一种自增压水射流发生方法及系统与流程

本发明涉及水射流领域，具体涉及脉冲射流技术。

背景技术

高压水射流技术是一种正在快速进步、用途很广并在不断拓展新应用领域的技术，在清洗、切削、抛光、冷却等多种加工领域，高压水射流表现出极强的适应能力和独特的优势。脉冲射流是一种新型高效的射流技术，实验表明，其冲击力是连续水射流滞止压力的1.5~2.5倍，与连续射流相比，脉冲射流大大提高对靶体材料的冲击破坏作用。而脉冲射流的驱动压力是脉冲射流的重要影响因数，因此，脉冲射流压力的研究尤为重要。

随着高压水射流技术的不断发展,高压水射流设备包括脉冲射流渐渐向高压力、智能化、系列化、专业化、模块化方向发展。但脉冲射流是间断性发射，且在现有技术中，脉冲射流压力施加较为困难，为了达到压力增加，往往需要额外增加动力系统提供动力，结构复杂。为了促进脉冲水射流的效率与应用范围，故设计一种自增压式脉冲射流发生方法十分有必要。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中脉冲水射流压力相关的问题，目的在于提供一种自增压式脉冲射流发生方法及系统，通过合理地设计高压泵、控制装置与增压装置的各腔室以及管路连通关系，只要在高压泵持续输出高压水情况下，就自行能达到射流的脉冲增压。

本发明的技术方案如下：

本发明首先提出一种自增压水射流发生方法，其通过高压泵、控制装置和增压装置实现。本方法是通过高压泵不断注入高压水到控制装置和增压装置，高压水使控制装置的各腔产生压力差，推动控制阀芯移动来控制进入增压装置的水体，使增压装置的各腔产生压力差，使增压装置中的活塞运动，活塞运动又影响控制装置和增压装置各腔体水流出入口的开闭，进而反过来改变控制阀芯的压力状态，使控制阀芯和活塞相互作用，形成连续的往返运动，高压水在增压装置中实现自增压，并经由喷嘴脉冲射流喷出。

本方法具体实现包括以下步骤：

1、高压泵将水泵入控制装置的控制阀上腔和增压装置的冲击下腔，在控制阀上腔的高压水压力下，控制阀芯被压在下止点位置，活塞在冲击下腔高压水作用下向上运动，同时增压装置的冲击上腔被压缩，其内低压水依次经过控制装置的阀芯腔、阀芯孔到达控制阀中腔，再经高压管路通过增压装置的入水口进入增压上腔，增压上腔内多余水流经排水孔排出。

2、增压装置的活塞向上运动，当活塞底部运动到入水口位置上方，入水口与增压上腔的连通被切断，水流则流进活塞底部之下的增压下腔，在增压下腔内聚集。

3、当增压装置的活塞继续向上运动至冲击下腔与控制阀下腔连通位置，高压水经由冲击下腔进入控制阀下腔，由于控制阀下腔横截面积大于控制阀上腔横截面积，在压差作用下控制阀芯上移，此时水流持续在增压下腔内聚集。

4、当控制阀芯上移至阀芯孔与控制阀上腔连通位置，高压水通过阀芯孔进入阀芯腔，通过高压管路到达增压装置的冲击上腔，由于冲击上腔横截面积大于冲击下腔横截面积，在压差作用下活塞下移，此时冲击下腔的高压水通过阀芯孔进入阀芯腔，通过高压管路到达增压装置的冲击上腔，形成差动连接。

5、增压装置的活塞向下运动，当增压活塞底部运动到入水口位置下方，入水口与增压下腔的连通被切断，增压下腔内聚集的高压水在活塞压力作用下经喷嘴加速喷出。

6、当增压装置内活塞下移至冲击下腔与控制阀下腔的连通断开时，控制阀下腔失去高压水的压力，在控制阀上腔高压水作用下控制阀芯向下移动。

7、当控制阀芯移动至下止点，完成一次冲程回程，系统在高压水继续作用下进入第二次脉冲循环。

进一步，本发明提供一种实现上述自增压水射流发生方法的系统，其包括高压泵、控制装置和增压装置，其中：

所述控制装置为一个液压阀，其在控制阀芯与外壳之间依次设置上、中、下三个腔，在控制阀芯内设置一个阀芯腔，控制阀上腔与控制阀下腔存在横截面积差，控制阀下腔横截面积大于控制阀上腔横截面积。

