[发明专利]一种磨料自动供给装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明属于流体机械领域，具体涉及一种向高压水射流添加磨料以形成前混合磨料水射流的磨料供给装置。

背景技术

磨料水射流技术是近代发展起来的新技术，在工业切割、岩石掘进、表面清洗和钻探开采等方面有广泛的应用。根据磨料加入方式的不同，磨料水射流分为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与高速流动的水进行充分的紊动混合，明显地降低了水介质对于磨料的能量传输效率，在相同能耗的情况下，后混合磨料水射流的切割深度可只能达到前混合磨料水射流切割深度的一半，且在岩石掘进、钻探开采等方面，由于后混磨料水射流的破岩能力差外加工程环境限制，无法使用后混合水射流。因此，前混合磨料水射流研究显得尤为重要。但前混合磨料水射流存在磨料供给困难的难题，已经有研究者着手解决这一问题，如【CN 1006869B】公告的《高压液体磨料混合喷射装置》涉及磨料供给装置。其利用单独的两套水泵分别实现加沙和冲蚀过程，加沙过程主要依靠抽水泵的抽吸，但还存在以下不足：

（1）加沙过程需要事先将磨料罐中灌满水，才能实现整个加沙过程的水循环。

（2）加沙过程由于给料斗中需要加满水使磨料液体化，因而对于密度大、易沉积的磨料存在抽吸效率不高的问题。

（3）加沙过程容易出现抽吸管路堵塞的问题。

（4）加沙过程中尽管实现了水的重复利用，但是对于密度小、颗粒小、来不及在磨料罐中沉积的磨料容易从磨料罐中被重新抽吸到抽水泵中，导致抽水泵故障。

（5）磨料供给装置中用到两部水泵，系统相对复杂。

上述不足限制了磨料供给装置在工程上的广泛应用，也不利于实验室开展磨料水射流的测试研究。

发明内容

本发明针对前混合磨料水射流加磨料困难的问题，利用射流泵原理开发了一套磨料自动供给装置，既能快速、高效的抽吸磨料，又能形成稳定的磨料混合射流，为实验室研究不同介质的磨料射流的作用效果、喷嘴的结构优化提供一种实验装置，满足工程的实际需要。

本发明所述的一种磨料自动供给装置，主要由给料斗、射流泵、高压磨料罐、安装在高压磨料罐上部的阀座及下部的混合腔构成：

所述高压磨料灌的上部安装有阀座，阀座上连接有加沙管路、第一高压水管路、低压水管路；

所述高压磨料罐底部通过第三气动球阀连接混合腔，混合腔上连接有第二高压水管路、磨料管路和磨料水射流管路，磨料水射流管路的出口连接喷嘴组件；

所述给料斗通过加沙管路连接阀座，在加沙管路中靠近给料斗方向安装射流泵，在靠近阀座方向安装第五气动球阀。

高压水管路一路通过第二气动球阀后分为两支路，一支路作为第二高压水管路连接混合腔，另一支路作为第一高压水管路连接高压磨料罐的阀座，第一高压水管路上设置节流阀和第一气动球阀。

高压水管路另一路为第三高压水管路，它通过第四气动球阀连接射流泵，卷吸磨料送入高压磨料罐。

低压水管路上设置有高压球阀，低压水管路的出口接沉淀池。

本发明通过所述高压球阀、节流阀与气动球阀的通断组合，可分别实现纯水射流、自动加料与磨料水射流三种作业。

所述射流泵由喷嘴、吸料口、负压腔、扩散管组成，所述喷嘴与扩散管均为硬质合金材质。加沙作业时通过负压腔的卷吸作用实现磨料与流体的混合，即完成对高压磨料灌的加磨料过程。其中通过控制喷嘴直径与扩散管的直径比以及负压腔的长度可以达到快速抽吸磨料的效果。

本发明可以采用继电接触控制方式的控制箱，设置启动停止等按钮，其中各个按钮的通过控制气动球阀的开关组合以实现纯水射流、自动加料与磨料水射流三种作业。

本发明解决了前混射流加磨料困难、麻烦的难题，因为磨料浸水之后粘性增加，导致抽吸困难，所以本发明利用射流泵抽吸干燥磨料；由于射流泵内磨损厉害，射流泵中喷嘴和扩散管必须采用硬质合金；磨料射流发生装置中盛装磨料的容器——高压磨料罐是耐压容器，加料口一般比较小，不宜采用斗式、带式等输送机，本发明采用高压管路混合流体磨料的方式向磨料罐加磨料；另外，对冲蚀过程，本发明不采用高压水只通过磨料管形成磨料射流的形式，而是将高压水分两部分，一部分流入磨料罐，另一部分流经磨料罐出口引射，这样就避免了因磨料罐中压力过大、出口过小而导致磨料罐出口堵塞的情况，而且通过控制流入磨料罐中水的流量实现控制磨料水射流的磨料浓度。