ES2930403T3

ES2930403T3 - Cabezal abrasivo de múltiples boquillas

Info

Publication number: ES2930403T3
Application number: ES19162187T
Authority: ES
Inventors: Jirí Mestánek; Zdenek Ríha
Original assignee: Ustav Geoniky Av Cr V V I; PTV sro
Current assignee: Ustav Geoniky Av Cr V V I; PTV sro
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2022-12-12
Anticipated expiration: 2039-03-12
Also published as: EA201990490A3; CZ2018124A3; US20190283213A1; RS63840B1; CZ307860B6; EP3539721A1; US11396084B2; EA201990490A2; EP3539721B1; PL3539721T3

Abstract

Cabezal abrasivo multichorro para limpieza/eliminación de superficies de materiales y división/corte de materiales mediante un haz de líquido (21) enriquecido con partículas abrasivas sólidas (94) con un perfil uniforme de velocidad y densidad que permite aumentar la potencia de corte con un haz de corte más eficiente uso. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cabezal abrasivo de múltiples boquillas

Campo de la técnica

La solución técnica se enmarca dentro del área de la hidráulica. El objeto de la patente es una herramienta para limpiar/eliminar superficies de materiales y dividir/limpiar materiales con un haz de líquido enriquecido con partículas abrasivas sólidas. En particular, la invención se refiere a un cabezal abrasivo de múltiples boquillas según el preámbulo de la reivindicación independiente 1, siendo conocido tal cabezal por el documento CN 206967310 U.

Estado de la técnica

El cabezal abrasivo con admisión de gas y material abrasivo actualmente en uso está compuesto únicamente por una sola boquilla de líquido, cámara de mezcla y boquilla abrasiva. Los componentes mencionados anteriormente se colocan uno tras otro según el eje de la herramienta de manera que el haz de líquido a alta velocidad formado por una boquilla de líquido pasa a lo largo del eje de la herramienta. La boquilla de líquido está diseñada para convertir la energía de presión en energía cinética, creando así el haz de líquido a alta velocidad mencionado anteriormente. El delgado haz de líquido pasa por el centro de la herramienta o por otras partes del cabezal abrasivo. El movimiento del haz a través del centro de la cámara de mezcla da como resultado la admisión de gas y material abrasivo en la cámara de mezcla. El gas y las partículas abrasivas se aceleran aquí por el movimiento del haz de líquido a alta velocidad. Puede utilizarse aquí agua como líquido. Puede usarse aquí aire como gas. La mezcla creada de líquido, gas y partículas abrasivas continúa fluyendo para pasar a través del centro de la boquilla abrasiva. Se logra una aceleración adicional del gas y las partículas abrasivas por la acción del haz de líquido a alta velocidad que fluye en el interior de la carcasa de la boquilla abrasiva, que está formada en gran medida por un cono de entrada vinculado con la forma de la cámara de mezcla situada aguas arriba, y una abertura cilíndrica larga. En la sección cilíndrica del cabezal abrasivo se crea un perfil de alta velocidad de la mezcla descrita de líquido, gas y partículas abrasivas. La desventaja de la solución actual, como las patentes EP 2853349A1, EP 0873220B1 o Us 2016/0129551A1, es una configuración fuertemente centrada del perfil de velocidades. La Solicitud checa de invención CZ PV 2014-754, que describe el cabezal abrasivo en un diseño clásico con énfasis en la geometría de la cámara de mezcla, se enfrenta a un problema similar. La forma de la cámara de mezcla está diseñada para minimizar la degradación de las partículas abrasivas. Esto aumenta la eficiencia del corte. Con todos los diseños de cabezales de boquilla conocidos hasta el momento, la mayor velocidad de las partículas se alcanza en el centro de la sección cilíndrica de la boquilla abrasiva, donde se encuentra el haz de líquido. La velocidad de la mezcla decrece entonces rápidamente hacia la pared de la sección cilíndrica de la boquilla abrasiva. Esta forma del perfil de velocidades está determinada por la distribución de la propia mezcla en la sección cilíndrica de la boquilla abrasiva. La forma del perfil de velocidades del cabezal abrasivo de boquilla única es rotacionalmente simétrica, con un pico significativo alrededor del eje de la herramienta. Como ya se ha dicho, el haz de líquido pasa por el centro de la sección cilíndrica de la boquilla abrasiva. El gas fluye en torno a las paredes de la sección cilíndrica de la boquilla abrasiva. Una partícula abrasiva situada cerca del centro de la sección cilíndrica es entonces acelerada eficientemente hasta una velocidad muy alta (700 m por segundo o más). Una partícula abrasiva situada cerca de la pared de la sección cilíndrica de la boquilla abrasiva es entonces acelerada significativamente menos (hasta una velocidad de 150 m por segundo e inferior), casi sin contribuir al proceso de corte efectivo. Estas partículas aceleradas a velocidades más bajas disminuyen, por consiguiente, la propia eficiencia de corte del cabezal abrasivo en cuestión. El perfil de velocidades central descrito de la mezcla, con la distribución de densidades de mezcla indicada que tiene su densidad máxima en el eje de la abertura cilíndrica, parece ser desventajoso en términos del ángulo de eficiencia de corte. Una desventaja significativa de las soluciones actuales es también el flujo de gas de recirculación que se crea a medida que el haz de líquido pasa a través de la herramienta. El flujo de recirculación a menudo lleva las partículas abrasivas hasta la boquilla de líquido, dañándola junto con otras partes del equipo. Este fenómeno se observa en la Figura 8A.

