喷嘴及其制作方法与流程

1.本发明涉及射孔喷嘴技术领域，尤其涉及一种喷嘴及其制作方法。


背景技术：

2.为实现喷嘴出口端形成圆锥体喷射的散射旋流形态，可有多种方式设计，例如：第一种方式为喷嘴前端开多孔，并通过前端布孔角度使喷嘴前端结构与后端间隙连接并旋转，来获得散射旋流体；第二种方式为喷嘴前端开一个孔，喷嘴外部无旋转机构，只在喷嘴内部增加旋流导槽，来获得喷出流体的加旋散射形态。这两种方式均可以在纯水作为射流介质的高压水射流条件下实现。
3.在工业应用中，进行物体切割、破碎等需求时，纯水作为射流介质容易出现能量不足以完成上述任务的情况，为获得更大喷射能量，需要提高喷射压力，比如切割钢板的纯水介质的超高喷射压力可达到200mpa，这样对泵注设备的要求更高，应用成本昂贵。
4.磨料溶液作为射流介质，来实现物体的切割和破碎，会大大降低泵注压力及泵注设备的要求，如石英砂与水的混合磨料溶液作为射流介质的水刀技术，可实现低于30mpa泵压下对钢板的有效切割。
5.采用磨料溶液作为射流介质的水刀喷嘴，喷射的射流形态通常为直线射流，未能形成圆锥体喷射的散射流体形态，无圆锥面的散射切割能力。上述两种方式可提供散射切割能力的喷嘴，如果使用磨料溶液作为射流介质，在很短时间内，喷嘴会出现严重磨损、报废，并且喷嘴也易被磨料所堵塞，使用寿命大大缩减。
6.形成圆锥体喷射的散射流体形态的喷嘴，使用磨料溶液作为射流介质的情况下，喷嘴的使用寿命较短。因此，现有技术中存在使用磨料溶液作为射流介质的情况下，形成圆锥体喷射的散射流体形态的难度较大的技术问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种喷嘴及其制作方法，以缓解使用磨料溶液作为射流介质的情况下，形成圆锥体喷射的散射流体形态的难度较大的技术问题。
8.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
9.本发明提供一种喷嘴，包括：外钢筒、衬套管、加旋柱体和喷射芯管，所述衬套管固设于所述外钢筒内；所述加旋柱体和所述喷射芯管均固设于所述衬套管内，所述喷射芯管和所述加旋柱体沿所述衬套管的轴向分布且相抵接，所述喷射芯管设有芯管孔，所述加旋柱体设有用于形成旋流的螺旋导槽，所述螺旋导槽与所述芯管孔连通；所述喷射液依次经过所述螺旋导槽和所述芯管孔向外喷射。
10.在优选的实施方式中，所述衬套管与所述加旋柱体均采用硬质合金材料，所述喷射芯管采用金刚石聚晶材料。
11.在优选的实施方式中，所述衬套管与所述加旋柱体所采用的硬质合金材料包含碳化钨。
12.在优选的实施方式中，所述加旋柱体与所述衬套管之间烧结连接。
13.在优选的实施方式中，所述加旋柱体的侧壁设有凹槽，所述衬套管的内壁设有凸块，所述凸块嵌设于所述凹槽中。
14.在优选的实施方式中，所述加旋柱体设有与芯管孔连通的中心通孔。
15.在优选的实施方式中，所述喷射芯管与所述衬套管之间胶结连接。
16.在优选的实施方式中，所述芯管孔包括圆锥孔段和圆柱孔段，所述圆柱孔段连接于所述圆锥孔段的背离所述加旋柱体的一端，所述圆锥孔段的内径，沿所述加旋柱体指向所述喷射芯管的方向逐渐缩小。
17.在优选的实施方式中，所述外钢筒的顶壁设有与所述芯管孔连通的喷射孔，所述外钢筒的顶壁的外壁作喷焊处理。
18.本发明提供一种喷嘴的制作方法，用于制作上述的喷嘴，包括：
19.步骤s10，将所述加旋柱体固接于所述衬套管内；
20.步骤s20，将所述喷射芯管固接于所述衬套管内，并且所述喷射芯管与所述加旋柱体相抵接；
