CN110125814B - 一种稳压稳流的磨料连续自动供给装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳压稳流的磨料连续自动供给装置，包括控制模块、双球形高压磨料罐、高压水管路、低压水管路、加料管路、磨料水射流管路以及设置在各管路上的阀和传感器，双球形磨料罐阀座连接加料管路、高压水管路与低压水管路，水泵通过高压管路与上述各功能器件相连接，管路中设有溢流阀、主路比例流量阀、旁路比例流量阀、气动球阀、高压球阀，通过阀门通断组合控制实现各种功能。本装置通过***阀门通断组合实现纯水射流与连续自动的磨料水射流作业，同时通过连接到控制模块的各传感器及蓄能器、流量阀协同配合，不仅能够稳压稳流，还可实现磨料浓度自动调节，超压报警。该装置安全性高，操作简单，可广泛应用。

Description

一种稳压稳流的磨料连续自动供给装置

技术领域

本发明属于机械磨料射流领域，具体涉及磨料水射流连续自动作业装置。

背景技术

水射流技术是近代发展起来的一门新技术，其在工业上用途广泛，可用作射流切割、岩石钻进、材料表面清洗、钻探开采等方面。由于纯水射流实现工业用途所需压力过大，对泵的要求过高，难以推广使用，因此学者们开发了磨料水射流技术，这种固液两相介质射流起到了良好的切割效果，得以推广使用。磨料射流技术由于混合方式不同，可分为前混合磨料射流与后混合磨料射流。后混合磨料射流由于磨料与水混合不够均匀，磨料难以充分加速，射流易吸入空气导致切割能力大幅下降，通常需要200MPa以上压力才能有效切割，对泵压要求增加，而前混合磨料射流能较好的解决这一问题。前混合磨料射流是预先在高压管路内充分混合，再通过喷嘴加速射出，仅20-30MPa压力便能对岩石材料起到很好的切割效果。

在工业应用中，前混合磨料射流技术虽取得良好效果，但现有设备存在无法连续自动加料或***过于庞大复杂或无安全预警装置无法调节末了浓度等诸多问题限制了磨料水射流技术的进一步发展。如专利号CN103100984B发明专利公开的一种磨料自动供给装置及使用方法，该装置虽能实现磨料自动供给，但罐内磨料耗尽后需停止射流开始加磨料，无法实现连续作业。专利号CN104552027B发明专利公开了一种前混合磨料射流连续供料系装置，该装置虽能实现磨料的连续供给，但无法实现磨料浓度调节，采用多个泵组用活塞缸原理持续供料，结构复杂，设备成本高，难以推广。

因此，针对现有前混合磨料射流装置的缺陷，发明一种能够稳压稳流连续自动安全作业的磨料射流装备具有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明设计一种稳压稳流的磨料连续自动供给***，即可实现磨料自动供给，连续作业，又可实现磨料浓度自动调节，超压报警自动停机等功能，解决传统前混合磨料射流***无法稳压稳流状态下自动调节磨料浓度连续安全作业的问题。

本发明的技术方案如下：

一种稳压稳流的磨料连续自动供给装置，包括高压磨料罐、高压水管路、低压水管路、加料管路、磨料水射流管路以及设置在各管路上的阀和传感器。

所述高压磨料罐为球形双罐，两个球形高压磨料罐并联，通过罐上部各自的阀座分别连接加料管路、高压水管路与低压水管路，两个罐底部的出口管路汇合后连接混合腔，出口管路上分别设置气动球阀，混合腔通过磨料水射流管路与喷嘴相连；两个球形高压磨料罐一个供料，一个进料，通过阀进行自由切换。

所述高压水管路通过水泵连接水源，水泵出口处设置蓄能器，高压水通过蓄能器后分为两个支路，一支路直接与混合腔相连，另一支路又分为两路，分别连接气动球阀后与两个球形高压磨料罐相连，并在这一支路上连接旁路比例流量阀。

所述加料管路通过水泵连接水源，其主管路连接射流泵后分为两个支路分别与两个球形高压磨料罐相连，射流泵连接磨料斗，通过负压卷吸磨料斗内磨料为两个球形高压磨料罐连续供料；所述加料管路分别在主管路和支路上设置三个气动球阀。