所述增压装置在外壳内设置有活塞。所述活塞与外壳之间从上至下依次形成有冲击上腔、冲击中腔、冲击下腔、增压上腔和增压下腔五个腔，冲击上腔和冲击下腔的面积差大于增压下腔。增压装置外壳下部设置有入水口，入水口由活塞的运动与增压下腔和增压上腔选择性连通，增压装置外壳下部与增压上腔对应的位置设置有排水口。

控制阀上腔通过管路与高压泵和冲击下腔连通，控制阀中腔通过管路与冲击中腔连通，并在它们之间的管路上接出管路连接到增压装置的进水口，控制阀下腔通过管路与冲击下腔或冲击中腔选择性连通，阀芯腔通过管路与冲击上腔连通，且阀芯腔在控制阀芯移动过程中通过阀芯孔与控制阀上腔或控制阀中腔选择性连通。

本发明提出的自增压式脉冲射流发生方法及系统，是针对脉冲射流是间断性发射且脉冲射流压力施加较为困难的难题，利用高压泵、控制装置、增压装置实现自增压式脉冲水射流，利用高压泵中高压水不断注入来控制阀芯的上下移动与对增压装置中活塞的冲程与回程过程的控制，实现脉冲射流自增压过程，脉冲增压效果好，其不需要额外的动力系统提供动力就能实现自增压过程，过程简单，省掉了许多繁琐的流程环节，人为操作少，有利于提高脉冲水射流的效率与应用范围。

附图说明

图1为本发明的自增压式脉冲射流发生装置的一种结构的示意图；

图2为本发明的活塞回程过程原理图；

图3为本发明的阀芯上移过程原理图；

图4为本发明的活塞冲程过程原理图；

图5为本发明的阀芯下移过程原理图；

注：图中腔、管内黑色为高压水，白色为低压水。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细描述。优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

参见图1所示是实现本发明自增压式脉冲射流发生方法的一种具体的系统结构，该系统由高压泵1、控制装置2和增压装置3三部分构成。

本实施例中，控制装置2是一个液压控制阀，其包括阀套201、控制阀芯202、阀盖203、阀芯腔接口204、控制装置上接口205、控制装置中接口206、控制装置下接口207、高压软管209以及密封组件、螺栓联结组件等。

对于控制装置2，其阀套201内部安装控制阀芯202，两者之间设置有三个腔体，分别为位于上方的控制阀上腔2a，位于中部的控制阀中腔2b和位于下方的控制阀下腔2c。其中控制阀上腔2a通过阀套201外部设置的控制装置上接口205与外部管路连通，控制阀中腔2b通过阀套201外部设置的控制装置中接口206与外部管路连通，控制阀下腔2c通过阀套201外部设置的控制装置下接口207与外部管路连通。

并且，设计控制阀上腔2a与控制阀下腔2c存在横截面积差，控制阀下腔2c横截面积大于控制阀上腔2a横截面积。控制阀芯202在两个腔的压力差作用下做上下往返运动，并通过连通作用实现高低压水的交换。

对于控制装置2，其控制阀芯202内设置有阀芯腔2d，侧壁设阀芯孔208，两者垂直布置。阀芯腔2d通过阀套201上方设置的阀芯腔接口204与外部管路连通。阀芯孔208在控制阀芯202位于上止点位置时与控制阀上腔2a连通，在控制阀芯202位于下止点位置时与控制阀中腔2b连通。

在实际产品中，阀盖203与阀套201连接，当控制阀芯202位于下止点位置，控制阀芯202下端与阀盖203接触。

对于上述控制装置，由于控制阀上腔2a与高压泵入水口相连，高压水进入控制阀上腔2a，给与控制阀芯一个向下的压力；当控制阀芯移动到上止点位置，控制阀上腔2a与阀芯腔2d连通，高压水进入阀芯腔2d，阀芯腔2d通过管路连接增压装置的上压力区-冲击上腔3a，进而将高压水输送到工作缸的上压力区；由于控制阀中腔2b与增压装置的入水口连接，当控制阀芯移动到下停点位置，控制阀中腔2b与阀芯腔2d连通，阀芯腔2d中的水通过控制阀中腔2b经入水口、排水孔流出。当活塞移动到控制阀下腔2c与冲击下腔3c连通位置，高压水通过冲击下腔3c到达控制阀下腔2c，给与控制阀芯一个向上的压力。

