专利名称：研磨清理或切割的设备和方法
技术领域：
本发明涉及研磨清理或研磨切割的设备和方法。
表面的水下清理多年来一直采用手工或电力磨刷，刮削，凿等技术。
最近，为提高清理效率，已经开始采用高压喷出磨料稀浆的喷砂清理系统，用水夹带磨料喷出。像应用在金属结构焊接区的海底清理这样的情况，在进行安全试验和检测前要求有高标准的清理。然而使用这种稀浆清理目前还有许多困难。为了达到有效的清洗作用，从喷嘴喷出稀浆的局部流体静压力(周围压力)要达到至少为2000磅/吋2(141kg/cm2)，更典型的是流体静压力要达到7000-15000磅/吋2(490-1060kg/cm2)。此外，还需要有能耐很高的传送压力的抽吸装置和部件。很强的反冲力作用于喷嘴，将会导致定位和操作困难。对于操作设备的潜水员来说存在着很大的危险，而且，由于稀浆的高压还易使设备内部产生强烈的磨损。
本发明最基本的方面是基于如下的研究结果得出的，即以特殊的方式预制研磨气流(将在后面详细说明)，用一种方法和设备可以达到以相当低的喷嘴压力进行更快、更安全、更有效的清理。的确，我们已经发现，这种研磨气流的作用是相当有效的，以致可以用其来达到研磨切割材料的目的。
按照本发明的最基本的方面，提供了一种研磨清理和/或切割设备，这种设备特别适合于水下研磨清理或切割，但不仅仅限于此。该设备包括一用于将研磨粒、空气和液体混合的混合区(“空气”这个词在这里也包括其它气体);一用于向待清理或切割表面排放混合气流的喷嘴;一条将混合区和喷嘴连接起来的管道，用于将研磨气流输送到喷嘴;及用于向混合区提供研磨粒、空气和液体的装置，提供的方式为，混合后的研磨气流中至少部分研磨粒的表面(最好全部表面)由液体润湿，并由空气或空气/液体喷雾作为研磨粒的载送体进行输送。
本发明进一步还提供了一种研磨清理或切割的方法，该方法使得由研磨粒、空气和液体的混合物所构成的研磨气流用压力喷射到待清理和/或切割的表面上，研磨气流中研磨颗粒的表面至少部分地由液体润湿，并由空气传送或由空气/液体的喷雾作为研磨粒的载送体进行传送。
希望将研磨气流以良好的喷雾形式夹带着研磨颗粒离开混合区，最好是在压力作用下将混合物送出。本发明可以通过精确的控制和准确地测定研磨粒、空气和液体的比例而获得喷雾和表面润湿的颗粒，减少研磨气流流出时的阻力，大大地增加效能。
恰当地控制供料的成分，就可以在不需要喷雾器的情况下获得所需要的研磨气流(借助于液体以雾化了的形式进入混合区)。“雾化”这个词在本发明中指的是液体以足够大小的液滴形式去润湿研磨粒。
事实上，在适当的条件下，本发明中的研磨粒本身可分散在研磨气流中的液体中，产生所期望的效果。在研磨气流中产生分散或雾化条件的因素可以包括研磨颗粒尺寸的大小，操作深度，研磨气流的流速和喷嘴压力。
更详细地说，本发明设备所提供的液体最初是以连续的液流状态(即，不是雾化)来冲击压缩空气/研磨颗粒气流的，借助于研磨颗粒束的作用和必然会产生的扰动，使得液流很快变成尺寸稍大于研磨粒尺寸的液滴。为实现所需的润湿，混合区必须有足够的长度和足够的作用容积，以便进一步分散所说的液滴(由于粒子扰动、液滴扰动及混合区形状的机械效应，特别是由于混合区壁的作用、液体进口处的连接的作用等)，进而使液滴的尺寸达到与研磨粒的尺寸大体相同。我们已经发现，该尺寸对于所要求的润湿度来说是最合适的。
本发明用控制供液速度来保证润湿完研磨颗粒后而剩余5-10%的液体，利用上述足够长度的混合区使得易于形成研磨气流。
混合区由一根长的刚性管构成，在管的一端导入适量体积和压力的压缩空气。混合区的内径与导入压缩空气的管道哪诰断嗤员惚３挚掌鞯乃俣取；旌锨詈孟喽越铣ぃ员闶箍掌骱涂掌写难心チ？牌髟谟胍禾辶鹘哟デ跋嗳芎希禾辶鞯牡既胱詈糜肟掌 研磨颗粒流成一角度。
混合区最好具有作用容积，以便实现研磨气流按如下配成研磨气流中的研磨颗粒至少部分被润湿，如，大约80-100%(最好90-95%)的液体用以包覆研磨粒。剩余的液体，即使有也很少，形成良好的雾状物喷出。
对于水下作业，雾化的液体应最好不超过所使用液体的10%，这是因为我们已经发现，大量的雾状液体会阻碍研磨气流的流动，降低在待清理表面上的研磨作用。