所述低压水管路分别从两个球形高压磨料罐的阀座接出，设置高压球阀，管路出口连接到水池。

所述磨料水射流管路上设置有压力传感器、主路比例流量阀、超声波浓度探测器，在管路的出口连接喷嘴。

所述压力传感器与超声波浓度探测器通过信号传输线路连接到控制模块上，所述控制模块通过信号传输线连接到主路比例流量阀与设置在高压水管路上的旁路比例流量阀，通过超声波浓度探测器浓度数据回传给控制模块，控制模块控制主路比例流量阀与旁路比例流量阀开合度实现磨料浓度自动调节控制。

所述装置是设有红黄信号灯与蜂鸣器报警装置，实现超压报警和单罐磨料耗尽预警。

所述装置通过高压管路上的蓄能器及两个球形高压磨料罐实现稳压稳流；通过调节管路上的数个气动球阀与主路比例流量阀、旁路比例流量阀的通断组合实现连续自动供给的磨料水射流与纯水射流作业。

本发明的优点在于：

磨料罐需为耐高压容器，传统设备多为椭球形罐体，通常需要焊接，耐压能力较低，本发明中，高压磨料罐采用圆球形设计，球形罐可一次成型，容积更大，相对传统罐体耐压性能更强，并且采用双球形高压磨料罐设计，实现***连续不间断作业的同时提高了磨料罐的耐压性能，保障了长期工作的安全性与稳定性。

2.本发明解决了传统射流装置射流脉冲的问题，本发明通过设置蓄能器与高压磨料罐配合，实现了稳压稳流作业，保障了磨料射流的稳定作业。

3.本发明解决了磨料射流浓度难以控制的问题，通过管路中的超声波浓度探测器浓度数据回传控制模块，控制模块控制主路比例流量阀与旁路比例流量阀开合度实现磨料浓度自动调节功能，可进行多浓度下的磨料射流作业。

4.本发明解决了传统装置安全性不高的问题，通过高压管路上的压力传感器实时回传压力数据至控制模块，控制模块对压力进行分析，当管路超压时，控制模块上的指示灯由正常工作的黄灯变红灯，蜂鸣器响起报警，***自动停机，可保障长时间作业下的安全预警，保障安全作业。

附图说明

图1是本发明的整体结构图

图1中，喷嘴1（射流出口）、超声波探测器2、主路比例流量阀3、压力传感器4、磨料水射流管路5、第五气动球阀6、混合腔7、第一溢流阀8、水池9、第二高压水入口10、第二水泵11、第二溢流阀12、第一高压水入口13、第一水泵14、蓄能器15、高压水主管路16、水池17、低压水管路18、低压水管路19、第一高压球阀20、第二高压球阀21、高压水管路22、旁路比例流量阀23、阀座24、第三气动球阀25、第四气动球阀26、第六气动球阀27、第一加料管路28、第二加料管路29、磨料斗30、第七气动球阀31、射流泵32、第一气动球阀33、第二气动球阀34、第一高压磨料罐35、第二高压磨料罐36。

具体实施方式

下面结合图1对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明设计的一种稳压稳流的磨料连续自动供给预警装置主要包括高压磨料罐、高压水管路、低压水管路、加料管路、磨料水射流管路5以及设置在各管路上的阀和传感器，还有控制器。

所述高压磨料罐为球形双罐，即两个球形高压磨料罐即第一球形高压磨料罐35和第二球形高压磨料罐36，罐的上部装有阀座24，阀座分别连接加料管路、高压水管路与低压水管路，低压水管路上设置第一和第二高压球阀20、21，管路出口连接到水池17。

所述第一球形高压磨料罐35和第二球形高压磨料罐36通过管路上的第一和第二气动球阀33、34连接混合腔7，混合腔7连接磨料水射流管路5，磨料水射流管路5上设置有压力传感器4、主路比例流量阀3、超声波浓度探测器2，在管路的出口连接喷嘴1。

在高压水管路上，所述第一水泵14出口处设置蓄能器15，高压水管路在通过蓄能器15后分为两个支路，一个支路直接与混合腔7相连，另一支路通过第三和第四气动球阀25、26与双球形高压磨料罐相连。