本实施例中，增压装置3是活塞增压机构，其包括上缸体301、中缸体302、下缸体303，三者连为一体，缸体内装有活塞304。

其中，活塞304在上缸体301露头，穿过中缸体302，在下缸体303露头。

较好的设计是，在上缸体301内设置弹性结构305，对活塞304运动起缓冲作用或进一步提供额外动力，弹性结构可以采用如设置弹性体、机械弹簧或氮气弹簧等实现。

本实施例中，中缸体302与活塞304之间也设置有三个腔体，分别为位于上方的冲击上腔3a，位于中部的冲击中腔3b和位于下方的冲击下腔3c。冲击上腔3a与冲击下腔3c存在横截面积差，冲击上腔3a横截面积大于冲击下腔3c横截面积，在辅助水压控制装置控制下活塞上下部分产生水压压力差，从而实现活塞的重复往返运动。

其中冲击上腔3a与中缸体302外部设置的增压装置1号接口308连通，冲击中腔3b与中缸体302外部设置的增压装置2号接口309连通，冲击下腔3c与中缸体302外部设置的增压装置3号接口310、增压装置4号接口311连通。

本实施例中，增压装置1号接口308通过高压软管与阀芯腔接口204连接；增压装置2号接口309通过高压软管与控制装置中接口206和增压装置入水口312连接；增压装置3号接口310通过高压软管与控制装置下接口207连接。

在活塞304移动到一定位置时，增压装置3号接口310与冲击下腔3c连通，增压装置4号接口311通过高压软管与高压泵1、控制装置上接口205连接。

在活塞304向上运动过程中，增压装置3号接口310与冲击下腔3c联通，高压水从冲击下腔3c进入控制阀下腔2c。

本实施例中，下缸体303设置有入水口312、排水孔306和喷嘴307。入水口312的位置低于排水孔306，喷嘴307在下缸体303底部。

本实施例中，下缸体303与活塞304之间设置增压上腔3d，活塞底部在入水口312之上时，多余水分在增压上腔3d内聚集经排水孔306流出。另外，下缸体303下方设置有增压下腔3e，增压下腔3e半径与活塞304底部半径一致，增压活塞底部在入水口312之下时，断开入水口312与增压下腔3e的连通，此时增压下腔3e只有底部的喷嘴连通外部，在活塞向下压力下，增压下腔3e内水加速经喷嘴喷出。采用以上系统实现自增压式脉冲射流发生方法可以用图2、图3、图4和图5的几个过程进行显示：

参见图2，此为活塞回程过程，具体为，高压泵1的高压水注入控制阀上腔2a和冲击下腔3c，控制阀芯202被压在下止点位置；由于冲击下腔3c内有高压水压力，活塞304向上运动，使冲击上腔3a内低压水依次经过阀芯腔2d、阀芯孔到达控制阀中腔2b，再由控制阀中腔2b到达入水口312经排水孔306排出。

参见图3，此为控制阀芯上移过程，经过图2过程，当活塞304运动至图示位置时，高压水进入控制阀上腔2a、控制阀下腔2c和冲击下腔3c。由于控制阀芯的上下轴肩面积不同，控制阀芯在压力差作用下上移，此时活塞304的底部在入水口312之上，水流进入在增压下腔3e，在其内聚集。

参见图4，此为活塞冲程过程，经过图3过程，当控制阀芯升至上止点位置时，控制阀上腔2a与阀芯腔2d连通，高压水进入冲击上腔3a，虽然冲击上腔3a与冲击下腔3c都充满高压水，但由于活塞的上下轴肩面积不同，在压力差作用下活塞加速下移。同时，冲击下腔3c高压水通过控制阀上腔2a进入阀芯腔2d，最后进入冲击上腔3a，形成差动连接。当活塞304底部运动到入水口312之下时，断开入水口312与增压下腔3e的连通，此时增压下腔3e只有底部的喷嘴连通外部，受活塞304作用，将增压下腔3e内水加速经喷嘴喷出，形成高压脉冲射流。

参见图5，此为控制阀芯下移过程原理图，经过图4过程，当活塞304运动至图示位置时，控制阀下腔2c与冲击下腔3c不再连通，而是与冲击中腔3b连通，控制阀下腔2c内为低压水，控制阀上腔2a内为高压水，因此在压力差作用下控制阀芯向下移动，完成一个循环。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。