Kimla.pl Kimla.pl Kimla.pl
>>start /Waterjet - cięcie wodą

Waterjet - cięcie wodą

 Tworzenie strumienia wody tnącej ze ścierniwem

Opis procesu tworzenia strumienia wody tnącej ze ścierniwem w głowicy tnącej.

Woda sprężana do wartości 4000bar lub większej wchodzi do głowicy tnącej ze stosunkowo wolną prędkością, rzędu kilku stóp na sekundę.  Aby uzyskać informacje dotyczące sposobu tworzenia ciśnienia wody i transportowania do głowicy tnącej.

Woda jest tłoczona przez otwór, który ma małą średnicę, w dowolnym miejscu od 0,1 "do 0,35mm, w zależności od aplikacji. Te otwory wykonane są z bardzo twardych materiałów, takich jak diament, szafir lub rubin. Ten krok zamienia strumień wody z wysokiego ciśnienia strumienia do wysokiej prędkości strumienia.W tym momencie woda porusza się z prędkością ponad 4000 km na godzinę.

Wysoka prędkość strumienia tworzy efekt Venturiego, lub próżnię, w komorze mieszania znajdującą się bezpośrednio pod otworem. Ścierniwo, zazwyczaj granat, jest odmierzane z mini-zbiornika przez plastikową rurkę aż do głowicy tnącej i zasysane do strumienia wody tnącej w komorze mieszania. Prędkość cięcia wzrośnie jeszcze wraz z wzrostem ilości ścierniwa aż do punktu nasycenia, gdzie prędkość zaczynie spadać. Jeśli ilość ścierniwa wzrośnie zbyt wysoko, to ostatecznie przewód mieszania zatka się.
Jednym z ciekawych osiągnięć w dziedzinie cięcia strumieniem wody w ciągu ostatnich kilku lat, jest pojawienie się sterowanych numerycznie systemów pomiarowych ścierniwa. Systemy te precyzyjnie kontrolują ilość ścierniwa, które może przepływać do głowicy tnącej. Podczas procesu przebijania, ciśnienie cięcia i ilość ścierniwa są zredukowane, a głowica tnąca wykonuje małe, okrężne ruchy w osi X i Y. Ta procedura przebijania umożliwia wykonanie trudnych aplikacji, takich jak przebicie szkła i kamienia, ze stosunkową łatwością.

Ścierniwo jest w pełni mieszane w strumieniu wody tnącej i przyspieszane do prędkości zbliżonej do prędkości strumienia wody tnącej. Ten krok „kradnie” trochę energii ze strumienia wody tnącej, zwalniając go nieznacznie.


Strumień wody tnącej ze ścierniwem wychodzi z przewodu mieszającego z ekstremalną prędkością i siłą. Ścierniwo powoduje erozję w materiale ciętym. materiał cięty. Proces ten określany jest jako "ścierny strumień wody tnącej” wody", ponieważ faktycznie to ścierniwo robi cięcia. Rolą wody jest po prostu dać szybkość i siłę ścierniwu. W cięciu czystym strumieniem wody, stosowanym do materiałów miękkich, takich jak pianki i żywność, sama siła strumienia wody jest wystarczająca do cięcia materiału i ścierniwo nie jest konieczne.

 

Wpływ prędkości na kąt nacięcia

Kąt nacięcia, lub skos, odnosi się do różnicy wymiarów między górną i dolną częścią przekroju cięcia. Zbyt szybkie cięcie spowoduje szerszy kąt nacięcia w górnej części przekroju i węższy kat nacięcia w dolnej części tej strefy. Świadczy to o spadku kanciastości/nachylenia przy zmniejszeniu prędkości.

Właściwości cięcia

O uzyskaniu skutecznego efektu cięcia strumieniem wody ze ścierniwem decyduje kilka czynników przy głowicy tnącej, które określają precyzję i jakość strumienia wody tnącej i będą miały wpływ na jakość ciętego części, która nadaje się do cięcia wodą ze ścierniwem. Istnieją również inne czynniki, które będą wymagane dla cięcia precyzyjnej i dokładnej części (konstrukcja maszyny, sterowanie, oprogramowanie i pompa wysokociśnieniowa), a które będą omówione w dalszych rozdziałach. Ten rozdział poświęcony jest głowicy tnącej i strumieniem wody, ponieważ oddziaływają na siebie wzajemnie podczas pracy nad obrabianą częścią.

Czynniki wpływające na precyzję i jakość strumienia wody przy głowicy tnącej

Długość przewodu mieszającego ścierniwo
Dłuższy przewód mieszający ścierniwo (znany także jako dysza ścierniwa) wytwarza bardziej spójny strumień wody tnącej. Optymalna długość przewodu mieszającego wynosi 75 mm - 100 mm
Wyrównanie komponentów
Kryza, komora mieszająca i dysza ścierniwa muszą być precyzyjnie obrobione i perfekcyjnie dopasowane razem, aby uniknąć uszkodzenia materiałów eksploatacyjnych przez strumień wody tnącej.
Precyzyjny otwór (kryza)
Wewnętrzna część dyszy ścierniwa musi być obrobiona, aby zapewnić perfekcyjne wyrównanie ze strumieniem wody tnącej. Patrz sekcja „Wpływ strumienia wody tnącej na dokładność” w tym rozdziale w celu uzyskania więcej informacji.
Średnica strumienia
Mała średnica strumienia wody tnącej, tworzonej przez otwór 0.25 mm, wytwarza wydajny strumień wody o wysokiej jakości. Jest to rozwiązanie kompromisowe, gdyż prędkości cięcia są wolniejsze niż w sytuacji kiedy stosuje się kryzy 0.36 mm lub większe, ponieważ używane jest mniej wody i ścierniwa. Patrz Rozdział 2 „Parametry Zależności” w celu uzyskania więcej informacji o dobieraniu otworów (kryz).
Niska, kontrolowana bezpieczna odległość miedzy dyszami a obrabianym elementem
Utrzymanie bliskiej odległości pomiędzy dyszami i obrabianego elementu, pomiędzy  1.0 - 1.5 mm, jest krytyczne dla wykonania dokładnych części podczas równoczesnego otrzymywania maksymalnej wydajności ze strumienia wody tnącej. Cięcie bliżej materiału ogranicza ilość atmosfery przez jaką strumień musi przejść zanim dojdzie do obrabianego elementu. To ogranicza rozprężenie strumienia wody tnącej , ponieważ kiedy strumień rozpręża się, to efektywna moc strumienia jest redukowana. Prędkości cięcia będą potrzebowały redukcji dla kompensacji. Jeżeli odległość pomiędzy dyszą a obrabianym elementem jest zwiększona o¼", to prędkości cięcia muszą być zredukowane o około 20%, aby osiągnąć podobne rezultaty w odniesieniu do tolerancji i jakości brzegowej. Cięcie (pod) wodą o wysokości sterowanej numerycznie pozwoli na pełną kontrolę strumienia wody.
Patrz “Wpływ wysokości dyszy” poniżej w celu uzyskania więcej informacji.

 


Wciąganie strumienia wody tnącej i jakość cięcia 

 Zwiększenie szybkości posuwu powoduje wzrost (wstecznego) wciąganiastrumienia wody tnącej. Ta koncepcja jest pokazana na rysunku 5poniżej. Bardziej chropowata, nierówna jakość krawędzi jestwynikiem większej akcji ścinania w porównaniu do działania erozjiściernej przy niskich prędkościach. Nowoczesne sterownikipozwalają użytkownikowi dostosować jakość cięcia do wymagańobrabianej części. Otwory o wysokiej precyzji mogą być wycinanewolnej dla uzyskania gładszego, czystego cięcia. Szybsze prędkościskrawania z bardziej chropowatą jakością krawędzi można stosowaćna mniej krytycznych obszarach.

