Устройство для гидроабразивной резки
Владельцы патента RU 2393077:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет прикладной биотехнологии" (RU)
Изобретение относится к области резки материалов высоконапорной струей жидкости, в частности высоконапорной струей воды, содержащей различные абразивные материалы, и может быть использовано в тяжелой, легкой и пищевой промышленности. Устройство содержит режущую головку с корпусом и режущим соплом и устройство для охлаждения. Корпус режущей головки выполнен с оребрением, а устройство для охлаждения - в виде устройства предварительного охлаждения жидким азотом корпуса режущей головки с жидкостью и устройства охлаждения жидким азотом высоконапорной струи жидкости, навинчиваемого на корпус режущей головки. Устройство предварительного охлаждения выполнено в виде съемного корпуса в форме полого цилиндра, установленного на корпусе режущей головки в месте его оребрения с образованием камеры, патрубка с форсункой для подачи азота и патрубка выхода газа. Устройство охлаждения высоконапорной струи жидкости - в виде корпуса, патрубка с форсункой для подачи азота, патрубка выхода газа и смесительной камеры с гнездом. Упомянутые патрубки на наружной части выполнены с резьбой для соединения с трубопроводами, а режущее сопло установлено в гнезде смесительной камеры. Повышается эффективность обработки материалов высоконапорной струей жидкости за счет образования в ней твердых частиц льда. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области резки материалов высоконапорной струей жидкости, в частности высоконапорной струей воды, содержащей различные абразивные материалы, и может быть использовано в тяжелой, легкой и пищевой промышленности.
Известно устройство для осуществления способа резки материалов энергетической средой, несущей абразивный порошок, включающее сверхзвуковое разгонное сопло, а в качестве энергоносителя используют смесь перегретого пара при 400-550°С и абразивного порошка (RU №2050251, М. Кл.6: В24С 1/00, 1993 г.).
Недостатками данного устройства являются конструктивная сложность установки, значительный расход энергии и абразива из-за относительно широкого реза; высокая температура рабочего тела, что создает трудности при обработке некоторых материалов и работе обслуживающего персонала; высокий износ абразивом сопла установки.
Наиболее близким по технической сущности и достигнутым результатам является устройство для осуществления способа резки энергетической струей, включающее блок повышения давления жидкой среды, холодильную камеру охлаждения жидкой среды до расчетной температуры и режущее сопло. Осуществляют подачу текучей среды из сопла на обрабатываемую заготовку, помещенную при температуре и давлении, обеспечивающих резкое изменение объема текучей среды и мгновенное ее замораживание в виде льда (RU 2331503, В24С 5/02, 2006 г.). Прототип имеет следующие недостатки:
- необходимость включения в схему установки холодильной машины, что приводит к значительным капитальным и эксплуатационным затратам;
- сложность установки, связанная с применением холодильной машины, что сильно затрудняет настройку установки в целом и дозирование абразива в виде льда в частности.
Технический результат - повышение эффективности обработки материалов высоконапорной струей жидкости (воды) за счет образования в ней твердых частиц льда.
Поставленная задача решается в предлагаемой конструкции устройства для абразивной резки, содержащего режущую головку с корпусом и режущим соплом и устройство для охлаждения. При этом корпус режущей головки выполнен с оребрением, а устройство для охлаждения - в виде устройства предварительного охлаждения жидким азотом корпуса режущей головки с жидкостью и устройства охлаждения жидким азотом высоконапорной струи жидкости, навинчиваемого на корпус режущей головки, причем устройство предварительного охлаждения выполнено в виде съемного корпуса в форме полого цилиндра, установленного на корпусе режущей головки в месте его оребрения с образованием камеры, патрубка с форсункой для подачи азота и патрубка выхода газа, а устройство охлаждения высоконапорной струи жидкости - в виде корпуса, патрубка с форсункой для подачи азота, патрубка выхода газа и смесительной камеры с гнездом, при этом упомянутые патрубки на наружной части выполнены с резьбой для соединения с трубопроводами, а режущее сопло установлено в гнезде смесительной камеры.
Целесообразно устройство предварительного охлаждения закреплять на корпусе режущей головки при помощи пасты с высокой теплопроводностью.
Устройство позволяет модифицировать уже существующие режущие головки гидроабразивной резки для повышения эффективности обработки за счет образования в струе воды частиц льда, причем по сравнению с прототипом без дополнительных энергозатрат, необходимых для работы холодильной машины.
Кроме того, за счет изменения расхода подаваемого газа удается быстро и точно подобрать режим работы устройства или изменить его.
Оснащение режущей головки устройством предварительного охлаждения позволяет охладить воду, текущую в корпусе режущей головки до точки кристаллизации, но не перейти ее, тем самым смягчив режим работы режущего сопла, а устройство охлаждения высоконапорной струи жидкости позволяет доохладить сформированную высоконапорную струю до температуры образования в ней частиц льда, позволяющих существенно поднять эффективность обработки.