混合区最好有一顶部连通机构(来自压力磨料斗或压力磨料罐)，通过该机构将研磨粒引入空气流，引入空气流的研磨粒的量由下面将要叙述的阀装置按空气的容积/压力的比例仔细、精确地调节供给;另外，在磨料连通机构的下游具有另一通路，通过该通路将液体输入，输入液体时可使用可变容积正排量泵或测量泵(meteringpump)，或采用控制阀装置，或采用上述两者来精确地控制由此而输入的液体的量。
应像所实践的那样，将顶部(磨料入口)连通机构靠近空气入口的连通机构设置，如，大约为4″-6″(100mm-150mm)，这样，在该处空气流的固有扰动就会引起研磨粒的最大程度的扰动。我们已经发现，空气流的扰动和以高速运行时与研磨粒碰撞的结果，是使液体变成良好的雾状液的良好的分散剂，因此，液体可在混合区下游的任何一方便之处以连续液流的形式或喷流的形式输入，而不需要任何其它形式的雾化喷嘴，同时，也保证了研磨粒的彻底的润湿(或包覆在液膜中)。这种作用达到了水下作业的最佳效果，也正是所希望的。
因此，输入液体的量与输入气体的量相比起来，就像研磨粒的大小一样是同等重要的。太少的液流或空气流会使研磨粒或部分研磨粒处于干燥状态，这样会大大降低效率，并大大增加了设备内部的磨损。太大量的液体会在研磨粒和待清理或切割的表面之间形成衬层(Cushion)。在实际应用中，认真地重视这种特性并进行控制是很有用的，如，在只需要局部地去除覆盖物或污物的地方。
如果将液体先于研磨粒而输入混合区，其作用差不多相同。但是，这种靠研磨粒撞击使液体产生分散并随后进行雾化的量是很少的，所以这种方法效率很低，除非另外增加分散装置，如，使用喷雾器或雾化装置。当需要这样的安排时，为了避免在混合室形成减弱的磨粒(abuildupofdampabrasive)，需要更加仔细的操作。
为使均匀的混合磨料产生最大的效能，混合区的排卸孔应与空气进口的直径大致相同，并且，向清理喷嘴输送研磨气流的管道的内径应与向混合区输送空气的管道的内径相同。
由于污秽的空气将对效果产生有害的作用并最终导致堵塞，因此，在空气/气体输送管道中安装有过滤器，以去除夹带的油和湿气。
液体应是相当清洁干净的或是海水。对于水下清理或切割，液体一般应采用与执行操作中所处位置的介质中相同的介质。对于在水下作业的情况，如果需要使用其它液体，该液体所具有的表面张力和粘度应大致与水(在水中进门操作)相等。我们发现，如果液体在进入混合区前被加热(如，可以使用热水)，在某些情况下该设备的性能可以增加。
研磨粒可选用矿砂(如锋利的砂)，粗砂(grit)，铜渣或其它普通材料。研磨粒应具有良好的质量，干燥并且干净，典型的粒度为16-30。研磨粒的尺寸以直径大约0.02mm-2.5mm为适宜(对于水下作业，一般混合颗粒的直径范围为0.6-1.5mm)。最好研磨粒在进入混合区前先被夹带在压缩空气流中，然后通过一个单一的入口到达压力混合区。在操作中，借助于所设置的向研磨粒供应系统输入相对高压的空气的装置，有助于驱使研磨粒均匀平稳地流入混合区。
本发明的混合状态是通过均匀地混合空气、水和研磨粒而形成的混合物。与已知系统的高压喷嘴压力相比，本发明在水下应用时采用了相当低的喷嘴压力，典型地说，对于清理目的来说，局部流体静压力(Local hydrostatic pressure)小于100磅/吋2(7kg/cm2)，如，一般为20-50磅/吋2(1.4-3.5kg/cm2)，对于切削目的来说，局部静压为30-80磅/吋2(2-5.5kg/cm2)，大大增加了效果和效率。事实上，当研磨气流中基本上所有的研磨颗粒的表面以比至今更彻底更有效的方法润湿时，即使以极低的喷嘴压力喷出，其在水中流动的阻力也会大大降低。并且，由于在待清理或切割的表面上施加的冲击速度相当的低，所以所得到的反作用力也很低。因此，在将待清理的表面施加的研磨气流的清理过程中，覆盖每一个研磨粒的液膜的表面张力会穿过待清理物体的表面，而不被反弹开，因此达到了研磨气流动能的最大利用。
如上所述，必须仔细地控制研磨气流的供给成份。一般来说，本发明的设备具有如下的技术要求研磨颗粒流量0.25-4.0kg/min，最好为2.0kg/min液体流量0.25-10litres/min，最好为2l/min。
空气流速600-1350m3/hr。
混合区容积120-500cm3，最好为250cm3。
混合区压力一般喷嘴周围的静压大约为3.5kg/cm2。
