阅读说明：本技术 一种扇形磨料水射流破拆剥离混凝土骨料装置及方法 (Device and method for breaking and stripping concrete aggregate by using fan-shaped abrasive water jet ) 是由 汤积仁 卢义玉 张洋凯 章文峰 葛兆龙 夏彬伟 李擎 姚奇 于 2019-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种扇形磨料水射流破拆剥离混凝土骨料装置,包括喷嘴组、磨料混合器、磨料罐、高压水泵、水箱以及连接它们的管路和管路上的各种阀。所述喷嘴组至少包括四个,由喷嘴支架安装在工作平面上方,对工作平面上的混凝土块形成多向剥离；其中一个扇形射流喷嘴位于中心,为主剥开喷嘴,主剥开喷嘴的两侧分别为第一侧剥开喷嘴、第二侧剥开喷嘴。所述后截断喷嘴位于主剥开喷嘴外侧；所述主剥开喷嘴、第一侧剥开喷嘴和第二侧剥开喷嘴为扇形射流硬质合金喷嘴,所述后截断喷嘴为圆锥收敛型硬质合金喷嘴；本发明通过设置多向剥离喷嘴有助于混凝土骨料的根部剥离,通过设置扇形射流硬质合金喷嘴有助于提高剥离的效率,还公开了该系统的使用方法。(The invention relates to a fan-shaped abrasive water jet breaking and stripping concrete aggregate device which comprises a nozzle group, an abrasive mixer, an abrasive tank, a high-pressure water pump, a water tank, a pipeline connecting the abrasive tank and the high-pressure water pump, and various valves on the pipeline. The nozzle groups at least comprise four nozzle groups, and the nozzle groups are arranged above the working plane through the nozzle bracket to form multi-directional stripping on the concrete blocks on the working plane; one of the fan-shaped jet nozzles is positioned in the center and is a main stripping nozzle, and the two sides of the main stripping nozzle are respectively a first side stripping nozzle and a second side stripping nozzle. The rear cutoff nozzle is positioned outside the main stripping nozzle; the main stripping nozzle, the first side stripping nozzle and the second side stripping nozzle are fan-shaped jet flow hard alloy nozzles, and the rear cutoff nozzle is a cone convergence type hard alloy nozzle; the invention is favorable for the root stripping of concrete aggregate by arranging the multidirectional stripping nozzle, is favorable for improving the stripping efficiency by arranging the fan-shaped jet flow hard alloy nozzle, and also discloses a use method of the system.)

一种扇形磨料水射流破拆剥离混凝土骨料装置及方法

技术领域

本发明涉及流体机械设备技术领域，尤其涉及磨料水射流破拆剥离混凝土骨料装置及方法。

背景技术

随着我国基建工程技术的迅猛发展，国内高速公路和铁路在建和建成的数量在不断升高，高墩柱桥梁的施工也越来越多，在施工过程中，由于工人施工、现场振捣不密实或混凝土材料的问题，常常会出现混凝土质量与设计不符合的情况，在混凝土和钢筋之间出现间隙，形成混凝土构件空鼓现象。同时随着已建成结构投入使用时间的增加，混凝土结构的耐久性成为工程届关心的一个重要问题，在自然环境和使用载荷的双重作用下，不断有混凝土构件需要维修加固。目前当混凝土构件出现空鼓现象或者需要维修加固时，修补的方法一般是先将需要修复位置混凝土凿开，并将松散混凝土清除，进行凿毛处理后，再用原先标号的混凝土进行修复工作。但是在凿开原先混凝土的过程中，一般使用机械手段进行凿岩，松散混凝土和一部分无缺混凝土被一起清除，且会形成极大的噪音和灰尘，在凿开混凝土后，还需要进行二次凿毛作业，效率低，不能满足现有实际情况的需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种扇形磨料水射流破拆剥离混凝土骨料装置与方法，利用扇形磨料水射流技术进行混凝土骨料的破拆和剥离，同时可以进行凿毛作业，通过使用扇形磨料射流将混凝土骨料和软基材料分离，可以有效回收混凝土中的骨料，进行回收，其次水射流技术在剥离混凝土表面材料时，噪音小，降尘效果好，不产生二次污染。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种扇形磨料水射流破拆剥离混凝土骨料装置，包括喷嘴组、磨料混合器、磨料罐、高压水泵、水箱以及连接它们的管路和安装在管路上的各种阀。所述高压水泵将纯水自水箱泵入磨料混合器，磨料混合器将磨料罐中的磨料吸入并混合，然后送给所述喷嘴组。

本发明的改进在于：设计所述喷嘴组至少包括四个喷嘴，它们由喷嘴支架支撑安装在工作平面的上方，其中至少有三个扇形射流喷嘴和一个圆锥收敛型喷嘴，对工作平面上的混凝土块形成多向剥离。其中一个扇形射流喷嘴位于中心，为主剥开喷嘴，喷嘴轴线垂直于工作平面，另两个扇形射流喷嘴分别位于主剥开喷嘴的两侧，分别为第一侧剥开喷嘴、第二侧剥开喷嘴，它们的喷嘴轴线均向中心倾斜，相对于工作平面呈夹角布置。所述圆锥收敛型喷嘴也位于主剥开喷嘴外侧，为后截断喷嘴，其相对于工作平面呈夹角布置。

