一种主动供料式磨料水射流喷头装置

摘要

本发明涉及一种主动供料式磨料水射流喷头装置，包括喷射部，喷射部包括同轴布置并依次连接的高压进水接头、混料腔体和喷嘴，高压进水接头与混料腔体一端可拆卸连接并连通，混料腔体另一端与喷嘴可拆卸连接并连通，高压进水接头靠近混料腔体的一端内径小于喷嘴内径，混料腔体上开设有磨料入口和空气入口；供料部，供料部包括高压水调控组件和磨料调控组件，高压水调控组件输出端与高压进水接头连通，磨料输出端与磨料入口连通。本发明提供的一种主动供料式磨料水射流喷头装置，能够提高磨供料精度，提高磨料与高压水的混合效果，提高加工精度。

权利要求

1.一种主动供料式磨料水射流喷头装置，其特征在于，包括：

喷射部，所述喷射部包括同轴布置并依次连接的高压进水接头（1）、混料腔体（2）和喷嘴（3），所述高压进水接头（1）与所述混料腔体（2）一端可拆卸连接并连通，所述混料腔体（2）另一端与所述喷嘴（3）可拆卸连接并连通，所述高压进水接头（1）靠近所述混料腔体（2）的一端内径小于所述喷嘴（3）内径，所述混料腔体（2）上开设有磨料入口和空气入口（10）；

供料部，所述供料部包括高压水调控组件和磨料调控组件，所述高压水调控组件输出端与所述高压进水接头（1）连通，所述磨料输出端与所述磨料入口连通；

所述混料腔体（2）上关于所述磨料入口对称开设两个所述空气入口（10）；所述磨料入口向所述混料腔体（2）外侧延伸出一段第一连接管（6），两个所述空气入口（10）均向所述混料腔体（2）外侧延伸出一段第二连接管（7）；所述第一连接管（6）的轴线和第二连接管（7）的轴线均与所述高压进水接头（1）的轴线相交；所述第一连接管（6）的自由端向所述高压水管一侧倾斜布置且其轴线与所述高压进水接头（1）的轴线夹角为30～40度，所述第二连接管（7）自由端向所述高压水管一侧倾斜布置且其轴线与所述高压进水接头（1）的轴线夹角为

30～40度。

2.根据权利要求1所述一种主动供料式磨料水射流喷头装置，其特征在于，还包括高压水喷嘴（8），所述高压水喷嘴（8）可拆卸安装在所述高压进水接头（1）靠近所述混料腔体（2）的一端，所述高压水喷嘴（8）与所述混料腔体（2）连通，所述高压水喷嘴（8）内径小于所述喷嘴（3）内径，所述高压水喷嘴（8）与所述喷嘴（3）同轴布置。

3.根据权利要求1所述一种主动供料式磨料水射流喷头装置，其特征在于，所述混料腔体（2）对应所述高压进水接头（1）开设第一螺纹孔，所述高压进水接头（1）与所述混料腔体（2）螺纹连接，所述混料腔体（2）对应所述喷嘴（3）开设第二螺纹孔，所述喷嘴（3）与所述混料腔体（2）螺纹连接。

4.根据权利要求1所述一种主动供料式磨料水射流喷头装置，其特征在于，还包括夹具（9），所述夹具（9）套设在所述喷嘴（3）上并将喷嘴（3）夹紧在所述混料腔体（2）上。

5.根据权利要求1所述一种主动供料式磨料水射流喷头装置，其特征在于，所述高压水调控组件包括多节高压管（41）和通过所述高压管（41）依次连通的阀门（42）、蓄能器（43）、第一压力表（44）、调压阀（45）、第二压力表（46）和第一连接头（47），所述第一连接头（47）与所述高压进水接头（1）可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述一种主动供料式磨料水射流喷头装置，其特征在于，所述磨料调控组件包括多节磨料输送管（51）和通过所述磨料输送管（51）依次连通的储液箱（52）、输送泵（53）、流量阀（54）和第二连接头，所述第二连接头与所述第一连接管（6）可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述一种主动供料式磨料水射流喷头装置，其特征在于，还包括控制器（55）、电机（56）和搅拌件（57），所述电机（56）固定在所述储液箱（52）上，所述搅拌件（57）转动连接在所述储液箱（52）内，所述电机（56）输出端与所述搅拌件（57）传动连接，所述控制器（55）分别与所述电机（56）、所述输送泵（53）和流量阀（54）电连接。

