[发明专利]用于高生产率的安静的磨料喷射喷嘴的方法和设计

说明书

对降噪的磨料喷射组件和系统进行了描述。新的组件和系统包括标准喷射管、加速器管、联接件和喷嘴。改进的磨料喷射系统保持磨料颗粒的速度，同时降低出口气体速度，并且因此减少了声音的产生。这通过加速部分来实现，该加速部分具有减少的内径和足够的长度以提供必要的磨料颗粒速度。新系统保持了常规磨料喷射系统的生产率和效率，但极大地减少了噪声的产生，并且由于该系统的承载部分的较小重量而减少了操作者的疲劳。

关于联邦赞助的研究或开发的声明

本发明部分地由美国政府(“政府”)根据与空军部的合同FA8222-14-M-0006提供支持。本发明还部分地由政府根据与海军研究办公室的合同N68335-17-C-0581提供支持。因此，政府对本发明拥有一定权利。

技术领域

本发明涉及用于磨料喷射的设备和方法。更具体地，本发明对降噪磨料喷射组件和系统以及对该系统进行构建的方法进行了描述。

背景技术

用于将涂料和表面涂层移除的喷射操作对于美国武装部队的船舶、飞机和陆地车辆以及对于工业车辆和机械是必不可少的。但是这些操作使维修人员经常暴露于119dB和更大的声压级(SPL)，这给喷射操作者带来了严重的健康、生产力和合规性问题。许多喷射操作者遭遇了由于长期暴露于喷射噪声而直接导致的听力损失。诸如耳塞和耳罩的个人防护设备(PPE)可以降低直接风险，但是会导致损失态势感知，并且仍然不满足对于噪声暴露限值的OSHA级别要求。OSHA噪声标准(29 CFR 1910.95)将工人允许的噪声暴露限值(PEL)限制为8小时的时间加权平均值为90dBA，并且不认为更好的听力保护会减少工人的噪声暴露。只有通过在声音的源头处减少声音，工人才能体验到无害的噪声。

图1中所示的是常规的、现有技术的超音速磨料喷射系统10，该系统10包括压缩机12、压缩机管14和磨料罐16，该磨料罐16容纳磨料介质18。磨料计量阀20对将磨料介质18释放到标准喷射管22中的速度进行控制。释放的介质18穿过喷射管22行进至爪状联接件24，然后介质18穿过超音速收敛扩散式喷嘴26，在该超音速收敛扩散式喷嘴26处，介质18以超音速和相当大的噪声被释放到环境中。

图2中以横截面示出了现有技术的收敛扩散式喷嘴26的细节。喷嘴26包括桶状件28，该桶状件28具有孔30，该孔30具有收敛孔部分32、喉部34和扩散孔部分36。混合有磨料介质18的气体在行进穿过收敛部分32时被压缩，并且然后穿过扩散部分36而被分散，从而使介质18的颗粒在喷嘴26的扩散部分36内加速并且从扩散部分36流出。

常规的磨料喷射系统设置使用单个1英寸内径的喷射管22和收敛扩散型超音速喷嘴附件26。这些设置中的磨料喷射介质在进入喷嘴26与随后从喷嘴26离开的短距离上进行磨料喷射介质的大部分的加速。

如Settles的论文(Settles G.，A scientific view of the productivity ofabrasive blasting nozzle，1996)中所证明的，当颗粒流动穿过喷嘴的扩散部分和出口时，颗粒从在喷嘴前的相当小的速度加速到较高的速度。这使管中的磨损最小化，特别是对于高磨料介质而言更是如此。在图3中的从Settles的论文复制的曲线图中示出了这种行为，所述曲线图示出了穿过Laval喷嘴的预计和所测得的速度。如所示的，在贯穿整个喷嘴中，颗粒速度始终远低于气体速度的50％。

如图1和图2中所示的磨料喷射系统的目前可用的磨料喷射系统产生了过大的噪声，该噪声超过由职业安全组织为工作环境噪声所设定的水平，并且因此，需要使用个人防护设备以保护听力以及限制操作者暴露于这种噪声的时间。因此，需要下述磨料喷射系统：该磨料喷射系统产生更少的噪声，从而减少噪声诱发的听力损失和/或耳鸣并且改善嘈杂的操作环境中的态势感知，同时该系统还表现出同等的生产率和效率。

如图1和图2中所示的磨料喷射系统的目前可用的磨料喷射系统较大且较重，从而对使用者造成了压力和疲劳。因此，需要较小且较轻的磨料喷射系统以便于使用和延长使用时间。

发明内容