一种冰粒即时制备利用装置和射流方法

1.本发明属于冰粒射流技术领域，尤其涉及一种冰粒即时制备利用装置和射流方法。


背景技术：

2.冰粒射流技术作为一种新型绿色环保新工艺，表面清洗除垢和表面脱漆领域有广阔的发展前景。冰粒射流属于喷砂脱漆法的一种，是基于磨料射流的原理，利用冰粒具有的强度和硬度，用冰粒替代传统磨料，在高速流体带动下形成的高速冰粒粒子流冲蚀加工件的表面，完成工件表面除漆除锈的目的。
3.冰粒作为冰粒射流的动力源，其物理力学性质在一定程度上决定了冰粒射流的冲蚀性能，因此制备合适的冰粒是提高冰粒射流冲蚀性能的前提。现有制备冰粒的方法有四种：一是破冰制备法，二是真空速冷法，三是制冷剂直接接触法，四是过冷动态结冰法。破冰制备法制冰效率低，冰在破碎和筛分时易融化，同时破碎形成的冰大多带有棱角，冲蚀工件时会造成工件表面损伤；真空速冷法制取的冰粘结严重，实用性差；制冷剂直接接触法制取冰粒粘结严重；过冷法制取的冰粒生成率低且对设备要求高。
4.目前，冰粒射流技术广泛采用雾化喷嘴产生的小液滴与制冷剂直接接触方法制取冰粒，然后将制取的冰粒放置引射器内进行引射；此方法制取的冰粒硬度和粒径不可控，生成的冰粒粘结严重、利用率低，能耗高。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种冰粒即时制备利用装置和射流方法，本发明利用液滴生成器生成不同粒径的液滴注射在含有液氮的成冰腔外壁面上，液滴在低温条件相变凝结成冰粒，再经刀片刮落至收集腔内，后经引射管道内高速气流加速形成高速冰粒射流冲蚀工件，完成表面处理工作。该发明克服了制冷剂直接接触法导致的冰粒粘结问题，通过更换不同规格的液滴生成器解决冰粒粒径问题。此外本发明设计温控系统通过液氮流量控制成冰温度，一定程度降低冰粒制备的能耗，将冰粒的引射和加速融合一体，使冰粒具备高速的冲击能力，提高冰粒的利用率，弥补现有冰粒射流技术制备和引射冰粒的不足，对改善冰粒射流技术具有一定意义。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种冰粒即时制备利用装置，包括温度控制系统，冰粒生成控制系统和冰粒收集引射系统，所述温度控制系统通过设置的液氮输送管道与冰粒生成控制系统联通，冰粒生成控制系统下部通过冰粒收集腔与冰粒收集引射系统联通。
7.进一步的，所述温度控制系统包括液氮罐，设置于液氮罐出口管路上的电磁阀和温度传感器，所述电磁阀和温度传感器与控制柜电连接，液氮罐出口管道伸入至冰粒生成控制系统的成冰腔内，温度控制系统用来检测液氮的温度，便于对液滴生成的温度进行控制，确保整个过程的顺利进行。
8.进一步的，所述冰粒生成控制系统包括成冰腔，设置于成冰腔体外的刀片控制组件，还包括液滴生成器，所述刀片控制组件包括电机，与电机输出轴固定连接的电动推杆，以及设置于电动推杆末端的刀片安装架，所述刀片安装架底部设有圆环形刀片，所述圆环形刀片的内径与成冰腔外径相匹配用于切除成冰腔外壁的冰粒；所述液滴生成器包括注射器，注射器末端位于成冰腔外壁面处，注射器由机械臂控制左右移动，机械臂由单片机控制，所述单片机与控制柜电连接，注射器由供水箱供水，所述电动推杆包括推杆一，设置于推杆一下部与推杆一铰接的推杆二，设置于推杆二下部与推杆二铰接的推杆三，所述推杆三与成冰腔的中心轴同轴，推杆三末端设置有矩形刀片安装架，所述圆环形刀片位于刀片安装架的底部，冰粒生成控制系统控制冰粒的生成和切割，其使用多段电动推杆的形式便于对环形刀片进行控制，且设置形式省空间。
9.进一步的，所述冰粒收集引射系统包括位于成冰腔底部的漏斗状冰粒收集腔，冰粒收集腔底部设有引射管道，引射管道底部设有锥形喷嘴，还包括高压气瓶，高压气瓶通过输送管道与引射管道联通，输送管道位于引射管道内部的部分端部设有收缩型喷嘴，冰粒收集引射系统用于将生成的冰粒进行即时使用，引射管道末端喷嘴联合高压气瓶内的压缩空气推动冰粒高速撞击致待处理工件表面，联合使用效果更强。