 

Wpływ wysokości dyszy

  
Aby uzyskać najlepszą jakość cięcia, powinna zostać utrzymana optymalna odległość pomiędzy dyszą a obrabianym materiałem. Zazwyczaj optymalna wysokość dla ściernego cięcia strumieniem wody jest pomiędzy 1,0 - 1,5 mm. W miarę wzrostu odległości powyżej 2mm wystąpią zaokrąglenia górnej krawędzi cięcia. Dzieje się tak, ponieważ strumień wody tnącej traci spójność, kiedy przemieszcza się przez powietrze. Zwiększona wysokość dyszy spowoduje również zwiększony kąt nacięcia. Jeśli odległość między dyszą i obrabianym materiałem jest powiększona o "¼, należy zmniejszyć prędkość cięcia o około 20%, żeby osiągnąć podobne wyniki w odniesieniu do tolerancji i jakości krawędzi. Automatyczna regulacja wysokości jest najbardziej wiarygodnym i dokładnym sposobem dla utrzymania właściwej bezpiecznej odległości.  

 

Wpływ prędkości na narożniki wewnętrzne

Ponieważ strumień wody nie jest sztywnym narzędziem do cięcia, narożniki wewnętrzne na częściach obrabianych mogą wykazywać pewną ilość nadcięć na dolnej, lub wyjściowej, stronie części. To może być zredukowane poprzez zmniejszanie prędkości w rogu i powolne przyspieszanie, co pozwala dolnej części strumienia dorównać górnej części za rogiem. Sterowanie strumieniem wody musi mieć możliwość, aby to zrobić automatycznie.

Wąskie promienie

Ponieważ strumień wody tnącej jest narzędziem okrągłym, o średnicy pomiędzy 0,76 mm i 1,02 mm dla ściernego cięcia strumieniem wody, stworzenie jakiegokolwiek wewnętrznego rogu będącego idealnym kwadratem jest niemożliwe. Oprogramowanie CAM zwykle czyta geometrie geometrii i daje użytkownikowi możliwość automatycznego umieszczania bardzo małego promienia na tych narożnikach. Pozwala to na uniknięcie uszkodzenia materiału i redukuje czas przetwarzania, ponieważ promienie można ciąć szybciej niż kwadratowe narożniki. Dla bardzo ostrych kątów, rzeczywista część, która jest cięta może znacząco różnić się od oryginalnego rysunku i przed jej przetworzeniem powinno się wziąć pod uwagę jej formę, dopasowanie i funkcjonalność.

 

 Typy Wejść


Przebijanie materiału w obszarze skrawków i „ wejścia” do rzeczywistej geometrii cięcia jest standardową procedurą w większości zastosowań cięcia strumieniem wody. Pozwala to zapobiec występowaniu dużych skaz  powstałych od pierwszego przebicia na powierzchni obrabianych części. Pod koniec cięcia, może być wymagana procedura „wyjścia”, aby usunąć jakiekolwiek "dzioby" z obszaru wejścia.
Można eksperymentować różne rodzaje wejść i wyjść z różnych materiałów i grubości.
 

 

  • prosta linia wejścia z bardzo krótką prostą linią wyjścia) wskazany dla jakiegokolwiek ostrego narożnika.
  • łuk wejścia z krótkim łukiem wyjścia jest dobry dla cieńszych i bardziej miękkich materiałów.
  • prosta linia wejścia bez wyjścia daje dobre wyniki na grubszym, twardszym tworzywie.  
 

Redukcja znaków pozostawionych podczas wejścia /wyjścia

Pod koniec cięcia, mały „dziobek” może pozostać na dolnej części cięcia w obszarze wejścia/wyjścia. Z powodu efektu opóźnienia omówionego wcześniej, gdy strumień dotrze do końca cięcia, to górna część strumienia znajdzie ścieżkę najmniejszego oporu i skutecznie "przeskoczy" mały kawałek materiału pozostawiając „nosek”. Z bardziej zaawansowanym sterowaniem i dostępnym dzisiaj oprogramowaniem, możliwa jest redukcja tego zjawiska poprzez zwolnienie prędkości dolnej części strumienia pod koniec cięcia, aby dorównać do części górnej przed dojściem do końca cięcia.

 

Wpływ strumienia wody tnącej dokładność

Przewody mieszające są wykonane z bardzo twardego materiału, spiekanego borku. Jednakże, dysze są narażone na zużycie i ich koszt musi być brany pod uwagę przy kalkulacji kosztów pracy. Średnica otworu przewodu mieszającego zazwyczaj zwiększa się o około 0.02mm na godzinę cięcia z powodu erozji powodowanej przez ścierniwo przepływające przez dyszę. Jeśli takie zużycie pojawia się w sposób równomierny, to jedna dysza powinna zrealizować do120 godzin cięcia. Sterowanie pozwala rekompensować to zużycie poprzez  umożliwienie operatorowi zmiany offsetu narzędzia.


Parametry Zależności Strumienia Wody Tnącej

 

Zagadnienia omawiane w tym rozdziale będą się skupiać na zależnościach pomiędzy prędkością cięcia a jakością krawędzi, wielkości pompy, wyborze dyszy ścierniwa, maksymalnej liczbie głowic oraz jak niektóre z tych parametrów mogą się zmieniać w czasie.

Pożądana jakość krawędzi

Jakość krawędzi określana jest liczbami od 1 do 5. Niższe cyfry oznaczają chropowate wykończenie krawędzi; wyższe numery oznaczają gładsze. W przypadku cienkich materiałów, różnica w prędkości skrawania dla Jakości Q1 może wynieść do 3 razy szybciej, niż prędkość dla Jakości Q5. Dla grubszych materiałów, prędkość dla Jakości Q1 może być 6 razy szybsza niż dla Jakości Q5. Na przykład, prędkość dla aluminium o grubości 4 " Q5 byłaby 18 mm / min, a dla Q1 wyniosłaby 100 mm / min, 5,8 razy


Specyfikacje pompy

Każda firma specjalizująca się w cięciu strumieniem wody będzie w stanie dostarczyć wykres podobny do pokazanego poniżej, pokazującego moc w KM, maksymalne ciśnienie i maksymalną moc wyjściową wody dla pomp oferowanych ze swoimi  systemami.


Moc, ciśnienie i wyjście wody
W celu osiągnięcia wymaganej jakości krawędzi, prędkości cięcia, tolerancji i wymagań produkcyjnych w sposób efektywny pod względem kosztów, zrozumienie relacji między mocą, ciśnieniem i wyjściem wody ma kluczowe znaczenie. Czynniki te określają maksymalną wielkość otworu, z jakiej będzie można korzystać, maksymalną liczbę głowic, którą będzie można uruchomić, jakimi prędkościami będzie można ciąć i maksymalną grubość, którą będzie można ciąć efektywnie pod względem kosztów.

Moc
Moc pomp waterjet jest określona zarówno w koniach mechanicznych (KM) lub kilowatach (kW) dla wskazania wielkości silnika elektrycznego, który tworzy siłę sprężającą wodę. Specjaliści określą wielkość silnika hydraulicznego, w zależności od ciśnienia wody i wyjścia wody, jakie będą próbowali osiągnąć.

Obecnie najczęściej spotykanymi  pompami na rynku są pompy ze wzmacniaczem. Uproszczony schemat pojęcia wzmacniacza znajduje się poniżej. Te pompy korzystają z hydrauliki do zastosowania pewnego ciśnienia oleju po jednej stronie tłoka pewnej średnicy. Po stronie wody z pompy, średnica tłoka jest o wiele mniejsza. Różnica w obszarze powierzchni pomiędzy stroną hydrauliczną a stroną wody daje w rezultacie czynnik zwielokrotniający, lub intensyfikujący, dla ciśnienia ze strony oleju. Większość pomp ze wzmacniaczem posiada wskaźnik intensyfikacji 20 razy. Ten projekt będzie wyjaśniony szczegółowo w rozdziale “Jak to działa”.



