适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置

1.本发明涉及微细磨料水射流抛光技术领域，具体涉及一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置。


背景技术：

2.随着科技的发展，制造业朝着微细化、精密化、智能化不断发展。因此衍生出来对于材料表面质量要求越来越高。磨料水射流抛光技术凭借其抛光表面质量好、加工柔性高、不产生热损伤与热影响、绿色环保等特点逐渐占据一席之地，在型腔结构件的表面质量提高方面具有很大的优势。为了使磨料水射流能够更好适用在逐渐复杂的加工环境下，往往需要不同类型、不同结构的磨料水射流喷头装置。普通喷头装置受限于型腔中的可运动空间范围，无法对长径比较大、内腔曲率变化大，内腔面复杂的型腔结构件进行表面处理。
3.目前磨料水射流抛光技术使用喷头装置大多为后混合方式，并且聚焦管采用直管结构。该种结构存在一下缺点：1、对于内腔曲率变化大的型腔件，喷头需要执行机构末端主动偏转一定角度，所需要的运动空间较大。2、使用直管结构，射流喷出横截面积小，抛光效率不高。3、后混合式喷头磨损主要集中在聚焦管管壁与出口处，聚焦管更换成本高。因此，针对磨料水射流抛光技术当中存在的效率低、成本高、所需运动空间大等问题，需要提供一种能够适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，该喷射装置能够适用于较小流道直径、大长径比、内腔面曲率变化大的复杂异性内腔结构。通过更换偏转喷嘴，可以实现不同角度、不同直径射流的喷出，达到减小所需工作空间，提高磨料水射流抛光效率和质量并且降低磨粒对喷头装置内部流道管壁磨损的效果。
5.具体地，本发明提供一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其包括喷射组件、供料组件以及偏转组件；
6.所述喷射组件包括同轴布置并依次连接的高压进水接头、混料腔体、水喷嘴和聚焦管，所述高压进水接头与所述混料腔体第一端连接并在连接处采用o型密封圈密封，所述混料腔体第二端与所述聚焦管连接，所述混料腔体侧面设置有磨料入口；
7.所述供料组件与喷射组件位于同一平面，所述供料组件包括磨料输送管，所述磨料输送管与所述磨料入口连接并在磨料入口连接处利用o型密封圈密封；
8.所述偏转组件与喷射组件同轴连接，所述偏转组件设置有偏转喷嘴，所述偏转组件与聚焦管末端连接，所述偏转喷嘴的喷嘴出口处内部设置有偏转流道；所述偏转流道的偏转角度为90
°
～180
°
；
9.所述偏转流道的喷射流道采用阵列式结构，其中阵列的组成元素为孔或半圆矩形槽，多个孔组成的阵列为圆周阵列或矩形阵列；所述半圆矩形槽包括第一半圆矩形槽以及
第二半圆矩形槽，多条半圆矩形槽组成的阵列为均等阵列或梯度阵列；
10.所述偏转角度通过下述方法进行确定：
11.s1、计算喷嘴出口截面喷射速度：喷嘴喷出前的高压水的压力势能与水射流喷出的动力势能相等，表示为：
[0012][0013]
式中，等号左侧表示喷嘴喷出前的压力势能，其中，g表示重力加速度，p表示高压水的压力，v1表示喷出前的流速，h1表示射流出入位置高度，ρ1表示喷出前的水流密度；等号右侧表示水射流喷出的动力势能，其中，p0表示常压，v2表示水射流喷出速度，h2表示射流喷出位置高度，ρ0表示射流喷出的水流密度；在高压条件下有p＞＞p0，v2＞＞v1，h1≈h2；引入与水压相关的射流阻力系数μf，喷嘴出口截面喷射速度vj的计算公式为：
[0014][0015]
s2、确定不同喷嘴出口截面上单个流道的出口流量：其计算公式如下：
[0016]
当阵列的组成元素为孔时计算公式为：q1＝(d1/2)2·
π
·vj1
＝s1·vj1
；
[0017]