空气的流速和混合区的压力取决于水下作业的深度。按照本发明，调节可以采用手动或自动的方式进行。液体流量也可以按需要由下面将要叙述的手动或自动的方式进行调节。上面列出的数值是典型地用于水下大约400英尺(122M)深度工作的，对于更深的深度范围，某些数值将会相应地改变，这对于本领域的技术人员来说是容易理解的。对于压缩空气的供给压力和流速的详细的优选值将由表1给出
在使用的是相当低的喷嘴压力的情况下，本发明所提供的方法和设备对于待清洗的表面来说是刷洗而不是强烈的喷射，它不同于迄今所知的水下清理法。典型地说，本发明所提供的一种研磨混合物能够被驱动穿过表面或作用在表面上，根除或擦去将要去除的覆盖物或污物。由此可见，本发明可去除裂纹、裂缝和表面凹坑中的内藏污垢，比以前可行的方法所清理的效果好得多。
在水下研磨切割材料的情况下，应用本发明的装置可以更安全有效地切割普通的浇铸管道、缠绕的或带有覆盖层的管道，像由混凝土或合成材料所组成的管道。最好使用局部液体静压力为大约30-80磅/吋2(2-5.5kg/cm2)的喷嘴排卸压力(即，一般稍微高于用于研磨清理时的压力)。
由操作员操作喷嘴，控制流入管道的研磨气流在表面上的停留，对于水下研磨系统来说是正常的要求。然而，在水下深处作业时，一旦研磨气流停止流动，混合区的压力将随着磨料罐的降压而降至大气压力。由于环绕着软的输送管道的流体静压力基本上是随着深度的增加而增加，这将会导致磨料混合物通过输送管的加速返流，产生虹吸效应，流入位于表面的设备中。
本发明的第二个方面是为解决这样的问题而设计的研磨系统。
按照本发明的第二个方面，提供了一个用于水下研磨清理和/或切割的设备，该设备包括一用于将研磨粒、空气和一种液体混合成研磨混合物的混合区，一用于向待清理或切割的表面排放混合物气流的喷嘴;一条连接于混合区与喷嘴之间、用于将研磨气流输送到喷嘴的管道，其特征为，阀装置设置在混合区的上游和/或下游，以有效地节制或防止由于研磨气流在管道中的倒流而上涨到位于表面的设备中。
阀装置应根据喷嘴的局部流体静压力而动作，最好由来自喷嘴的信号自动地进行操作控制，但也可以采用机器操作员进行手动控制，操作员根据上述信号或(喷嘴处)压力损失的指示，或根据喷嘴输出压力与局部流体静压力之间产生倒流的压力差的指示进行控制，而此时局部流体静压力或比喷嘴处压力大，或比混合区的压力大。
每一个阀装置由一个弹性软管和可全部地或部分地压缩该软管的装置构成，该弹性软管在纵向压力作用下保持在阀室内，并由其朝着阀室内的支撑面(abutments)的扩展而固定。这样的设置可使在操作中相应的可流动介质能通过软管７夷诘闹С琶嫔柚贸芍辽僖徊糠直砻孀饔糜谌砉埽砉艿墓潭ū砻嬖独肴砉艿闹嵯摺 支撑面的形状使得在纵向压力作用下管壁内部的径向压力大于管壁外部的径向压力，同时也使得远离管壁的纵向反压力作用在管壁上。由于软管设置在阀室内的可靠性取决于软管壁的固定部分与支撑面相互挤靠的方向和力，所以，即使在相对很低的纵向压力下，该阀的结构也能有效的防止软管移位的危险。较低的纵向压力就会使软管弯曲成最小管口的液流通道，因此，降低了软管内表面的磨损量。
公知的弹性软管阀也有缺点，它们不能被预先地调到所需的最大和/或最小液流通道的结构。
因此，本发明的另外一个方面是提供了一种由弹性软管和用于全部或部分地阻塞该软管的装置所组成的阀，该弹性软管在纵向压力下保持在阀室内，并由其朝着阀室内的支撑面的扩展而固定，这样的安装可使在使用中可流动的介质能通过软管。所说的用于压缩软管的装置可预先地调到在致动时所需要的管子的压缩度。
最好的形式为压缩装置具有两个夹头压在软管的相对两侧，用以靠相互或各自的作用挤压或释放软管，使之关闭或打开。其中一个夹头可采用手动调节，另一个夹头采用摇控致动。从而该阀兼有摇控“on-off”流体控制阀的功能(具有“发生故障自动关阀功能”)和手动控制流体检测器或调节阀的功能，用于控制或/和调节可流动的介质。
可流动的介质可以从如干粉、颗粒、湿的或干的粒状晶体、液体、稀浆和研磨粒或无论是湿的还是干的侵蚀性介质中选取。
上述阀的一个用途是作为设备中研磨粒的检测-控制阀，其可以快速响应所要求的打开或/和关闭的指令，如，可用在英国专利NO.2097304中所描述的研磨清理系统和本发明的应用中。
