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CN1305642C - 一种用于输送磨粉浆的方法和流体供应系统 - Google Patents

一种用于输送磨粉浆的方法和流体供应系统 Download PDF

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CN1305642C CNB028104218A CN02810421A CN1305642C CN 1305642 C CN1305642 C CN 1305642C CN B028104218 A CNB028104218 A CN B028104218A CN 02810421 A CN02810421 A CN 02810421A CN 1305642 C CN1305642 C CN 1305642C
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Abstract

本发明提供一种用于输送磨粉浆的方法和流体供应系统，包括：用于包含磨粉浆和无磨料流体的容器；加压供应管路，具有与所述容器相连的第一端以及与高压流体源相连的第二端，用于向容器输送高压流体；浆料吸取和输送管路，具有位于所述容器底层的浆料吸取端以及与磨料排放出口相连的输送端；泄压管路，具有与所述容器高层相连的第一端以及与泄压出口相连的第二端，泄压管路还具有用于控制流体通过该泄压管路的阀；第二供应管路，具有与加压供应管路相连的第一端以及与浆料吸取和输送管路相连的第二端；其中第二供应管路的第二端在浆料吸取端附近与浆料吸取和输送管路相连。本发明的上述系统可避免喷嘴阻塞。

Description

一种用于输送磨粉浆的方法和流体供应系统
技术领域
本发明涉及一种用于输送磨粉浆的方法和流体供应系统，具体地但是并不仅限于一种从加压磨粉浆容置容器内向一磨料喷嘴供应加压后浆料从而确保切割或其它要被执行的磨料流体喷射机的加工操作的系统和方法。
背景技术
现有技术中的磨料流体喷射系统可以在很多需要精密切割的领域中被应用。这种应用的一种示例是基片的切割(singulation)。一种类型的磨料喷射系统使被存储并在来自压力容器的压力作用下被排出的磨料与驱动流体在喷嘴之前混合，形成一种磨粉浆。利用文丘里效应实现这种混合。所述磨粉浆通常通过喷嘴被加速，形成一种用于切割基片的磨料流体喷射工具。
当配备多个喷嘴切割头时，这种现有系统要求单独和独立地为每个喷嘴输送磨料。这种独立的输送要求独立控制，增加了多喷嘴切割头中一个或多个处于不理想操作的机会。
专利文献WO95/29792介绍了另一种使磨料与流体混合的结构。在专利文献WO95/29792所述系统内设置一压力容器，在该压力容器内，磨料和流体在通过管路被输送到喷嘴之前在压力下能够混合。
WO95/52679介绍一种具有高压流体供应源31，32的流体供应系统，其在压力下通过入口6向夹带容器1提供流体，在所述容器内，流体可以吸收诸如磨料材料的另一种成分。出口51从该容器指向一喷嘴54。喷射泵61具有一出口64，该出口通过阀65被连接到容器排出管51和系统出口54之间的接点上。当关闭阀65时，被供应到喷射泵61的高压入口62的压力流体通过喷射泵61的低压入口62流到容器1的入口6，然后在流过容器排出管51到达喷嘴54之前通过夹带有磨料材料的容器。打开阀65，允许隔离阀52被冲洗，被关闭而停止流向所述喷嘴。这种布置不能通过引取稀释流接近排出管的下端而稀释(dilute)磨料排放，当停止排出磨料时，也不允许该稀释流冲洗容器排出管51。
随着使用增大的液体压力以便增大切割能量，液体压缩性变成重要的因素。当要求停止排出磨粉浆并降低磨粉浆压力容器压力以便暂停操作工序或便于重新装填磨料时，由于生成高压，在压力容器内保存一定体积的被压缩流体。当现有技术的系统处于一般状态时，随着上述一定体积的被压缩流体被泄压，其唯一的逃逸路径是排出管路，该排出管路的入口位于封闭的磨粉浆内。因此上述一定体积的浆料(slurry)的连续排出引起喷嘴阻塞的问题。由于被排出的浆料处于比正常操作压力低的压力下，缺乏足够的动量，从而停留在输送管或喷嘴内，产生这种阻塞。
例如，如果容置浆料的压力容器的增压泵损坏，可能产生这种不希望的排放。由于压力容器内的浆料处于高压下并被泵压缩，一旦所述泵损坏，被压缩的浆料将膨胀，并至少在一短时期内连续通过输送管输送浆料，从而从喷嘴连续排出磨粉浆。
