现行水刀磨料水悬浮液射流大多采用上节所述旁路加压方法,所不同的只是工作压力及磨料混合方式。
典型的磨料水悬浮液射流系统包括高压泵站、磨料混合装置和喷头(嘴)部分。其中关键在于磨料混合装置,它应能调节磨料流量并确保供料均匀通畅。在磨料罐底部有一套由挡罩和迷宫环组成的装置来实现均匀供料。设有一类似于喷射器的特殊混合元件,同时磨料罐底部为锥形,通过调节两边阀的开度来调节磨料含量并实现均匀供料。磨料罐内没有螺旋疏料杆,以使磨料均匀下沉,防止堵塞,同时旁通水路使罐内磨料充分流态化。磨料罐底部有一特殊混合腔,由于重力作用磨料落入混合腔并与水流混合,通过调节节流阀的开度即可控制磨料供给量。为了不使磨料沉积,将混合腔做成环形轮胎状是一个成功的实例。喷嘴是磨料水悬浮液射系统的另一关键。由于喷嘴寿命影响,使用压力受到限制。装置中测量的流量、压力同喷嘴直径的关系,其泵水功率为9. 5kW。
一般磨料水射流系统,主要包括高压泵、供料系统和磨料喷头。来自高压泵或增压器的高压水与磨料在磨料喷头内混合,系统压力可由高压泵上调压阀或增压器系统中低压油的压力予以调节。磨料的供给应均匀、流畅、无堵塞。磨料供给方法有以下几种:
(1)压缩空气输送磨料:压缩空气输送磨料装置。0. 4-0. 6MPa的压缩空气分为两股,一股经减压后送至磨料罐上部,一股进入喷射器内,引射磨料罐中磨料。引射器必须靠近磨料罐底部,以防入口堵塞。由于进入输送管中的已是空气与磨料的混合物,空气携带磨料颗粒进入喷头,从而确保均匀供给磨料。这一系统广泛用于磨料射流清洗、除锈装置中。
在切割装置中,由于压缩空气会引起射流发散,因而将磨料输送与磨料供给分开进行,即在切割头上装设一小磨料杯,自磨料罐中供给的磨料先进入杯中,靠喷头的真空吸人磨料进入混合腔中。磨料桶靠喷嘴较近,直接用真空抽吸磨料。为了确保磨料流动,可同时吸人空气。磨料桶体积不能太大,磨料可用气压送入磨料桶中,为控制磨料耗量,磨料桶下应安装磨料阔。
装有步进电动机的磨料控制阀,它可由计算机自动控制。可更换的计量孔板卡在一滑板上,步进电动机的转动带动滑板,从而调节计量孔板的位置、控制孔开度,实现磨料流量的调节。
(2)湿式供料:供料原理与干式供料基本相同,仅将压缩空气改为低压水,通过低压水的流动确保磨料在输送管中无堵塞。为了减少水量,长距离可采用多级供水。湿式供料设备由于结构复杂、相对庞大,同时试验表明用液体作为介质供给磨料使用效果不理想,因此实际中应用不多。
(3)浆料输送供给:浆料由磨料与水混合而成,储存于浆料罐中,经渣浆泵输送至喷头,。由于这种系统磨料流量大,不适于切割系统,目前主要用于铸件清砂、除磷、除氧化皮等。其优势在于磨料可实现循环回收,从而减少磨料消耗。
磨料浆液射流系统同磨料水悬浮液射流系统的区别在于其所用介质。后者只是简单地将磨料置于水中,在输送过程中力求使其中磨料处于悬浮状态,不至形成沉淀、淤积。而磨料浆液则不同,它必须是一种含固体颗粒的均匀混合流体,一般由水、高聚合物、磨料组成。它必须经过严格的制备,具体配方如下:
(1)采用甲基纤维素高聚合物作为添加剂,其质量分数为2%,溶解于水中形成黏度为12. 7Pa.s的稀溶液;磨料为石榴石,粒度53-106,磨料浓度105. 7g/L。
(2)添加剂为超水(Super Water),即聚丙烯酰胺(PAM),其质量分数为1. 5%,水溶液黏度17. 3-93Pas;磨料同前。
(3)添加剂同,但磨料为硬度更高的刚玉,粒度仅10。由于介质的成本较高,故而磨料浆体射流不能用于流量较大的清洗、除锈作业。又由于浆液浓度、黏度要求,高压水不能直接给浆液加压,而必须用活塞隔离。磨料浆液射流切割试验系统,两个高压缸配以相应的换向阀即可实现连续的磨料浆液射流。水刀系统的最高试验压力达345MPa。