本发明能很好地与发明原理相结合，应用在近几年已经实现了的、经过改进了的低压研磨清理系统中。英国专利No2097304的主题涉及了这样一种装置。
为进一步理解本发明，请看实施例和与之相应的附图
图1是水下研磨清理或切割设备的示意图;
图2是图1中所示设备的改进型示意图;
图3是另一种水下研磨清理或切割设备的示意图;
图4是图3中所示设备的改进型示意图;
图5是混合区的局部剖面侧视图;
图6是限流控制阀的局部剖面侧视图;
图7是沿图6中A-A线的剖面图;
图8是控制手轮的正视图;
图9显示的是沿图7的剖面位置、阀处于部分关闭时的状况;
图10中，(a)显示的是沿图7的剖面位置、阀处于完全关闭时的状况，(b)显示的是在图6中阀完全关闭时的俯视图。
图1和图2详细地展示了适用于海水下的研磨清理或研磨切割设备，在附图中用序号表示各个部件。图2所展示的设备中设有将管道中的液体喷射到混合区的装置，而图1所示的设备中无此喷射装置。提供到混合区的研磨气流的成份主要来自压缩空气管道2、磨料罐3和水箱4。
水箱4用球阀装置5与供水系统相连，以保持水箱中恒定的水位。
压缩空气管2经过总手动开关控制阀6、压缩空气自动调节器7(将在后面详细叙述)和常闭控制阀8将外部气源(未显示)与混合区1连通。常闭控制阀8在减压的“关断”位置闭合。
磨料罐3在操作过程中由压缩空气管2a和弹跳阀进行增压，将研磨粒通过装有调节显示器(settingindicator)的准确限流型出口调节器9(accuratemetertingtypeoutletregulator)输入到主压缩空气管2中、到达压缩空气/研磨粒混合区的入口10。用常开减压阀11向磨料罐提供适量的研磨料补充。另外，还可以使用双磨料罐和与之相应的阀及管道，通过转换阀进行连接，使甚至在再次补充研磨料时可不间断水下作业。
水箱4中的水被送到水泵13，并从那里经过输送管15(通过图1中的Y型分支16和图2中的喷射器16′)进入混合区1，与压缩空气/研磨粒混合物进行混合形成研磨气流。按照英国专利NO2097304，水泵13由压缩空气马达14提供动力，空气由同一主供气管2提供。
水泵最好是正排量型泵，其排量可以是固定的或是可变的，使提供液体的流量为每分钟1到10升，喷嘴周围的压力超过100磅/吋2(7kg/cm2)。
流量调节器26控制马达和泵的速度，使得液体流量能被调节，以产生最佳的研磨气流条件。流量调节器26设置在供给空气马达泵空气的空气管道中。
泵也可以由任何其它合适的动力源驱动(未显示)，并与合适的速度调节器或/和流量调节器相连。
上述设备的部件均由外壳罩住，安装在海平面上或高于海平面安装。混合区1的出口17连接具有普通柔性结构的输送管18导入水下(虚线表示)，与排料喷嘴19连通。该排料喷嘴19由潜水员在水下深处操作，一般的深度范围为1-300米，或深于300米。
为防止因上述布置而产生虹吸作用的危险，在上述的主供气管道2上装有普通的常闭阀8，并且还设置了另外一个阻止研磨料流动的气紧密封常闭控制阀20，用以在万一磨料罐压力下降时关闭磨料输送系统。此外，在供水管15上还安装有普通的单向阀21(如果需要也可以用常闭阀来代替)，该阀设置在Y型支管16(图1)或喷射头16′(图2)的上游。
在另一种简化了的结构中(图3显示)，使用了像自动关闭阀20一类的阀，该阀可以用手动增加磨料进行流量控制，从而省去调节器9。这种阀将在后面的图6-10的例子中进行说明。
为增加安全性，防止泄漏和失灵，在混合区1和出口17之间安装有辅助阀37，如图1，3，4所示。这种阀可以是自动关闭阀或是常闭阀，并与“on-off”开关98连通，如图1所示。将普通的“单向阀”或“止回阀”安装在供气管2中(未显示)作为保护器，以防止万一阀8发生失灵。
正如将要说明的那样，为了在水下作业时保持比较低的喷嘴压力，如，喷嘴周围的压力最多约为100磅/吋2(7kg/cm2)，由管2而输入到系统中作为动力源和控制源的压缩空气的压力，必须总是高于喷嘴19周围的压力，所希望的最小过压为25磅/吋2(1.7kg/cm2)。这样，进入输送管18中的液态研磨气流的压力必须相应地增加，并且其流速可被适当的调整，以便在遇到较大的作业深度下有相应较大的局部流体静压力。这是通过设置在喷嘴19处的压力检测传送装置22感应出局部流体静压力的变化来实现的。压力表23安装在该设备中，指示操作者距表面的工作深度或/和流体静压力。