Innym rodzajem pompy czasami używanej do cięcia strumieniem wody jest pompa o bezpośrednim napędzie. Pompa ta korzysta z silnika elektrycznego, bardzo podobnego do silnika samochodu, żeby włączyć wał korbowy, który porusza trzy lub więcej tłoków tworzących ciśnienie wody. Szybsze obroty silnika stwarzają większe ciśnienie i objętość wody. Podstawową koncepcja napędu bezpośredniego znajduje się poniżej.


Moc pompy ze wzmacniaczem i moc pompy o bezpośrednim napędzie nie mogą być bezpośrednio porównywane ze sobą. Każdy rodzaj pompy ma swoje zalety i wady, które muszą być oceniane na bazie aplikacji każdego użytkownika.

Często pojawia się pytanie, co jest lepsze, napęd bezpośredni lub wzmacniacz pompy. Oczywiście w zależności od tego, z którym  producentem rozmawiasz, otrzymasz różne odpowiedzi. Najlepszym sposobem, aby odpowiedzieć na to pytanie, jest zadanie następujących pytań i przeprowadzenie własnych badań:

  • Jaki procent pomp w użyciu dzisiaj stanowią wzmacniacze w przeciwieństwie do napędu bezpośredniego?
  • Jaki procent nowych maszyn sprzedawanych dzisiaj mają wzmacniacze kontra napęd bezpośredni?
  • Jak wiele firm zostało stworzonych w celu wymiany  pompy z napędem bezpośrednim z zestawem modernizacyjnym na wzmacniacz – zasadniczo pozbycia się napędu bezpośredniego?
  • Jak wiele firm zostało utworzonych w celu wymiany wzmacniacza na napęd bezpośredni - innymi słowy pozbycia się wzmacniacza?
  • Jakie są koszty utrzymania związane z każdym rodzajem pompy dla pierwszych 2000 godzin, w tym wymiana części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych?
  • Ile wynosi czas przestoju w celu wymiany części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych w każdym rodzaju pompy?
 

 Więcej informacji na temat rodzajów pomp, patrz "Jak to działa" rozdziału.

Ciśnienie
Ciśnienie pompy, mierzone w PSI, określi prędkości cięcia dla danej wielkości otworu i ilość głowic. Przy takich samych warunkach, istnieje prawie bezpośredni związek pomiędzy ciśnieniem i prędkością cięcia; wyższe ciśnienie daje wyższą prędkość cięcia. Z praktycznego punktu widzenia, wzrost ciśnienia prowadzi również do wyższych kosztów eksploatacyjnych pompy, co należy rozważyć jako przeciw zwiększaniu prędkości cięcia.
Poniższy wykres pokazuje prędkości skrawania dla 12 mm stali nierdzewnej o jakości wykończenia krawędzi Q2. Dwie linie reprezentują dwa typy kombinacji otworów i dysz ścierniwa. W każdym przypadku, podwojenie ciśnienia 2000 bar do 4000 bar spowoduje liniowy wzrost prędkości skrawania około 2,9 razy.



WAŻNE: Należy pamiętać, że moc pompy nie zawsze jest bezpośrednim wskazaniem maksymalnego ciśnienia pompy. Pompa 200 HP niekoniecznie ma wyższe ciśnienie niż pompa 100 KM lub pompa 50 HP.

Moc Wyjściowa Wody
Moc wyjściowa wody, lub natężenie przepływu, jest funkcją mocy i ciśnienia. Wzmacniacz 50HP działający przy 4000bar ma ogólnie maksymalną moc wyjściową przy 4l/min. Pompa 100 HP działająca przy 4000 bar zazwyczaj ma wydajność 8l/min. Ta informacja pomoże określić maksymalną ilość głowic, których można używać z pompą. Pojemności mogą się nieznacznie różnić w zależności od producentów. Może również  być określona Maksymalna Moc Wyjściowa Ciśnienia i Wyjściowe Ciśnienie Operacyjne z różnymi powiązanymi wyjściami wody. Ważne jest, aby sprawdzić, czy określone wyjście wody jest takie jakiego można oczekiwać dla regularnej produkcji (tj. natężenie przepływu w oparciu o Wyjściowe Ciśnienie Operacyjne).

 
Wybór kryzy - łatwy sposób

Odkąd projektanci pomp wykonali już większość skomplikowanych obliczeń matematycznych, to większość użytkowników potrzebuje odnieść się już tylko do „Wykresu Wyboru Kryz”, podobnego do tego, który jest zazwyczaj dostarczany przez producenta pompy. T
utaj można szybko zauważyć, że dla pompy 50HP, można użyć jednej kryzy 0,35mm lub dwóch kryz 0,02mm.

 

Ogólne wytyczne wyboru pompy

Kolejnym krokiem w podjęciu decyzji, która pompa jest odpowiednia dla naszej aplikacji, jest określenie rodzajów materiału, które będą cięte i ile głowic chcemy i jesteśmy w stanie uruchomić w jednym czasie.
Jeśli wycinamy części z pianki, drewna, tektury lub innych materiałów miękkich, wówczas mielibyśmy do czynienia z zastosowaniem samej wody. Dla aplikacji z samą wodą, pompa 30 HP jest zazwyczaj wystarczająca. Z kryzą 0,12mm można używać do trzech głowic tnących. Jeśli byłaby potrzebna większa ilość głowic, to wtedy pompa 50-HP mogłaby obsługiwać aż do pięciu głowic tnących z kryzami 0,12mm.
Dla zastosowań ze ścierniwem, pompa 50HP jest ogólnym punktem wyjścia. Z tą pompą można uruchomić jedną głowicę z kryzą 0.35mm lub dwiema głowicami z kryzami 0.25mm. Kryza 0,25mm będzie miała wyjątkową skuteczność w zależności od prędkości i jakości cięcia cieńszego materiału (12mm i poniżej).
Poniższy wykres pokazuje prędkości cięcia dla pojedynczej głowicy kontra cięcie podwójną głowicą w 12mm stali nierdzewnej. W przypadku przekroczenia wartości grubości ponad  50 mm, bezwzględna różnica w prędkości cięcia pomiędzy kombinacjami dyszy zacznie zmniejszać się bardziej dramatycznie.



C
ięcie dwiema głowicami z kryzami 0,25mm podwaja prędkość cięcia w porównaniu do cięcia jedną głowicą z kryzą 0,25mm. W porównaniu do cięcia jedną głowicą z kryzą 0,35mm, cięcie dwiema głowicami zwiększy wydajność o około 20 procent.  Ujmując tę myśl w realnym świecie, to byłoby to jak  rozpocząć cięcie w poniedziałek rano z dwiema głowicami, i można byłoby dostarczyć klientowi obrobiony element w czwartek po południu. Jeżeli cięcie byłoby dokonywane jedną głowicą, to klient dostałby swój element dopiero w piątek po południu.
 Dla kogoś zainteresowanego cięciem grubszych materiałów na stałe, to sugerujemy przeznaczyć 50 KM na głowicę tnącą. Przy wyborze pompy 100 KM, można uruchomić dwie głowice z kryzą 0.35mm.

 

Jeżeli wycinamy bardzo małe części w dużych ilościach, to możemy potrzebować  bardzo dużego stołu tnącego, gdzie można uruchomić cztery głowice i czterokrotnie zwiększyć swoją produkcję w porównaniu do systemu jedno-głowicowego. W tym przypadku należałoby wybrać pompę 150 KM, która może uruchomić cztery głowice z kryzami 0,33mm.