21.步骤s30，将所述衬套管固接于所述外钢筒内。
22.在优选的实施方式中，所述步骤s10包括：先将所述加旋柱体镶嵌于所述衬套管内，再进行烧结。
23.在优选的实施方式中，所述步骤s30中，所述衬套管与所述外钢筒间隙配合。
24.本发明的特点及优点是：
25.磨料溶液流过加旋柱体的螺旋导槽，形成旋流，再流经喷射芯管的芯管孔，向外喷射，形成圆锥体喷射的散射流体形态。
26.外钢筒用于与外部管接箍连接，为了便于加工连接所需的结构，所采用的材料硬度较低。磨料溶液喷射时，会驱使加旋柱体产生旋转的趋势。螺旋导槽通常设于加旋柱体的侧壁，加旋柱体的侧壁的接触面积较小，导致连接强度难以保障。该喷嘴中，设有衬套管，衬套管与加旋柱体可以采用相同或者相似的材料，便于采用具有较高连接强度的固接工艺，这样，衬套管与加旋柱体之间可以保障具有较高的连接强度。衬套管的外壁的面积较大，与外钢管之间具有较大的接触面积，采用间隙配合、胶结或者过盈配合的固接工艺，即可产生较高连接强度。因此，该喷嘴中，可以减少加旋柱体发生旋转，保障加旋柱体的稳定性，有利于延长该喷嘴的使用寿命。
27.由于装配的原因，加旋柱体与喷射芯管之间通常会出现间隙，磨料溶液的压力较大，会通过该间隙向外喷射；由于加旋柱体和喷射芯管均固设于衬套管内，衬套管包围了该间隙，可以阻隔沿该间隙向外喷射的磨料溶液，避免外钢筒受到磨料溶液的冲击而被击穿，以延长该喷嘴的寿命。
28.因此，该喷嘴可以形成圆锥体喷射的散射流体形态，并且缓解了喷嘴使用寿命段的技术问题。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明提供的喷嘴的结构示意图；
31.图2为图1的a-a向的半剖图；
32.图3为图1所示的喷嘴中的外钢筒的结构示意图；
33.图4为图3所示的外钢筒的半剖图；
34.图5为图1所示的喷嘴中的喷射芯管的结构示意图；
35.图6为图1所示的喷嘴中的加旋柱体的结构示意图；
36.图7为图6所示的加旋柱体的俯视图；
37.图8为图7的b-b向的半剖图；
38.图9为图1所示的喷嘴中的衬套管的结构示意图；
39.图10为图9所示衬套管的右视图；
40.图11为本发明提供的喷嘴的制作方法的示意图。
41.附图标号说明：
42.10、外钢筒；101、外钢筒的顶壁；11、喷射孔；
43.20、衬套管；
44.30、加旋柱体；31、螺旋导槽；32、中心通孔；
45.40、喷射芯管；41、芯管孔；411、圆锥孔段；412、圆柱孔段；
46.51、凸块；52、凹槽。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.实施例一
49.本发明提供了一种喷嘴，如图1、图2和图6～图8所示，该喷嘴包括：外钢筒10、衬套管20、加旋柱体30和喷射芯管40，衬套管20固设于外钢筒10内；加旋柱体30和喷射芯管40均固设于衬套管20内，喷射芯管40和加旋柱体30沿衬套管20的轴向分布且相抵接，喷射芯管40设有芯管孔41，加旋柱体30设有用于形成旋流的螺旋导槽31，螺旋导槽31与芯管孔41连通；喷射液依次经过螺旋导槽31和芯管孔41向外喷射。
50.磨料溶液流过加旋柱体30的螺旋导槽31，形成旋流，再流经喷射芯管40的芯管孔41，向外喷射，形成圆锥体喷射的散射流体形态。