压力检测传送装置22将信号送到表面，该信号可被用来自动控制先导控制调节器24(pilotcontrolregulator)和先导控制调节器25。先导控制调节器24对控制主压缩空气流的调节器7起作用，先导控制调节器25对控制压缩空气马达14的调节器26起作用。如果需要放大信号，可使用放大器(未显示)。
参见图1，差动先导控制开关99(differentialpilotcontrolswitch)或类似的开关最好用于减压，或开关供气源，或转换来自或输入到阀的致动器8、11a、20a和37a上的电信号，使它们关闭，使通过管2进入到该系统中的主压缩空气的压力降低到或接近于由压力检测传送装置22所检测出的喷嘴周围的压力。“起动”开关43使压力控制管路进行最初的充压，并在万一有泄漏时进行压力补充。该开关可与一on-off开关27相连，以保证当起动时整个系统的阀都关闭。
手动过载调节器24a和25a通常附加在先导控制增节器24和25上，起附加安全保护作用或作为调节器的改型结构，倘若“只有手工控制”是最佳的话。同时还设有调节器隔断阀(Regulatorisolatingvalves)和单向阀。
为保证在深处作业时阀20在非常高的反压力下的气紧密封，使用了一种改进了的结构，该结构可以使由检测传送装置22所获得的相同的流体静压力提供到阀20的致动器20a上，给致动器20a施加一个等于或高于作用在阀内部的总的反压力的关闭力，使打开阀门。附加的弹簧有助于增大关闭力。当需要测定输出磨料罐3的磨料时，主空气通过开关和控制调节器的作用进入到阀的致动器20a的“打开”侧，从而将阀打开。
虽然这种改进的结构适合于图2或图4所示的设备，但为清楚起见，仅在图4中配置有这种结构，在该图中，开关被指定为35，控制调节器为36。
图3和图4大体上显示出了包括有气动(或选用液压或电动)控制阀8、20和37及水泵13的设备，这些阀能提供非常快的响应时间，提高了安全性，并易于进行操作控制，特别是在水下作业深度很深时。
因此，在图1和图2中的压缩空气总开/关控制阀6在图3和图4中被一常闭阀6′所代替，它由开/关系统27控制打开和关闭。同时，当开关27置于“开”的位置时，所有其它的控制开关均变为“接通”位置。
手控自动控制开关28隔断遥控先导调节器24和25(remotepilotregulators)，使手动先导调节器24a和25a进行工作，反之亦然。这样，在每一次操作一个调节器前，就不需要关闭另一个调节器了。控制开关29起致动器的作用。
泵的on-off开关30连同自动关闭常闭阀31一起保证了当系统开关27处于“关”位置时停止工作，并且还使泵得到了单独的控制。
为进一步便于操作，在图3和图4所示的设备中增设了促进研磨料从磨料罐3中稳定流出的装置。这样，阻流开关32连同控制操作器33及常开分流阀34一起构成了能使阀8在正常工作的情况下，当发生罐3中研磨料流出故障时而关闭的装置，以便施加充足的空气压力促进磨料流出。当开关32处于“节流”位置时，控制操作器33可以使阀34打开，而使阀8关闭。
磨料开关35和调节器36将空气提供给常闭阀20(图4)的气动致动器的“打开”侧(下侧)，给由37a(图3)或22(图4)所施加到致动器的“关闭”侧(上侧)的该致动器提供反压，使阀打开。
备用的安全截流阀37以与上述的阀20相似的方式操作，其也可以是图4所示的普通的常闭阀。在该设备中还使用了安全联锁装置，使只有在系统压力(A)高于喷嘴22的周围压力时，信号才能通过阀20和37(图3的情况)或通过阀37(图4的情况)而打开它们。联锁装置可采用差动先导压力开关38(图3)或采用先导开关38和压力开关39(图4)，或其它类似的开关。
如图3所示的例子，类似的安全联锁开关38A设置在压缩空气输送管道的“on-off”开关27上，以防止系统的任何部分工作-除非进气管道2的压力高于喷嘴22周围的压力。
图5更详细地示出了混合区1的结构。混合区一般为园筒形，其直径与空气管2的直径大体相同。供水管(箭头X所示)与Y型支管16连通，使水从侧部进入混合区，冲击从磨料罐3进入到入口区域10中的研磨气流。在Y型支管上没有装设雾化喷头。