说明书

一种主动供料式磨料水射流喷头装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种主动供料式磨料水射流喷头装置，属于磨料水射流加工技术领域。

背景技术

[0002] 磨料水射流加工根据水与磨料的混合方式不同，分为前混合式磨料水射流和后混合式磨料水射流。前混合式磨料水射流是先将磨料与水混合成磨料溶液，再将磨料溶液加压通过喷嘴形成磨料水射流束喷射，但工作部件磨损严重、磨料在传输过程中易发生沉淀、堵塞以及磨料浓度和流量的调节不方便等缺点，后混合式磨料水射流加工是利用超高压纯水通过宝石喷嘴与固体磨料在密闭的混合腔内充分混合，再经砂管形成高压磨料水射流，具有加工效率高、降低工件磨损等优点。

[0003] 目前，后混合式磨料水射流都是吸附式供给磨料，即通过超高压纯水射流在混合腔内形成负压而把磨料吸入到混合腔内，从而在混合腔和砂管内实现磨料的有效加速。但微细磨料水射流加工系统中，磨料粒径小，磨料容易起拱、团聚等特性，存在以下缺点：1、微细磨料容易在料仓落料口起拱，导致供料中断；2、微细磨容易在供料管中团聚，导致堵塞；3、高压水射流引起的水雾，增大粘性阻力，导致很难利用负压吸入微细磨料，引起磨料吸入量的不稳定性，甚至堵塞喷头磨料入口；4、由于微细磨料容易起拱、团聚以及水雾，引起磨料供给量不稳定，导致不能够实现磨料供给量的精确控制；5、固体磨料与水混合不均匀；6、由于磨料通过负压被动吸入，磨料浓度不可控。然而，磨料的完全混合、精确控制、均匀性是保证微细磨料水射流加工质量的关键。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种主动供料式磨料水射流喷头装置，能够提高磨供料精度，提高磨料与高压水的混合效果，提高加工精度。

[0005] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种主动供料式磨料水射流喷头装置，包括：

[0006] 喷射部，所述喷射部包括同轴布置并依次连接的高压进水接头、混料腔体和喷嘴，所述高压进水接头与所述混料腔体一端可拆卸连接并连通，所述混料腔体另一端与所述喷嘴可拆卸连接并连通，所述高压进水接头靠近所述混料腔体的一端内径小于所述喷嘴内径，所述混料腔体上开设有磨料入口和空气入口；

[0007] 供料部，所述供料部包括高压水调控组件和磨料调控组件，所述高压水调控组件输出端与所述高压进水接头连通，所述磨料输出端与所述磨料入口连通。

[0008] 本发明的有益效果是：高压水调控组件将水加压到工作所需压力，输送至高压进水接头中，并从高压进水接头出口喷射出形成高压水柱，磨料调控组件将磨料制成磨料液输送至磨料入口，将磨料制备成磨料液能够提高与高压水柱的混合效果；磨料液相较于固体磨料不易堵塞磨料入口和喷嘴；高压进水接头、混料腔体和喷嘴同轴布置，高压进水接头靠近混料腔体的一端内径小于喷嘴内径，高压水柱能够穿过混料腔体直接从喷嘴口射出，减小对喷嘴内壁的磨损；高压水柱在混料腔体内高速运行中与磨料溶液混合；开设空气入口防止因为高压水柱高速流动使混料腔体内产生负压，瞬间将大量磨料液吸入混料腔体中，影响磨料液供料精度，还能够保证混料腔体内气压稳定，提高高压水柱的稳定性。

[0009] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

[0010] 进一步，所述混料腔体上关于所述磨料入口对称开设两个所述空气入口。

[0011] 采用上述进一步方案的有益效果是：开设两个空气入口增大空气流通，使混料腔体内气压与大气压相同；并且两个空气入口对称布置，使得空气进入混料腔体时最大程度降低对高压进水接头射出的高压水柱稳定性的影响。

[0012] 进一步，所述磨料入口向所述混料腔体外侧延伸出一段第一连接管，两个所述空气入口均向所述混料腔体外侧延伸出一段第二连接管。

[0013] 采用上述进一步方案的有益效果是：第一连接管方便和磨料调控组件连接，方便拆装；第二连接管能够控制空气进入混料腔体的角度，降低对高压进水接头射出的高压水柱稳定性的影响。

[0014] 进一步，所述第一连接管的轴线和第二连接管的轴线均与所述高压进水接头的轴线相交，所述第一连接管的自由端向所述高压水管一侧倾斜布置且其轴线与所述高压进水接头的轴线夹角为30～40度，所述第二连接管自由端向所述高压水管一侧倾斜布置且其轴线与所述高压进水接头的轴线夹角为30～40度。

