一種三相空化磨料水射流切割裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種三相空化磨料水射流切割裝置，包括水箱、過濾器、空化柱塞泵、安全閥、調壓閥、三通、磨料灌、旋轉噴頭、混合器及切割噴頭，所述過濾器的一端通過管道與所述水箱相連通，另一端通過管道與所述空化柱塞泵的一端相連通，所述安全閥及所述調壓閥分別通過管道與所述空化柱塞泵的另一端相連通，所述三通的一個端口與所述調壓閥相連通，一個端口與所述磨料灌相連通，另一個端口與所述混合器相連通，所述旋轉噴頭安裝在所述磨料灌內，所述磨料灌的底部與所述混合器相連通，所述混合器的一端與所述水箱相連通，另一端與所述切割噴頭相連通。本發明清洗范圍廣，適用于海上水下的切割環境，特別是能用于易燃易爆危險環境的冷切割。
【專利說明】一種三相空化磨料水射流切割裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種三相空化磨料水射流切割裝置，屬于水下切割【技術領域】。
【背景技術】
[0002]現有的機械摩擦式切割，不僅速度慢、污染環境，而且成本高。現有的高壓水(200Mpa)切割，存在切割時水流壓力大可能引起人體大面積的組織損傷，且切割效率極低的缺陷。

【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種切割效率高，既安全又環保的三相空化磨料水射流切割裝置。
[0004]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種三相空化磨料水射流切割裝置，包括水箱、過濾器、空化柱塞泵、安全閥、調壓閥、三通、磨料灌、旋轉噴頭、混合器及切割噴頭，所述過濾器的一端通過管道與所述水箱相連通，另一端通過管道與所述空化柱塞泵的一端相連通，所述安全閥及所述調壓閥分別通過管道與所述空化柱塞泵的另一端相連通，所述三通的一個端口與所述調壓閥相連通，一個端口與所述磨料灌相連通，另一個端口與所述混合器相連通，所述旋轉噴頭安裝在所述磨料灌內，所述磨料灌的底部與所述混合器相連通，所述混合器的一端與所述水箱相連通，另一端與所述切割噴頭相連通。
[0005]本發明的有益效果是:
[0006]1、在本發明三相空化磨料水射流切割裝置使用時，清洗范圍廣，適用于海上水下的切割環境，特別是能用于易燃易爆危險環境的冷切割。具有切割射流壓力小，為50MPa以下，避免了在超高壓環境中工作的危險。
[0007]2、本發明成本低，節省25%的材料和40%的勞動力，生產率提高5倍以上。切割效率高，具有安全、環保的優點。利用本發明設計研制一種圍壓淹沒環境下的空化磨料水射流切割裝置有較大的經濟意義和重要應用價值。
[0008]切割噴嘴采用優化設計，并用耐磨材料研制；空化柱塞泵和混合器等關鍵技術采用精確供磨料以及在智能化、數控化控制等方面技術。
[0009]空化射流是液體流在一定壓力和一定溫度下發生的含有數量不等氣泡的水射流。每當降低液流壓力降低液流速度或提高液體溫度等都可使液流發生空化。空化泡形成、發展和潰滅不僅與流體的汽化壓力有關，還與液體中氣核的大小和數量有直接關系。影響空化初生的主要因素有:液體本身的特性(表面張力、抗拉強度、溫度、總空氣含量、自由氣體濃度、核譜即空化核的大小和尺度分布、黏性、壓縮性、密度、飽和蒸汽壓等)液體的流體動力特性(湍流度、流場中的壓力梯度、壓力隨時間的變化過程、熱傳導、氣體擴散效應等)和沉浸物體面的物化特性(表面浸潤性、多孔性、粗糙度等)。其中空化核的存在是液體空化的先決條件，圍壓場的作用是液體空化的外因，壓力幅值和施壓時間決定液體空化狀態。由于液流形成水射流能誘發空化泡，產生具有介孔氣泡的水射流，將它沖擊物面時，便會比無介孔氣泡的水射流有更大的沖蝕動能。如果將含有介孔氣泡的水射流為載體，加入適量的磨料粒子配置成一種非牛頓流體，則這種三相磨料水組成的射流稱為三相空化磨料水射流。由于空化磨料水射流可至漿體流均勻化，使空化磨料射流呈現剪切稀化特性，大大降低了流體在輸送管路中的壓力梯度，在圍壓淹沒環境下，流體中的空泡不僅起到傳遞能量的作用，形成高速射流時，射流束表現出顯著的密集型，而且當漿體射流沖擊到物體表面時，又表現為類固體的瞬時剛性，可以把更多的能量聚集，形成對物面的打擊合力。由于空化磨料水射流沖擊靶面時，除滯止壓力、沖蝕和磨削外，還有空化、水錘作用，剪切應力、楔劈等多種作用力的聚合，使水下切割在50Mpa以下的條件得以實現。
[0010]在海洋石油平臺拆除作業中，水下廢棄采油井口的切割是其中最重要也是最昂貴的一項工程作業。利用本發明三相空化磨料水射流切割裝置不僅可以更好地解決海上鉆井平臺廢棄井口、支架以及各類水下工程的切割問題。而且還可以進行船舶拆除、易燃易爆危險環境的冷切割、玻璃、合金、陶瓷和碳化金屬、熱敏材料、纖維復合材料等材料的高精度切割及其它復雜形狀的物體的切割。