10.进一步的，所述液氮罐为两个，两个液氮罐之间通过连接件固定连接，两个液氮罐的出口汇集于一个总的出口管道，该出口管道穿过成冰腔的预留孔伸入成冰腔内部，出口管道旁设有位移传感器，两个液氮罐的设置便于使液氮的供应连续进行，位移传感器联合单片机的控制可以保证刀片和液滴生成器异步动作，控制更精确。
11.进一步的，所述供水箱为两个，每个供水箱通过供水管道与液滴生成器连接，供水管道上设有流量阀和增压泵。
12.一种冰粒即时制备利用装置的射流方法，包括以下步骤：（1）根据需要制得的冰粒直径，准备不同规格的注射器，机械臂固定连接液滴生成器；（2）打开控制柜开关，与液氮罐相连的温度传感器温度高于-80℃时，电磁阀将液氮罐的开关打开，液氮进入成冰腔内，温度低于-150℃时，阀门关闭，高于-80℃时阀门再次开启，以此循环控温，其中氮气从成冰腔上部预留孔排出，同时打开供水箱的开关和增压泵开关，调节供水箱的流量阀；（4）供水箱正常运转时，启动电动机开关，调节转速至最小值，同时启动空压机给气瓶加压，当压力到达要求时停止加压，调节转速启动刀片动作，位移传感器将刀片移动的信号传输给单片机，单片机接受到信号后启动机械臂移动液滴生成器至成冰腔外壁面处，待外壁面生成冰粒时，机械臂将液滴生成器移动至原位置，刀片动作刮掉壁面生成的冰粒，冰粒脱落至冰粒收集腔中，在引射管道内高速气流和冰粒混合进入喷嘴，在喷嘴内高速气流加速冰粒形成冰粒射流冲蚀工件，完成表面除漆除锈目的；（5）关闭设备时，首先关闭供水箱和增压泵的开关，然后关闭控制柜和空压机开关，待温度传感器示数为0时，关闭电动机，装置停止工作；（6）需要制备其他粒径的冰粒，更换针管重复步骤（1）-（5）；（7）控制柜根据温度传感器来调节液氮流量以改变冰粒硬度和温度、调节电动机转速也能改变冰粒温度和硬度。
13.本发明具有的优点是：1.本发明提出了冰粒即时制备和即时利用的新方法，该装置设置温度控制系统和冰粒生成系统联通，温控系统通过液氮流量来控制成冰温度，降低能源消耗，设置冰粒收集引射系统，将冰粒的引射和加速融合一体，一方面实现冰粒制备和引射一体化，另一方面使冰粒具备高速冲击能力，提高冰粒的质量和利用率；2. 本发明设备原理简单，冰粒硬度和粒径均可控，通过位移传感器和单片机电性连接，液滴生成器与刀片联动实现成冰自动化，提高冰粒生成效率；3.本装置通过设置液滴生成器的数量，实现对成冰数量的可控，同时也避免了制冷剂直接接触法生成冰粒时产生的冰粒粘结问题；4.本发明制备的冰粒硬度和温度均可调控，控制柜根据温度传感器示数控制电磁阀开启，从而实现液氮流量控制，到达对冰粒硬度和温度的控制，调节电动机转速实现冰粒脱落的速度可控，进而控制冰粒温度。
附图说明
14.图1是本发明结构示意图。
15.图2是本发明中冰粒收集引射系统的结构图。
具体实施方式
16.如图所示，一种新型冰粒即时制备利用装置，包括温度控制系统、冰粒生成控制系统、冰粒收集引射系统，所述温度控制系统通过设置的液氮输送管道与冰粒生成控制系统联通，冰粒生成控制系统下部通过冰粒收集腔与冰粒收集引射系统联通，所述温度控制系统包括液氮罐3，所述液氮罐3为两个，两个液氮罐3之间通过连接件4固定连接，两个液氮罐3的出口汇集于一个总的出口管道，该出口管道穿过成冰腔的预留孔26伸入成冰腔内部，出口管道旁设有位移传感器5，两个液氮罐的设置便于使液氮的供应连续进行，位移传感器联合单片机的控制可以保证刀片和液滴生成器异步动作，控制更精确，还包括设置于液氮罐3出口管路上的电磁阀6和温度传感器7，所述电磁阀6和温度传感器5与控制柜15电连接，液氮罐3出口管道伸入至冰粒生成控制系统的成冰腔8内，温度控制系统用来检测液氮的温度，便于对液滴生成的温度进行控制，确保整个过程的顺利进行。所述冰粒生成控制系统包括成冰腔8，设置于成冰腔8体外的刀片控制组件，还包括液滴生成器，所述刀片控制组件包括电机1，与电机输出轴固定连接的电动推杆2，以及设置于电动推杆2末端的刀片安装架，所述刀片安装架底部设有圆环形刀片12，所述圆环形刀片12的内径与成冰腔8外径相匹配用于切除成冰腔外壁的冰粒；所述液滴生成器10包括注射器25，本实施例设置10个上下平行的注射器25，注射器25末端位于成冰腔外壁面处，注射器25由机械臂9控制左右移动，机械臂9由单片机24控制，所述单片机24与控制柜15电连接，注射器25由供水箱14供水，所述电动推杆包括推杆一，设置于推杆一下部与推杆一铰接的推杆二，设置于推杆二下部与推杆二铰接的推杆三，所述推杆三与成冰腔的中心轴同轴，推杆三末端设置有矩形刀片安装架，所述圆环形刀片12位于刀片安装架的底部，冰粒生成控制系统控制冰粒的生成和切割，其使用多段电动推杆的形式便于对环形刀片进行控制，且设置形式省空间；所述冰粒收集引射系统包括位于成冰腔8底部的漏斗状冰粒收集腔13，冰粒收集腔13底部设有引射管道