Устройство предварительного охлаждения крепится на корпусе режущей головки с помощью пасты с высокой теплопроводностью.
Взвесь, образующаяся при прохождении струи жидкости через устройство охлаждения высоконапорной струи, кристаллизуется и уносится основным потоком, что дополнительно поднимает скорость обработки.
Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где представлено устройство для гидроабразивной резки с закрепленными на нем устройством предварительного охлаждения жидким азотом и устройством охлаждения высоконапорной струи жидкости жидким азотом.
Устройство включает корпус 1 режущей головки, на котором выполнено оребрение 2, режущее сопло 3, устройство охлаждения, включающее устройство предварительного охлаждения жидким азотом 4 и устройство охлаждения высоконапорной струи жидкости жидким азотом 5.
Устройство предварительного охлаждения 4 включает съемный корпус 6 в форме полого цилиндра, установленного на корпусе 1 режущей головки в месте оребрения 2 с образованием камеры 7, патрубок 8 с форсункой для подачи азота и патрубок 9 выхода газа. Патрубки на наружной части имеют резьбу (не показано) для соединения их с трубопроводами 10 и 11.
Устройство охлаждения высоконапорной струи жидкости 5 включает корпус 12, навинчиваемый на корпус 1 режущей головки, патрубок 13 с форсункой для подачи азота и патрубок 14 выхода газа, и смесительную камеру 17 с гнездом. Патрубки на наружной части также имеют резьбу (не показано) для соединения их с трубопроводами 15 и 16. При этом режущее сопло 3 режущей головки установлено в гнезде смесительной камеры 17.
Трубопроводы 10, 11, 15, 16 подвода и отвода азота имеют слой теплоизоляции для предотвращения их обмерзания.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.
По трубопроводу 10 в патрубок 8 устройства предварительного охлаждения 4 подается жидкий азот и распыляется с помощью расположенной внутри патрубка форсунки в камеру 7. В результате этого происходит эффективное охлаждение корпуса 1 режущей головки испаряющимся азотом, а следовательно, и воды, текущей в нем. Более эффективное охлаждение обеспечивается за счет оребрения 2. Отработавший газ удаляется через патрубок 9 по трубопроводу 11.
Одновременно по трубопроводу 15 в патрубок 13 и в смесительную камеру 17 устройства охлаждения высоконапорной струи жидкости 5 подается жидкий азот и распыляется с помощью расположенной внутри патрубка форсунки. В результате этого происходит охлаждение высоконапорной струи жидкости испаряющимся азотом и образование в ней частиц льда, а также происходит кристаллизация водяной пыли, образующейся в камере 17 вследствие неравномерности течения высоконапорной струи, и вовлечение ее в высоконапорную струю. Выход газа происходит через патрубок 14 в трубопровод 16. Степень охлаждения регулируется изменением расхода жидкого азота. Осуществляют подачу высоконапорной струи из сопла 3 на обрабатываемый материал.
Для проведения профилактических работ корпус 12 устройства охлаждения высоконапорной струи жидкости и корпус 6 устройства предварительного охлаждения демонтируют. При последующей сборке корпус 6 закрепляют на корпусе 1 режущей головки при помощи пасты с высокой теплопроводностью, а корпус 12 навинчивают.
За счет этого становится возможным значительно поднять скорость обработки материалов высоконапорной струей жидкости без применения дорогостоящих абразивных материалов и создания дополнительных холодильных устройств. Кроме того, осуществление изобретения возможно при модификации различных уже используемых режущих головок в установках гидроабразивной резки.
По сравнению с другими устройствами гидроабразивной резки использование заявленного устройства не приводит к уменьшению срока службы режущего сопла. Устройство просто в изготовлении, настройке, легко адаптируется под любые существующие виды режущих головок, экономично, не требует дополнительных затрат энергии и экологически безопасно.
Может применяться в промышленности при обработке металлов, керамики, стекла, композитных материалов, в пищевой и легкой промышленности.
1. Устройство для гидроабразивной резки, содержащее режущую головку с корпусом и режущим соплом и устройство для охлаждения, отличающееся тем, что корпус режущей головки выполнен с оребрением, а устройство для охлаждения - в виде устройства предварительного охлаждения жидким азотом корпуса режущей головки с жидкостью и устройства охлаждения жидким азотом высоконапорной струи жидкости, навинчиваемого на корпус режущей головки, при этом устройство предварительного охлаждения выполнено в виде съемного корпуса в форме полого цилиндра, установленного на корпусе режущей головки в месте его оребрения с образованием камеры, патрубка с форсункой для подачи азота и патрубка выхода газа, а устройство охлаждения высоконапорной струи жидкости - в виде корпуса, патрубка с форсункой для подачи азота, патрубка выхода газа и смесительной камеры с гнездом, причем упомянутые патрубки на наружной части выполнены с резьбой для соединения с трубопроводами, а режущее сопло установлено в гнезде смесительной камеры.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство предварительного охлаждения закреплено на корпусе режущей головки посредством пасты с высокой теплопроводностью.