当阵列的组成元素为狭缝时计算公式为：q2＝[(d2/2)2·
π+ld]
·vj2
＝s2·vj2
；
[0018]
s3、根据步骤s2计算的喷嘴单个流道的出口流量，确定喷嘴流道截面出口总流量q
总
，具体计算公式如下：
[0019]
当阵列的组成元素为孔时计算公式为：q
总
＝n
·
q1[0020]
当阵列的组成元素为半圆矩形槽时计算公式为：q
总
＝n
·
q2[0021]
其中，v
j1
、v
j2
分别表示阵列孔类型喷嘴出口截面喷射速度、阵列半圆矩形槽类型喷嘴出口截面喷射速度；q1、q2、q
总
分别表示阵列孔类型喷嘴单个截面流道的出口流量、阵列半圆矩形槽类型喷嘴单个截面流道的出口流量、喷嘴流道截面出口总流量；d1、d2分别表示孔流道直径、半圆矩形槽流道圆弧直径；s1、s2分别表示孔流道出口截面面积、半圆矩形槽流道出口截面面积；l表示半圆矩形槽流道截面圆心距；n表示流道数量流。并且道数量通过数值模拟确定；
[0022]
s4、构建喷射出口磨损模型，以磨损量e最低为目标确定偏转角度，喷射出口磨损模型如下式所示：
[0023][0024]
其中，e为磨损量，s为流道总横截面积；α为偏转角度；q
总
为喷嘴流道截面出口总流量。
[0025]
优选地，所述偏转流道的截面为圆形、矩形、正方形或多边形。
[0026]
优选地，所述偏转喷嘴基于六角棱柱体加工，射流出口即偏转流道出口在六角棱柱体任意一面上均匀分布或在不同棱柱面上均匀分布。
[0027]
优选地，所述高压进水接头与所述混料腔体一端采用内螺纹连接；所述混料腔体另一端与所述聚焦管采用外螺纹螺纹连接。
[0028]
优选地，所述偏转组件与聚焦管末端之间采用内螺纹连接，两者在运动过程中相
对静止。
[0029]
优选地，所述孔的直径为0.2mm，所述第一半圆矩形槽的半圆直径为0.15*0.6mm，所述第二半圆矩形槽的半圆直径为0.2*0.6mm。
[0030]
优选地，多条半圆矩形槽组成的均等阵列包括多条第一半圆矩形槽或多条第二半圆矩形槽，多条半圆矩形槽组成的梯度阵列包括一条以上第一半圆矩形槽以及一条以上第二半圆矩形槽。
[0031]
优选地，所述孔的数量为3孔、5孔、6孔或9孔。
[0032]
优选地，所述第一半圆矩形槽和第二半圆矩形槽的总数量为2条、3条、5条或7条。
[0033]
优选地，流道截面面积s与偏转角度α之间的关系还能够表示为：
[0034][0035]
其中，c为常数；
[0036]
f(α)表示磨料粒子冲击角函数：
[0037]
f(α)＝[(sinα)
0.8
(1+1.8(1-sinα))
1.3
]
[0038]
式中，α为流道的偏转角度。
[0039]
与现有技术相比，本发明的效果如下：
[0040]
(1)本发明提供一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，该喷射装置能够适用于较小流道直径、大长径比、内腔面曲率变化大的复杂异性内腔结构，保证抛光的效果。在使用时，通过更换偏转喷嘴，可以实现不同角度、不同直径射流的喷出，达到减小所需工作空间，提高磨料水射流抛光效率和质量、降低磨粒对喷头装置内部流道管壁磨损的效果。
[0041]
(2)本发明在使用时喷射流道设置为阵列结构，其组成单元可以设置为不同元素，数量根据需要也可以进行改变。通过阵列基本流道数量，增加每时刻射流喷出的流量，即增加该喷头装置的抛光效率，使其抛光表面更加平整光洁；且由于高压磨料射流与聚焦管长时间摩擦，易损坏，本发明的喷射装置在部件出现磨损时，只需更换偏转喷嘴即可，简单方便，节约成本。
[0042]
(3)本发明的偏转流道的偏转角度以磨损量最低为目标可以根据需要的喷射速度进行设定，偏转流道的喷射流道的布置方式可以设置为阵列式结构，根据不同的喷射需求可以选择不同的截面阵列形式及喷射流道数量，从而最大化的提高喷射效率，在保证抛光精度的基础上尽可能的提高抛光效率。