El documento DE 2928698 presenta un estado tecnológico cercano. Este documento describe un equipo que puede contener más boquillas de líquido cuyos haces, sin embargo, se intersecan únicamente en la cámara de mezcla. La cámara de mezcla se llena con el material abrasivo suministrado que es arrastrado por los haces de líquido entrantes. Los haces de líquido independientes captan las partículas abrasivas, por lo que les transmiten su energía cinética. En el punto de intersección de los haces de líquido individuales, los haces de líquido se doblan hasta formar un haz de líquido común. Sin embargo, las partículas abrasivas tienen tanta energía que no cambian de dirección en el punto de intersección, sino que continúan moviéndose rectas y golpean las paredes de la cámara de mezcla, lo que resulta en una rápida degradación de las partículas abrasivas, así como en un rápido daño a la cámara de mezcla. La degradación de las partículas abrasivas implica también una rápida disminución de la potencia de corte y de la precisión de tales equipos.

El documento EP 1527820 describe un componente después de ser insertado en el cabezal de boquilla, con dos orificios situados simétricamente. Otros documentos que representan el estado tecnológico general incluyen, por ejemplo, CN 2504037 Y o CN 206967310 U.

Descripción de la invención

Se ha desarrollado un nuevo cabezal abrasivo de múltiples boquillas de acuerdo con la reivindicación independiente 1, para dividir/cortar materiales con un haz de líquido enriquecido con partículas abrasivas sólidas con un perfil de velocidades plano más uniforme y un perfil de densidades uniforme de una mezcla de fluido y material abrasivo en la sección transversal cilíndrica de la boquilla abrasiva, de tal manera que la velocidad más baja de las partículas abrasivas en el cabezal abrasivo/salida de la boquilla es superior a 150 m por segundo, con una presión de líquido de más de 100 MPa antes de las boquillas de líquido. Con tal herramienta, la potencia de corte se incrementa varias veces. La mejora de la forma del perfil de velocidades y de densidades de la mezcla que pasa a través de la boquilla abrasiva, se logra empleando más boquillas de líquido en la herramienta. El uso de múltiples boquillas de líquido, en comparación con una única boquilla convencional, hace que los vectores del perfil de velocidades de la mezcla sean más planos, no rotacionalmente simétricos, con menor proporción de capas retardadoras en la pared cilíndrica de la boquilla abrasiva. Los haces de líquido en la herramienta interfieren y se doblan entre sí en la intersección común, por lo que se crea un nuevo haz común cuya sección transversal de perfil de velocidades puede tener una forma de estrella en la que el número de puntas se corresponde con los haces de líquido o boquillas de líquido iniciales.

Descripción del diseño

En la dirección que va desde la toma de agua a presión hasta la boquilla abrasiva -aguas abajo-, la herramienta consta de al menos dos boquillas de líquido, de manera que cada boquilla de líquido tiene la ventaja de estar conectada al canal de toma, de tal modo que los canales de toma de boquillas individuales o boquillas de líquido individuales conducen entonces a un único canal común que conduce a la cámara de mezcla, a cuyo extremo está conectada la boquilla abrasiva. Al menos dos tomas de mezcla de gas y material abrasivo conducen al interior de la cámara de mezcla. Las tomas de mezcla de gas y material abrasivo tienen la ventaja de estar conectadas al distribuidor de mezcla de gas y material abrasivo. La toma o canal común tiene la ventaja de estar equipada con una toma de gas limpio.

Hay al menos dos boquillas de líquido en la herramienta, sin que haya límite para su número máximo. Al emplear más boquillas de líquido, se alcanza un perfil de velocidades más uniforme, así como un perfil de densidades de mezcla de material abrasivo y fluido uniforme dentro de la sección transversal del haz. Las boquillas de líquido de la herramienta están situadas simétricamente alrededor del eje longitudinal de la herramienta (en lo sucesivo, sólo "el eje de la herramienta"), uniéndose en posición proximal a los canales de toma o desembocando en el canal común. El eje de la boquilla de líquido es paralelo al eje del canal de toma, estando dirigido hacia el eje de la herramienta con un cierto ángulo, esto es, el ángulo entre el eje de la herramienta y el eje de la boquilla de líquido (en adelante, simplemente "el eje de la boquilla") o el eje del canal de toma. La inclinación está diseñada en ángulos entre 0,5° y 45°, de manera que las boquillas de líquido situadas simétricamente, incluidos los canales de toma de un conjunto, deben tener la misma inclinación. Las construcciones ideales de la herramienta funcionan con inclinaciones que deben beneficiarse de un intervalo entre 2° y 25°.

Las boquillas de líquido están situadas alrededor del eje de la herramienta en conjuntos, cada uno con una simetría rotacional y la misma inclinación con respecto al eje de la herramienta, de forma que un conjunto de boquillas contiene al menos dos o tres boquillas a una determinada profundidad de la herramienta y en un solo círculo que se encuentra en el plano normal a la dirección de flujo del haz común.

Es posible, por ejemplo, situar cinco boquillas en un solo conjunto, de tal modo que las cinco boquillas estén situadas en una configuración rotacionalmente simétrica y con la misma inclinación, bajo la condición de que los haces de líquido del conjunto de las cinco boquillas tengan los mismos caudales volumétricos. Esto garantizará el doblamiento mutuo de los haces de líquido y la creación de un haz mutuo, al tiempo que se minimiza la pérdida de energía.

O bien se pueden situar tres boquillas en fila, en una configuración rotacionalmente simétrica con la misma inclinación, o se pueden situar dos boquillas con menos inclinación en una configuración rotacionalmente simétrica o una opuestamente a la otra, estando ambos conjuntos situados a una misma profundidad con respecto a la dirección del flujo. Esto es con la condición de que los haces de líquido provenientes de un único conjunto de boquillas tengan caudales volumétricos iguales. Esto garantizará el doblamiento mutuo de los haces de líquido, es decir, tres en un haz común y, seguidamente, dos en el haz ya hecho, debido a que, con la menor inclinación, la intersección se alcanza más tarde en la dirección del flujo siempre y cuando las dos boquillas del otro conjunto formen un ángulo más agudo con el eje de la herramienta que el primer conjunto de tres boquillas.