Wybór dyszy ścierniwa

Zasadniczo, średnica kryzy dla dyszy ścierniwa powinna być około trzy razy większa niż kryza dyszy wodnej.

Niektórzy sugerują korzystanie z mniejszej proporcji, około 2,5-krotnej. Korzystanie z mniejszej proporcji spowoduje szybsze prędkości skrawania. Minusem jest większe zużycie dyszy i kosztów. Tolerancja części ucierpi z powodu szybszego zużycia dyszy.
Poniżej znajduje się krótki przewodnik dla najbardziej popularnych kryz dla cięcia strumieniem wody ze ścierniwem. Typowe ilości ścierniwa i przepływu wody są również przedstawione dla łatwego odniesienia.



Ilość ścierniwa i prędkości skrawania

W Rozdziale 1, "Właściwości Cięcia," w sekcji " Tworzenie strumienia wody tnącej ze ścierniwem”
dyskutowaliśmy, jak tworzony jest strumień wody tnącej ze ścierniwem. Tutaj ponownie przedstawiamy przekrój głowicy tnącej.



Kiedy ścierniwo jest dodawane do strumienia wody tnącej, to cząsteczki ścierniwa są przyspieszane niemal do prędkości strumienia wody tnącej, około 4000km/h (prawie trzy razy szybciej niż prędkość dźwięku). Ta prędkości nadaje pędu cząsteczkom ścierniwa, aby mogły zerodować obrabiany materiał. Dodanie większej ilości ścierniwa daje więcej energii do procesu i erozja postępuje szybciej. Ostatecznie pojawi się punkt nasycenia, gdy dodanie większej ilości ścierniwa spowoduje „kradzież” prędkości i energii ze strumienia wody tnącej i prędkości cięcia zacznie spadać. Każdy producent waterjet przechodzi przez intensywne testy z różnych kombinacji kryz i dyszy, aby znaleźć optymalną ilość ścierniwa dla zrównoważenia kosztów i szybkości cięcia.
Począwszy od przepływu ścierniwa z prędkością zero funtów za minutę, nie byłoby żadnej penetracji materiału, może z wyjątkiem bardzo lekkiego wytrawienia górnej powierzchni materiału. W tym momencie prędkość cięcia wynosi zero. Prędkość cięcia zwiększa się, gdy dodawana jest coraz większa ilość ścierniwa. Dla kombinacji większych dysz, prędkość zwiększa się do około 500g/min. W tym momencie, prędkość cięcia zaczyna maleć kiedy za dużo energii kinetycznej jest zabierane ze strumienia wody tnącej  przez ścierniwo. Coś podobnego dzieje się z kombinacją mniejszej kryzy/dyszy, ale przy niższych prędkościach i mniejszej ilości ścierniwa.



Optymalny punkt kosztów może być nieco niższy niż to co wydaje się być wierzchołkiem krzywej prędkości. "Prawo malejących przychodów" staje się tu oczywiste. Kiedy osiągnięta jest maksymalna prędkość, to każda dodatkowa jednostka ścierniwa, który jest dodana, spowoduje coraz mniejszy wzrost prędkości.

 

Prędkość i skuteczność kombinacji dyszy

Na wykresie widać, że kombinacje większych kryz / dyszy ścierniwa będą ciąć szybciej niż mniejsze kombinacje. Z większymi kombinacjami dysz, praktycznie całe zasilanie pompy jest zużywane, więc cięcie będzie szybsze. Mniejsza kryza / dysza tnie wolniej, ponieważ jest używane mniej całkowitej mocy pompy.



Mniejsze kombinacje kryzy / dyszy są bardziej efektywne w ich korzystaniu z wody i ścierniwa. Dostępna moc strumienia wody tnącej jest skoncentrowana na mniejszym obszarze, więc więcej energii skierowane jest do cięcia.



Zużycie dyszy

Kiedy dysza ścierniwa zużywa się, to średnica strumienia wody tnącej ze ścierniwem wzrasta. Średnica zwiększa się o około 0,0025mm na godzinę cięcia. Moc na cal kwadratowy jest mniejsza. Dlatego szybkość posuwu musi być zmniejszona w celu utrzymania tego samego wykończenie krawędzi lub jakość krawędzi ulegnie pogorszeniu.

 


Kalkulatory prędkości cięcia

Różne kalkulatory szybkości posuwu strumienia wody tnącej są dostępne w Internecie. Za pomocą tych kalkulatorów można poeksperymentować z różnymi parametrami, aby zobaczyć, jak prędkość cięcia  i koszt na cal wpływają na siebie.



Za pomocą tych wszystkich kalkulatorów, ważniejsze jest skupienie się na kosztach na cal (lub stopę lub metr), a nie na kosztach za godzinę. Skupienie się na kosztach na stopę uwzględnia malejące przychody omówione w poprzedniej sekcji.
Inną rzeczą do zapamiętania jest to, że te kalkulatory pokazują tylko prędkość cięcia linii prostej. Zależnie od geometrii części, czas przebijania, projektu maszyn i co więcej, rzeczywisty czas cięcia elementu mogą się znacznie różnić od wzięcia tylko całkowitej ilości liniowych cali cięcia w danym elemencie i dzieląc tę liczbę przez cale na minutę jak to przedstawiono w kalkulatorze. Te kalkulatory są przydatne przynajmniej dla poznania wyobrażenia co do prędkości i kosztów.


Wskaźnik Obróbki Mechanicznej



Wskaźnik obróbki mechanicznej pokazany w większości kalkulatorów szybkości posuwu strumienia wody tnącej, określa względne wskaźniki cięcia dla różnych materiałów. Materiały z wyższymi numerami cięte są proporcjonalnie szybciej niż z niższymi numerami. Stal miękka ma wartość odniesienia jeden. Stal nierdzewna z numerem 0,9 wskazywałyby, jest cięta około 10 % wolniej niż stal miękka dla osiągnięcia podobnych wyników jakości krawędzi i tolerancji.
Jeżeli znamy wskaźniki obróbki mechanicznej dwóch materiałów, dość łatwo można oszacować dobrą prędkość cięcia jednego materiału od drugiego. Wiemy, że wskaźnik obróbki mechanicznej stali nierdzewnej wynosi 0,9 i poniżej widzimy, że wskaźnik aluminium wynosi 2.9. Wiadomo, że 12mm stal jest cięta z prędkością 140mm/min dla uzyskania pożądanej jakości krawędzi. Chcemy poznać prędkość dla  12mm aluminium. Należy podzielić wskaźnik obróbki aluminium przez wskaźnik obróbki stali. 2,9 ÷ 0,9 = 3,2. Następnie pomnożyć prędkość cięcia stali nierdzewnej przez 3.2 dla prędkość cięcia aluminium o tej samej grubości.



Podsumowanie

W tym rozdziale przyjrzano się trzem podstawowym specyfikacjom pompy wysokiego ciśnienia: mocy, ciśnieniu i mocy wyjściowej wody. Zbadano jak prawidłowo dobrać rozmiar kryz w oparciu o specyfikacje pompy i ile głowic jest używanych.  Zostały objęte badaniem wzrosty wydajności i oszczędności kosztów związane z korzystaniem z dwóch mniejszych kryz w porównaniu z jedną dużą kryzą. Dodatkowo, był omawiany wybór średnicy dyszy ścierniwa  w kontekście proporcji do stosowanej kryzy. Wreszcie, przyjrzano się kalkulatorom szybkości posuwu strumienia wody tnącej i jak wykorzystane są wskaźniki obróbki mechanicznej do obliczenia prędkości cięcia  jednego materiału na podstawie prędkości cięcia innego materiału.

