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水射流加工技术的分类
发布时间:2015-03-12  浏览次数:136

水体在泵压的驱动下,经过喷嘴喷射出便形成了射流。水射流类型众多,分类方法也不相同。现介绍几种常用的分类方法。

1)按驱动压力分类

驱动压力等级是设计任何射流工艺系统的主要参数,它不但确定工艺系统经济技术的合理性,而对工艺设备技术复杂性的影响也很大。国际水射流技术界一般采用的压力等级分类如图表1.1所示。

                 1.1   水射流的压力等级

压力等级

压力范围/MPa

压力源类型

低压

0.5~10

多级离心泵、柱塞泵等

中压

10~35

柱塞泵、增压器

高压

35~140

增压器(气动式液动)

超高压

140

增压器、水(动压式)

2)按工作的环境介质分类

在射流工艺系统中的流体介质应包括射流工作介质和环境介质。由于切割能力的增强,射流工作介质涉及水、水与磨料组成的液固两相流体、高聚物稀溶液、水与磨料及高聚物配置而成的浆体等。在某些场合下,工作介质有时采用空气。在这些工作介质中,水与空气属于牛顿流体,而高聚物稀溶液、浆体等属于非牛顿流体。在当前,流体射流的工作介质主要是工业用水。

环境介质取决于射流的工作条件。一般情况下,环境介质是大气,在某些场合下如射流的水下切割或清洗,那么环境介质就是水。

按环境介质性质的不同,射流可划分为淹没射流和非淹没射流两类。射流的工作介质与环境介质相同时,这种射流称为淹没射流。;例如在水中喷射的水射流和在空气中喷射的气体射流,都是属于淹没射流。若环境介质与工作介质不同时,这种射流称为非淹没射流。而大气中的水射流就是最常见的非淹没射流。这样划分类型主要是从射流的流体力学结构和动力特性考虑。因为淹没射流的运动是属于单一介质的流动,而非淹没射流是属于两相或多相介质的流动问题。

3)按固壁条件分类

在流体射流的作业环境内有没有固体壁面的限制,对射流的形成以及流体的动力特性有显著的影响。因此,在有固壁约束条件下的射流称为非自由射流;当无固壁约束时,则称为自由射流。另外,在有些文献中认为自由射流是指没有固壁的限制,而且环境介质的流速极小(或静止)的射流。

非淹没射流不受固壁条件的约束,称为非淹没自由射流;反之,称为非淹没自由射流。而淹没射流不受固壁条件的Ian之,称为淹没自由射流;反之,称为淹没非自由射流。

4)按射流流体力学特性分类

水射流按流体力学特性可分为定常射流与非定常射流两种。定常射流的特点是射流的各个断面上的流体力学特性,不随时间而变化,仅为其所处位置的汗水。非定常射流是指射流各个断面上的流体力学特性不仅随位置变化而变化,而且随时间变化而变化。但定常射流一定是连续射流,而非定常射流可以是连续射流,也可以是非连续射流。

5)按射流对物料的施载特性分类

水射流按射流对物料的施载特性可分为连续射流、冲击射流和混合射流3种。

1)连续射流    连雪射流对物料施载开始时有一个瞬时的冲击峰值压力,以后便趋于稳定的较低压力。连续射流只有在冲击峰值压力之后才具有代表性。这种射流常用于切割的情况。

2)脉冲射流   脉冲水射流是以脉冲的形式将水射流作用在靶体上。其施载特点是产生持续极短的压力峰值,随着时间的变化,连续不断的作用在靶体上。因而脉冲射流在靶物表面产生的冲击力大大超过了一般连续射流的滞止压力,使材料的破坏裂纹迅速扩展,从而显著的提高了水射流的切割与破碎能力。脉冲水射流主要有阻断式、激励式和挤压式脉冲水射流。

阻断式脉冲射流是用一种脉冲间断器(机械间断器是一个周边带孔、槽或链状导孔的旋转圆盘)周期地切割射流,将连续射流隔断成一连串不连续的射流段。

激励式脉冲射流是利用流体力学的瞬变流理论,通过调整连续射流的内部结构,使射流流量发生周期性变化而产生的脉冲射流。

挤压式脉冲射流是利用电能、爆炸能、特殊化合物爆炸能和气体压缩能等作为动力源,通过一定装置在极短时间内将能量传输给工作介质而获得的脉冲射流。

3)空化射流   空化射流是20世纪80年代发展起来的一种高效射流。当水在高速流动中某处的局部绝对压力降到当地温度下的饱和蒸汽压时,溶在水中的空气会释出,形成许多空泡。空泡溃灭将引起巨大的水力冲击,空化射流就是用空泡溃灭引起的极大冲击力来加强其清洗和破碎能力。

4)磨料射流   磨料射流就是将一定数量的磨料(如碳化硅、石榴子石、金刚砂以及石英砂等砂类),与高压水互相混合而形成的液固两相射流。高压水的部分动能传递给磨料,从而改变了射流对靶体的作用方式。将水射流对靶体的持续作用时间改变为磨料对靶体的冲击、磨削作用,从而大大提高了射流的品质和工作效率。根据加入磨料方式的不同分为后混磨料和前混磨料射流。

空化射流和磨料射流统称为混合射流。