O bien se pueden situar tres boquillas con una inclinación dada en la primera fila y profundidad, en una configuración rotacionalmente simétrica, y se pueden situar otras dos boquillas con la misma inclinación aguas abajo, en la segunda fila y profundidad. De nuevo, esto es bajo la condición de que los haces de líquido de un mismo conjunto de boquillas tengan caudales volumétricos iguales. Esto garantizará el doblamiento mutuo de los haces de líquido en un haz común, es decir, los tres haces primero, y después otros dos aguas abajo, que confluyen más adelante con el haz común que ya fluye aguas abajo.

De esta forma, las boquillas de líquido se sitúan en la herramienta por conjuntos, de modo que haya al menos dos boquillas en una sola fila, con caudales volumétricos de líquido iguales, con igual inclinación con respecto al eje de la herramienta, que estén situadas a la misma profundidad, es decir, a la misma distancia de la salida de la boquilla abrasiva, y que estén situadas en una configuración rotacionalmente simétrica alrededor del eje de la herramienta u opuestamente unas con respecto a otras. Varios conjuntos de boquillas pueden tener la misma o diferente inclinación y la misma o diferente profundidad. Los ejes de las boquillas de líquido individuales y los canales de toma se encuentran unos con otros y con el eje de la herramienta en el canal de toma común, en uno o varios puntos comunes -intersecciones donde se producen el doblamiento y la interferencia de los haces de flujo de líquido, de manera que las intersecciones se encuentran en el canal común, antes de la entrada a la cámara de mezcla-. El número de intersecciones depende del número de conjuntos de boquillas de líquido, de la profundidad de su posición dentro de la herramienta y de la inclinación de las boquillas de líquido con los canales de toma, ya que las boquillas de dos conjuntos diferentes a diferentes profundidades en la herramienta pueden tener solo una intersección determinada por los ángulos de inclinación de las boquillas en ambos conjuntos. Aumentar la inclinación acorta la distancia hasta llegar a la intersección.

Otro gran beneficio que conduce a un aumento significativo de la vida útil de la herramienta es el acoplamiento de las tomas de gas limpio en los canales de toma de manera que confluyan con el flujo de haz de líquido proveniente de la boquilla de líquido. Estas tomas de gas llevan a cabo la entrada de gas en la herramienta, eliminando así recirculaciones de aire no deseadas que, junto con las partículas del propio material abrasivo, dañan los componentes internos de la herramienta y, principalmente, la boquilla de líquido. La recirculación se muestra en la Figura 8, en la que la Figura 8A describe la recirculación de gas y material abrasivo aguas arriba hasta la boquilla de líquido, en caso de que no se haya instalado una toma de gas limpio, mientras que la Figura 8B muestra el flujo de gas limpio a través del canal, aguas abajo del flujo del haz de líquido, que elimina la recirculación hacia atrás de gas y material abrasivo al llenar todo el canal. De esta forma, el suministro de gas limpio a los canales de toma se realiza por separado, antes de la toma de material abrasivo.

Además, el canal común de la herramienta con toma de aire limpio tiene la ventaja de estar gradualmente estrechado aguas abajo, antes de la cámara de mezcla, de manera que la suma de los diámetros de los canales de toma de boquilla de líquido es igual o mayor que el diámetro de salida del canal común que conduce a la cámara de mezcla, y el diámetro de salida del canal común gradualmente estrechado es menor que el diámetro de salida de la sección cilíndrica de la boquilla abrasiva. Al menos dos tomas de mezcla de gas y material abrasivo conducen a la cámara de mezcla. La cámara de mezcla converge en la boquilla abrasiva. El diámetro de salida del canal común tiene la ventaja de ser igual o menor que la sección cilíndrica de la boquilla abrasiva. Si el diámetro de salida del canal común es menor que el diámetro de la sección cilíndrica de la boquilla abrasiva, se produce una toma automática de la mezcla de gas y material abrasivo en la cámara de mezcla gracias a la succión formada. Si el diámetro de salida del canal común es igual o mayor que el diámetro de la sección cilíndrica de la boquilla abrasiva, la mezcla de gas y material abrasivo debe ser suministrada a la cámara de mezcla mediante un impulso.

En una herramienta que no está equipada con una toma de aire limpio o un estrechamiento gradual del canal común, el material abrasivo puede ser aspirado automáticamente también al impulsar la mezcla de gas y material abrasivo.

Descripción del funcionamiento del cabezal abrasivo de múltiples boquillas

El líquido se introduce en la herramienta bajo presión a través de las boquillas de líquido. El haz de líquido fluye desde las boquillas de líquido hacia canales de toma independientes, en tanto que el fluido que pasa a través del canal de toma tiene la ventaja de una toma de gas limpio. La toma de gas limpio ha eliminado el flujo de recirculación de gas en los canales de toma. Esto evita que el material abrasivo sea arrastrado por el flujo de gas en recirculación aguas arriba del flujo de líquido, eliminando así el daño a las boquillas de líquido y a los componentes del cabezal por las partículas abrasivas.