所述扇形射流喷嘴由进口到出口依次包括喷嘴直线段、椭圆收敛段和燕尾槽口，所述燕尾槽口的燕尾槽角度为45~120°，射流经过喷嘴直线段和椭圆收敛段形成柱形液流冲击喷嘴出口的燕尾槽口产生偏转形成扇形磨料射流。

所述圆锥收敛型硬质合金喷嘴由进口到出口依次包括喷嘴加速段、直线收敛段，并在出口形成直线磨料射流，直线磨料射流相对于扇形磨料射流能量集中，冲蚀能力强，可以有效去除骨料根部粘结物。

所述第一侧剥开喷嘴和第二侧剥开喷嘴相对于工作平面呈夹角55°-65°布置，所述后截断喷嘴相对于工作平面呈40°-50°布置。

作为本发明的优选技术方案，所述磨料混合器包括纯水射流进口，所述纯水射流进口的出口方向螺纹连接有混合腔封口，所述混合腔封口螺纹连接有喉管，所述喉管的管壁上连接有磨料进口，喉管出口方向设有混合扩散管，所述混合扩散管的出口通过管路连接到喷嘴支架上的喷嘴组。

作为本发明的优选技术方案，所述磨料罐为球形磨料罐，球形磨料罐的出口管路上装有磨料截止阀。

作为本发明的优选技术方案，所述喷嘴支架的下方设有剥离夹持台，剥离夹持台上侧向设有夹持块，用于夹持待剥离的混凝土块。

本发明还提出一种利用上述装置进行磨料水射流破拆剥离混凝土骨料的方法，其包括如下步骤：

S1、操作人员将混凝土剥离装置按照图示位置安装完毕，将混凝土块通过夹持块固定在剥离夹持台上，然后将多向剥离喷嘴支架固定在混凝土块上方。

S2、打开高压水泵，当多向剥离喷嘴支架上连接喷嘴喷射出纯水射流后，开启磨料截止阀，干燥磨料粒子通过磨料混合腔，输送到后截断喷嘴、主剥开喷嘴、第一侧剥开喷嘴、第二侧剥开喷嘴处，主剥开喷嘴、第一侧剥开喷嘴、第二侧剥开喷嘴中形成的扇形磨料射流将软基混凝土破坏，通过后截断喷嘴中形成的收敛型磨料射流将混凝土骨料根部与混凝土块剥离，并控制剥离夹持台进行三维移动。

S3、在射流剥离的同时控制剥离夹持台进行前后移动，待剥离表层混凝土后，关闭磨料截止阀，利用纯水射流清除骨料、软基混凝土和磨料粒子，控制剥离夹持台上移，开启磨料截止阀，重复上述工序进行新一层混凝土骨料冲蚀剥离，待剥离完成后，关闭磨料截止阀(4)和高压水泵，将剥离的混凝土骨料收集。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过从多个方向上布置喷嘴，形成多向剥离，有助于混凝土骨料的完全剥离；通过设置扇形射流喷嘴有助于混凝土软基粘结材料的剥离和破坏，又有助于减少喷嘴的磨损，且有助于降低对骨料的破坏；通过扇形射流喷嘴和圆锥收敛型喷嘴配合，有助于混凝土块骨料和软基材料的有效分离；通过设置磨料混合腔有助于磨料粒子的混合和加速；且结构简单，操作方便，经济实用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的磨料混合腔结构示意图；

图3为本发明的主剥开喷嘴结构剖视图；

图4为本发明的主剥开喷嘴结构俯视图；

图5为本发明的主剥开喷嘴结构左视图；

图6为本发明的主剥开喷嘴射流结构示意图

图7为本发明的后截断喷嘴射流结构示意图

图中：1、喷嘴支架；11、后截断喷嘴；111、喷嘴加速段；112、直线收敛段；113、直线磨料射流；12、第二侧剥开喷嘴；13、主剥开喷嘴；131、喷嘴直线段；132、椭圆收敛段；133、燕尾槽口；134、扇形磨料射流；14、第一侧剥开喷嘴；2、磨料混合腔；21、纯水射流进口；22、混合腔封口；23、喉管；24、磨料进口；25、混合扩散管；3、球形磨料罐；31、螺纹端盖；32、干燥磨料粒子；4、磨料截止阀；5、剥离夹持台；51、混凝土块；52、夹持块；6、高压水泵；61、水箱；62、溢流阀；63、节流阀；64、压力表；65、高压软管；66、单向阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，所述的扇形磨料水射流破拆剥离混凝土骨料装置主要包括喷嘴组、磨料混合器2、磨料罐3、高压水泵6、水箱61以及连接它们的管路和安装在管路上的各种阀等。