附图说明
[0043]
图1为本发明适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置的结构示意图；
[0044]
图2为本发明的图1中装置主视方向剖视结构示意图；
[0045]
图3a-3d为本发明的图1中装置结构示意图偏转喷嘴不同偏转角度下主视方向剖面图；其中，图3a-3d分别为偏转90
°
、120
°
、135
°
、150
°
的主剖视图；
[0046]
图4a-4e为本发明的图3中偏转喷嘴喷射流道不同阵列半圆矩形槽出口结构分布图；其中，图4a为均等阵列3半圆矩形槽结构，图4b为均等阵列5半圆矩形槽结构；图4c为梯度阵列3半圆矩形槽结构，图4d为梯度阵列5半圆矩形槽结构；图4e为均等阵列2半圆矩形槽
结构；
[0047]
图5a-5e为本发明的图3中偏转喷嘴喷射流道不同阵列孔出口结构分布图；其中图5a为圆周阵列5孔结构，图5b为圆周阵列6孔结构，图5c为矩形阵列6孔结构，图5d为矩形阵列9孔结构；图5e为矩形阵列3孔结构；
[0048]
图6a-6c为本发明狭缝流道类型出口数值模拟结果，其中，图6a为2狭缝阵列的模拟结果，图6b为均等3狭缝阵列的模拟结果，图6c为梯度3狭缝阵列的模拟结果；
[0049]
图7a-7d为本发明孔流道类型出口数值模拟结果，其中图7a为3孔阵列，图7b为5孔阵列，图7c为7孔阵列，图7d为6孔阵列。
[0050]
附图中的部分附图标记说明如下：
[0051]
1-喷射组件、2-供料组件、7-偏转组件、11-高压进水接头、12-高压进水口、21-混料腔体、22-混合腔、23-收缩腔、3-水喷嘴、4-磨料输送管、5-锁紧螺母、6-聚焦管、71-偏转喷嘴、72-磨料水射流出口。
具体实施方式
[0052]
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0053]
具体地，本发明提供一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，如图1及图2所示，本发明提供了一种能够适用于复杂异形内腔结构内表面高效精密抛光的喷射装置。其包括喷射组件1、供料组件2和偏转组件7。喷射组件1包括同轴布置并依次连接的高压进水接头11、混料腔体21、水喷嘴3和聚焦管6，高压进水接头11与混料腔体21第一端连接并在连接处采用o型密封圈密封，混料腔体21第二端与聚焦管6连接，混料腔体21侧面设置有磨料入口。
[0054]
其中，高压进水接头11的下端与混料腔体21上部分空心凹槽之间通过螺纹连接，水喷嘴3与高压进水接头11、混料腔体21嵌套配合，通过螺纹拧紧后两零部件之间的作用力进行固定。高压进水接头11连接高压进水口12，混料腔体21包括混合腔22和收缩腔23。混料腔体21在混合腔22侧壁上开有螺纹通孔，磨料输送管4下端与混料腔体21之间通过螺纹连接，聚焦管6上端安装在混料腔体21下端并通过螺纹连接且在配合端面有o型橡胶圈，聚焦管6与混料腔体21之间通过锁紧螺母5实现完全固定。偏转喷嘴71与聚焦管6之间精密配合且通过螺纹连接，偏转喷嘴71可随着喷射组件7与供料组件2一起做旋转运动。
[0055]
偏转组件7与喷射组件1同轴连接，偏转组件7包括套筒、锁紧螺母5以及偏转喷嘴71，偏转组件7与聚焦管6末端连接，偏转喷嘴71内部喷射出口处设置有偏转流道；偏转喷嘴71外端部设置磨料水射流出口72即喷嘴出口，偏转流道的偏转角度为90
°
～180
°
。图3a-3d分别示出了偏转喷嘴不同偏转角度下主视方向剖面图；其中，图3a-3d分别为偏转90
°
、120
°
、135
°
、150
°
的主视图。
[0056]