Los haces de líquido individuales que se descargan desde los canales de toma individuales fluyen al interior del canal común, donde se intersecan dependiendo de la inclinación y de las profundidades de ubicación de los conjuntos de boquillas. Para inclinaciones inferiores a 0,5°, es necesario que los canales de toma tengan diseños largos, lo que dificulta el manejo de la herramienta. Para inclinaciones superiores a 45°, se produce la expansión del líquido en la intersección, lo que da como resultado la pérdida de velocidad del haz y el llenado del canal común con fluido con una velocidad de descarga insuficiente desde el canal común. En cada intersección, se produce la integración (interferencia) y el doblamiento de los haces de líquido en la dirección del eje de la herramienta. Seguidamente, un haz de líquido común a alta velocidad continúa desde la intersección al interior de la cámara de mezcla, a lo largo del eje de la herramienta. En la cámara de mezcla, la mezcla de gas y material abrasivo es arrastrada por el haz de líquido a alta velocidad. Si el diámetro de la salida del canal común es menor que el diámetro de la sección cilíndrica de la boquilla abrasiva, se produce la entrada automática de la mezcla de gas y material abrasivo. El haz de líquido, junto con las partículas abrasivas, continúa fluyendo hasta la boquilla abrasiva y al exterior de la herramienta. El haz a alta velocidad así tratado tiene un perfil de velocidades y densidades uniformemente distribuido dentro de la sección transversal del flujo circular de la boquilla abrasiva. La integración de haces de líquido dados hace que se extiendan por toda la sección transversal del flujo de la boquilla abrasiva y el perfil de velocidades total se vuelve plano. Esto da como resultado la aceleración también de las partículas abrasivas que se mueven cerca de la pared cilíndrica de la boquilla abrasiva, hasta velocidades que superan significativamente los 150 m por segundo. El hecho descrito da como resultado un aumento de hasta el triple en la potencia de corte para un cabezal abrasivo de tres boquillas. La sección transversal del perfil de velocidades de dicha herramienta tiene una forma de estrella regular. El número de puntas de la estrella corresponde al número de boquillas de líquido de la herramienta.

En el caso de una disposición de múltiples boquillas del cabezal abrasivo, la toma de la mezcla de aire y partículas abrasivas se realiza en la cámara de mezcla, es decir, aguas abajo después de la intersección. Si hubiera un contacto entre la partícula abrasiva y el haz de líquido aguas abajo antes de la intersección, la partícula abrasiva recibiría una trayectoria y una alta energía cinética del haz de líquido, que apuntaría al eje de la herramienta con una cierta inclinación. En la intersección, los haces de líquido interfieren y se doblan, a diferencia de las partículas abrasivas aceleradas. Estas continúan a lo largo de la trayectoria inclinada con respecto al eje de la herramienta, tomada del haz de líquido antes de la interferencia. Las partículas abrasivas que se mueven oblicuamente en relación con el eje de la herramienta golpean seguidamente las paredes de la herramienta, lo que da como resultado una degradación muy rápida de los componentes clave del cabezal abrasivo, así como de las propias partículas abrasivas, lo cual lleva a una disminución significativa del poder de corte de la herramienta.

Implementación del diseño de la herramienta

El diseño de la herramienta debe seleccionarse con respecto al grado de carga de la herramienta. Los componentes de la herramienta sometidos a tensión, las carcasas de soporte y las boquillas pueden estar hechos de metal duro o de acero resistente a la abrasión de alta resistencia (como acero 17-4PH, 17022, 1.4057 o 17346, etc.), y se recomienda seleccionar materiales de alta resistencia como el diamante o el zafiro para las boquillas. Para conexiones y partes de herramienta no sometidas a tensión, es posible seleccionar materiales menos resistentes, como el PVC. Esto es útil cuando la herramienta está hecha de una carcasa de soporte en la que se inserta la carcasa interior con los canales dirigidos desde las boquillas de líquido hasta el canal común o la cámara de mezcla. La conexión de agua a presión se encuentra en la parte superior de la carcasa de soporte. Las carcasas de las boquillas de líquido están situadas dentro de la carcasa interior. Se pueden conectar más componentes a la carcasa interior mediante una junta roscada, una junta de presión u otro método permanente o desmontable. La carcasa de la boquilla abrasiva está situada en la parte inferior de la carcasa de soporte. De forma ventajosa, la carcasa de la boquilla abrasiva se puede fijar en la carcasa de soporte con una junta roscada o se puede asegurar a la carcasa de soporte a través de un collarín con una tuerca. Entre la carcasa interior o la boquilla insertada y la carcasa de la boquilla abrasiva se encuentra la cámara de mezcla, que puede ser parte directa de la carcasa de soporte. La mezcla de aire y material abrasivo puede tener la ventaja de ser suministrada a través de varias conexiones situadas simétricamente.

El perfil de velocidades de la herramienta de múltiples boquillas es de dos a tres veces más uniforme en comparación con una herramienta de boquilla de agua única, cuando la uniformidad se mide de acuerdo con la desviación típica del perfil de velocidades de la mezcla de líquido y gas a la salida de la boquilla abrasiva.

Resumen de los dibujos presentados

Figura 1: A. Estado de la tecnología. Forma del perfil de velocidades (sección longitudinal) en la boquilla abrasiva para el cabezal abrasivo con una sola boquilla de líquido.

B. Estado de la tecnología. Forma del perfil de velocidades (sección transversal) en la boquilla abrasiva para el cabezal abrasivo con una sola boquilla de líquido en uso en ese momento.

Figura 2: A. Forma del perfil de velocidades en la boquilla abrasiva (sección longitudinal) para una herramienta con tres boquillas de líquido.

B. Forma del perfil de velocidades en la boquilla abrasiva (sección transversal) para una herramienta con múltiples boquillas de líquido.

Fig. 3: A. Cabezal abrasivo según el ejemplo 1, con tres boquillas de líquido 21 con toma 26 de gas limpio 96 a través de canales de toma independientes 25, y cuatro tomas 28 de la mezcla de gas y material abrasivo 94.

B. Vista en corte transversal detallado de la herramienta con los ejes marcados.

Figura 4: A. Cabezal abrasivo de acuerdo con el ejemplo 3, con cinco boquillas de líquido 21 en dos conjuntos con toma 26 de gas limpio 96 a través de canales de toma independientes 25, y tres tomas 28 de la mezcla de gas y material abrasivo 94 hacia la cámara de mezcla 22.

