3.2 Конструкция инструмента для гидрорезания

Технологические показатели раскроя, режимы и парамет­ры работы установки для гидрорезания находятся в прямой зависимости от ка­чества струи и характера изменения ее гидродинамических параметров по длине, которые главным образом зависят от геометрических особенностей внутреннего профиля сопла. Установлено [14], что параметры внутреннего профиля сопла должны обеспечить три условия течения:

минимальную толщину пограничного слоя потока внутри сопла, уменьшающего толщину турбулентного слоя выходной свободной струи и снижающего взаимо­действие струи с окружающей средой;

уменьшение возможности отрыва пограничного слоя струи, способствующее снижению возмущения цен­трального течения;

уменьшение возможности кавитации, обеспечиваю­щее исключение образования низких давлений внутри сопла, чтобы избежать образования последующего объе­динения пузырьков и разрушения сопла.

Определить функции тока для сопел с различным распре­делением скорости по оси канала можно после предваритель­ной оценки распределения скоростей в различных сечениях сопла.

На практике чаще всего применяют коническо-цилиндрический внутренний профиль, хотя сопла с такой гео­метрией (по сравнению со специально спрофилированными) обладают более низкими коэффициентами истечения, по­скольку сопряжение конической и цилиндрической частей обусловливает образование пограничного слоя потока. Скругление этого перехода позволяет сохранить ламинарный погра­ничный слой, уменьшить гидравлическое сопротивление и турбулентное возмущение около стенок сопла, увеличить зна­чения коэффициента истечения и расхода жидкости, а следо­вательно, интенсифицировать процесс раскроя.

Одним из путей повышения режущих свойств ССЖ и снижения энергозатрат является движение жидкости по архи­медовой спирали [14]. Сопло (рис. 3.2 а) содержит в себе штуцер 1 со сферическим торцом 2, осевым каналом 3 подачи жидкости. На штуцер 1 закреплен держатель 4. В держателе 4 установлен вкладыш 5. В выход­ной части канала 3, выполненного в виде сужающегося конуса, установлен пружинный завихритель 6, сужающийся по ходу движения жидкости.

1

2

а

б

Рисунок 3.2 – Конструкции сопел с улучшенными свойствами

Одним из эффективных методов повышения стойкости сопла является интенсификация процесса образования на внут­ренней его поверхности слоя замороженной жидкости [14].

Конструкция такого сопла (рис. 3.2 б) имеет штуцер 1 с осевым ка­налом 2 подачи жидкости, закрепленный на штуцере 7 держа­тель 3 с полостью 4 и канал 5 подачи хладагента.

В полости 4 установлен конический вкладыш 6 с осевым выпускным каналом 7. Рабочая жидкость, проходя через осе­вой канал 7, охлаждается на внутренней поверхности вклады­ша 6 и образует защитный слой льда. Однако неравномерное охлаждение жидкости на стенках канала приводит к возмуще­ниям внутри струи, что снижает режущие свойства струи жидкости при высоких давлениях.

Сопла изготовляют из искусственных камней – сапфира, алмаза, корунда. Их стойкость составляет 250 – 500 ч, а стоимость – порядка 2 долларов США.

Гаситель энергии струи жидкости является важным элементом в конструкции гидрораскройной установки, он осуществляет торможение водяного потока, устраняет разбрызгивание жид­кости на нижний слой материала и снижает звуковой фон. В качестве поглотителя энергии используются металли­ческие шары, гранитная крошка и т. п. [14]. Устройство гасителя, представленного на рис. 3.3 [14], имеет корпус 1 с вход­ным отверстием 2 для приема струи. Внутренний объем кор­пуса заполнен металлическими шарами 3. Такая конструкция позволяет повысить долговечность и эффективность работы.

Однако одним из недостатков этого технического реше­ния является трудность очистки от загрязнений внутренней полости. При этом накопление продуктов резания снижает пропускную способность устройства, что приводит к вынуж­денной остановке для технического обслуживания.

3

Рисунок 3.3 Конструкция гасителя энергии ССЖ

с металлическими шариками

Наиболее перспективными являются конструкции, ис­пользующие гашение энергии ССЖ, с помощью массы низко­скоростного потока жидкости в направлении движения ССЖ [14]. Такое устройство [14] работает следующим образом (рис. 3.4). Высоконапорная струя жидкости 1, истекающая из сопла 2, разрезает листовой материал 3 и направляется в приемный патрубок 4, попадая в поток низкоскоростной жидкости (пода­ваемый насосом), в котором гасится энергия ССЖ. В отвер­стии приемного патрубка 4 образуется разрежение, способст­вующее снижению звукового фона и разбрызгиванию жидко­сти, улучшающее экологическую и защитную обстановку в процессе работы установки. При этом обеспечивается автоматическое удаление отхо­дов и уменьшение габаритов и массы устройства.

4

Рисунок 3.4 Конструкция гасителя энергии ССЖ

инжекционного типа

Установки для гидрораскроя требуют оснащения уловителями (рис. 3.5) струи жидкости, выполненными в виде емкости, в ко­торой напротив входной конической щели 1 имеется отража­тель 2 с фасонной поверхностью [14]. Такие конструкции, с одной стороны, не вызывают затруднений в изготовлении, а с другой, – не исключают намокание нижнего слоя материала в процессе гашения энергии ССЖ.

Геометрические параметры внутреннего профиля прием­ного патрубка 3 (см. рис. 3.5) гасителя энергии ССЖ позво­ляют повысить качество раскроя технических тканей и улуч­шить экологическую обстановку на раскройной установке. Форма профиля приемного патрубка может быть самой разнообразной – цилиндрической, конической, коноидальной, комбинированной (диффузор) и т. д.

5

Рисунок 3.5 Конструкция гасителя энергии ССЖ

с отражателем

Профиль в виде диффузора позволяет дополнительно провести гашение энергии сверхзвукового потока. Во входной сужающейся части патрубка скорость убывает от сверхзвуко­вой до критического значения в самом узком сечении. Течение в расширяющейся части сопровождается увеличением давле­ния, преодолевая которое частицы жидкости теряют свою скорость. Интенсивность этого явления возрастает с увеличе­нием угла расширения диффузора и сопровождается турбу­лентным перемешиванием потока, отрывом пограничного слоя от стенок, вихреобразованием. Чрезмерное увеличение расширяющегося участка, а, сле­довательно, коэффициента сопротивления может привести к выходу из улавливающего устройства брызг рабочей жидкости и шума.

Использование диффузоров в уловителях струи приводит к следующим результатам. Во-первых, малая конусность входной части обеспечивает плавность входа ССЖ, что ис­ключает образование брызг и тумана из-за отражения струи. Во-вторых, наличие области предварительного торможения сверхзвукового потока позволяет снизить нагрузку на устрой­ство гашения энергии струи, а, следовательно, уменьшить по­лость для гашения энергии ССЖ и продлить срок службы уст­ройства. В-третьих, эффективность, или к.п.д. торможения в расходящемся канале снижает вероятность выхода из устрой­ства улавливания брызг, капель и тумана.

В процессе раскроя технических тканей на сетчатой или ножевой опоре струя жидкости отклоняется от вертикали, что приводит к необходимости увеличения угла захвата приемного патрубка гасителя энергии ССЖ.

   
© ALLROUNDER