偏转流道设置有多个喷射流道，偏转流道的截面上喷射流道采用阵列式结构，在截面上以阵列式结构显示，其中阵列的组成元素为孔或半圆矩形槽也称为狭缝，多个孔组成的阵列为圆周阵列或矩形阵列，本实施例中孔为圆孔，其余实施例中也可以为别的形状。半圆矩形槽包括第一半圆矩形槽以及第二半圆矩形槽，第一半圆矩形槽以及第二半圆矩形槽的直径不同即整体长度不同。多条半圆矩形槽组成的阵列为均等阵列或梯度阵列。多条半圆矩形槽组成的均等阵列包括多条第一半圆矩形槽或多条第二半圆矩形槽，多条半圆矩
形槽组成的梯度阵列包括一条以上第一半圆矩形槽以及一条以上第二半圆矩形槽。
[0057]
具体应用中，根据需要设置的偏转角度，具体目的是以磨损量最低为目标确定偏转角度。偏转角度通过下述方法进行确定：
[0058]
s1、计算喷嘴出口截面喷射速度：喷嘴喷出前的高压水的压力势能与水射流喷出的动力势能相等，表示为：
[0059][0060]
式中，等号左侧表示喷嘴喷出前的压力势能，其中，p表示高压水的压力，v1表示喷出前的流速，h1表示射流出入位置高度，ρ1表示喷出前的水流密度；等号右侧表示水射流喷出的动力势能，其中，p0表示常压，v2表示水射流喷出速度，h2表示射流喷出位置高度，ρ0表示射流喷出的水流密度；在高压条件下有p＞＞p0，v2＞＞v1，h1≈h2；引入与水压相关的射流阻力系数μf，喷嘴出口截面喷射速度的计算公式为：
[0061][0062]
s2、确定不同喷嘴截面上单个流道的出口流量：其计算公式如下：
[0063]
当阵列的组成元素为孔时计算公式为：q1＝(d1/2)2·
π
·vj1
＝s1·vj1
。
[0064]
当阵列的组成元素为半圆矩形槽时计算公式为：q2＝[(d2/2)2·
π+ld]
·vj2
＝s2·vj2
。
[0065]
s3、根据步骤s2计算的喷嘴单个流道的出口流量，确定喷射流道阵列式结构出口总流量q
总
，具体计算公式如下：
[0066]
当阵列的组成元素为孔时计算公式为：q
总
＝n
·
q1。
[0067]
当阵列的组成元素为半圆矩形槽时计算公式为：q
总
＝n
·
q2。
[0068]
其中，v
j1
、v
j2
分别表示阵列孔类型喷嘴出口截面喷射速度、阵列半圆矩形槽类型喷嘴出口截面喷射速度，分别根据步骤s1中的喷嘴出口截面喷射速度的计算公式；q1、q2、q
总
分别表示阵列孔类型喷嘴单个截面流道的出口流量、阵列半圆矩形槽类型喷嘴单个截面流道的出口流量、喷嘴流道截面出口总流量，根据不同的阵列类型计算不同的喷嘴流道截面出口总流量q
总
；d1、d2分别表示孔流道直径、半圆矩形槽流道圆弧直径；s1、s2分别表示孔流道出口截面面积、半圆矩形槽流道出口截面面积；l表示半圆矩形槽流道截面圆心距；n表示喷射流道数量，喷射流道数量通过数值模拟确定最优值，一般数量是大于等于2，并根据模拟结果选择最优数量的喷射流道。不同数量狭缝流道类型出口数值模拟结果如图6a-6c所示，不同数量圆孔流道类型出口数值模拟结果如图7a-7d所示，从模拟结果中也可以看出，这些数量的喷射流道都是能够满足加工需求且加工效果优异的。
[0069]
另外，从图6a-6c及图7a-7d中的模拟结果也可以看出，狭缝阵列结构对偏转喷嘴壁面的磨损相对较大，侵蚀磨损程度较为严重，射流束在出口能量损失较大，因此分析该类型狭缝阵列结构使用寿命较短，不能够长时间对复杂异形内腔结构进行加工，更适合短时间加工的场景进行使用。
[0070]
而相较于狭缝阵列结构，孔阵列结构其磨料粒子轨迹与各偏转喷嘴壁面的侵蚀磨损分布均有一定程度的改善。观察磨粒对各偏转喷嘴壁面的侵蚀磨损，其管壁呈现斑点状分布，且分布均匀，并不存在某单一区域侵蚀严重的现象。具备使用该类型偏转喷嘴71长时
间加工的能力，更适合长时间加工的场景进行使用。
[0071]
s4、构建喷射出口磨损模型，以磨损量e最低为目标确定偏转角度，喷射出口磨损模型如下式所示：
[0072][0073]