[0015] 采用上述进一步方案的有益效果是：相交以保证从磨料入口进入混料腔体的磨料与从高压进水接头进入混料腔体的高压水柱接触且能够快速混入高压水柱，提高混合效果；第一连接管的轴线与高压进水接头的轴线夹角为30～40度混合效果最佳；第二连接管与高压进水接头的轴线夹角为30～40度，高压水柱稳定性最好。

[0016] 进一步，还包括高压水喷嘴，所述高压水喷嘴可拆卸安装在所述高压进水接头靠近所述混料腔体的一端，所述高压水喷嘴与所述混料腔体连通，所述高压水喷嘴内径小于所述喷嘴内径，所述高压水喷嘴与所述喷嘴同轴布置。

[0017] 采用上述进一步方案的有益效果是：高压水柱从高压水喷嘴喷出，根据所需高压水柱的直径更换高压水喷嘴，简单方便；且高压水柱与高压水喷嘴长时间摩擦，易损坏，只需更换高压水喷嘴即可，简单方便，节约成本。

[0018] 进一步，所述混料腔体对应所述高压进水接头开设第一螺纹孔，所述高压进水接头与所述混料腔体螺纹连接，所述混料腔体对应所述喷嘴开设第二螺纹孔，所述喷嘴与所述混料腔体螺纹连接。

[0019] 采用上述进一步方案的有益效果是：螺纹连接拆装方便，结构简单。

[0020] 进一步，还包括夹具，所述夹具套设在所述喷嘴上并将喷嘴夹紧所述混料腔体上。

[0021] 采用上述进一步方案的有益效果是：夹具提高喷嘴与混料腔体的牢固度，防止工作时喷嘴发生偏移和松动，影响加工效率和质量。

[0022] 进一步，所述高压水调控组件包括多节高压管和通过所述高压管依次连通的阀门、蓄能器、第一压力表、调压阀、第二压力表和第一连接头，所述第一连接头与所述高压进水接头可拆卸连接。

[0023] 采用上述进一步方案的有益效果是：打开阀门向蓄能器中输送高压水，蓄能器能够设定压力，将内部压力稳定在一个压力数值，提高高压水柱的稳定性，提高加工质量；第一压力表能够实时检测蓄能器内的压力值，保证高压水柱压力的稳定；调压阀能够将蓄能器输出的压力调整为工作所需压力；第二压力表实时检测经过调压阀调节后射入混料腔体内高压水柱的压力值，提高加工质量；第一连接头方便与高压进水接头拆装。

[0024] 进一步，所述磨料调控组件包括多节磨料输送管和通过所述磨料输送管依次连通的储液箱、输送泵、流量阀和第二连接头，所述第二连接头与所述第一连接管可拆卸连接。

[0025] 采用上述进一步方案的有益效果是：通过输送泵将储液箱中混合好的磨料液通过第二连接头输送至第一连接管，进入混料腔体中，流量阀记录输送至混料腔体的磨料液，以便于精准控制磨料液的输送流量；第二连接头与第一连接管拆装方便。

[0026] 进一步，还包括控制器、电机和搅拌件，所述电机固定在所述储液箱上，所述搅拌件转动连接在所述储液箱内，所述电机输出端与所述搅拌件传动连接，所述控制器分别与所述电机、所述输送泵和流量阀电连接。

[0027] 采用上述进一步方案的有益效果是：电机带动搅拌件转动，提高磨料混合的均匀度，控制器控制电机、输送泵工作，将搅拌均匀的磨料液输送至混料腔体内与高压水柱混合，流量阀记录输入混料腔体的磨料液流量，以便控制磨料液与高压水柱混合的浓度，提高加工质量。

附图说明

[0028] 图1为本发明一种主动供料式磨料水射流喷头装置结构示意图；

[0029] 图2为图1中A‑A方向的半剖图；

[0030] 图3为本发明一种主动供料式磨料水射流喷头装置中高压水调控组件和磨料调控组件部件连接图。

[0031] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：

[0032] 1‑高压进水接头、2‑混料腔体、3‑喷嘴、41‑高压管、42‑阀门、43‑蓄能器、44‑第一压力表、45‑调压阀、46‑第二压力表、47‑第一连接头、51‑磨料输送管、52‑储液箱、53‑输送泵、54‑流量阀、55‑控制器、56‑电机、57‑搅拌件、6‑第一连接管、7‑第二连接管、8‑高压水喷嘴、9‑夹具、10‑空气入口。

