[发明专利]液氮与冰粒磨料射流方法及其发生装置

说明书

本发明为一种液氮与冰粒磨料射流方法及其发生装置，所述射流方法是自顶部向发生装置内注入液氮流体，同时在所述发生装置的顶部下方通过雾化喷嘴向所述发生装置内注入雾化水滴，雾化水滴与液氮流体接触形成冰粒，冰粒与液氮流体在所述发生装置内混合后自所述发生装置的底部出口喷射流出形成液氮与冰粒射流，液氮与冰粒射流对处理对象进行射流作业。该射流方法及其发生装置能够实现磨料浓度的自由控制，作业效率高，且清洁无污染。

技术领域

本发明涉及磨料射流技术领域，尤其涉及一种液氮与冰粒磨料射流方法及其发生装置。

背景技术

磨料水射流是在纯水射流加工的基础上发展起来的一种新的加工技术。磨料水射流具有高压水射流的无磨损、无尘、冷加工等特点，同时其冲击力和磨削力要比高压水射流大得多，系统工作压力低，作业效率高。因此，磨料射流广泛的应用于清洗、切割、破岩、机械加工、套管开窗等领域。但目前的磨料射流往往存在磨料添加困难，浓度难以控制，特别是在油气井领域大型化应用时；此外，地面切割时磨料后处理较为麻烦，会对环境有一定的污染；另外，磨料射流冲击力较大，在清洗、除垢等过程中往往会对作业对象造成一定的伤害，比如在管道结垢清洗中往往仅能使用高压水射流技术，而不能采用效率更高的磨料射流。

冰射流技术是20世纪60年代发展起来的一种磨料射流，以冰粒替代传统磨料，在高速流体带动下形成的高速冰粒粒子流。由于冰粒硬度较低，莫氏硬度在2～4之间，因此其磨蚀性能低，对作业对象具有一定的保护作用；冰粒在撞击靶件后，将融化为水，因此不需要后处理。该技术出现以来，在表面清洗及脱漆行业就表现出巨大的应用潜力和优势。但是冰粒的制取与保存，以及冰粒添加困难等问题限制了冰粒射流的发展。

近年来，液氮射流技术逐渐进入人们的视野，目前多用于破岩。液氮是一种无色无味、清洁无污染的“绿色”流体，来源广泛，温度极低(-195.8℃)。在喷射过程中会在岩石表面形成一定范围的低温冲击区，该区域内的岩石温度急剧降低并收缩，从而在岩石内部和冲击面上产生较大的拉应力，促使微裂缝的产生和扩展，辅助破碎岩石。对于含水岩石，岩石孔隙内流体冻结膨胀，在岩石颗粒间形成较大的拉应力，破坏岩石颗粒间基质胶结并形成裂隙损伤，从而大幅降低岩石强度。此外，根据气体状态方程，标准状态下液氮气化体积将膨胀近700倍。液氮进入岩石裂缝孔隙后气化膨胀，将在裂缝尖端形成较大张力作用，有效促使裂缝扩展延伸，提高液氮射流破岩效果。但液氮射流其冲击效果较差，作业往往需要较高的压力，对设备要求高，同时增大成本与危险性。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种液氮与冰粒磨料射流方法及其发生装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液氮与冰粒磨料射流方法及其发生装置，克服现有技术中存在的传统磨料射流磨料添加困难、表面射流时易损坏靶件和作用后磨料回收困难且污染环境的缺陷，解决冰粒射流冰粒的制取与保存难题，同时能克服纯液氮射流打击力弱的缺点。该射流方法能够实现磨料浓度的自由控制，作业效率高，且清洁无污染。

本发明的目的是这样实现的，一种液氮与冰粒磨料射流方法，所述射流方法是自顶部向发生装置内注入液氮流体，同时在所述发生装置的顶部下方通过雾化喷嘴向所述发生装置内注入雾化水滴，雾化水滴与液氮流体接触形成冰粒，冰粒与液氮流体在所述发生装置内混合后自所述发生装置的底部出口喷射流出形成液氮与冰粒射流，液氮与冰粒射流对处理对象进行射流作业。

在本发明的一较佳实施方式中，该射流方法包括以下步骤：

步骤a、在所述发生装置的顶部连通液氮泵，在所述发生装置的顶部下方连通雾化喷嘴，所述雾化喷嘴的外侧连通水泵；

步骤b、通过所述液氮泵对液氮流体进行加压，加压后的液氮流体注入所述发生装置内，同时通过所述水泵对水加压形成水射流，水射流通过所述雾化喷嘴形成雾化水滴，雾化水滴喷射进入所述发生装置内；