          

Jak To Działa?

Ten rozdział omawia zwiększanie ciśnienia wody bardziej szczegółowo, dwie główne pompy, które są wykorzystywane do tego, elementy wzmacniacza i rozwiązywania problemów przecieków w pompie wzmacniacza. Transport i dozowanie ścierniwa zostaną również omówione.

Cięcie strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem

Woda jest sprężana do bardzo wysokich ciśnień, wynoszących ponad 3500bar. To zwiększanie ciśnienia jest dokonywane za pomocą pomp o różnych konstrukcjach, które będą omówione dalej w tym rozdziale.
Woda o wysokim ciśnieniu jest transportowana przez szereg rur ze stali nierdzewnej do głowicy tnącej. W zależności od ciętego materiału, głowica tnąca może być "głowicą tnącą samą wodą" lub "głowicą tnącą wodą ze ścierniwem".
W głowicy tnącej, woda pod wysokim ciśnieniem jest forsowana przez otwór o małej średnicy. Średnica tego otworu wynosi od 0,1 do 0,4mm. Ten krok przekształca ciśnienie strumienia wody tnącej na prędkość. Wychodzimy tu z energii potencjalnej na energię kinetyczną. Wychodząc z otworu strumień wody tnącej porusza się z prędkością 4000km/h lub szybciej. Wyższe ciśnienie powoduje wyższą prędkość.
Kryzy o mniejszej średnicy dają szybszy strumień wody tnącej, ale też strumień  z mniejszą energią kinetyczną, ponieważ nie ma tyle dostępnej wody, żeby przyspieszyć ziarna ścierne do pełnej prędkości.
W głowicy tnącej samą wodą, woda natychmiast wychodzi głowicy tnącej po przejściu przez otwór. Szybkość i siła strumienia wody tnącej jest wystarczająca do cięcia miękkich i cienkich materiałów, takich jak pianki, guma, miękkie drewno, tworzywa sztuczne, wykładziny, żywność, tapicerek samochodowych, podzespołów elektronicznych i innych.
W głowicy tnącej ściernej, bardzo twarde ścierniwo, zwykle granat, podawany jest do strumienia wody tnącej. Ścierające cząstki są przyspieszane prawie do prędkości strumienia wody tnącej. Daje to cząstkom ściernym dużo energii. Strumieniem wody tnącej ze ścierniwem przemieszcza się teraz w dół przez dyszy ścierniwa, lub przewód mieszający, mający ok. 3 cm długości, o średnicy wewnętrznej od 0,030 " do 0,050". Mieszanina wody i ścierniwa wychodzi z dyszy ścierniwa i tnie twarde materiały, takie jak metale, kamień, akryl, ceramikę, kompozyty, związki fenolowe i porcelanę.
Sterowanie CNC wprowadza głowicę tnącą aż do 6 osi ruchu, aby wyciąć docelowy element.

 


Rodzaje pomp

Wzmacniacz
Pompy wzmacniające są nazywane wzmacniaczami, ponieważ używają one pojęcia wzmacniania intensywności lub amplifikacji ciśnienia, aby wygenerować pożądane ciśnienie wody. 
Jeśli zostanie zastosowany nacisk na jedną stronę cylindra, a druga  strona cylindra ma taki samy obszar powierzchni, to ciśnienie po drugiej stronie będzie takie samo. Jeśli powierzchnia mniejszej strony jest połową tej drugiej powierzchni, to nacisk na tej stronie zostanie podwojony. W przypadku pompy wzmacniacza występuje 20-krotna różnica pomiędzy dużą (gdzie występuje ciśnienie oleju) i małą powierzchnią (gdzie jest generowane ciśnienie wody). Poniższy rysunek przedstawia tę ideę.

 
Ostatecznie,  musi istnieć jakieś ograniczenie przepływu wody, aby ciśnienie mogło być generowane. To ograniczenie jest generowane przez otwór  w głowicy tnącej. Ciśnienie jest utrzymywane aż do momentu, kiedy średnica otworu przekracza limity dla mocy wyjściowej wody z pompy.
W przypadku bardzo małej średnicy otworów, w celu utrzymania ciśnienia, pompa potrzebuje tylko bardzo powolnego cyklu dla utrzymania ciśnienia. Kiedy otwór powiększa się, to pompa musi działać szybciej, aby utrzymać ciśnienie i przepływ wody. Jeżeli otwór zrobi się za duży, to pompa będzie próbowała pracować za szybko w stosunku do specyfikacji projektowej. Wykrywana jest wtedy sytuacja "nadmiernego skoku"  przez system sterowania i i pompa jest zatrzymywana z komunikatem o błędzie.
Jeżeli pojawią się nieszczelności w obiegu wody pomiędzy pompą i głowicą tnącą, może to również doprowadzić do sytuacji „nadmiernego skoku” pompy. Przecieki skutecznie zabierają wodę przeznaczoną do wejścia do głowicy tnącej. Tak samo jak przy wprowadzeniu w zbyt duży otwór, pompa działa szybciej, żeby utrzymać ciśnienia do osiągnięcia swojego limitu.
Zazwyczaj wzmacniacze pracujące na pełnych obrotach wykonują posuw około 50 - 60 uderzeń na minutę.

Proces wytwarzania ciśnienia

  1. Olej jest wpychany do prawej połowy cylindra hydraulicznego.
  2. Zespół tłok –nurnik porusza się w lewo. Olej jest wypierany z lewej połowy cylindra hydraulicznego, a woda w lewym cylindrze wysokiego ciśnienia jest sprężana. 
  3. Nurnik przesuwa się w lewo. 
  4. Gdy powstaje ciśnienie, woda pod wysokim ciśnieniem jest siłą wypychana ze wzmacniacza przez środek zaworu zwrotnego. 
  5. Podczas gdy zespół tłok-nurnik porusza się w lewo, pozwala także na przepływ świeżej wody do prawego cylindra wysokiego ciśnienia przez otwory zaworu zwrotnego. 
  6. Kiedy zespół z tłok-nurnik osiągnął koniec swojego skoku w lewo, to prawy cylinder wysokiego ciśnienia jest teraz pełen wody. 
  7. Kierunkowy zawór sterujący otrzymuje sygnał za pośrednictwem czujnika zbliżeniowego w pobliżu tłoka, do odwrócenia przepływu oleju hydraulicznego. Olej jest teraz siłą wpychany do lewej połowy cylindra hydraulicznego i tłok przesuwa się w prawo.
  8. Olej jest wypierany z prawej połowy cylindra hydraulicznego, podczas gdy woda w prawym cylindrze wysokiego ciśnienia jest sprężana przez prawy nurnik.

 


Napęd bezpośredni
 
Pompa z napędem bezpośrednim działa jak silnik samochodu. Silnik obraca wał korbowy dołączony do 3 lub więcej tłoków offsetowych. Kiedy wał korbowy obraca się, to tłoki posuwają się w swoich cylindrach w tę i z powrotem, tworząc ciśnienie w wodzie. Ciśnienie i natężenie przepływu zależą od prędkości obrotów silnika wału korbowego.
 



Pompy o napędzie bezpośrednim pracują szybciej niż wzmacniacze, rzędu 1500 obrotów na minutę. Mają one zastosowanie w aplikacjach o niższym ciśnieniu (tj. 55.000 funtów na cal kwadratowy i mniej). Utrzymanie w prawności pompy o napędzie bezpośrednim jest zazwyczaj dłuższe niż pompy wzmacniacza. Pompy o napędzie bezpośrednim mogą uruchamiać więcej niż jedną głowicę tnącą tylko jeżeli wszystkie głowice tną ten sam element w tym samym czasie. Z pompą ze wzmacniaczem można uruchamiać głowice tnące na wielu maszynach, tnących różne elementy, włączając i wyłączając głowice w dowolnej kolejności. Pompa ze wzmacniaczem będzie musiała jedynie zmieniać swoje proporcje posuwu odpowiednio do utrzymania przepływu i ciśnienia.