[0011]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0012]進一步，所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括壓力表，所述壓力表安裝在所述空化柱塞泵上。
[0013]進一步，所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括旋柄蓋及泄壓閥，所述旋柄蓋及泄壓閥分別安裝在所述磨料灌的頂部。
[0014]進一步，所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括空化噴嘴，所述空化噴嘴安裝在所述混合器的一端，所述混合器通過所述空化噴嘴與所述水箱相連通。
[0015]進一步，所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括磨料控制閥，所述磨料控制閥位于所述磨料灌及所述混合器之間，所述磨料灌通過所述磨料控制閥與所述混合器相連通。
[0016]進一步，所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括高壓膠管，所述三通通過所述高壓膠管分別與混合器、調壓閥及磨料灌相連通；所述磨料控制閥通過所述高壓膠管分別與所述磨料灌及所述混合器相連通；所述混合器通過所述高壓膠管與所述切割噴頭相連通。
[0017]本發明的工作原理如下:
[0018]所述空化柱塞泵啟動后，水箱的低壓水經過過濾器進入空化柱塞泵加壓，經高壓膠管流入三通，通過壓力表觀察壓力大小。所述調壓閥控制水射流通過三通分為兩路，一路進入磨料罐內的旋轉噴頭，使事先裝入磨料罐中的磨料混合產生渦旋流化砂漿，并經磨料罐底部的磨料控制閥進入混合；另一路水射流，經空化噴嘴射出含有介孔氣泡的水射流射入混合器，使含有介孔氣泡的水流、水砂磨料在混合器中充分剪切混合為三相磨料流體，經高壓膠管高速流向切割噴嘴，從切割噴嘴中射出高能量密集的空化磨料水射流，高速沖蝕物體表面。
[0019]切割噴嘴可安裝在被切割物體內外，用于內切割和外切割，切割材料無選擇性，無熱變形和金相組織變化；切口質量高，安全性能好，無污染，環保。切割時無磨損、無火花、無降塵、能量集中等獨特優越性，適合工作在易燃、易爆、熱敏、壓敏、脆性、有毒、危險及深水等特殊場合。【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發明三相空化磨料水射流切割裝置的結構示意圖。
[0021]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0022]1、水箱，2、過濾器，3、空化柱塞泵，4、壓力表，5、安全閥，6、調壓閥，7、三通，8、磨料灌，9、旋柄蓋，10、泄壓閥，11、旋轉噴頭，12、磨料控制閥，13、空化噴嘴，14、混合器，15、高壓膠管，16、切割噴頭，17、管道。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0024]一種三相空化磨料水射流切割裝置，如圖1所示，包括水箱1、過濾器2、空化柱塞泵3、安全閥5、調壓閥6、三通7、磨料灌8、旋轉噴頭11、混合器14及切割噴頭16，所述過濾器2的一端通過管道17與所述水箱I相連通，另一端通過管道17與所述空化柱塞泵3的一端相連通，所述安全閥5及所述調壓閥6分別通過管道17與所述空化柱塞泵3的另一端相連通，所述三通7的一個端口與所述調壓閥6相連通，一個端口與所述磨料灌8相連通，另一個端口與所述混合器14相連通，所述旋轉噴頭11安裝在所述磨料灌8內，所述磨料灌8的底部與所述混合器14相連通，所述混合器14的一端與所述水箱I相連通，另一端與所述切割噴頭16相連通。所述旋轉噴頭11產生的旋轉水射流，使磨料混合產生渦旋流化砂漿，避免了磨料填塞出料口，降低切割效果。混合器14可根據實際需求任意安裝在磨料罐8底部至切割噴嘴16之間。
[0025]所述切割噴嘴16可安裝在被切割物體內外，用于內切割和外切割，切割材料無選擇性，無熱變形和金相組織變化。被切割物體切口質量高，安全性能好，無污染，環保。切割時無磨損、無火花、無降塵、能量集中等獨特優越性，適合工作在易燃、易爆、熱敏、壓敏、脆性、有毒、危險及深水等特殊場合。
[0026]所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括壓力表4，所述壓力表4安裝在所述空化柱塞栗3上。