其中，e为磨损量，s为流道总横截面积；α为偏转角度；q
总
为喷嘴流道出口总流量。
[0074]
根据流量计算公式，随着所设计偏转喷嘴出口流道截面面积s逐渐增加。在一定程度上可以理解为：随着偏转流道数量的增加，加工效率会成倍数上升，且被加工材料的表面波纹度更小。因此，在实际加工应用中，进行单次扫描形式的加工使用阵列狭缝出口结构的喷嘴偏转流道类型；而进行整个平面、曲面加工则使用阵列圆孔出口结构的喷嘴偏转流道类型。实际应用中可以根据需要选择合适的阵列结构的偏转流道。
[0075]
优选地，在本发明的实施例中，为了简化参数，流道截面面积s与偏转角度α之间的关系还能够表示为：
[0076][0077]
其中，c为常数；
[0078]
f(α)表示磨料粒子冲击角函数：
[0079]
f(α)＝[(sinα)
0.8
(1+1.8(1-sinα))
1.3
]
[0080]
式中，α为流道的偏转角度。
[0081]
在其余实施例中，偏转流道的喷射流道的截面还可以为圆形、矩形、正方形或多边形。偏转喷嘴基于六角棱柱体加工，射流出口即偏转流道出口在六角棱柱体任意一面上均匀分布或在不同棱柱面上均匀分布。具体应用中，孔的直径为0.2mm，第一半圆矩形槽的半圆直径为0.15*0.6mm，第二半圆矩形槽的半圆直径为孔的数量为3孔、5孔、6孔或9孔，半圆矩形槽的总数量为2条、3条、5条或7条。
[0082]
实施例1
[0083]
本实施例进行单次扫描形式的加工，高压进水接头11的下端与混料腔体21上部分空心凹槽之间通过螺纹连接，水喷嘴3与高压进水接头11、混料腔体21嵌套配合，通过螺纹拧紧后两零部件之间的作用力进行固定。混料腔体21在混合腔22侧壁上开有螺纹通孔，磨料输送管4下端与混料腔体21之间通过螺纹连接，聚焦管6上端安装在混料腔体21下端并通过螺纹连接且在配合端面有o型橡胶圈，聚焦管6与混料腔体21之间通过锁紧螺母5实现完全固定。偏转喷嘴71与聚焦管6之间精密配合且通过螺纹连接，偏转喷嘴71可随着喷射组件与供料组件一起做旋转运动。
[0084]
偏转组件与喷射组件同轴连接，偏转组件包括套筒、锁紧螺母以及偏转喷嘴，偏转组件与聚焦管末端连接，偏转喷嘴内部设置有偏转流道；偏转流道的偏转角度为90
°
～180
°
。偏转流道设置有阵列式喷射流道，喷射流道的截面为狭缝结构，根据不同偏转流道的总面积选择不同的偏转角度，图4a-4e为本发明的图3中偏转喷嘴不同阵列狭缝出口结构分布图；其中图4a为均等阵列3狭缝结构，图4b为均等阵列5狭缝结构；图4c为梯度阵列3狭缝结构，图4d为梯度阵列5狭缝结构；图4e为均等阵列2半圆矩形槽结构；其中，均等阵列3狭缝
结构和均等阵列5狭缝结构中心间距范围在0.2～0.25mm之间；梯度阵列3狭缝和梯度阵列5狭缝结构梯度分布范围0.1mm～0.2mm之间。
[0085]
根据上述模拟结果及偏转角度计算方法，以磨损量最小为目的，当偏转流道的偏转角度为90
°
时，设置为3狭缝均等阵列结构，当偏转角度为120
°
时，设置为5狭缝均等阵列结构，当偏转角度为135
°
时，设置为3狭缝梯度阵列结构，当偏转角度为150
°
时，设置为5狭缝梯度阵列结构。
[0086]
实施例2
[0087]
本实施例进行曲面加工，高压进水接头11的下端与混料腔体21上部分空心凹槽之间通过螺纹连接，水喷嘴3与高压进水接头11、混料腔体21嵌套配合，通过螺纹拧紧后两零部件之间的作用力进行固定。混料腔体21在混合腔22侧壁上开有螺纹通孔，磨料输送管4下端与混料腔体21之间通过螺纹连接，聚焦管6上端安装在混料腔体21下端并通过螺纹连接且在配合端面有o型橡胶圈，聚焦管6与混料腔体21之间通过锁紧螺母5实现完全固定。偏转喷嘴71与聚焦管6之间精密配合且通过螺纹连接，偏转喷嘴71可随着喷射组件与供料组件一起做旋转运动。
[0088]
