超高压磨料射流切割工具的设计研究

超高压磨料射流切割工具的设计研究

潘龙光

广州华臻机械设备有限公司广东广州510000

摘要：文章针对超高压磨料射流切割工具的设计进行分析，结合超高压磨料射流切割工具运行原理，从超高压磨料射流切割工具的设计与超高压磨料射流切割工具的应用方面进行深入研究与探索，进而确保切割工具在拥有较强性能的同时，整体结构也有着较强的简洁性。

关键词：超高压；磨料射流；切割工具

随着科学技术的发展，超高压磨料射流切割射流技术快速形成与兴起，并在机械设计过程中逐渐受到人们的关注与重视。同时在机械设计快速发展作用下，也使得超高压磨料射流切割技术在较短时间内快速普及。其中我国较多企业、工厂以及机械设计机构都在针对超高压磨料射流切割工具进行设计与研发，而超高压磨料射流切割工具利用自身的特征与优势，也使得其成为机械设计行业发展的主要目标与方向。

一、超高压磨料射流切割工具运行原理

以现代技术发展为依托，磨料水射流技术逐渐得到了人们的关注与重视，而其主要的运行原理就是利用相应粒度的磨料粒子，如碳化硅、石榴石以及石英砂等物质与高压水射流进行有机融合，并利用磨料粒子高速运行状态下具有的动能与硬度对相关材料进行作用（工具示意图如图1所示），进而实现对物料的切割，而当前最为常见的磨料混合模式就是前混式。

图1切割工具示意图

二、超高压磨料射流切割工具的设计

（一）工具的设计

在针对超高压磨料射流切割工具进行设计过程中，需要结合实际需求主要从动力室、扶正室、传动室、压力旋转密封室以及切割室等方面进行科学合理的设计与规划，其中超高压磨料射流切割工具还需要运用工程船的连接挠性高压线路进行切割，因此在实际设计中需要格外关注与重视。

在设计超高压磨料射流切割工具动力室时，其主要的作用就是对电机、马达等设备进行存放与规划，并针对工具的运行旋转速度进行科学控制[1]。通常情况下，超高压磨料射流切割工具的工作区域经常受到空间等因素的约束与影响，所以应确保超高压磨料射流切割工具具有360°旋转功能与可调节的空间，这就需要使用低速大扭矩马达，其具有体积规模较小、转速较快、可实现无级调速等特征与优势，同时其转速可达到每分钟15转。其在液压系统中，还可结合实际需求使用并联与串联等连接方法。另外，由于其具有较强转动惯性，可在负载状态下快速运行，而在进行正转与反转期间，无需停机处理。

在设计扶正室期间，其主要的作用就是为实现推靠动作提供动力。当推力油缸在运行状态下将自身活塞伸出时，就推动滑动油缸向下运行，而滑动滚轮会不断在扶正室的坡面凹槽中进行移动，这就使得耐磨扶正主体与扶正主体根据滑轨、滑鞋明确的轨道进行运动，进而确保超高压磨料射流切割工具在套管中进行工作时，始终科学保证自身处于管壁的合理位置。

旋转密封室与传动室的作用就是在超高压磨料射流切割工具运行期间，将马达运行过程中形成的所有扭矩船动力全部传输至切割室中，进而为切割室的稳定运行提供良好保障[2]。在设计超高压磨料射流切割工具时，还应进行综合分析，进而明确压缩空气通道位置，其中压缩空气通道的主要功能就是保证磨料射流的四周具有较为完善的空气流保护层，也就是在射流期间，射流出口位置具有较强密封性的空气区间，这可从基础上确保超高压磨料射流切割工具运行效率快速提升。因此针对压缩空气通道的旋转密封进行设计过程中，相关工作人员需要旋转密封耐压力在2PMa以上。另外，只有利用三组合式旋转密封圈才可为压缩空气通道旋转密封功能的实现提供有力支持，而其余位置仅需要根据实际需求选择常见的静密封圈。

切割室中需要具有性能较为完善的高压耐磨喷头、弯头，并具有较强的可旋转能力。而中心高压管则需要放置在超高压磨料射流切割工具的中心轴位置，进而为传递扭矩与高压磨料浆液提供良好的帮助。

（二）超高压磨料射流切割工具的创新

在设计超高压磨料射流切割工具期间，结合现代科技的发展与完善，可从四个方面出发进行创新设计：首先，超高压磨料射流切割工具可利用高压软管具有的柔性为工具的旋转功能提供有力保障。其次，确保超高压磨料射流切割工具内部可承载的压力在200MPa至240MPa之间，这可为其切割效率的提升提供良好基础。再次，超高压磨料射流切割工具可将高压旋转密封功能进行清除处理，进而促进切割工具简洁性快速提升。最后，应保证超高压磨料射流切割工具的旋转单位实现360°无死角旋转。

三、超高压磨料射流切割工具的应用

超高压磨料射流切割工具在使用过程中（如图2所示），工作人员需要将工具科学放置在套管内部，并通过脐带缆将超高压磨料射流切割工具进行悬挂处理，进而缓慢放置到套管最下层。同时液压站开始工作，由液压缸为锁紧结构的运行提供动力，使得超高压磨料射流切割工具与套管内部之间具有较强稳定性，其中液压回路也需要具有自锁能力，进而促进锁紧效果快速提升。接着确保混砂泵与高压泵稳定运行，以此使得磨料射流具有较强的效率[3]。另外，启动马达后，可为切割工具的良好旋转提供动力，这时就是开始正式的切割工作。当切割工作结束时，将混砂泵与高压泵停运处理，而在液压泵的作用下锁紧结构将缩回，这时拉动脐带缆就可将超高压磨料射流切割工具提出套管。

图2实际切割工作

通过设备的实际运用可以发现，其在与套管进行良好固定的同时，工具的旋转与转速也符合设计标准，而密封与高压也符合实际运行需求，因此在机械设计过程中，需要确保超高压磨料射流切割工具符合实际应用的所有需求与标准。

结束语

综上所述，以超高压磨料射流切割技术为基础针对切割工具进行设计时，以动力室、扶正室、传动室等方面为出发点，使得超高压磨料射流切割工具的结构具有较强简洁性，而运行性能却相对较强，这时各种性能也都符合相关标准需求，因此在机械设计行业中超高压磨料射流切割技术有着极为广泛的使用。

参考文献：

[1]王俊姬，鞠少栋，王新涛，王世强.超高压磨料射流切割工具的设计[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2018（07）：168-169.

[2]马认琦，李刚，王超，鞠少栋，刘占鏖，徐鸿飞.250MPa超高压磨料射流井下内切割技术[J].石油机械，2016，43（10）：50-53.

[3]王宗龙，胡寿根，姚文龙，杨升.淹没状态下超高压磨料水射流切割实验研究[J].上海理工大学学报，2015，31（03）：209-212.