所述喷嘴支架1用于支撑安装所述喷嘴组，喷嘴组位于剥离夹持台5上方。具体如图1所示，所述喷嘴支架1后方倾斜安装有后截断喷嘴11，喷嘴支架1上侧面倾斜安装有第一侧剥开喷嘴14和第二侧剥开喷嘴12，喷嘴支架1上垂直安装有主剥开喷嘴13。

本实施例中，所述第一侧剥开喷嘴14和第二侧剥开喷嘴12相对于工作平面呈夹角60°布置。所述后截断喷嘴11相对于工作平面呈45°布置。当然根据实际情况，角度也可以有所调整。

所述第一侧剥开喷嘴14、第二侧剥开喷嘴12、主剥开喷嘴13为扇形射流硬质合金喷嘴，扇形射流硬质合金喷嘴有助于形成破坏面大的射流，且有助于减小喷嘴的磨损。以主剥开喷嘴13为例，参见图3、图4、图5和图6，该喷嘴设有喷嘴直线段131，所述喷嘴直线段131上方设有椭圆收敛段132，所述椭圆收敛段132上方设有燕尾槽出口133，所述燕尾槽的角度为45~120°，具体角度根据需剥离的混凝土块的大小以及材质强度等确定，在出口形成扇形磨料射流134。

参见图7，本发明采用的后截断喷嘴11为圆锥收敛型硬质合金喷嘴，其由进口到出口依次包括喷嘴加速段111、直线收敛段112，并在出口形成直线磨料射流113，直线磨料射流113相对于扇形磨料射流134能量集中，有助于将混凝土骨料根部与混凝土块51分离。

当然，本实施例只是例举了采用四个喷嘴组合的形式。在实际使用中，根据需要剥离的混凝土块的情况，还有采用更多的喷嘴进行组合，方向也可以增加，角度可以调整。

本实施例中，所述多向剥离喷嘴支架1左侧设有磨料混合器2，磨料混合器2有助于干燥磨料粒子32与纯水射流的混合。

所述磨料混合器2具体结构参见图2，包括纯水射流进口21、混合腔封口22、喉管23、磨料进口24和混合扩散管25。纯水射流进口21右侧螺纹连接混合腔封口22，所述混合腔封口22螺纹连接喉管23，所述喉管23的管壁上有磨料进口24，喉管23右侧设有混合扩散管25，且所述混合扩散管25右端通过管路连接喷嘴支架1上的喷嘴组。

所述磨料混合器2上设有球形磨料罐3，所述球形磨料罐3上端设有螺纹端盖31，球形磨料罐3内灌装有干燥磨料粒子32，球形磨料罐3的下端设有磨料截止阀4，磨料截止阀4有助于干燥磨料粒子32的混合，所述磨料截止阀4的上端和下端分别连接至球形磨料罐3和磨料混合器2。

所述多向剥离喷嘴支架1的下方设有剥离夹持台5，所述剥离夹持台5上夹持混凝土块51，所述混凝土块51侧向设有夹持块52，夹持块52有助于混凝土块51的夹持固定。剥离夹持台5可以布置在三维运动机构上，可以控制剥离夹持台5三维运动。

所述高压水泵6有助于产生高压射流，所述高压水泵6的进水端连接水箱61，所述水箱61上方设有溢流阀62，所述溢流阀62上方设有节流阀63，所述节流阀63的上端设有压力表64，节流阀63的右侧设有单向阀66，且通过高压软管65连接。

现场使用时，操作人员将混凝土剥离装置按照图1位置安装完毕，将混凝土块51通过夹持块52固定在剥离夹持台5上，然后将多向剥离喷嘴支架固定在混凝土块51上方，打开高压水泵6，当多向剥离喷嘴支架1上连接喷嘴喷射出纯水射流后，开启磨料截止阀4，干燥磨料粒子32通过磨料混合器2，输送到后截断喷嘴11、主剥开喷嘴13、第一侧剥开喷嘴14、第二侧剥开喷嘴处12，主剥开喷嘴13、第一侧剥开喷嘴14、第二侧剥开喷嘴12中形成的扇形磨料射流将软基混凝土破坏，后截断喷嘴11中形成的收敛型磨料射流将混凝土骨料根部与混凝土块51剥离，在射流剥离的同时控制剥离夹持台5进行前后移动，待剥离表层混凝土后，关闭磨料截止阀4，利用纯水射流清除骨料、软基混凝土和磨料粒子，控制剥离夹持台5上移，

又开启磨料截止阀4，新一层混凝土骨料冲蚀剥离。

当球形磨料罐3中磨料不多时，打开螺纹端盖31，重新添加干燥磨料粒子32，保持磨料射流的连续进行，待剥离完成后，关闭磨料截止阀4和高压水泵6，将剥离的混凝土骨料收集。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。