在设计溶液时，非常重要的是避免由高压和包含磨料的工作介质自身引起的包括高磨损率和可靠性的问题。
本发明的一个目的是消除上述缺陷，避免喷嘴阻塞或提供给公众有用的机会。
发明内容
本发明的第一个方面可以广泛地说是一种用于输送磨粉浆的流体供应系统，该流体供应系统包括：
容器，用于包含底层的磨粉浆和高层的基本上无磨料流体；
加压供应管路，其具有与所述容器相连的第一端以及与高压流体源相连的第二端，用于向容器输送高压流体；
浆料吸取和输送管路，其具有位于所述容器底层的浆料吸取端以及与磨料排放出口相连的输送端，当通过向容器输送高压流体而转送时，将磨粉浆输送到该排放出口；
泄压管路，其具有与所述容器高层相连的第一端以及与泄压出口相连的第二端，泄压管路也具有阀，用于控制流体通过该泄压管路；
第二供应管路，其具有与加压供应管路相连的第一端以及与浆料吸取和输送管路相连的第二端；
其中第二供应管路的第二端在浆料吸取端附近与浆料吸取和输送管路相连。
最好所述泄压管路的第二端与浆料吸取和输送管路相连，泄压出口由磨料排放出口提供。
最好加压供应管路的第一端位于所述容器的高层。所述泄压管路的第一端可以与加压供应管路相连，从而通过该加压供应管路的第一端连接到所述容器的高层。
另外，加压供应管路的第一端可以位于所述容器的底层。
所述泄压管路的第一端可以被直接连接到所述容器的高层。加压供应管路可以包括一流动控制阀。
本发明的第二方面可以广泛地说是一种用于输送磨粉浆的方法，其包括：
向容器提供高压流体，该容器包含底层的磨粉浆和高层的基本上无磨料流体；
向浆料吸取和输送管路提供高压流体，在位于容器底层的浆料吸取端附近，所述高压流体与该管路相连；
通过提供高压流体，经过浆料吸取和输送管路，转移磨粉浆；
通过在浆料吸取端附近的连接点向浆料吸取和输送管路输送的流体，对被转移的磨粉浆进行稀释；
在磨料排放出口排出被转移和稀释的磨粉浆；
开启和关闭与容器相连的泄压管路上的阀，以便减少和恢复容器内的压力，从而停止和启动磨粉浆的转移和排放。
最好通过浆料吸取和输送管路以及排放出口，减少容器内的压力。
最好被供应到容器的高压流体被引导到容器的高层。
另外被供应到容器的高压流体可以被引导到容器的底层。
最好利用向容器供应高压流体的管路，减少压力。
可以通过直接与容器的高层相连的管路，减少压力。
最好当初始向容器供应高压流体并将所述高压流体输送到浆料吸取和输送管路时，打开阀，允许流体流过泄压管路以便对系统增压，此后关闭该阀，以便在排出开口转移和排出磨粉浆。
附图说明
图1是一个显示本发明第一实施例的系统的视图；
图2是一个显示本发明第二实施例的系统的视图；
图3是一个显示本发明第三实施例的系统的视图；
图4是一个显示本发明第四实施例的系统的视图。
具体实施方式
本发明利用流体选择阻力最小路径的自然属性，确保压缩后流体体积被排放到排出管路内，因此排出装置没有磨料。
参考图1，图1是一个显示本发明第一实施例的系统框图，该系统具有一压力容器11，该压力容器提供一用于容置磨粉浆的隔舱。所述磨粉浆是一种被夹带(entrained)在流体内的磨料的混合物，所述流体例如是水或包含水的液体成分。容器11包含磨粉浆2，在磨粉浆2上方设置一层液体4。所述液体4与用于夹带磨料颗粒从而提供所述浆料的液体是相同的液体，但是在容器内的一定水平面“L”上方，液体4内没有混合磨料。
包含加压泵的压力流体源10向容器11输送流体。来自压力流体源10的流体通过输送管路14和15。设置管路15用于将流体输送到吸取和输送管路16，从而对通过开口30正被传送的浆料进行适当地稀释。为了避免吸取和输送管路阻塞，所述稀释是必不可少的。
管路14是主输送和容器加压管路。在图1所示发明的结构中，管路14具有出口24，其在容器11内确定第一开口，该第一开口位于压力容器内仅有流体的区域内(也就是L上方)。
漏斗17通过管路19向容器11输送磨粉浆2。
泄压管路21被设置为与容器内的流体相通，并与没有磨料的流体流动接触。在图1所示结构中，利用所述输送管路14的一部分，提供上述流动接触。流体阀13控制流体流过压力控制管路21。
在系统的正常操作条件下，泵系统向容器输送压力流体，从而导致磨粉浆2通过吸取和输送管路16的进口30到达喷嘴12。该进口被设置在L下方，最好靠近容器11的底部。