按照本发明，已经描述过的扰动和其它因素能使研磨粒润湿，以致于研磨气流能在混合区的排放区17输出。
最好阀20或/和37使用“发生故障自动关闭”阀，一旦发生总压缩空气的供给中断时，该阀用所具有的足够强度的关闭弹簧来保持关闭。该阀由附图6-10显示，并将参照图3加以说明，图3示意地表示了这样的阀及与之有关的控制。
参照图6至图10，该阀由橡皮套管‘e’构成，橡皮套管‘e’紧紧地置于构成整个阀体的两个同轴相对设置的阀室‘a’和‘b’之间。橡皮套管的长度略大于其所位于的两个阀室的长度之和，以使其总是受到轴向压力。
橡皮套管‘e’的外径与阀体中阀室的内径相同或略大于阀室的内径，以产生适度的压配稀Ｏ鹌ぬ坠艿牧蕉耸瞧降模⒂敫锰坠艿耐状怪薄 阀体中每个阀室的底部‘0’最好加工成锥形，与水平成5°-10°的角，以便在该部件装配好后能对橡皮套管的两端施加恒定的“夹紧”或“变形(set)”力。最大的夹紧力将会朝着橡皮套管的通孔方向及离开该套管轴线的加工面施加。
因此，当橡皮套管受到内部力或外部力，或受到该两种力时，橡皮套管的端部将会对着阀室的端部保持密封。
对于重力排放物料，通常应使阀组件与阀室垂直安装，如图6所示，使阀体的一半‘a’位于下部，另一半‘b’位于上部，对于靠泵或压力排放物料，阀组件可以沿任何平面安装。
如图7所示，一个或者两个阀室的内表面或连通表面被做成带有圆角的矩形，该矩形具有足够的深度，以使当阀体的两个阀室用螺栓固定在一起时能给夹头‘c’、‘d’以合适的间隙，正如附图所显示的那样。夹头‘c’、‘d’可采用滚柱的形状。
当套管‘e’固定到阀体的两个阀室上时，夹头位于套管相对的两侧。
气压致动器‘k’(图3中的20a)是通用产品(也可选用普通的电力或液压致动器)。如图所示，它被支承杆‘n’固定在外壳部件的一侧。运动方式为，当致动器不动作时，致动器轴‘j’可运动(伸展)一段比套管‘e’内腔的直径要长的距离，以推动夹头‘d’再次地压缩套管使其关闭，紧紧地密封管口或通过套管的通道。
弹簧‘m’环绕着致动器轴‘j’并顶靠在定位件‘l’上。弹簧在压缩状态下有足够的力，使致动器不工作时能克服作用在套管通道上的工作压力的合力及套管压缩时所固有的阻力，完全地推动轴‘j’伸展，关闭套管通道。
如图3所示，双动式的致动器可选用来提供附加的动力，用以在很高的工作压力条件下来伸展致动器轴。
致动器的设计应使当动力施加到致动器上、去缩回该轴时，它能克服弹簧力‘m’、完全地缩回轴‘j’，使套管回复到完全打开通道的状态。该状态是致动器‘k’处于被驱动状态或“工作状态”，如图6和图7所示。
夹头‘c’由人工操作手轮‘g’(图3中序号69)进行控制，手轮上带有一刻度盘‘p’和指针(图8所示)。手轮可旋转带螺纹的手轮轴‘f’穿过安装在阀体‘a’、‘b’侧部的轴支承‘h’。轴支承‘h’是通过沿阀体延伸的支承杆‘i’支承的。一般螺距为1mm。如果需要，轴支承也可以选用与阀体做为一体的结构或直接安装在阀体上的结构。
手轮轴‘f’用普通螺旋的形式顶靠着夹头‘c’，因此，当手轮顺时针旋转时，轴‘f’将夹头‘c’推到套管‘e’上，当反时针旋转时，它释放夹头的压力，使套管恢复原状。图9所示的是使手轮充分旋转后达到轴‘f’正常行程的50%时的情况，从而限制了所控制的介质所通过的套管通孔的尺寸。
在图10中，手轮保持与图9相同的位置，但致动器已经不工作，轴‘j’和夹头‘d’在弹簧压力下已经被推到充分关闭套管孔的位置。该位置也由图6中的虚线所表示。
只要保持轴‘f’上的螺纹有足够的长度，预先设置套管‘e’的部分关闭位置可以从完全打开的位置到完全关闭的位置之间任意设置。操作人员可根据附加到阀体组件上的线状指示器对准标记，或根据轴‘f’上的标记(未示出)，或如图10所示的情况来得知套管‘e’的关闭程度。也可以使用重力园盘显示器，手轮或把手转一圈，将会移动园盘上的指针走一个刻度，该刻度等于一个螺距的长度。
因此，阀的通孔可进行任意变化，以使流量得以精确的控制。当开关关闭或动力源失灵时，该阀将自动地关闭气紧密封，当开关再次接通时，该阀将再次打开，恢复到预制的通孔大小的位置。
对于高压作业和处理危险品，应在两个轴‘j’和‘f’通过阀体的地方设置密封套或密封装置。