[0027]所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括旋柄蓋9及泄壓閥10，所述旋柄蓋9及泄壓閥10分別安裝在所述磨料灌8的頂部。
[0028]所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括空化噴嘴13，所述空化噴嘴13安裝在所述混合器14的一端，所述混合器14通過所述空化噴嘴13與所述水箱I相連通。空化噴嘴13射出的水射流含有介孔氣泡，在混合器14中使含有介孔氣泡的水流、水砂磨料充分剪切混合為三相磨料流體，使切割靶面既受到空化泡作用又受到磨料的作用。
[0029]所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括磨料控制閥12，所述磨料控制閥12位于所述磨料灌8及所述混合器14之間，所述磨料灌8通過所述磨料控制閥12與所述混合器14相連通。
[0030]所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括高壓膠管15，所述三通7通過所述高壓膠管15分別與混合器14、調壓閥6及磨料灌8相連通；所述磨料控制閥12通過所述高壓膠管15分別與所述磨料灌8及所述混合器14相連通；所述混合器14通過所述高壓膠管15與所述切割噴頭16相連通。
[0031]本發明的工作流程如下:
[0032]如圖1所示，空化柱塞泵3啟動后，水箱I的低壓水經過過濾器2進入空化柱塞泵3加壓，經高壓膠管15流入三通，通過壓力表4觀察壓力大小。調壓閥6控制水射流通過三通7分為兩路，一路進入磨料罐8內的旋轉噴頭11，使事先裝入磨料罐8中的磨料混合產生渦旋流化砂漿，并經磨料罐8底部的磨料控制閥12進入混合器14。三通7分出的另一路水射流，經空化噴嘴13射出含有介孔氣泡的水射流射入混合器14，使含有介孔氣泡的水流、水砂磨料在混合器14中充分剪切混合為三相磨料流體，經高壓膠管15高速流向切割噴嘴16，從切割噴嘴16中射出高能量密集的空化磨料水射流，高速沖蝕物體表面。
[0033]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種三相空化磨料水射流切割裝置，其特征在于:包括水箱、過濾器、空化柱塞泵、安全閥、調壓閥、三通、磨料灌、旋轉噴頭、混合器及切割噴頭，所述過濾器的一端通過管道與所述水箱相連通，另一端通過管道與所述空化柱塞泵的一端相連通，所述安全閥及所述調壓閥分別通過管道與所述空化柱塞泵的另一端相連通，所述三通的一個端口與所述調壓閥相連通，一個端口與所述磨料灌相連通，另一個端口與所述混合器相連通，所述旋轉噴頭安裝在所述磨料灌內，所述磨料灌的底部與所述混合器相連通，所述混合器的一端與所述水箱相連通，另一端與所述切割噴頭相連通。
2.根據權利要求1所述的三相空化磨料水射流切割裝置，其特征在于:所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括壓力表，所述壓力表安裝在所述空化柱塞泵上。
3.根據權利要求1所述的三相空化磨料水射流切割裝置，其特征在于:所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括旋柄蓋及泄壓閥，所述旋柄蓋及泄壓閥分別安裝在所述磨料灌的頂部。
4.根據權利要求1所述的三相空化磨料水射流切割裝置，其特征在于:所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括空化噴嘴，所述空化噴嘴安裝在所述混合器的一端，所述混合器通過所述空化噴嘴與所述水箱相連通。
5.根據權利要求1所述的三相空化磨料水射流切割裝置，其特征在于:所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括磨料控制閥，所述磨料控制閥位于所述磨料灌及所述混合器之間，所述磨料灌通過所述磨料控制閥與所述混合器相連通。
6.根據權利要求5所述的三相空化磨料水射流切割裝置，其特征在于:所述三相空化磨料水射流切割裝置還包括高壓膠管，所述三通通過所述高壓膠管分別與混合器、調壓閥及磨料灌相連通；所述磨料控制閥通過所述高壓膠管分別與所述磨料灌及所述混合器相連通；所述混合器通過所述高壓膠管與所述切割噴頭相連通。
【文檔編號】B24C9/00GK103921216SQ201410138823
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月8日 優先權日:2014年4月8日
【發明者】安祥瑞, 李世棟, 張洪亮 申請人:中國海洋工程公司