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水刀水射流速度计算方法,海德水刀小讲堂

发表时间:2021-05-13 16:09作者:海德水刀运营部来源:海德水刀网址:https://www.hdwaterjet.cn/

超高压数控水射流加工设备又称“水刀”。水刀加压缸可将水压从1个大气压提高到300兆帕以上。通过宝石喷嘴高速喷射的水射流可以轻松切割橡胶、皮革、塑料等。在水射流中加入沙子后,可以切割石头、玻璃、陶瓷、钢板等。由数控系统驱动,可切割任何形状的板材,如马赛克图案。

超高压下,高速从喷水嘴喷出的水射流每秒能达到多少米?本文利用伯努利方程介绍水刀水射流速度的计算方法,从而了解水刀喷嘴水射流速度与增压缸输出压力变化的关系。

2水刀设备的参数

宝石喷嘴内径:0.3mm

增压缸输出水压:高达350兆帕。

高压水管内径:3mm.

3.建立数据模型,简化计算方法

参考工程流体力学的相关数据,当水温恒定(0)、压力为1MPa时,每增加0.1MPa,水的体积变化仅为5.27   10-5;当压力为8兆帕时,每增加0.1兆帕,水的体积变化仅为5.05   10-5;随着压力的增加,水的体积压缩系数仍在减小。当水压从1MPa增加到200MPa时,水的体积变化减小约0.1%。可以看出,水的可压缩性很小,因此在本文计算水射流速度的过程中,不考虑水压缩的变化,将水视为不可压缩的理想流体。

水刀设备工作时,自来水由加压缸加压,然后从高压管输送到宝石喷嘴,由宝石喷嘴喷出形成水射流。

高压水流路径示意图如图1所示。高压水通过高压水管从宝石喷嘴出口的1 -1段流向2-2段,其中高压水管的1-1段安装有水压计,用于监测工作水压。正常运行时,高压水管的密封性能良好,可以认为管内理想的流体流动状态相对稳定。

根据稳定流动条件下沿流线单位重量不可压缩理想流体的伯努利方程,高压水管流线中1-1和2-2个有效截面的能量方程可写成(按绝对压力计算):

1620966514.jpg

其中z1和z2代表水流体单位重量所在位置的势能,水刀设备中设置的1-1和2-2个有效截面的中心点高度相近,可以考虑z1=z2。

P1/代表1-1有效截面中心点(即压力表处)每单位重量水流体的压力能,P1值为压力表读数。P2/代表2-2有效截面中心点(即宝石喷嘴出口)单位重量水流体的压力能。宝石喷嘴出口处,水射流压力接近大气压,p2约为0.1MPa,在超高压水刀中,由于工作压力可达300MPa以上,P1的比p2大得多,所以p2/可以忽略不计,为水的重力。


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