一种基于环形射流的后混式磨料水射流喷嘴的制作方法

本发明涉及一种磨料射流喷嘴，具体涉及一种基于环形射流的后混式磨料水射流喷嘴。

背景技术：

磨料水射流是近几年来发展起来的一种新的加工技术，其工作介质是水和磨料，具有高效、节能、环保、使用范围广和无热效应等优点，广泛应用于轻工、机械、采矿、化工、军工等各国民经济领域。其中，磨料射流喷嘴是磨料形成磨料水射流的关键部件，对于磨料水射流的形成、切割效果和能量利用具有重要的影响。

现阶段的后混式磨料水射流系统主要由数控机床系统、超高压系统、磨料输送系统和磨料射流喷嘴组成，其中磨料射流喷嘴减损和高效掺混是主要的研究方向。广泛使用的后混式磨料射流喷嘴，主要是直管段、高速流体喷嘴、混合室、收敛段和聚焦管组成（如图2所示），加速的主要部位是在收敛段；主要存在的问题在于加速效率低下，能量利用率低下，喷嘴磨损严重、使用周期短。对于喷嘴结构的研究，主要集中于对现行喷嘴结构中，收敛段的角度、长度和聚焦管的直径和长度的优化。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是，设计一种基于环形射流的后混式磨料水射流喷嘴，提高磨料水射流均匀混合程度，减少对聚焦管的磨损，提高磨料水射流对能量的利用效率和切割性能。

本发明采用两个环形喷嘴结构，对磨料和水进行掺混。环形喷嘴结构利用流体的紊动扩散作用来传递能量和质量，抽吸磨料颗粒进入喷嘴内部，达到抽吸掺混和加速的效果。工作流体（高压水）进入一次环形喷嘴时，会在一次环形喷嘴内部产生低压，在一次环形喷嘴内外压差以及重力作用下，将磨料颗粒吸入喷嘴内，通过紊动扩散作用使磨料和水进行能量和质量的传递与交换，达到颗粒加速的目的，对磨料和水进行有效的预混。当工作流体（高压水）进入二次环形结构时，在二次环形喷嘴内部形成负压抽吸在一次环形喷嘴结构中形成的磨料与水的混合物，对磨料与水进一步掺混，对磨料颗粒进一步加速，形成充分掺混的磨料与水混合物。混合物从二次环形喷嘴结构流出之后，进入收敛段，再进入聚焦管，在收敛段和聚焦管内再次掺混之后，在聚焦管形成掺混均匀的磨料水射流。

为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于环形射流的后混式磨料水射流喷嘴，其特征在于：包括环形喷嘴，所述环形喷嘴进口设有用于抽吸磨料的直管段，环形喷嘴侧面设有高压水射流的工作流体管道，所述环形喷嘴出口依次设有收敛段和聚焦管，所述收敛段起着对磨料和水同时加速的作用，所述聚焦管将防止射流扩散以及对磨料进行加速。

作为改进，所述环形喷嘴后面设有加强水射流和磨料混合的二次环形喷嘴，所述环形喷嘴的出口管伸入二次环形喷嘴内作为抽吸磨料的二次直管段，二次环形喷嘴侧面设有高压水射流的二次工作流体管道，二次环形喷嘴出口设有二次收敛段和聚焦管，用于对磨料和水混合物再次混合与聚焦作用，使水射流和磨料在环形喷嘴混合之后在二次环形喷嘴进一步混合，加强混合均匀度。

作为改进，所述工作流体管道和二次工作流体管道上分别设有一次管道阀门和二次管道阀门。

作为改进，所述工作流体管道与环形喷嘴相交处，二次工作流体管道与二次环形喷嘴相交处均为弧形，有效减少了工作流体的水头损失。

本发明的有益效果是：

1、通过两个环形喷嘴结构卷吸并加速磨料，一次环形喷嘴结构对磨料与水进行预混，二次环形喷嘴结构对磨料和水再次掺混，保证了磨料和水的充分掺混和加速，减少了因磨料射流混合不均匀造成的对聚焦管的摩擦和撞击磨损，使磨料水射流更加稳定，提高了磨料水射流对能量的利用效率和切割性能。

2、通过直管进磨料，有利于减少磨料颗粒对环形喷嘴结构的磨损。

3、通过两级环形喷嘴结构混合保证了磨料被充分加速，减少了因磨料射流混合不均匀造成的对喷嘴的摩擦和撞击磨损，使磨料水射流更加稳定，提高了磨料水射流对能量的利用效率和切割性能。

4、两级环形喷嘴结构的工作流体流量可以通过各自的工作流体管道上的阀门进行调节。

5、磨料颗粒从环形喷嘴结构的中心部位被卷吸进入喷嘴，进行掺混和加速，有利于磨料的进入和减少对喷嘴的磨损。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为现有技术中后混式磨料射流喷嘴结构示意图。

图中1-1 工作流体管道，1-2 二次工作流体管道，2-1 一次管道阀门，2-2 二次管道阀门，3 聚焦管，4-1 环形喷嘴，4-2 二次环形喷嘴，5-1 一次收敛段，5-2 二次收敛段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本实施例提供了一种基于环形射流的后混式磨料水射流喷嘴，包括前后依次设置的环形喷嘴4-1和二次环形喷嘴4-2，所述环形喷嘴4-1进口设有用于抽吸磨料的直管段，环形喷嘴4-1侧面设有高压水射流的工作流体管道1-1，所述环形喷嘴4-1出口依次设有一次收敛段5-1和二次直管段；所述二次直管段伸入二次环形喷嘴4-2的入口，二次环形喷嘴4-2侧面设有用于进高压水射流的二次工作流体管道1-2，二次环形喷嘴4-2出口设有二次收敛段5-2和聚焦管3。所述工作流体管道1-1和二次工作流体管道1-2上分别设有一次管道阀门2-1和二次管道阀门2-2。

一次管道阀门2-1控制高压水射流从工作流体管道1-1进入，在环形喷嘴4-1出口处形成负压，卷吸直管段中磨料进入环形喷嘴4-1中，进入一次收敛段5-1后，完成对磨料和水的预混；然后进入二次环形喷嘴4-2；二次管道阀门2-2控制高压水射流从二次工作流体管道1-2进入，在二次环形喷嘴4-2出口处形成负压，卷吸在环形喷嘴4-1中掺混的磨料与水的混合物，进入二次环形喷嘴4-2进行再一次的掺混和加速，之后经由二次收敛段5-2加速后进入聚焦管3，并限制磨料射流的发散。通过聚焦管3整流和加速后在聚焦管3末端形成高速均匀的磨料水射流。

所述工作流体管道1-1与环形喷嘴4-1相交处，二次工作流体管道1-2与二次环形喷嘴4-2相交处均为弧形，有效减少了工作流体的水头损失。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了工作流体管道， 二次工作流体管道， 一次管道阀门，二次管道阀门， 聚焦管， 环形喷嘴， 二次环形喷嘴， 一次收敛段， 二次收敛段。等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。