Figura 5: A. Cabezal abrasivo de acuerdo con el ejemplo 2, con cuatro boquillas de líquido 21 y toma 26 de gas limpio 96 a través de canales de toma independientes 25, y cuatro tomas 28 de la mezcla de gas y material abrasivo 94 hacia la cámara de mezcla 22.

Figura 6: Visualización de haces de líquido individuales 95, su intersección y el haz común para el diseño de la herramienta según el ejemplo 2, con cuatro boquillas de líquido 21 y cuatro canales de toma independientes 25.

Figura 7: Ejemplo de disposición de cinco boquillas de líquido 2.1 con respecto al eje 55 de la herramienta.

Figura 8: A. Estado de la tecnología. Una herramienta sin toma independiente de gas limpio 96 y con una sola boquilla de líquido 21

B. Visualización de gas limpio 96 fluyendo a través del canal 25, aguas abajo del flujo del haz de líquido 95.

Figura 9: A. Cabezal abrasivo de acuerdo con el ejemplo 4, con tres boquillas de líquido 21 con canales de toma independientes 25 y cuatro tomas 28 de la mezcla de gas y material abrasivo 94.

Figura 10: A. Cabezal abrasivo según el ejemplo 5, con dos boquillas de líquido 21 que llevan directamente al canal común 27, y tres tomas 28 de la mezcla de gas y material abrasivo 94.

Ejemplos de realización de la invención

Ejemplo 1

Un cabezal abrasivo con tres boquillas de líquido (agua) y toma de gas limpio a través de canales de toma independientes, y cuatro entradas de admisión de la mezcla de gas y material abrasivo.

La Figura 3 muestra un ejemplo del diseño de la herramienta con tres boquillas de agua 21, estando las boquillas de agua 21 situadas en una configuración rotacionalmente simétrica alrededor del eje de la herramienta 55 después de la toma de líquido a presión 73. Los ejes 56 de las boquillas de agua 21 y los de los canales de toma independientes 25 forman un ángulo de 8° con el eje 55 de la herramienta. Cada boquilla de agua 21 está conectada a su propio canal de toma 25 con un diámetro constante que permite que el haz de líquido a alta velocidad 95 fluya desde una boquilla de agua dada 21 hasta la intersección definida por la intersección 56 de los ejes 21 de las boquillas de fluido y el eje 55 de la herramienta. Cada canal de toma 25 está equipado con una toma 26 de gas limpio 96, de tal manera que el gas limpio 96 es admitido automáticamente en los canales de toma independientes 25. Tres canales de toma independientes 25 confluyen en un canal común 27 con un diámetro constante. En este punto, los haces de líquido individuales 95 convergen en un haz común que continúa a lo largo del eje 55 de la herramienta hasta la cámara de mezcla 22, a la que el canal común 27 está conectado. Cuatro tomas 28 de mezcla de gas y material abrasivo 94 conducen a la cámara de mezcla 22. La mezcla de gas y material abrasivo 94 entra en la cámara de mezcla 22 a través de las tomas 28 de las mezclas de gas y material abrasivo 94 mediante impulso. La mezcla de gas y material abrasivo 94 acelerada por el haz de líquido común a alta velocidad 95, entra en la boquilla abrasiva 23 conectada a la cámara de mezcla. La boquilla abrasiva 23 está situada en el eje 55 de la herramienta, al final de la herramienta. En este punto, se produce una aceleración adicional de la mezcla descrita, antes de impactar sobre el material que se está cortando.

La carcasa de soporte del cabezal abrasivo para las boquillas de líquido 21, la carcasa 22 de la cámara de mezcla y la carcasa 23 de la boquilla abrasiva contienen canales de toma independientes 25 y un canal común 27, y están hechas de acero 17-4PH. La carcasa 22 de la cámara de mezcla está hecha de metal duro. La carcasa 23 de la boquilla abrasiva también está hecha de metal duro. Las tomas 26 de gas limpio 96, hechas de acero 17022, están conectados a la carcasa de soporte del cabezal abrasivo. Las tomas 28 de mezcla de gas y material abrasivo 94, hechas de acero 17022, están conectadas a la carcasa de soporte del cabezal abrasivo.

En el caso de una herramienta fabricada según el ejemplo 1, no hay recirculación de gas gracias a la presencia de tomas 26 de gas limpio 96 en los canales de toma independientes 25. El perfil de corte y de velocidades de dicha herramienta es muy eficiente gracias a la presencia de tres boquillas de líquido 21, de tal modo que el perfil de corte tiene forma de estrella de tres puntas, y el perfil de velocidades de dicha herramienta alcanza una distribución de velocidades tres veces más uniforme en comparación con el estado de la tecnología -es decir, el diseño de boquilla única sin conexiones independientes 26 para gas limpio 96-.

Ejemplo 2

Un cabezal abrasivo con cuatro boquillas de líquido (agua) y toma de gas limpio a través de canales de toma independientes, y cuatro entradas de admisión de la mezcla de gas y material abrasivo a la cámara de mezcla.