可以考虑将压力降压管路21设置为旁通管路，以便绕过包含磨料的容器体积流动。利用一流体流动控制阀可以实现上述旁通(bypass)，所述控制阀可以是关闭的以关闭管路21。
在图1所示结构中，管路14与容器11的顶部也就是没有磨料2的部位相连。在泄压时(例如当流体源10损坏或被关闭时)，使连接管路21与容器外部的输送管路相连的流体阀13被打开。容器11内的物质将保持被压缩，但是希望膨胀。可以通过两个开口，但是这种膨胀将选择通过管路21排出以代替通过排出管路16的开口30排出。这是由于磨粉浆移动流出管路16的开口30而产生的体积膨胀，因为其内径、长度和主要是由于淤泥层(slurry bed)2的密度和粘度，将导致更高的流动阻力。
当系统启动和加压时，流体阀13将最初被开启。流体将从流体源10通过管路14流入容器11。由于流体阀13是打开的，一些流体将进入管路21。容器的增压也将发生，但是由于部分流动分流，所述增压被减弱。在最佳模式中，泄压管路与第二开口30上游的浆料吸取和输送管路相连(最好是在容器外部)，浆料向上流过开口30的阻力与经过管路21并进入吸取和输送管路16的流体流动事实结合，以在吸取和输送管路朝向开口30的部分上产生一背压，从而没有浆料到达喷嘴。一旦封闭阀13，将有足够的物质流入压力容器11。导致磨料进入管路16的入口30。
通过关闭阀13，流体从流体源10通过管路14进入容器11，从而导致磨粉浆进入吸取和输送管路16的开口30，在管路16内与来自管路15的主要流动混合，并通过吸取和输送管路16被携带到喷嘴12。
也可以在任何时间通过开启阀13停止磨料的流动。在泄压时，开启流体阀13，提供另一条压缩流体最佳通过管路21的路径。当容器内的物质膨胀时，这种膨胀通过泄压管路21。由于管路14的开口在容器11内位于水平面L上方，确保磨粉浆能够到达流体阀13，从而对干净水正常操作且具有最小压差，因此它的服务寿命通常比其它情况更高。此外，管路21的内径将足够大，确保逃逸流体的速率低于被使用的磨粉浆2的设定速率。采用这种方式，容器11内位于水平面L上方内的磨料颗粒将不能进入或沿管路14被传送，并通过流体阀13进入管路21。
图2显示了本发明第二个实施例，其中设置一单独泄压管路21。与图1所示的第一实施例不同，管路21与管路15不相连，仅作为容器11内的压缩体积逃逸通道。第二流体阀23始终处理清洁流体，流体阀13不经常操作，也就是仅在增压和泄压阶段操纵。因此，降低了对阀13的磨损。优选设置第二流体阀23，但这不是必需的。
当泵对流体源10进行增压失败而要求分流时，管路14内的压力损失或泵上的压力损失可以被一压力传感器检测，从而自动地开启阀13，通过管路21对容器提供泄压。当希望停止磨粉浆的流动而同时对流体源10进行增压的泵仍连续操作时，可以仅仅开启阀13，流体可以通过管路14和15连续流入容器11(如果不被单独封闭)，但是由于容器内加压材料最小阻力的路径是通过管路21，水将进入并仅在水平面L上方离开，从而确保仅水通过管路21被排向喷嘴12。只要对流体源10进行增压的泵连续操作，这种流动将连续，被压缩流体的压力平衡不能达到，阀13保持开启。
使用隔膜泵18从管路20中抽取流体4，在容器11内产生压降，所述压降又从漏斗17抽取磨粉浆2到容器11内。在图2所示实施例中，随着流体阀13和第二流体阀23被关闭，使用隔膜泵18通过管路20从容器内抽取流体，产生真空，以便通过管路19从漏斗17抽取磨粉浆2。
可以预测的是，在系统增压和泄压状态下，系统避免由流体可压缩性问题引起不希望的将磨料排放到喷嘴。通过为来自容器内的被压缩流体膨胀提供另一条无阻力路径，从而没有磨料被提供到喷嘴，本发明帮助阻止喷嘴阻塞。
图3显示另一种结构，其中输送管路将第一开口浸没在浆中。在这种结构中，要求泄压管路所提供的一单独开口位于水平面L的上方。靠近第二开口30设置第一开口24是为了使磨料与水更好地混合，以便在最靠近第二开口的位置形成磨粉浆。
图4显示了另一种结构，其中泄压管路排口没有进入吸取和输送管路，而是位于不同的部位。这是一种非优选的方案，不能使用来自管路21内流体的压力向吸取和输送管路16内的流体提供背压，从而一些浆料(在容器内物质的体积膨胀期间)可能通过开口进入吸取和输送管路。
以上已对本发明作了十分详细的描述，所以阅读和理解了本说明书后，对本领域技术人员来说，本发明的各种改变和修改将变得明显。所以一切如此改动和修正也包括在此发明中，因此它们在本发明要求的保护范围内。