51.外钢筒10用于与外部管接箍连接，为了便于加工连接所需的结构，所采用的材料硬度较低。磨料溶液喷射时，会驱使加旋柱体30产生旋转的趋势。螺旋导槽31通常设于加旋柱体30的侧壁，加旋柱体30的侧壁的接触面积较小，导致连接强度难以保障。该喷嘴中，设有衬套管20，衬套管20与加旋柱体30可以采用相同或者相似的材料，便于采用具有较高连接强度的固接工艺，这样，衬套管20与加旋柱体30之间可以保障具有较高的连接强度。衬套管20的外壁的面积较大，与外钢管之间具有较大的接触面积，采用间隙配合、胶结或者过盈
配合的固接工艺，即可产生较高连接强度。因此，该喷嘴中，可以减少加旋柱体30发生旋转，保障加旋柱体30的稳定性，有利于延长该喷嘴的使用寿命。
52.由于装配的原因，加旋柱体30与喷射芯管40之间通常会出现间隙，磨料溶液的压力较大，会通过该间隙向外喷射；由于加旋柱体30和喷射芯管40均固设于衬套管20内，衬套管20包围了该间隙，可以阻隔沿该间隙向外喷射的磨料溶液，避免外钢筒10受到磨料溶液的冲击而被击穿，以延长该喷嘴的寿命。
53.因此，该喷嘴可以形成圆锥体喷射的散射流体形态，并且缓解了喷嘴使用寿命段的技术问题。
54.外钢筒10的外壁设有螺纹，可以通过螺纹丝扣完成与其他管接箍的高压密封连接。如图3和图4所示，外钢筒10的底端呈贯通状，以方便将衬套管20、加旋柱体30和喷射芯管40装入外钢筒10内；外钢筒10的顶端具有顶壁，衬套管20和喷射芯管40与顶壁的内壁抵接，顶壁上设有喷射孔11，喷射孔11与芯管孔41连通。在本发明的一实施方式中，外钢筒的顶壁101的外壁作喷焊处理，保证该喷嘴在高压磨料工作中，外钢筒的顶壁101有耐磨性能，延长该喷嘴使用寿命。
55.喷射芯管40靠近外钢筒10的顶端，加旋柱体30靠近外钢筒10的底端，喷射芯管40和加旋柱体30需从外钢筒10的底端装入。该喷嘴中，可以先将加旋柱体30装入衬套管20中，完成加旋柱体30与衬套管20之间的固接后，再将喷射芯管40转入衬套管20中，这样，方便在加旋柱体30与衬套管20之间实施具有较高连接强度的固接工艺。完成将加旋柱体30和喷射芯管40固接到衬套管20后，再一起将衬套管20安装到外钢筒10中。
56.如图6所示，螺旋导槽31设于加旋柱体30的侧壁，射流介质与衬套管20和加旋柱体30接触。在本发明的一实施方式中，衬套管20与加旋柱体30均采用硬质合金材料，喷射芯管40采用金刚石聚晶材料。
57.进一步地，衬套管20与加旋柱体30所采用的硬质合金材料包含碳化钨。优选地，碳化钨的含量大于90％，例如：包含94％的碳化钨和6％的钴。
58.外钢筒10可以采钢材制作，衬套管20和加旋柱体30采用硬质合金，硬度较高，外钢筒10与衬套管20之间可以采用过盈配合、胶结或者间隙配合；优选地，外钢筒10与衬套管20之间采用间隙配合，以方便装配，由于外钢筒10与衬套管20之间具有较大的接触面积，可以保障外钢筒10与衬套管20之间的连接强度。
59.加旋柱体30与衬套管20之间实施具有较高连接强度的固接工艺，在本发明的一实施方式中，加旋柱体30与衬套管20之间烧结连接，可以保障加旋柱体30与衬套管20之间具有较高的连接强度。
60.喷射芯管40采用金刚石聚晶材料，硬度较大，在本发明的一实施方式中，喷射芯管40与衬套管20之间胶结连接，以在保障连接强度的情况下，降低了装配的难度。
61.在本发明的一实施方式中，如图1、图6、图9和图10所示，加旋柱体30的侧壁设有凹槽52，衬套管20的内壁设有凸块51，凸块51嵌设于凹槽52中。可以使凹槽52与凸块51镶嵌安装后，进行整体烧结固定，这种镶嵌烧结方式不仅提高固化牢靠性，使其克服了衬套管20与加旋柱体30受旋流液反向旋转力影响，而且加强了加旋柱体30对射流液的旋流效果，使喷射性能显著提高。