Las Figuras 5a y 5b muestran un ejemplo del diseño de la herramienta con cuatro boquillas de agua 21, de manera que las boquillas de agua 21 están situadas en una configuración rotacionalmente simétrica alrededor del eje 55 de la herramienta, después de la toma de líquido a presión 73. Los ejes 56 de las boquillas de agua 21 y los de los canales de toma independientes 25 forman un ángulo de 15° con el eje 55 de la herramienta. Cada boquilla de agua 21 está conectada a su propio canal de toma 25, con un diámetro constante que permite que el haz de líquido a alta velocidad 95 fluya desde una boquilla de agua 21 dada hasta la intersección definida por la intersección 56 de los ejes 21 de las boquillas de fluido y el eje 55 de la herramienta. Cada canal de toma 25 está equipado con una toma 26 de gas limpio 96, de manera que el gas limpio 96 se introduce automáticamente en los canales de toma independientes 25. Las tomas 26 de gas limpio 96 conducen al distribuidor 72 de gas limpio 96 común. Cuatro canales de toma independientes 25 convergen en un único canal común 27 con un diámetro constante. En este punto, los haces de líquido individuales 95 convergen en un único haz común que continúa a lo largo del eje 55 de la herramienta. El canal común 27 está gradualmente estrechado según se indica por la referencia 29, antes de entrar en la cámara de mezcla 22. Cuatro tomas 28 de mezcla de gas y material abrasivo 94 conducen al interior de la cámara de mezcla 22. La mezcla de gas y material abrasivo 94 entra en la cámara de mezcla 22 a través de las tomas 28 de las mezclas de gas y material abrasivo 94 automáticamente, por succión en la cámara de mezcla 22. Las tomas 28 de mezcla de gas y material abrasivo 94 están conectadas al distribuidor común 71 de la mezcla de gas y material abrasivo 94. La mezcla de gas y material abrasivo 94, acelerada por el haz de líquido común a alta velocidad 95, entra en la boquilla abrasiva 23. La boquilla abrasiva 23 está situada en el eje 55 de la herramienta, al final de la herramienta. En este punto, se produce una aceleración adicional de la mezcla descrita, antes de impactar sobre el material que se está cortando.

La carcasa de soporte del cabezal abrasivo donde se encuentran la carcasa 21 de la boquilla de líquido, el estrechamiento gradual 29, la carcasa 22 de la cámara de mezcla y alojamiento 23 del cabezal abrasivo, está hecha de acero 17-4PH. La carcasa de boquilla donde están situadas las boquillas de agua 21, está hecha de acero 17346. La carcasa gradualmente convergente 29 está hecha de acero resistente a la abrasión 1.4057. La carcasa 22 de la cámara de mezcla está hecha de acero resistente a la abrasión 1.4057. La carcasa 23 de la boquilla abrasiva está hecha de metal duro. La toma 26 de gas limpio 96 está hecha de PVC. La carcasa 72 del distribuidor de gas limpio 96 está hecha de acero 17022. La toma 28 de mezcla de gas y material abrasivo 94 está hecha de PVC. La carcasa 71 del distribuidor de la mezcla de gas y material abrasivo 94 está hecha de acero 17346.

En el caso de una herramienta fabricada según el ejemplo 2, no hay recirculación de gas gracias a la presencia de tomas 26 de gas limpio 96 hacia los canales de toma independientes 25. El perfil de corte y de velocidades de dicha herramienta es muy eficiente gracias a la presencia de cuatro boquillas de líquido 21, con el perfil de corte en forma de estrella de cuatro puntas, de manera que el perfil de velocidades de dicha herramienta alcanza una distribución de velocidades casi tres veces más uniforme, en comparación con el estado de la tecnología -es decir, con la disposición de boquilla única sin conexiones 26 de gas limpio 96 independientes-.

Ejemplo 3

Un cabezal abrasivo con cinco boquillas de líquido (agua) situadas a dos profundidades de la unidad y toma de gas limpio a través de canales de toma independientes, y tres entradas de admisión de la mezcla de gas y material abrasivo en la cámara de mezcla.

La Figura 4 muestra un ejemplo del diseño de la herramienta con cinco boquillas de agua 21 situadas en dos conjuntos, de tal manera que las boquillas de agua 21 están situadas en una configuración a dos profundidades rotacionalmente simétrica alrededor del eje 55 de la herramienta, después de la toma de líquido a presión 73. Los ejes 56 de las boquillas de agua 21 del primer conjunto y los de los canales de toma independientes 25 forman un ángulo de 12° con el eje 55 de la herramienta. Los ejes 56 de las boquillas de agua 21 del segundo conjunto y los de los canales de toma independientes 25 forman un ángulo de 10° con el eje 55 de la herramienta. Cada boquilla de agua 21 está conectada a su propio canal de toma 25, con un diámetro constante que permite que el haz de líquido a alta velocidad 95 fluya desde una boquilla de agua 21 dada hasta la intersección definida por la intersección 56 de los ejes 21 de las boquillas de fluido y el eje 55 de la herramienta. La herramienta incorpora dos intersecciones. En primer lugar, los tres primeros ejes 56 de las boquillas de líquido 21 se intersecan con el eje 55 de la herramienta. Seguidamente, los otros dos ejes 56 de las boquillas de líquido 21 se encuentran en el segundo punto de intersección conjuntamente con el eje 55 de la herramienta y el haz fusionado de las tres primeras boquillas de líquido 21. Cada canal de toma 25 está equipado con una toma 26 de gas limpio 96, de tal modo que el gas limpio 96 es aspirado automáticamente al interior de los canales de toma independientes 25. Las tomas 26 de gas limpio 96 conducen al distribuidor 72 de gas limpio 96 común. T res canales de toma independientes 25 convergen en un único canal común 27 con un diámetro constante. En este punto, los haces de líquido individuales 95 convergen en un único haz común que continúa a lo largo del eje 55 de la herramienta. El canal común 27 es gradualmente convergente según se indica por la referencia 29, antes de entrar en la cámara de mezcla 22. La primera intersección se encuentra en el canal común 27, y la segunda intersección se encuentra en el estrechamiento gradual 29, respectivamente. En este punto, todos los haces de líquido 95 convergen en un único haz común que continúa a lo largo del eje 55 de la herramienta hasta la cámara de mezcla 22. Cuatro tomas 28 de mezcla de gas y material abrasivo 94 conducen al interior de la cámara de mezcla 22. La mezcla de gas y material abrasivo 94 entra en la cámara de mezcla 22 a través de las tomas 28 de las mezclas de gas y material abrasivo 94 automáticamente, por succión al interior de la cámara de mezcla 22. Las tomas 28 de mezcla de gas y material abrasivo 94 están conectadas al distribuidor común 71 de la mezcla de gas y material abrasivo 94. La mezcla de gas y material abrasivo 94 acelerada por el haz de líquido común a alta velocidad 95, entra en la boquilla abrasiva 23. La boquilla abrasiva 23 está situada en el eje 55 de la herramienta, al final de la herramienta. En este punto, se produce una aceleración adicional de la mezcla descrita, antes de impactar sobre el material que se está cortando.

