[其他]磨料流体喷射切割系统的喷嘴装置

说明书

本发明涉及一种利用高速流体喷射来切割材料的方法和器械。更准确地说，本发明涉及一种产生含有磨料粒子的流体喷射的方法和器械。

利用高速流体喷射进行切割的技术是众所周知的。一般，诸如水的流体在高达3868公斤每平方厘米（55000磅每平方英寸）的压力下被压经过直径为0.0762至0.762毫米（0.003至0.030英寸）的宝石喷嘴时，就会产生其流速高达三倍音速的射束。这样产生的射束可以用来切割各种各样的金属和非金属材料，诸如钢、铝、纸张、橡胶、塑料、克氟拉（Kevlar），石墨和粮食制品等。

为了增大流体喷射的切割能量，把研磨材料加入到射流中去以产生一种所谓的“磨料射束”。磨料射束被用来有效地切割各种各样的材料，从特别坚硬的材料（诸如工具钢、铝、铸铁、装甲板，某些陶瓷制品和防弹玻璃等）到软的材料（如铅等）。常用的研磨材料包括有金钢砂、硅石和氧化铝，其磨拉尺寸为30号至120号。

磨料一般从形成射束喷嘴的喷嘴口加入到流体的下游中去。在实践中，含有混合区域的一个磨料射束壳体被安装在流体射束喷嘴上，以使射束穿过混合区域并从壳体的远端排出。磨料射束壳体通常称之为混合喷嘴，并作为附件安装在流体射束喷嘴上。流体射束喷嘴还被称为“高压”喷嘴。

磨料一般借助于磨料输送管从接近的给料器提供到混合区，输送管通过磨料射束壳体中的导管和流体射束保持流体连通。给料器中的在大气压力下的磨料，根据文杜里效应被流动流体周围的低压区域吸入到流体射束中去。在运行中，已经发现流量为0.227-1.36公斤/分钟（0.5-3.0磅/分钟）的研磨材料能产生适当的磨料流束。因此，研磨材料从给料器通过电磁阀和混合区域连接，该电磁阀用以调节进入射束的研磨材料流率。

磨料射束流过混合区域以后，从混合区通过输出通道排出。为了使混合喷嘴的寿命达到最长，迫切需要使磨料射束和混合喷嘴成一直线。通常，如果混合喷嘴的内流体通道和磨料射束不保持同轴，混合喷嘴就会迅速磨损而失效。因为通过磨料射束壳体的流体通道有几英寸长，极小的对准性误差（例如垂直度超出几十密尔，1密尔＝0.0254毫米）就足以使混合喷嘴过早地损坏。

同轴度和直线度由于多种原因很难达到。首先，高压喷嘴中宝石的缺陷引起流体射束比正常情况有不同量的偏离。其次宝石在其座内的安装不容易精确，使流体射束从其理论通道上进一步偏离。再者，流体射束喷嘴和磨料射束喷嘴的正常的制造公差会在流体射束通道和磨料射束壳体所确定的通道之间产生些许偏差。过去，试图通过把混合喷嘴的内径相对于流体射束的直径来说做得大得多，减少射束碰撞喷嘴的内表面的机会，以此来解决直线性的问题。但是已经发现，这种喷嘴的切割性能的效率是很低的。

美国专利US4，478，368公开了一种具有“内流动成形”锥形体50。该锥形体50借助螺母40而松驰地锁位在喷嘴壳体内，使锥形体可以横向移动。当载有磨料的喷射水流与锥形体50的排出口不成一直线时，试图利用喷射水流对锥形体内壁的撞击来使锥形体横向移动，直至其排出口与喷射流成一直线。业已发现，这种喷嘴装置的使用并不成功，在实践中并不能正常运转。这种喷嘴依靠破坏性高的载有磨料的喷射水流对锥形体内壁的撞击作用来取得对中性的移动，由于对中性移动受到磨擦阻力和其它结构上的限制，结果导致锥体侧壁的连续被撞击，而不是按予期实现对中移动。

因此，迫切需要提供某些调节形式，使得流体射束（同时也是磨料射束）和磨料射束喷嘴的内流体通道保持同轴。另外，调节过程必须足够快和简单，以在实践领域的条件下完成直线对齐，因为在实际条件下，简单和速度是重要的。

本发明的目标是提供这种调节的方法和器械，特别地描述了一种用于流体射束切割器械的混合喷嘴，该类型的流体射束切割器械包含有高压流体源，具有喷口的高速喷嘴（上述流体被导向成高速流体切割射束），以及把流体从上述高压流体源传送到喷口的导管。

混合喷嘴包括具有内混合区的壳体。该壳体包含一个上体部分，它可拆卸地安装在高压喷嘴上，具有绕第一轴线配置的第一导管装置，把混合区和高压喷嘴口连通。壳体还包含绕第二轴线的第二导管装置，其一端和混合区连通，其另一端适合于和磨料源连接。

壳体还包括含有第二体部分，其上有绕第三轴线配置的第三导管装置，其一端和混合区过通，其另一端排出高压的流体一磨料混合物。第二体部分的安装，可相对于上体部分移动，使第一和第三导管装置同轴对齐，因此第三导管装置一般都和流体射束保持同轴。