偏转组件与喷射组件同轴连接，偏转组件包括套筒、锁紧螺母以及偏转喷嘴，偏转组件与聚焦管末端连接，偏转喷嘴内部设置有偏转流道；偏转流道的偏转角度为90
°
～180
°
。偏转流道设置有阵列式喷射流道，喷射流道的截面为孔，根据不同的偏转角度改变偏转流道的总面积，图5a-5e为本发明的图3中偏转喷嘴不同阵列圆孔出口结构分布图；其中图5a为圆周阵列5圆孔，图5b为圆周阵列6圆孔，图5c为矩形阵列6圆孔，图5d为矩形阵列9圆孔，图5e为矩形阵列3圆孔。
[0089]
根据上述模拟结果及偏转角度计算方法，以磨损量最小为目的，当偏转流道的偏转角度为90
°
时，设置为5圆孔均等圆形阵列结构，当偏转角度为120
°
时，设置为6圆孔均等圆形阵列结构，当偏转角度为135
°
时，设置为6圆孔矩形阵列结构，当偏转角度为150
°
时，设置为9圆孔矩形阵列结构。
[0090]
本发明提供一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，水加压到工作所需压力并输送至高压进水接头中。低压水从高压进水接头出口射出经水喷嘴形成高压射流，并在混料腔体中与供料组件输送的磨料进行混合，进而形成高压磨料射流。同时启动执行机构并将该喷头装置伸入复杂异形内腔中。在到达抛光工件壁面附近后控制执行机构末端缓慢旋转。在喷头装置旋转运动过程中，高压射流裹挟混合均匀的磨料对复杂异形内腔壁面进行抛光。使用过程中，对于不同的抛光需求，偏转流道的偏转角度以磨损量最低为目标可以根据需要的喷射速度进行设定，偏转流道的喷射流道的布置方式可以设置为阵列式结构，根据不同的喷射需求可以选择不同的截面阵列形式及喷射流道数量，从而最大化的提高喷射效率，在保证抛光精度的基础上尽可能的提高抛光效率。
[0091]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其特征在于：其包括喷射组件、供料组件以及偏转组件；所述喷射组件包括同轴布置并依次连接的高压进水接头、混料腔体、水喷嘴和聚焦管，所述高压进水接头与所述混料腔体的第一端连接并在连接处采用o型密封圈密封，所述混料腔体的第二端与所述聚焦管连接，所述混料腔体侧面设置有磨料入口；所述供料组件与喷射组件位于同一平面，所述供料组件包括磨料输送管，所述磨料输送管与所述磨料入口连接并在磨料入口连接处利用o型密封圈密封；所述偏转组件与喷射组件同轴连接，所述偏转组件设置有偏转喷嘴，所述偏转组件与聚焦管末端连接，所述偏转喷嘴的喷嘴出口处内部设置有偏转流道；所述偏转流道的偏转角度为90
°
～180
°
；所述偏转流道的喷射流道在截面上采用阵列式结构，其中阵列的组成元素为孔或半圆矩形槽，多个孔组成的阵列为圆周阵列或矩形阵列；所述半圆矩形槽包括第一半圆矩形槽以及第二半圆矩形槽，多条半圆矩形槽组成的阵列为均等阵列或梯度阵列；所述偏转角度通过下述方法进行确定：s1、计算喷嘴出口截面喷射速度：喷嘴喷出前的高压水的压力势能与水射流喷出的动力势能相等，表示为：式中，等号左侧表示喷嘴喷出前的压力势能，其中，g表示重力加速度，p表示高压水的压力，v1表示喷出前的流速，h1表示射流出入位置高度，ρ1表示喷出前的水流密度；等号右侧表示水射流喷出的动力势能，其中，p0表示常压，v2表示水射流喷出速度，h2表示射流喷出位置高度，ρ0表示射流喷出的水流密度；在高压条件下有p＞＞p0，v2＞＞v1，h1≈h2；引入与水压相关的射流阻力系数μ
f
，喷嘴出口截面喷射速度v
j
的计算公式为：s2、确定不同喷嘴出口截面上单个流道的出口流量：其计算公式如下：当阵列的组成元素为孔时计算公式为：q1＝(d1/2)2·
π
·vj1
＝s1·vj1
；当阵列的组成元素为狭缝时计算公式为：q2＝[(d2/2)2·
π+ld]
·vj2
＝s2·vj2
；s3、根据步骤s2计算的喷嘴单个流道的出口流量，确定喷嘴流道截面出口总流量q