La carcasa de soporte del cabezal abrasivo en la que se encuentran las boquillas de líquido 21, el estrechamiento gradual 29 formado por la carcasa de la boquilla insertada, la carcasa 22 de la cámara de mezcla y la carcasa 23 del cabezal abrasivo, está hecha de acero 17346. La carcasa 22 de la cámara de mezcla está hecha de acero resistente a la abrasión 1.4057. La carcasa 23 de la boquilla abrasiva está hecha de metal duro. La toma 26 de gas limpio 96 está hecha de acero 17-4PH. La carcasa 72 del distribuidor de gas limpio 96 está hecha de acero 17022. La toma 28 de la mezcla de gas y material abrasivo 94 está hecha de PVC. La carcasa 71 del distribuidor de mezcla de gas y material abrasivo 94 está hecha de acero 17346.

En el caso de una herramienta fabricada según el ejemplo 3, no hay recirculación de gas gracias a la presencia de las tomas 26 de gas limpio 96 al interior de los canales de toma independientes 25. El perfil de corte y de velocidades de dicha herramienta es muy eficiente gracias a la presencia de cinco boquillas de líquido 21, de manera que el perfil de corte tiene forma de estrella de cinco puntas, y el perfil de velocidades de dicha herramienta alcanza una distribución de velocidades más de tres veces más uniforme en comparación con el estado de la tecnología -es decir, una disposición de boquilla individual sin conexiones 26 para gas limpio 96 independientes-.

Ejemplo 4

Un cabezal abrasivo con tres boquillas de líquido (agua), sin toma de gas limpio a través de canales de toma independientes y cuatro entradas de toma de la mezcla de gas y material abrasivo.

La Figura 9 muestra un ejemplo del diseño de la herramienta con tres boquillas de agua 21, de tal manera que las boquillas de agua 21 están situadas en una configuración rotacionalmente simétrica alrededor del eje 55 de la herramienta después de la toma 73 de líquido a presión. Los ejes 56 de las boquillas de agua 21 y los de los canales de toma independientes 25 forman un ángulo de 25° con el eje 55 de la herramienta. Cada boquilla de agua 21 está conectada a su propio canal de toma 25, con un diámetro constante que permite que el haz de líquido a alta velocidad 95 fluya desde una boquilla de agua 21 dada hasta la intersección definida por la intersección 56 de los ejes 21 de las boquillas de fluido y el eje 55 de la herramienta. T res canales de toma independientes 25 confluyen en un único canal común 27 con un diámetro constante. En este punto, los haces de líquido individuales 95 confluyen en un único haz común que continúa a lo largo del eje 55 de la herramienta hasta la cámara de mezcla 22, a la que el canal común 27 está conectado. Tres tomas 28 de mezcla de gas y material abrasivo 94 conducen a la cámara de mezcla 22. La mezcla de gas y material abrasivo 94 entra en la cámara de mezcla 22 a través de las tomas 28 de las mezclas de gas y material abrasivo 94 mediante impulso. La mezcla de gas y material abrasivo 94 acelerada por el haz de líquido común a alta velocidad 95, entra en la boquilla abrasiva 23 conectada a la cámara de mezcla. La boquilla abrasiva 23 está situada en el eje 55 de la herramienta, al final de la herramienta. En este punto, se produce una aceleración adicional de la mezcla descrita, antes de impactar sobre el material que se está cortando.

La carcasa de soporte del cabezal abrasivo en la que se encuentran las boquillas de líquido 21, la carcasa 22 de la cámara de mezcla y la carcasa 23 de la boquilla abrasiva, contiene canales de toma independientes 25, el canal común 27 y está hecha de acero 17-4PH. La carcasa 22 de la cámara de mezcla está hecha de metal duro. La carcasa 23 de la boquilla abrasiva también está hecha de metal duro. Las tomas 28 de la mezcla de gas y material abrasivo 94, hechas de acero 17022, están conectadas a la carcasa de soporte del cabezal abrasivo.

Aunque se produce cierta recirculación de gases en la herramienta realizada según el ejemplo 4, el perfil de corte y de velocidades de dicha herramienta es muy eficiente gracias a la presencia de tres boquillas de líquido 21, de modo que el perfil de corte tiene forma de estrella de tres puntas, y el perfil de velocidades de dicha herramienta alcanza una distribución de velocidades dos veces más uniforme en comparación con el estado de la tecnología -es decir, con el diseño de boquilla única-.

Ejemplo 5

Un cabezal abrasivo con dos boquillas de líquido (agua) y toma de gas limpio hacia el canal común, y tres entradas de toma de la mezcla de gas y material abrasivo.

La Figura 10 muestra un ejemplo del diseño de la herramienta con dos boquillas de agua 21, de tal manera que las boquillas de agua 21 están situadas opuestamente en torno al eje 55 de la herramienta, después de la toma 73 de líquido a presión. Los ejes 56 de las boquillas de agua 21 forman un ángulo de 2° con el eje 55 de la herramienta. Ambas boquillas de agua 21 conducen directamente al canal común 27. En el canal común 27, los haces de líquido individuales 95 confluyen en un único haz común que continúa a lo largo del eje 55 de la herramienta hasta la cámara de mezcla 22, a la que el canal común 27 está conectado. Tres tomas 28 de mezcla de gas y material abrasivo 94 conducen hasta la cámara de mezcla 22. La mezcla de gas y material abrasivo 94 entra en la cámara de mezcla 22 a través de las tomas 28 de las mezclas de gas y material abrasivo 94 automáticamente, por succión en la cámara de mezcla 22. La mezcla de gas y material abrasivo 94 acelerada por el haz de líquido común a alta velocidad 95, entra en la boquilla abrasiva 23 conectada a la cámara de mezcla. La boquilla abrasiva 23 está situada en el eje 55 de la herramienta, al final de la herramienta. En este punto, se produce una aceleración adicional de la mezcla descrita, antes de impactar sobre el material que se está cortando.