在底压水管路上，低压水管路分别从两个球形高压磨料罐的阀座接出，在低压水管路上设置第一和第二高压球阀20、21，管路出口连接到水池17。在给磨料罐加料过程中，卷吸磨料的混合流体进入磨料罐，磨料沉降聚集，多余的水溢出从低压水管路流出，起到排水作用，实现磨料罐供料过程。

本装置中，高压水管路和加料管路的水源为同一水池9，第二和第一水泵11、14由同一水池9供水，且分别连接有第一和第二溢流阀8、12，***工作时通过调节溢流阀一方面可起到调压作用，用以调定***压力，另一方面可以起到安全保护作用，***压力超过调定压力时开启溢流，进行过载保护。

本装置的控制器通过信号传输线连接压力传感器4、超声波浓度探测器2、主路比例流量阀3、旁路比例流量阀23以及其余各阀，通过超声波浓度探测器浓度数据回传给控制模块，控制模块控制主路比例流量阀与旁路比例流量阀开合度实现磨料浓度自动调节控制。

本装置还包括报警装置，包括红黄信号灯与蜂鸣器，能够实现超压报警和单罐磨料耗尽预警，所述控制模块通过高压管路上的压力传感器4实时回传的压力数据对压力进行分析，当管路超压时，控制红黄信号灯与蜂鸣器报警装置报警，***自动停机。同时，通过水射流管路上设置的超声波浓度探测器2，当探测到射流磨料浓度为0时，证明工作的磨料罐内磨料耗尽，控制模块收到射流磨料浓度数据后进行单罐磨料耗尽预警。

本装置通过调节管路上的数个气动球阀、高压球阀、主路比例流量阀3、旁路比例流量阀23通断组合可实现连续自动供给的磨料水射流与纯水射流作业，作业过程如下：

1、连续磨料水射流作业：将第三、第二、第五和第七气动球阀25、34、6、31开启，第四、第一和第六气动球阀26、33、27关闭，第一高压球阀20关闭，第二高压球阀21开启，高压水通过第一高压水入口13进入到蓄能器15后分为两个支路，一个支路通过旁路比例流量阀23、第三气动球阀25进入第二球形高压磨料罐36，另一支路经过混合腔7与由第二球形高压磨料罐36经第二气动球阀34流出的磨料混合，从喷嘴1喷出。同时，第二高压水入口10经第五气动球阀6进入射流泵32并卷吸磨料斗30内的磨料，混合磨料的高压水经过第七气动球阀31进入第一球形高压磨料罐35内沉淀，溢出水经第二高压球阀21流入水池17中，单罐磨料耗尽后切换另一磨料罐继续工作。

2、纯水射流作业：将第三、第四、第一和第二气动球阀25、26、33、34关闭，关闭第二水泵11，开启第一水泵14，经第一高压水入口13流经蓄能器15经混合腔7进入磨料水射流管路5，最终在喷嘴1喷出。

本装置通过阀门通断组合实现纯水射流与连续自动的磨料水射流作业，同时通过连接到控制模块的各传感器及蓄能器、流量阀协同配合，不仅能够稳压稳流，还可实现磨料浓度自动调节，超压报警。装置结构简单，能超压报警，超压停机，安全性好，该装置自动化程度高，安全性高，操作简单，满足工程实际需求，可广泛应用。

除上述实施方式外，本发明还可进行其他实施方式，凡采用等效替代形成的技术实施方案，均在本发明要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种稳压稳流的磨料连续自动供给装置，包括高压磨料罐、高压水管路、低压水管路、加料管路、磨料水射流管路、设置在各管路上的阀和传感器，以及对装置进行控制的控制模块；其特征在于：

所述高压磨料罐为球形双罐，两个球形高压磨料罐并联，分别为第一球形高压磨料罐（35）和第二球形高压磨料罐（36），通过罐上部各自的阀座（24）分别连接加料管路、高压水管路与低压水管路，两个罐底部的出口管路汇合后连接混合腔（7），出口管路上分别设置第一气动球阀（33）和第二气动球阀（34），混合腔（7）通过磨料水射流管路与喷嘴相连；两个球形高压磨料罐一个供料，一个进料，通过阀实现切换；

