)語，但并不排除使用其他術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。