23，引射管道23底部设有锥形喷嘴22，还包括高压气瓶18，高压气瓶18通过输送管道28与引射管道23联通，输送管道28位于引射管道23内部的部分端部设有收缩型喷嘴29，冰粒收集引射系统用于将生成的冰粒进行即时使用，引射管道末端喷嘴联合高压气瓶内的压缩空气推动冰粒高速撞击致待处理工件表面，联合使用效果更强。所述供水箱14为两个，每个供水箱通过供水管道与液滴生成器10连接，供水管道上设有流量阀19和增压泵20；具体使用时，通过液氮罐3提供成冰系统所需要的冷量，打开控制柜开关，与液氮罐相连的温度传感器温度高于-80℃时，电磁阀7将液氮罐3的开关打开，液氮进入成冰腔9内，温度低于-150℃时，阀门关闭，高于-80℃时阀门再次开启，以此循环控温，其中氮气从成冰腔上部预留孔26排出，同时打开供水箱14的开关和增压泵20开关，调节供水箱14的流量阀19；机械臂9固定液滴生成器10，液滴生成器10上设置可更换的不同规格的注射器25，注射器可控冰粒的粒径，液滴生成器10连接外部供水管道13，供水管道同供水箱支路连接，通过多支路汇总的主干路上有控制水箱14的开关和显示供水干路流量的流量阀19，增压泵20与供水箱连接控制液滴形成，刀片12套接在电动机多段电动推杆2上，用来刮掉外壁面生成的冰粒。
17.本装置实现冰粒即时制备和引射动作包括以下具体步骤：（1）检查整个装置的连接情况，确保连接无误，检查各处阀门和管道及连接处的气密性，确保整个系统的联通性；（2）水箱14中加入已经制备好的蒸馏水，据需要制备的冰粒直径，准备不同规格（控制液滴粒径）注射器，注射器与液滴生成器尾端连接，单片机固定在液滴生成器10上；（3）将准备好的刀片12接到电动推杆2上，电动推杆2与上部电动机1连接，将位移传感器5和单片机24电性连接；（4）将喷嘴22安装在管道出口处，开启空压机17给高压气瓶18充气，压力达到实验要求后停止加压；（5）开控制柜15开关，与液氮罐3相连的温度传感器7温度高于-80℃时，电磁阀6将液氮罐3的开关打开，液氮进入成冰腔内，温度低于-150℃时，阀门关闭，高于-80℃时阀门再次开启，以此循环控温，其中氮气从成冰腔上部预留孔排出，同时打开供水箱14的开关和增压泵20开关，调节供水箱的流量阀19；（6）水箱14正常运转时，启动电动机1开关，调节转速至最小值，根据需要适当调节转速使转轴带动刀片沿成冰腔外壁面上下移动，单片机5接收转轴上位移传感器24的电信号，启动机械臂9移动液滴生成器10至成冰腔外壁面处，液滴由注射器25注射在成冰腔8外壁面上，待壁面冰粒形成后，机械臂9将液滴生成器10移动至原位置，此时电动机1使刀片12动作刮掉壁面生成的冰粒，冰粒脱落至收集腔13中，进入引射管道23内和高速气流混合进入喷嘴22，在喷嘴22内高速气流加速冰粒形成冰粒射流冲蚀工件16，完成表面除漆除锈；（7）完成工件冲蚀后，先关闭供水箱14和增压泵20的开关，然后关闭控制柜15和空压机17开关，待温度传感器7示数为0时，关闭电动机1，整个系统停止工作；（8）需要制备其他粒径的冰粒27时，更换注射器重复步骤（1）-（7）；（9）通过控制液氮流量和减小电机转速来控制冰粒的温度和硬度。
18.本发明提出冰粒即时制备和即时利用的方法，实现冰粒制备引射一体化，做到冰粒即制即用。该设备原理简单，对冰粒硬度和粒径均可控，采用锥形冰粒收集腔和引射管道
联通，避免了冰粒粘结问题，实现冰粒即时利用，提高冰粒利用率，设计位移传感器和单片机电性联通，实现冰粒制备自动化，避免制冷剂的浪费，降低成冰时间，提高了冰粒的生成率和冰粒质量。