La carcasa de soporte del cabezal abrasivo en la que se encuentran las boquillas de líquido 21, la carcasa 22 de la cámara de mezcla y la carcasa 23 de boquilla abrasiva, contiene un canal común 27 y está hecha de acero 17-4PH. La carcasa 22 de la cámara de mezcla está hecha de metal duro. La carcasa 23 de la boquilla abrasiva también está hecha de metal duro. Las tomas 26 de gas limpio 96, hechas de acero 17022, están conectadas a la carcasa de soporte del cabezal abrasivo. Las tomas 28 de mezcla de gas y material abrasivo 94, hechas de acero 17-4PH, están conectadas a la carcasa de soporte del cabezal abrasivo.

El perfil de corte y de velocidades de dicha herramienta es muy eficiente gracias a la presencia de dos boquillas de líquido 21, y el perfil de velocidades de dicha herramienta alcanza una distribución de velocidades dos veces más uniforme en comparación con el estado de la tecnología -es decir, el diseño de boquilla única-.

Lista de signos de referencia

21 - boquilla de liquido

22 - cámara de mezcla

23 - boquilla abrasiva

25 - canal de toma

26 - tomas de gas limpio 96

27 - canal común

28 - tomas de mezcla de gas y material abrasivo 94

29 - estrechamiento gradual del canal común 27

55 - eje de la herramienta

56 - eje de boquilla de líquido 21

65 - forma del perfil de velocidades de la mezcla en un cabezal abrasivo de boquilla única

66 - forma del perfil de velocidades de la mezcla en un cabezal abrasivo de boquilla múltiple

71 - distribuidor de la mezcla de gas y material abrasivo 94

72 - distribuidor de gas limpio 96

73 - toma de líquido a presión

75 - sección cilíndrica de boquilla abrasiva 23

92 - haz de líquido común

94 - mezcla de gas y material abrasivo

95 - haz de liquido

96 - gas limpio

Aplicabilidad en la Industria

Limpieza de materiales, eliminación de superficies de material, división o corte de materiales mediante haz líquido enriquecido con partículas sólidas abrasivas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un cabezal abrasivo de múltiples boquillas que contiene una cámara de mezcla (22), equipada con al menos dos tomas (28) adecuadas para una mezcla de gas y material abrasivo (94), estando conectada la cámara de mezcla (22) a una carcasa (23) de boquilla abrasiva, de tal manera que el cabezal contiene al menos un conjunto de dos boquillas de líquido (21) situadas alrededor de un eje (55) de la herramienta, de modo que cada boquilla de líquido (21) conduce a un canal común (27), de manera que el eje (56) de cada boquilla de líquido ( 21) forma un ángulo de 0,5° a 45° con el eje (55) de la herramienta, estando las boquillas de líquido (21) situadas en un conjunto, a igual distancia de la carcasa (23) de la boquilla de material abrasivo, con el mismo ángulo entre el eje (56) de la boquilla de líquido y el eje (55) de la herramienta, y estando situadas en una configuración rotacionalmente simétrica alrededor del eje (55) de la herramienta u opuestamente entre sí, con una intersección común de los ejes (56) de las boquillas de líquido y el eje (55) de la herramienta, caracterizado por que la intersección común está en el canal común (27) desde el que las boquillas de líquido entran en la cámara de mezcla (22), a la cual está conectado el canal común (27) en la dirección del flujo.

2. El cabezal abrasivo de múltiples boquillas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que un canal de toma (25) está situado entre la boquilla de líquido (21) y el canal común (27), de manera que el eje (56) de la boquilla de líquido es paralelo al eje (25) del canal de toma.

3. El cabezal abrasivo de múltiples boquillas de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el eje (25) del canal de toma y el eje (56) de la boquilla de líquido forman un ángulo de 2° a 25° con el eje (55) de la herramienta.

4. El cabezal abrasivo de múltiples boquillas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el cabezal contiene un único conjunto de tres boquillas de líquido (21).

5. El cabezal abrasivo de múltiples boquillas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el cabezal contiene un único conjunto de cuatro boquillas de líquido (21).

6. El cabezal abrasivo de múltiples boquillas de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que los canales de toma independientes (25) están equipados con tomas (26) de gas limpio (96).

7. El cabezal abrasivo de múltiples boquillas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el canal común (27) está equipado con una toma (26) de gas limpio (96).

8. El cabezal abrasivo de múltiples boquillas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el canal común (27) está equipado con un estrechamiento gradual (29) antes de entrar en la cámara de mezcla (22).

9. El cabezal abrasivo de múltiples boquillas de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el estrechamiento gradual (29) del canal común (27) está formado por una carcasa de boquilla insertada.

10. El cabezal abrasivo de múltiples boquillas de acuerdo con la reivindicación 8 o la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que el diámetro de salida del estrechamiento gradual (29) es menor que el diámetro de una sección cilíndrica (75) de la carcasa (23) de la boquilla abrasiva.

11. El cabezal abrasivo de múltiples boquillas de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que el cabezal contiene dos conjuntos de boquillas de líquido (21), un conjunto que contiene tres boquillas de líquido (21) situadas alrededor del eje (55) de la herramienta en una configuración rotacionalmente simétrica, y el otro conjunto de boquillas de líquido (21) que contiene dos boquillas ( 21) situadas una opuestamente a la otra, estando el segundo conjunto más cerca de la salida de la boquilla abrasiva (23) que el primero.