所述高压水管路通过第一水泵（14）连接水源，第一水泵（14）出口处设置蓄能器（15），高压水通过蓄能器（15）后分为两个支路，一支路直接与混合腔（7）相连，另一支路又分为两路，分别连接第三气动球阀（25）和第四气动球阀（26）后与两个球形高压磨料罐相连，并在这一支路上连接旁路比例流量阀（23）；

所述加料管路通过第二水泵（11）连接水源，其主管路连接射流泵（32）后分为第一支路（28）和第二支路（29）分别与两个球形高压磨料罐相连，射流泵（32）连接磨料斗（30），通过负压卷吸磨料斗内磨料为两个球形高压磨料罐连续供料；所述加料管路分别在主管路和支路上设置第五、第六和第七气动球阀（6、27、31）；

所述低压水管路分别从两个球形高压磨料罐的阀座接出，设置第一和第二高压球阀（20、21），管路出口连接到水池；

所述磨料水射流管路（5）上设置有压力传感器（4）、主路比例流量阀（3）、超声波浓度探测器（2）；

所述控制模块通过信号传输线连接压力传感器（4）、超声波浓度探测器（2）、主路比例流量阀（3）、旁路比例流量阀（23）以及其余各阀，通过超声波浓度探测器浓度数据回传给控制模块，控制模块控制主路比例流量阀与旁路比例流量阀开合度实现磨料浓度自动调节控制；所述控制模块设有红黄信号灯与蜂鸣器报警装置，通过高压管路上的压力传感器实时回传压力数据至控制模块，控制模块对压力进行分析，当管路超压时，控制模块的红黄信号灯与蜂鸣器报警装置报警，***自动停机；

所述装置通过高压管路上的蓄能器（15）及两个球形高压磨料罐实现稳压稳流；通过调节管路上的数个气动球阀与主路比例流量阀（3）、旁路比例流量阀（23）的通断组合实现连续自动供给的磨料水射流与纯水射流作业。

2.根据权利要求1所述的稳压稳流的磨料连续自动供给装置，其特征在于，所述装置的作业状态包括：

（1）连续磨料水射流作业：开启第三、第二、第五和第七气动球阀（25、34、6、31），第四、第一和第六气动球阀（26、33、27）关闭，第一高压球阀（20）关闭，第二高压球阀（21）开启，高压水通过第一高压水入口（13）进入到蓄能器（15）后分为两个支路，一个支路通过旁路比例流量阀（23）、第三气动球阀（25）进入第二球形高压磨料罐（36），另一支路经过混合腔（7）与由第二球形高压磨料罐（36）经第二气动球阀（34）流出的磨料混合，从喷嘴（1）喷出，同时，第二高压水入口（10）经第五气动球阀（6）进入射流泵（32）并卷吸磨料斗（30）内的磨料，混合磨料的高压水经过第七气动球阀（31）进入第一球形高压磨料罐（35）内沉淀，溢出水经低压水管路流入水池中；

（2）纯水射流作业：将第三、第四、第一和第二气动球阀（25、26、33、34）关闭，关闭第二水泵（11），开启第一水泵（14），经第一高压水入口（13）流经蓄能器（15）经混合腔（7）进入磨料水射流管路（5），最终在喷嘴（1）喷出。

3.根据权利要求1所述稳压稳流的磨料连续自动供给装置，其特征在于所述水源为同一水池（9），第一和第二水泵（14、11）由同一水池（9）供水，且第一和第二水泵（14、11）分别连接有第一和第二溢流阀（8、12）。

4.根据权利要求1所述稳压稳流的磨料连续自动供给装置，其特征在于还设有报警装置，包括红黄信号灯与蜂鸣器，实现超压报警和单罐磨料耗尽预警，所述控制模块通过高压管路上的压力传感器（4）实时回传的压力数据对压力进行分析，当管路超压时，控制报警装置报警，***自动停机；同时，通过水射流管路上设置的超声波浓度探测器（2），当探测到射流磨料浓度为0时，控制模块收到射流磨料浓度数据后进行单罐磨料耗尽预警。

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