具体实施方式

[0033] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0034] 本发明的目的是提供一种主动供料式磨料水射流喷头装置，以解决现有技术存在的问题，能够提高磨供料精度，提高磨料与高压水的混合效果，提高加工精度。

[0035] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0036] 本发明提供一种主动供料式磨料水射流喷头装置，本发明一具体实施例中，如图1～3所示，包括：

[0037] 喷射部，喷射部包括同轴布置并依次连接的高压进水接头1、混料腔体2和喷嘴3，高压进水接头1与混料腔体2一端可拆卸连接并连通，混料腔体2另一端与喷嘴3可拆卸连接并连通，高压进水接头1靠近混料腔体的一端内径小于喷嘴3内径，混料腔体2上开设有磨料入口和空气入口10；

[0038] 供料部，供料部包括高压水调控组件和磨料调控组件，高压水调控组件输出端与高压进水接头1连通，磨料输出端与磨料入口连通。

[0039] 本发明提供一种主动供料式磨料水射流喷头装置，高压水调控组件将水加压到工作所需压力，输送至高压进水接头1中，并从高压进水接头1出口射出形成高压水柱，磨料调控组件将磨料制成磨料液输送至磨料入口，将磨料制备成磨料液能够提高与高压水柱的混合效果；磨料液相较于固体磨料不易堵塞磨料入口和喷嘴3；高压进水接头1、混料腔体2和喷嘴3同轴布置，高压进水接头1靠近混料腔体的一端内径小于喷嘴3内径，高压水柱能够穿过混料腔体2直接从喷嘴3口射出，减小对喷嘴3内壁的磨损；高压水柱在混料腔体2内高速运行中与磨料溶液混合；开设空气入口10防止因为高压水柱高速流动使混料腔体2内产生负压，瞬间将大量磨料液吸入混料腔体2中，影响磨料液供料精度，还能够保证混料腔体2内气压稳定，提高高压水柱的稳定性。

[0040] 优选的，喷嘴3为砂管；喷嘴3的内径可以选用多种尺寸，分别为0.50mm、0.76mm、1.02mm、1.26mm。

[0041] 本发明一具体实施例中，混料腔体2上关于磨料入口对称开设两个空气入口10。

[0042] 开设两个空气入口10增大空气流通，使混料腔体2内气压与大气压相同；并且两个空气入口10对称布置，使得空气进入混料腔体2时最大程度降低对高压进水接头1射出的高压水柱稳定性的影响。

[0043] 本发明一具体实施例中，磨料入口向混料腔体2外侧延伸出一段第一连接管6，两个空气入口10均向混料腔体2外侧延伸出一段第二连接管7。

[0044] 第一连接管6方便和磨料调控组件连接，方便拆装；第二连接管7能够控制空气进入混料腔体2的角度，降低对高压进水接头1射出的高压水柱稳定性的影响。

[0045] 本发明一具体实施例中，第一连接管6的轴线和第二连接管7的轴线均与高压进水接头1的轴线相交，第一连接管6的自由端向高压水管一侧倾斜布置且其轴线与高压进水接头1的轴线夹角为30～40度，第二连接管7自由端向高压水管一侧倾斜布置且其轴线与高压进水接头1的轴线夹角为30～40度。

[0046] 相交以保证从磨料入口进入混料腔体2的磨料与从高压进水接头1进入混料腔体2的高压水柱接触且能够快速混入高压水柱，提高混合效果；第一连接管6的轴线与高压进水接头1的轴线夹角为30～40度，优选30度，混合效果最佳；第二连接管7与高压进水接头1的轴线夹角为30～40度，优选30度，高压水柱稳定性最好。

[0047] 本发明一具体实施例中，还包括高压水喷嘴8，高压水喷嘴8可拆卸安装在高压进水接头1靠近混料腔体2的一端，高压水喷嘴8与混料腔体2连通，高压水喷嘴8内径小于喷嘴3内径，高压水喷嘴8与喷嘴3同轴布置。

[0048] 高压水柱从高压水喷嘴8喷出，根据所需高压水柱的直径更换高压水喷嘴8，简单方便；且高压水柱与高压水喷嘴8长时间摩擦，易损坏，只需更换高压水喷嘴8即可，简单方便，节约成本；优选的，高压水喷嘴8选用宝石喷头；高压水喷嘴8的内径为0.33mm。