在该发明的设备中，通常将压力计，过滤器F、润滑器L，阀、安全减压阀等以普通的方式设置在合适的位置。在上面没有特别叙述的手动控制阀M以普通的方式设置在自动阀上。热水或汽罩可用在磨料罐、水箱、混合区、水泵和电机等上，可以提高效能，增加水的流动，并能防止在冷天结冰。
本发明设备的安全性和效率比以往所知的任何系统都高得多，并且在一给定的操作过程中可以使用比以往更便宜而且更少量的研磨颗粒。而且，这种设备在喷嘴处的振动很低，对设备产生的反冲力很小，非常适于应用在带有遥控操作的运载装置上。特别是，本发明设备的清理速度与已知系统的清理速度相比，所提高的倍数为8∶1到15∶1，研磨颗粒消耗量与已有的高压系统相比减少15-30倍(由作业深度、需去除或切割的污物或覆盖物的硬度、厚度等因素决定)。
当实施本发明的水下研磨清理或切割设备时，其所体现在各个方面的优点可概述如下(a).推动清理或切割介质作用于待清理或待切割物体上的动力源可由压缩空气或压缩气体提供;
(b).研磨混合物由单一出口输出，通过单一的软管或管道引导研磨混合物由混合区至喷嘴;
(c).空气压缩机既可以设置在设备机体的外部，也可以设置在设备机体的内部进行使用;
(d).研磨混合物的成份配比可以变化，以适应清理或切割任务的要求;
(e).可用手动来调节研磨介质的输送压力和速度，以适应于工作任务的要求及水下操作的深度;
(f).可检测喷嘴处的流体静压力;
(g).可分别或同时自动调节(ⅰ)研磨混合物的配比(ⅱ)混合物的输送压力和速度，以与喷嘴周围的压力相适应;
(h).它可使研磨介质在喷嘴处的输出压力保持在大约100磅/吋2(7kg/cm2)以下，一般在喷嘴周围的压力为30-50磅/吋2(2.1-3.5kg/cm2)(i).检测和控制装置可采用手动、气动、液动或电动的方式进行动作;
(j).喷嘴可由潜水员掌握进行操作控制，或采用同样方便灵活的遥控运载装置进行操作，而不需要推进器或振动放大器(thrustorvibrationcompensators);
(k).空气由压缩机或外部供气源提供，液体由泵提供，研磨粒由压力容器提供。混合区的入口或出口设有手动致动阀或自动致动阀，用以分别地关闭入口或出口;
(l).在(k)中所述的关闭阀以下述方式进行控制，即，一旦当系统的输送压力下降到低于喷嘴周围的压力时，该阀将自动关闭，从而防止了当推进物的流动或压力不足以克服周围的压力，或当该设备不工作或压力降低时，湿空气或水回流到该设备中。
(m).它可以使像混凝土这样的产品〔通常用于水下石油或天然气输送管道作为全部环绕的大约3″-4″(75mm-100mm)厚的保护套和公知的“重力覆盖层(Weightcoating)”〕能被安全、有效地切割，留下一个相当干净、完整的切边，以便于采用手工或机械装置，按要求分成一段或多段、完全地去除这样的覆盖层。
权利要求
1.用于研磨清理或/和研磨切割的设备，它包括用于将研磨粒、空气和一种液体混合成研磨混合物的混合区；用于向待清理或/和切割表面排放混合物气流的喷嘴；将混合区和喷嘴连接起来、用于将研磨气流输送到喷嘴的管道，其特征在于用于向混合区输送研磨粒、空气和液体的装置的工作方式为，混合后的研磨气流中至少部分研磨粒的表面由液体润湿，用空气或空气/液体喷雾作为载送体输送研磨粒。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于混合区具有用于接收夹带着研磨粒的空气流的第一入口和位于第一入口下游、用于接收所提供的液体的第二入口。
3.按照权利要求2所述的设备，其特征在于第二入口安装成，使通过该入口的液体撞击载运着研磨粒子的空气流，使液体分散成大小基本上与研磨粒尺寸相同的液滴。
4.按照上述任何一项权利要求所述的设备，其特征在于在工作中混合区具有压力。
5.按照上述任何一项权利要求所述的设备，其特征在于将研磨粒和空气输入到混合区的装置包括压缩空气管和由压缩空气管分出的支管，支管进入盛装研磨粒的压力容器，并携带着研磨颗粒从压力容器出来，在液体输送入口的上游位置再次与空气管道会合。
6.按照上述任何一项权利要求的所述的设备，其特征在于向混合区输送液体的装置包括一气动泵。