 


 

Części pompy ze wzmacniaczem


Zdjęcie 2 - Obudowa pompy ze wzmacniaczem (150 KM)

1.  Silnik elektryczny i pompa hydrauliczna
Silnik elektryczny i pompa hydrauliczna (numer 1 na zdjęciu powyżej) tworzą wymagane ciśnienie oleju dla wzmacniacza. Zespół ten zwykle znajduje się w dolnej części obudowy pompy. Silnik elektryczny i pompa są mierzone w KM (lub metrycznie w kW). Typowe rozmiary pompy to 30 KM, 50 KM, 75 KM, 100 KM i 150 KM. Jak wspomniano w poprzednim rozdziale, każda pompa będzie powiązana z wielkością mocy wyjściowej wody (galony na minutę) i ciśnienia (psi).
Ważne również jest, aby pamiętać, że KM (HP) nie jest koniecznie wskazaniem ciśnienia. Pompa 150 HP nie musi tworzyć większego ciśnienia niż pompa 50 HP. Moc jest bardziej bezpośrednio związana z mocą wyjściową wody, ponieważ więcej HP będzie potrzebne do stworzenia wystarczającej siły, aby przesunąć tłok / nurnik wzmacniacza przy wymaganej proporcji posuwu.

2.  Kierunkowe zawory sterujące


 
Zdjęcie 3 – Kierunkowy Zawór Sterujący

Kierunkowy zawór sterujący (2 na zdjęciach 2 i 3) steruje kierunkiem przepływu oleju hydraulicznego do i ze wzmacniacza.

3.  Wzmacniacz


Sam wzmacniacz składa się z cylindra hydraulicznego, cylindrów wysokiego cisnienia, zaworów zwrotnych i zaślepek / pokryw końcowych. Tłok i nurnik nie są widoczne z zewnątrz.

4.  Cylinder hydrauliczny


Cylinder hydrauliczny mieści tłok i jest obszarem pracy oleju hydraulicznego. Kierunkowe zawory sterujące kontrolują przepływ oleju do i z każdej strony cylindra hydraulicznego.
Na każdym końcu cylindra hydraulicznego znajduje się płyta końcowa, która służy do podłączenia cylindra hydraulicznego do w cylindra wysokiego ciśnienia. Dwie płyty końcowe cylindra hydraulicznego są połączone i mocno zaciągnięte na miejscu za pomocą 4 cięgien i nakrętek.

5.  Tłok


Tłok  jest częścią cylindra o większej średnicy  i znajduje się w cylindrze hydraulicznym. Tłok skutecznie dzieli cylinder hydrauliczny na lewą i prawa stronę. Olej nie może przejść z jednej strony na drugą obok tłoka. Musi on wychodzić i wchodzić do cylindra hydraulicznego poprzez przewody przymocowane do kierunkowego zaworu sterującego. Hydrauliczne ciśnienie oleju jest wywierane na każdą stronę tłoka w sposób zmienny, tak aby był generowany ruch zespołu tłoka i nurnika tam i z powrotem.

6.  Nurnik


Nurniki  to dwa wałki o mniejszej średnicy, które są połączone do każdej strony tłoka. Punkt mocowania znajduje się wewnątrz cylindra hydraulicznego. Pozostałe końce nurników ciągną się do lewego i prawego cylindra wysokiego ciśnienia. Wokół wałka nurnika są umieszczone uszczelki, żeby zapobiegać sączeniu się oleju do wodnej części pompy, i na odwrót. Nurniki są wykonane albo ze stali nierdzewnej lub, ostatnio, z materiałów ceramicznych. Materiały ceramiczne są stosowane ze względu na ich zdolność do obsługi ciepła i wysokiego ciśnienia z niewielką rozszerzalność cieplną.

7.  Cylinder wysokiego ciśnienia


Dwa cylindry wysokiego ciśnienia znajdują się tam, gdzie sprężana jest woda. Zazwyczaj są one określone jako "lewostronny" i "prawostronny." Cylindry wysokiego ciśnienia są wykonane z bardzo grubej stali nierdzewnej i obrabiane w taki sposób, aby wytrzymać bardzo wysokie ciśnienia jakiemu są poddawane ciągły cykliczny sposób.

8.  Zawór zwrotny


Na końcu każdego cylindra wysokiego ciśnienia znajduje się jeden zawór zwrotny na przeciwległym końcu cylindra hydraulicznego. Zawór zwrotny umożliwia wejście świeżej wody do cylindra wysokiego ciśnienia i wyjście wody o wysokim ciśnieniu ze wzmacniacza. Zawór zwrotny jest zaprojektowany do przepuszczania przepływu wody tylko w jednym kierunku. Świeża woda wchodzi poprzez kanały wykonane maszynowo w bokach i wychodzi przez jeden lub więcej otworów w przedniej części zaworu. Różne typy uszczelek, grzybków i sprężyn służą do utrzymania tego przepływu wody. Przez kilkaset godzin te elementy będą się zużywać,  pozwalając na wypływanie sprężonej wody poza ścieżkę wlotową, lub pozwalając jej przedostawać się z powrotem do cylindra wysokiego ciśnienia. Objawy i diagnoza tych różnych sytuacji  zostaną omówione w dalej w rozdziale "Konserwacja".


9.  Zaślepka /pokrywa końcowa


 
Zaślepka ma kształt cylindryczny lub kwadratowy. Wersja cylindryczna przykręcona jest na końcówce wyjściowej cylindra wysokiego ciśnienia. Wersja kwadratowa jest utrzymywana na swoim miejscu za pomocą cięgien i nakrętek. Zaślepka ma otwór w środku dla zaworu zwrotnego i głównej części wylotu. Będzie mieć również punkt połączenia dla przychodzącej świeżej wody. Woda przepływa przez otwory wykonane maszynowo przez zaślepkę, żeby wyrównać się z otworami wlotowymi z zaworze zwrotnym.

10.  Przewody wysokiego ciśnienia


Wysoko ciśnieniowe przewody ze stali nierdzewnej 304 lub 316 są przymocowane do wylotu każdego zaworu zwrotnego. Zwykle przewody są okryte dookoła elastycznymi powłokami ochronnymi.

Przewody wysokiego ciśnienia z lewej strony cylindra wysokiego ciśnienia będą się łączyć w pewnym punkcie razem z przewodami wysokiego ciśnienia z prawej strony cylindra. Przewody wysokiego ciśnienia przenoszą sprężoną wodę do tłumika ciśnienia. Dodatkowe przewody wysokiego ciśnienia skierują wodę o wysokim ciśnieniu do głowicy tnącej.
Długość, liczba zakrętów i innych przeszkód w przepływie (np. zawory ręczne) w ścieżce przewodów wysokiego ciśnienia, muszą być brane pod uwagę przy projektowaniu wysokiej jakości systemu wysokociśnieniowego cięcia strumieniem wody. Ciśnienie spada na każdym zakręcie w przewodach. Również, kiedy wzrasta odległość pomiędzy pompą i głowicą tnącą, to wewnętrzne tarcie wody podczas jej wpadania na wewnętrzne ściany będzie wytwarzało ciepło, przez co spadnie ciśnienie wody. Ten temat zostanie omówiony bardziej szczegółowo w rozdziale 5 "Spadek ciśnienia w przewodach".