[0049] 本发明一具体实施例中，混料腔体2对应高压进水接头1开设第一螺纹孔，高压进水接头1与混料腔体2螺纹连接，混料腔体2对应喷嘴3开设第二螺纹孔，喷嘴3与混料腔体2螺纹连接，螺纹连接拆装方便，结构简单。

[0050] 本发明一具体实施例中，还包括夹具9，夹具9套设在喷嘴3上并将喷嘴3夹紧混料腔体2上。

[0051] 夹具9提高喷嘴3与混料腔体2的牢固度，防止工作时喷嘴3发生偏移和松动，影响加工效率和质量；优选的，喷嘴3通过夹具9与混料腔体2螺纹连接。

[0052] 本发明一具体实施例中，高压水调控组件包括多节高压管41和通过高压管41依次连通的阀门42、蓄能器43、第一压力表44、调压阀45、第二压力表46和第一连接头47，第一连接头47与高压进水接头1可拆卸连接。

[0053] 打开阀门42向蓄能器43中输送高压水，蓄能器43能够设定压力，将内部压力稳定在一个压力数值，提高高压水柱的稳定性，提高加工质量；第一压力表44能够实时检测蓄能器43内的压力值，保证高压水柱压力的稳定；调压阀45能够将蓄能器43输出的压力调整为工作所需压力；第二压力表46实时检测经过调压阀45调节后射入混料腔体2内高压水柱的压力值，提高加工质量；第一连接头47方便与高压进水接头1拆装。

[0054] 本发明一具体实施例中，磨料调控组件包括多节磨料输送管51和通过磨料输送管51依次连通的储液箱52、输送泵53、流量阀54和第二连接头，第二连接头与第一连接管6可拆卸连接。

[0055] 通过输送泵53将储液箱52中混合好的磨料液通过第二连接头输送至第一连接管6，进入混料腔体2中，流量阀54记录输送至混料腔体2的磨料液，以便于精准控制磨料液的输送流量；第二连接头与第一连接管6拆装方便；优选的，输送泵53选用低压泵。

[0056] 本发明一具体实施例中，还包括控制器55、电机56和搅拌件57，电机56固定在储液箱52上，搅拌件57转动连接在储液箱52内，电机56输出端与搅拌件57传动连接，控制器55分别与电机56、输送泵53和流量阀54电连接。

[0057] 电机56带动搅拌件57转动，提高磨料混合的均匀度，控制器55控制电机56、输送泵53工作，将搅拌均匀的磨料液输送至混料腔体2内与高压水柱混合，流量阀54记录输入混料腔体2的磨料液流量，以便控制磨料液与高压水柱混合的浓度，提高加工质量；优选的，电机
56选用伺服电机56。

[0058] 本发明实施例一种主动供料式磨料水射流喷头装置，磨料液浓度与高压水柱混合浓度调控工作过程如下：

[0059] 首先，在储液箱52中制备成浓度为C2的均匀高浓度磨料液，通过电机56带动搅拌件57高速转动，使得储液箱52内的磨料液混合均匀；然后，流量阀54将数据传输至控制器55，控制器55控制输送泵53精确控制高浓度磨料液输送流量，每分钟输出高浓度磨料液流量为Q2，如图3所示。

[0060] 经高压水喷嘴8喷出的高压水流量为：

[0061]

[0062] 式中Q1——高压水喷嘴8喷出的纯水流量(mL/min)；

[0063] p——高压水喷嘴8的出口压力(MPa)；

[0064] d——高压水喷嘴8的直径(mm)。

[0065] 磨料入口输入的高浓度磨料液的流量为：

[0066] Q2＝0.5n  (2)

[0067] 式中Q2——磨料入口输入的高浓度磨料液的流量(mL/min)；

[0068] n——流量阀54转速(r/min)。

[0069] 经喷嘴3喷出的磨料液的总流量为：

[0070]

[0071] 式中Q——经喷嘴3喷出的磨料液的流量(mL/min)；

[0072] 经喷嘴3喷射流出的磨料浓度为：

[0073]

[0074] 式中C——喷嘴3喷射流出的磨料液浓度(g/L)；

[0075] C2——磨料入口输入的高浓度磨料溶液的磨料浓度(g/L)。

[0076] 因此，本发明可以使高浓度磨料液与高压水柱完全均匀混合，实现高浓度磨料液流量的精确控制，通过调节高浓度磨料液的流量与高压水柱的流量，实现喷嘴3出口磨料浓度的任意调节与精确控制。

[0077] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。