[发明专利]高负压微纳米气泡增强磨粒流空化抛光装置和方法

权利要求书

1.一种高负压微纳米气泡增强磨粒流空化抛光装置，其特征在于，包括罐体、搅拌系统、三相增强高速液流发生装置、结构空化单元、射流系统以及工件夹持装置，其中：

所述罐体具有一内腔，定义了对工件进行磨粒流抛光的工作区域，在所述工作区域配置有固液混合的两相流体，所述罐体的底部设置有一连通内腔的排液口；

所述搅拌系统，设置在所述内腔的底部位置，用于对两相流体的搅动形成湍流混合；

所述三相增强高速液流发生装置，连接至所述排液口，被设置成通过一输送泵将罐体内腔中固液混合的两相流体输送至微纳米气泡发生器，在所述微纳米气泡发生器中通过纳米陶瓷膜微孔结构形成的微纳米气泡与高速通过的两相流体快速混合，形成含有高负压微纳米气泡的气液固三相均匀混合的高速流体；

所述结构空化单元，设置在三相增强高速液流发生装置的流体输出端，对经过的流体进行空化强化控制；

所述射流系统，与所述结构空化单元连接，将空化强化后的高速流体喷射到安装在内腔中、通过工件夹持装置夹持的工件上；

其中，所述三相增强高速液流发生装置包括与排液口连通的所述输送泵和与输送泵连通的所述微纳米气泡发生器，所述微纳米气泡发生器为纳米陶瓷膜型微纳米气泡发生器；

所述微纳米气泡发生器包括环形的外部密封壳体和纳米陶瓷膜，密封壳体和陶瓷膜之间形成环形密封腔，所述密封壳体上设有气流入口，高压气体经由气流入口进入并充满环形密封腔内；环形的纳米陶瓷膜的内部形成中空孔道，中空孔道两端与流体输送管路连接，供流体通过。

2.根据权利要求1所述的高负压微纳米气泡增强磨粒流空化抛光装置，其特征在于，所述搅拌系统包括由外部驱动的转动轴以及设置在转动轴上的叶片，通过叶片搅动实现湍流形成。

3.根据权利要求1所述的高负压微纳米气泡增强磨粒流空化抛光装置，其特征在于，所述纳米陶瓷膜由多层密集排布的纳米微孔构成，微孔孔径10nm～1000nm。

4.根据权利要求3所述的高负压微纳米气泡增强磨粒流空化抛光装置，其特征在于，所述纳米陶瓷膜形成的中空孔道为单孔道或多孔道的组合。

5.根据权利要求3所述的高负压微纳米气泡增强磨粒流空化抛光装置，其特征在于，所述结构空化单元构造为流体通道控制组件，被设置成用于控制流道截面积为纳米陶瓷膜形成的中空孔道截面积的30％-70％。

6.根据权利要求1所述的高负压微纳米气泡增强磨粒流空化抛光装置，其特征在于，所述装置还包括工件运动驱动机构，连接到所述工件夹持装置，用于驱动工件在罐体内腔中的多姿态运动。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的高负压微纳米气泡增强磨粒流空化抛光装置的高负压微纳米气泡增强磨粒流空化抛光方法，其特征在于，包括：

步骤1：通过搅拌系统，使罐体内的固液两相流体形成固液两相湍流，并利用输送泵将混合均匀的两相流体输运至微纳米气泡发生器，进入纳米陶瓷膜构成的中空孔道；

步骤2：通过微纳米气泡发生器的气流入口向环形密封腔内注入高压气体，当密封腔内的气体压力与纳米陶瓷膜中空孔道内流体高速运动造成的负压之和超过孔道内流体的压力时，使密封腔内的高压气体将在压力差的驱动下进入纳米陶瓷膜外壁密布的纳米微孔中，形成与纳米陶瓷膜微孔结构和尺寸相适应的尺寸小、但负压大的微纳米气泡；微纳米气泡被挤入纳米陶瓷膜中空孔道中，与中空孔道内高速通过的固液两相流体混合，形成含有高负压微纳米气泡的气液固三相均匀混合的高速流体；

步骤3：微纳米气泡发生器输送的含高负压微纳米气泡的气液固三相流体喷射前先进入结构空化单元，调节结构空化单元控制流道截面积为陶瓷膜中空孔道截面积的30％-70％，使对微纳米气泡进一步压缩，进行结构空化强化；

步骤4：经过微气泡发生器和结构空化单元的双重作用产生的微纳米气泡，通过射流系统被喷射到工件表面。

8.根据权利要求7所述的高负压微纳米气泡增强磨粒流空化抛光方法，其特征在于，在步骤1中，输送泵压力调整为0.3MPa～15MPa，流量0.5m³/h-10m³/h；

在步骤2中，高压气体输入过程中，调节气体压力为0.01MPa～0.5MPa，气体流量为输送泵流体流量的5％～30％。