7.按照上述任何一项权利要求，其特征在于阀装置可被用来控制研磨颗粒，空气，液体和研磨气流中任何一种物质的流动，阀装置由安装在阀室内的弹性软管及可全部地或部分地压缩该软管的装置组成，弹性软管在纵向压力作用下适当地卡在阀室内，由该弹性软管朝着阀室内的支撑面的扩展而固定，这样的设置可使在操作过程中相应的可流动介质能通过软管，阀室内的支撑面设置成至少一部分表面作用于软管，软管的固定表面远离软管的轴线。
8.按照上述任何一项权利要求所述的设备，其特征在于该设备用于表面的水下清理或/和切割。
9.按照权利要求8所述的设备，其特征在于该设备具有可按喷嘴的水下作业深度，手动或自动地调节空气流速或/和混合区压力或/和液体流量的装置。
10.按照权利要求9或10所述的设备，其特征在于在混合区的上游和/或下游设有阀装置，限制或防止由于管道中研磨混合物的倒流而上涨到位于表面的设备中。
11.按照权利要求10所述的设备，其特征在于阀装置可有效地响应喷嘴处的局部流体静压力。
12.按照权利要求10或11所述的设备，其特征在于至少一个阀装置的关闭范围可以调节，并且可以预先设置关闭范围，以便当致动时可以提供所需的关闭程度。
13.一种研磨清理和/或切割的方法，其特征在于由研磨粒、空气和液体混合而成的研磨气流在压力作用下，直接作用在待清理和/或切割的表面上，研磨气流中的研磨粒至少一部分表面被液体润湿，并由空气或空气/液体喷雾作为载送体输送。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于研磨气流中80-100%的液体用来对至少大部分研磨粒进行覆盖，剩下的液体，即使有也很少，用于形成空气/液体喷雾。
15.按照权利要求13所述的方法，其特征在于研磨气流中90-95%的液体用来大体覆盖至少大部分研磨粒，而5-10%的液体用于形成空气/液体喷雾。
16.按照权利要求13到15中任何一项所述的方法，其特征在于研磨气流是在混合区内，由所提供的液体撞击携带着研磨粒的空气流而形成的，以使液体分散成大小基本上与研磨粒的尺寸相同的液滴。
17.一种水下研磨清理和/或切割的方法，其特征在于由研磨粒、空气和液体所形成的研磨气流在压力作用下直接作用在待清理和/或切割的表面上，研磨气流中的心チＶ辽俨糠直砻嬗梢禾迦笫⒂煽掌蚩掌 液体喷雾作为载送体输送，研磨气流的输送压力小于100磅/吋2(7kg/cm2)。
18.用于水下研磨清理和/或切割的装置，它包括将研磨粒、空气和液体混合成研磨混合物的混合区;将混合物气流直射到待清理和/或待切割表面上的喷嘴;将混合区与喷嘴连接、用于输送研磨气流的输送管;其特征在于在混合区的上游和/或下游设置阀装置，以有效地限制或防止由于输送管中的研磨气流的倒流而上涨到位于表面的设备上。
19.阀装置由设置在阀室内的弹性软管及可全部地或部分地压缩软管的装置组成，弹性软管在纵向压力作用下适当地卡在阀室内，由该弹性软管朝着阀室内的支撑面的扩展而固定，这样的设置可使在操作过程中可流动的介质能通过软管，所述的用于压缩软管的装置可预置一个在致动时压缩软管的压缩度。
20.一种水下研磨和理和/或切割的方法，其特征在于清理和/或切割介质是由压缩空气、一种液体和研磨粒所形成的混合物，向待清理和/或切割表面提供该混合物介质的动力是压缩空气。
21.用于水下研磨清理和/或切割的设备，它包括配制清理和/或切割介质的混合区，该介质由压缩空气、一种液体和研磨粒混合而成，该设备还包括将该介质直射到待清理和/或切割表面的输出喷嘴，及将混合区与输出喷嘴连接、用于向喷嘴输送介质的输送管，其特征在于输送管为单一的软管或导管。
全文摘要
本发明为一种特别适用于水下、以相对较低压力的喷嘴19进行研磨清理或切割的设备和方法，在压力混合区1，来自磨料罐3中的研磨料与供气管道2所供给的压缩空气及供水管15所供给的水进行混合，形成研磨气流。该混合区的设置使得研磨气流中至少部分研磨颗粒的表面被液体润湿，被夹带在作为载送体的空气或空气/液体喷雾中进行输送。最好5—10％的液体呈雾化状态，其余的液体用来包覆研磨颗粒的表面。本发明的设备包括能自动致动、切断位于表面位置的设备的阀。
文档编号B43L19/00GK1038425SQ88105289
公开日1990年1月3日 申请日期1988年6月18日 优先权日1988年6月18日
发明者乔治·马尔科姆·弗里沙 申请人:清洁技术有限公司