Claims (16)

1.一种用于输送磨粉浆的流体供应系统，该流体供应系统包括：
容器(11)，用于包含在底层的磨粉浆(2)和在高层的基本上无磨料流体(4)；
加压供应管路(14)，其具有与所述容器相连的第一端以及与高压流体源(10)相连的第二端，用于向容器输送高压流体；
浆料吸取和输送管路(16)，其具有位于所述容器底层的浆料吸取端(30)以及与磨料排放出口(12)相连的输送端，用于当通过向容器输送高压流体而转送时，将磨粉浆输送到该排放出口；
泄压管路(21)，其具有与所述容器高层相连的第一端以及与泄压出口相连的第二端，泄压管路(21)也具有阀(13)，用于控制流体通过该泄压管路；
第二供应管路(15)，其具有与加压供应管路(14)相连的第一端以及与浆料吸取和输送管路(16)相连的第二端；
其中第二供应管路(15)的第二端在浆料吸取端(30)附近与浆料吸取和输送管路(16)相连。
2.如权利要求1所述流体供应系统，其特征在于：所述泄压管路(21)的第二端与浆料吸取和输送管路(16)相连，泄压出口由磨料排放出口(12)提供。
3.如权利要求1或2所述流体供应系统，其特征在于：加压供应管路(14)的第一端位于所述容器的高层。
4.如权利要求2所述流体供应系统，其特征在于：加压供应管路(14)的第一端位于所述容器的低层。
5.如权利要求3所述流体供应系统，其特征在于：所述泄压管路(21)的第一端与加压供应管路(14)相连，从而通过该加压供应管路的第一端被连接到所述容器的高层。
6.如权利要求3所述流体供应系统，其特征在于：所述泄压管路(21)的第一端直接被连接到所述容器的高层。
7.如权利要求4所述流体供应系统，其特征在于：所述泄压管路(21)的第一端直接被连接到所述容器的高层。
8.如权利要求6所述流体供应系统，其特征在于：加压供应管路(14)包括一流动控制阀(23)。
9.一种用于输送磨粉浆的方法，包括：
向容器(11)提供高压流体，该容器包含在底层的磨粉浆(2)和在高层的基本上无磨料流体(4)；
向浆料吸取和输送管路(16)提供高压流体，在位于容器底层的浆料吸取端(30)附近，所述高压流体与管路(16)相连；
通过提供高压流体，经过浆料吸取和输送管路(16)，转移磨粉浆(2)；
通过在浆料吸取端(30)附近的连接点向浆料吸取和输送管路(16)输送的流体，对被转移的磨粉浆进行稀释；
在磨料排放出口(12)排出被转移和稀释的磨粉浆；
开启和关闭与容器(11)相连的泄压管路(21)上的阀(13)，以便分别减少和恢复容器内的压力，从而停止和启动磨粉浆(2)的转移和排放。
10.如权利要求9所述方法，其特征在于：通过浆料吸取和输送管路(16)以及排放出口(12)，减少容器(11)内的压力。
11.如权利要求9或10所述方法，其特征在于：被供应到容器(11)的高压流体被引导到容器的高层。
12.如权利要求10所述方法，其特征在于：被供应到容器(11)的高压流体被引导到容器的底层。
13.如权利要求11所述方法，其特征在于：利用向容器(11)供应高压流体的管路(14)，减少压力。
14.如权利要求11所述方法，其特征在于：通过直接与容器(11)的高层相连的管路(21)，减少压力。
15.如权利要求12所述方法，其特征在于：通过直接与容器(11)的高层相连的管路(21)，减少压力。
16.如权利要求9或10所述方法，其特征在于：当初始向容器供应高压流体并将所述高压流体输送到浆料吸取和输送管路(16)时，打开阀(13)，以允许流体流过泄压管路(21)以便对系统增压，此后关闭阀(13)，以便在排出开口(12)转移和排出磨粉浆。
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