11.  Tłumik ciśnienia


Tłumik ciśnienia wygładza wahania ciśnienia po wyjściu wody o wysokim ciśnieniu ze wzmacniacza. Z każdym odwróceniem cyklu wzmacniacza, istnieje niewielkie opóźnienie we wzroście ciśnienia wody w przeciwległym cylindrze wysokiego ciśnienia. To opóźnienie jest spowodowane: 1) odwróceniem ruchu, w którym chwilowa prędkości pod koniec posuwu jest równa zeru, oraz mechaniczne opóźnienie odwrócenia. Wszystkie te czynniki mogą prowadzić do spadku ciśnienia wody. Niektórzy producenci używają zastrzeżonej technologii w celu zmniejszenia tego spadku ciśnienia, które proponujemy zbadać przy wyborze pompy. Generalnie, jeśli pompa 50 HP będzie mogła utrzymać otwór 0,35mm przy wartości 4000bar ciśnienia pracy ciągłej, to istnieje domniemanie, że  udało się sprostać wyzwaniu jakim jest spadek ciśnienia hydraulicznego.
 

Jeżeli to wahanie ciśnienia nie byłoby wyrównywane  przez tłumik ciśnienia, rezultaty cięcia na obrabianym elemencie byłyby niepożądane. Wystąpiłaby znaczna linia w elemencie z każdym suwem wzmacniacza. Przypomnijmy, że w wyniku zmiany ciśnienia wystąpi też zmiana prędkości strumienia wody w głowicy tnącej. Ta zmiana prędkości zmieni prędkość, z którą poruszają się cząsteczki ścierniwa, a zatem również zmieni to wielkość siły, jaką będą przenosić na obrabiany element. Niskiego ciśnienia prowadzi do zmniejszenia prędkości wody, co prowadzi do mniejszej siły ścierniwa, co prowadzi do wolniejszego ciecia lub chropowatej jakości krawędzi.
Na szczęście tłumik ciśnienia wyrównuje te gwałtowne skoki ciśnienia, tak żeby woda w głowicy tnącej utrzymywała stałe ciśnienie, prędkość i moc. 


12.  Wlot wody

Przed wejściem do pompy, woda może będzie musiała być uzdatniona w celu uzyskania wody zgodnej ze specyfikacjami producentów urządzeń waterjet. W obudowie pompy, zwykle w dolnej części, woda zazwyczaj przechodzą przez jeden lub więcej końcowych filtrów tuż przed wejściem do wzmacniacza.

Woda dopływowa musi być w stanie utrzymać określone natężenie przepływu i ciśnienie, w celu zapewnienia, że wzmacniacz otrzyma wystarczającą ilość wody. Woda sieciowa także musi spełniać określone wymagania w odniesieniu do całkowitej ilości rozpuszczonych substancji stałych (TDS), pH, substancji organicznych, temperatury, itp. Niska jakość wody spowoduje drastycznie zmniejszenie żywotności elementów wysokiego ciśnienia (tj. wszystkiego z czym wchodzi w kontakt woda o wysokim ciśnieniem). Różni producenci pomp wymagają różnych ciśnień wody dopływowej, niektóre potrzebują zaledwie 30 psi, a inne wymagają pompy wspomagającej do utrzymania ciśnienia wody 100 psi. Jakość wody zostanie omówiona bardziej szczegółowo w rozdziale 4 "Jakość Wody".

13. Sterowanie i PLC

Sterowanie i PLC/sterownik programowalny/ kontrolują zawory w układzie hydraulicznym w celu określenia ciśnienia i przepływu oleju hydraulicznego do i ze wzmacniacza.
Różne sensory i czujniki zbliżeniowe mogą być też zintegrowane ze sterowaniem w celu monitorowania całej pompy dla sprawdzenia takich rzeczy jak szybkość posuwu, temperaturę i ciśnienie oleju, ciśnienie wody dopływowej i natężenia przepływu, i innych parametrów. Ta funkcja ta sprawia, że praca i rozwiązywanie problemów z nowoczesnymi wzmacniaczami jest znacznie łatwiejsza.


Zawór On-Off  (włączający/wyłączający)

 
Pneumatyczny zawór On-Off steruje przepływem wody do głowicy tnącej. Zawór On-Off  jest "normalnie zamknięty" podczas cięcia. Oznacza to, że gdy nie ma powietrza tłoczonego do zaworu On-Off,  to iglica ciasno przylega do siedziska w celu powstrzymania wody o wysokim ciśnieniu przed dostaniem się do głowicy tnącej. Gdy sprężone powietrze dostarczane jest do zaworu On-Off (tj. polecenie "tool on" ze sterowania), to iglica jest zmuszony do zmiany położenia, i  wody o wysokim ciśnieniu może przepływać przez otwór do głowicy tnącej.
W, lub w pobliżu, obudowy pompy wysokociśnieniowej znajduje się kolejnym zawór On-Off, który pracuje w duecie z zaworem On-Off w głowicy tnącej. Zawór On-Off w pompie zwykle nazywany jest zaworem bezpieczeństwa. Ten zawór bezpieczeństwa w pompie jest "normalnie otwarty". Zawór ten będzie otwarty, gdy powietrze nie jest do niego dostarczane. Kiedy zawór On-Off w głowicy tnącej zamyka się (polecenie „tool off” ze sterowania, lub brak zasilania systemu), to zawór bezpieczeństwa w pompie otworzy się, uwalniając całe ciśnienie wody z przewodów wysokiego ciśnienia. Kiedy wydane jest polecenie „tool on” ze sterowania, to zawór bezpieczeństwa zamyka się, tak żeby cała woda o wysokim cisnieniu poszła do głowicy tnącej. Uwaga, nie wszyscy producenci nowych pomp mają zawór bezpieczeństwa jako standard. Radzimy zatem zwrócić się do producenta pompy czy zapewniają ten standard i kiedy jest on aktywowany. Co więcej, niektórzy producenci pomp aktywują ten zawór bezpieczeństwa gdy jest wciśnięty przycisk E-STOP; kiedy pompa zatrzymuje się, to linie wysokiego ciśnienia są nadal pod ciśnieniem.
Obydwa zawory On-Off muszą być w dobrym stanie w celu ochrony przed przypadkowym zrzutem wody o wysokim ciśnieniu do głowicy tnącej, który mógłby poważnie zranić kogoś pracującego przy głowicy tnącej lub przy którejkolwiek  linii wysokiego ciśnienia. Okresowa wymiana iglicy, siedziska i powiązanych części jest wymagana do utrzymania tych zaworów.

System podawania ścierniwa



Ścierniwo jest transportowane za pośrednictwem przewodów i ciśnienia z dużego zbiornika znajdującego się w pobliżu urządzenie do cięcia wodnego do mini-zbiornika w pobliżu głowicy tnącej. Duże zbiorniki zwykle pomieszczą od kilkuset kg ścierniwa do 1000kg. Jeśli tnie się z jedną głowicą  i 0.5 kg ścierniwa na minutę, to zużywa się około 30kg na godzinę. Oznaczałoby to, że maszyna mogłaby działać na dobre ponad jedną zmianę, zanim wymagałaby ponownego napełnienia. Większość maszyn waterjet jest dostarczana ze zbiornikami 300 kgi w przybliżeniu, co przekładałoby się na 10 godzin pracy. Tak więc przynajmniej raz w ciągu 8 godzinnej zmiany zbiornik musiałby być ponownie napełniony. Powinno się zatem oszacować koszty związane z dodatkowymi przestojami w ciągu roku.