62.在本发明的一实施方式中，加旋柱体30设有与芯管孔41连通的中心通孔32，这样，
使输入端的射流液一部份受螺旋导槽31加旋影响形成旋流散射形态流出，一部份直接通过中心通孔32直线流出。旋流散射形态流出的射流液实现圆形扩散切割能力，直线射流液实现居中刺穿破碎能力，破除被切割物体的中心物质，从而实现喷射液具有圆形散射面的破除切割能力。优选地，中心通孔32在加旋柱体30的轴线处开设。
63.在本发明的一实施方式中，如图5所示，芯管孔41包括圆锥孔段411和圆柱孔段412，圆柱孔段412连接于圆锥孔段411的背离加旋柱体30的一端，圆锥孔段411的内径，沿加旋柱体30指向喷射芯管40的方向逐渐缩小。制作该喷射芯管40时，可以在整块圆柱体上按参数衍磨成后端圆柱孔段412、前端圆锥孔段411的芯管孔41，通过喷射芯管40使旋流液在圆锥孔段411处加压后，通过圆柱孔段412加速喷射出散射形态的射流液。
64.该喷嘴通过内置的固定的加旋柱体30，使通过的快速液体形成加速旋转，所提供的射流形态为加旋的圆锥散射形态，实现切割能力的强力流体。喷射芯管40采用金刚石聚晶材料，有利于保证喷射耐用寿命；衬套管20、加旋柱体30和喷射芯管40的组合结构，实现射流液旋流形态及轴向内壁的耐磨保护性能，从而满足在高压磨料水射流条件下喷射形成旋流散射形态，实现对岩石、钢材等致密材质的破碎钻进，同时提供性能稳定的超长使用寿命。
65.实施例二
66.本发明提供了喷嘴的制作方法，用于制作上述的喷嘴，如图11所示，该喷嘴的制作方法包括：步骤s10，将加旋柱体30固接于衬套管20内；步骤s20，将喷射芯管40固接于衬套管20内，并且喷射芯管40与加旋柱体30相抵接；步骤s30，将衬套管20固接于外钢筒10内。
67.该制作方法所制作的喷嘴，设有衬套管20，衬套管20与加旋柱体30可以采用相同或者相似的材料，便于采用具有较高连接强度的固接工艺，这样，衬套管20与加旋柱体30之间可以保障具有较高的连接强度。衬套管20的外壁的面积较大，与外钢管之间具有较大的接触面积，采用间隙配合、胶结或者过盈配合的固接工艺，即可产生较高连接强度。因此，该喷嘴中，可以保障加旋柱体30具有较高的连接强度，减少加旋柱体30发生旋转，提高了加旋柱体30的稳定性，有利于延长该喷嘴的使用寿命。
68.加旋柱体30和喷射芯管40均固设于衬套管20内，衬套管20包围了该间隙，可以阻隔沿该间隙向外喷射的磨料溶液，避免外钢筒10受到磨料溶液的冲击而被击穿，以延长该喷嘴的寿命。
69.因此，该喷嘴可以形成圆锥体喷射的散射流体形态，并且缓解了喷嘴使用寿命段的技术问题。
70.在本发明的一实施方式中，步骤s10包括：先将加旋柱体30镶嵌于衬套管20内，再进行烧结。
71.具体地，可以喷先将加旋柱体30镶嵌、烧结方式固定衬套管20内侧一端，再将喷射芯管40配合胶结于衬套管20内另一端，形成完全包裹的复合的喷嘴内芯组件，再将喷嘴内芯组件固定于外钢筒10内部。衬套管20完全包裹了加旋柱体30及金喷射芯管40，衬套管20对喷射芯管40与加旋柱体30间的安装间隙进行保护，从而提高磨料状态下组件间缝隙的防刺穿能力，实现高压磨料状态下长寿命应用。
72.在本发明的一实施方式中，步骤s30中，衬套管20与外钢筒10间隙配合，以方便装配，并且外钢筒10与衬套管20之间具有较大的接触面积，可以保障外钢筒10与衬套管20之
间的连接强度。
73.以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。