Podsumowanie
W tym rozdziale, po krótkim przeglądzie procesu cięcia strumieniem wody, patrzyliśmy na dwa różne rodzaje pomp, które są używane do cięcia strumieniem wody o wysokim  ciśnieniu: wzmacniacz i napęd bezpośredni i omówiliśmy kilka z zalet każdego rodzaju pompy. Rozpatrzony został szczegółowo proces tworzenia ciśnienia wody za pomocą pompy ze wzmacniaczem. Przeanalizowaliśmy różne części pompy ze wzmacniaczem w takim stopniu, że będziemy mieli dobrą wiedzę na temat, co dany przedstawiciel handlowy lub technik mówi w odniesieniu do wybranego elementu pompy. Omówiliśmy również zawór On-Off  i jego wykorzystanie w głowicy tnącej oraz w pompie. Poznaliśmy też system podawania ścierniwa, jak i zalety systemu dozowania ścierniwa sterowanego numerycznie.

 


Jakość Wody

Opis


W tym rozdziale będą omawiane są wymagania dotyczące jakości wody stosowanej do wysokociśnieniowego cięcia strumieniem wody. Powiemy też dlaczego ważne jest utrzymanie właściwej jakości wody.

Uwaga: Zobacz "Zalecenia dla uzdatniania wody" na końcu niniejszego rozdziału, aby poznać  potencjalne rozwiązania wszystkich zagadnień związanych z uzdatnianiem wody.

Specyfikacje wody


Każdy producent ma szczególne wymagania dotyczące jakości wody. Należy skontaktować  się z producentem konkretnego urządzenia, aby uzyskać dla niego właściwe dane.

Woda dostarczana do wzmacniacza jest decydująca  dla strumienia wody tnącej ze względu na swój bezpośredni wpływ na żywotność elementów wyposażenia, takich jak zawory zwrotne, uszczelki  i kryzy. Wysokie stężenie rozpuszczonych substancji stałych (TDS) powoduje przyspieszone zużycie wszelkich elementów, które wchodzą w kontakt z wodą o wysokim ciśnieniu z powodu zwiększenia ścierności wody spowodowanej przez TDS.
Jako część planowania instalacji, powinna być przeprowadzona analiza jakości wody przez firmę handlową, wyposażoną w specjalistyczny sprzęt do uzdatniania wody. Minimum informacji uzyskanych za pomocą tego badania powinno zawierać dane o TDS, zawartości krzemionki i wartości pH. Takie badania mogą być wykonane przez firmę Culligan, lub możliwe jest też wyszukiwanie "Badania jakości wody" w Internecie.
Woda dopływowa powinna być uzdatniana zarówno pod względem usunięcia twardości, jak i redukcji TDS. Zmiękczanie wody jest procesem wymiany jonowej, która usuwa minerały tworzące kamień, takie jak wapń. Redukcja TDS może być wykonana za pomocą dejonizacji (DI) lub odwróconej osmozy(RO). Ogólnie rzecz biorąc, DI lub RO zapewniają lepszą żywotność elementów niż zmiękczanie wody.
Powinno się przeprowadzić konsultacje z dostawcą uzdatniania wody, żeby dostarczył najbardziej odpowiedni sprzęt wymagany do specjalnych warunków. Może dobrze byłoby, aby zwrócić się do każdego przedsiębiorstwa, które jest brane pod uwagę, z pytaniem czy kiedykolwiek dostarczali systemy do innych wysokociśnieniowych systemów cięcia strumieniem wody, i sprawdzić ich referencje.
Najlepszym procesem uzdatniania dla konkretnej aplikacji jest funkcja pierwotnej jakości wody i pożądanej żywotność elementów narażonych na uszkodzenia. Wartości od 60 do 70 ppm TDS są optymalne. Powinno się unikać jakiegokolwiek uzdatniania wody produkującego zawartość TDS mniejszą niż 0,5 części na milion (ppm), ponieważ agresywność tak oczyszczonej wody może spowodować uszkodzenie elementów pompy.

Wytyczne dla uzdatniania wody

Zawiesina ciał stałych

Oprócz uzdatniania opisanego powyżej, woda musi być filtrowana w celu usunięcia zawiesin. Różni producenci dostarczają do tego celu filtry końcowe różnej wielkości, zwykle w dół do wartości nominalnej 0,45. Patrz "Zalecenia do uzdatniania wody" na końcu tego rozdziału, dla alternatywy do tego.

Zaopatrzenie w wodę


Początkowa dostawa wody powinna wynosić co najmniej 20l/min przy 4barach. Woda może być wzmocniona przez małą pompę do wartości 8 bar wymaganej przez większość wzmacniaczy. Niektóre wzmacniacze nie wymagają dodatkowego wspomagania ciśnienia, wymagając tylko 2 bary dla wody dopływowej.

 

Wymiennik ciepła – Dla pomp chłodzonych wodą

Wymiennik ciepła jest używany przede wszystkim do chłodzenia płynu hydraulicznego wzmacniacza pompy. Zazwyczaj temperatura oleju hydraulicznego musi być utrzymywana  poniżej 50 ° C. Wymiennik ciepła wymagać będzie stałego przepływu wody od 0 do 8 l / min (0 do 30 litrów na minutę) w temperaturze wlotowej nieprzekraczającej 40 ° C w celu utrzymania płynu hydraulicznego w odpowiedniej temperaturze. Rzeczywista ilość wody będzie zależeć od wybranej pompy. Ponieważ wiele pomp posiada  regulację termostatyczną, to może się okazać, że kiedy pompa jest chłodna, to woda nie będzie potrzebna.
Publiczna woda użytkowa jest zwykle dopuszczalna dla celów chłodzenia. W sytuacjach, w których woda zawiera duże złogi mineralne, przewody wymiennika mogą ostatecznie stać się ograniczone przez nagromadzenie cząstek. Jeżeli okaże się to problemem chronicznym, może zaistnieć konieczność pre-filtracji i / lub zmiękczanie wody.
W zależności od konfiguracji instalacji, temperatura otoczenia może być także czynnikiem chłodzenia płynu hydraulicznego. Jeżeli wzmacniacz i / lub wymiennik ciepła są ograniczone do małych przestrzeni o wysokiej temperaturze, to może być konieczne dodatkowe chłodzenie.  

Chłodnica olejowo-powietrzna

Niektóre pompy korzystają z  chłodnicy olejowo-powietrznej do odprowadzenie ciepła z oleju hydraulicznego, więc wymiennik ciepła nie jest wymagany. Latem urządzenie może być wentylowane z zewnątrz budynku do usuwania ciepła z budynku. W zimie może być wentylowane wewnątrz budynku, aby wspomagać ogrzewanie budynku.

Chłodziarka

Chłodziarka  może być użyta do ponownego obiegu wody chłodzącej, która jest używany przez wymiennik ciepła wzmacniacza. Chłodzi ona wodę, a następnie wysyła ją ponownie poprzez wymiennik ciepła, tworząc zamkniętą pętlę. Chłodziarka jest najbardziej skuteczny w  kilku sytuacjach wartych rozważenia, w szczególności:
•    Cieplejsze klimaty, gdzie wydajność wymiennika ciepła może być zredukowana
•    Urządzenia, które nie mogą wysyłać wody do drenażu,
•   Części kraju, gdzie brakuje wody, lub jeśli koszt wody jest wysoki, bo pompa 50 HP może zużywać do 5 gpm do chłodzenia hydrauliki.
Chłodziarka zużyje ponownie tę sama wodę chłodzącą: nadal będzie możliwe wypuszczane około 1 gpm świeżej wody przez głowicę tnącą przy pompie 50 KM, która nie będzie ponownie wykorzystywana przez chłodziarkę.
Woda wpływająca do wzmacniacza powinna zostać utrzymana także w temperaturze  21 ° C lub chłodniejszej dla najlepszej żywotności uszczelnienia ciśnieniowego. Jeśli ta temperatura nie może być utrzymana, to chłodziarka może być również stosowana do tej wody.