总
，具体计算公式如下：当阵列的组成元素为孔时计算公式为：q
总
＝n
·
q1当阵列的组成元素为半圆矩形槽时计算公式为：q
总
＝n
·
q2其中，v
j1
、v
j2
分别表示阵列孔类型喷嘴出口截面喷射速度、阵列半圆矩形槽类型喷嘴出口截面喷射速度；q1、q2、q
总
分别表示阵列孔类型喷嘴单个流道的出口流量、阵列半圆矩形槽类型喷嘴单个流道的出口流量、喷嘴流道截面出口总流量；d1、d2分别表示孔流道直径、半圆矩形槽流道圆弧直径；s1、s2分别表示孔流道出口截面面积、半圆矩形槽流道出口截面面积；l表示半圆矩形槽流道截面圆心距；n表示流道数量，流道数量通过数值模拟确定；s4、构建喷射出口磨损模型，以磨损量e最低为目标确定偏转角度，喷射出口磨损模型
如下式所示：其中，e为磨损量，s为流道总横截面积；α为偏转角度；q
总
为喷嘴流道截面出口总流量。2.根据权利要求1所述的适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其特征在于：所述偏转流道的喷射流道截面还能够设置为圆形、矩形、正方形或多边形。3.根据权利要求1所述的适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其特征在于：所述偏转喷嘴基于六角棱柱体加工，偏转流道出口在六角棱柱体任意一面上均匀分布或在不同棱柱面上均匀分布。4.根据权利要求1所述的适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其特征在于：所述高压进水接头与所述混料腔体的第一端采用内螺纹连接；所述混料腔体第二端与所述聚焦管采用外螺纹连接。5.根据权利要求1所述的适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其特征在于：所述偏转组件与聚焦管末端之间采用内螺纹连接，两者在运动过程中相对静止。6.根据权利要求1所述的适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其特征在于：所述孔的直径为0.2mm，所述第一半圆矩形槽的半圆直径为0.15*0.6mm，所述第二半圆矩形槽的半圆直径为0.2*0.6mm。7.根据权利要求1所述的适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其特征在于：多条半圆矩形槽组成的均等阵列包括多条第一半圆矩形槽或多条第二半圆矩形槽，多条半圆矩形槽组成的梯度阵列包括一条以上第一半圆矩形槽以及一条以上第二半圆矩形槽。8.根据权利要求1所述的适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其特征在于：所述孔的数量为3孔、5孔、6孔或9孔。9.根据权利要求1所述的适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其特征在于：所述第一半圆矩形槽和第二半圆矩形槽的总数量为2条、3条、5条或7条。10.根据权利要求1所述的适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其特征在于：流道截面面积s与偏转角度α之间的关系还能够表示为：其中，c为常数；f(α)表示磨料粒子冲击角函数：f(α)＝[(sinα)
0.8
(1+1.8(1-sinα))
1.3
]式中，α为流道的偏转角度。

技术总结
本发明提供一种适用于复杂异形内腔结构内表面的抛光喷射装置，其包括喷射组件、供料组件以及偏转组件；喷射组件包括同轴布置并依次连接的高压进水接头、混料腔体、水喷嘴和聚焦管；供料组件与喷射组件位于同一平面；偏转组件与喷射组件同轴连接，偏转组件设置有偏转喷嘴，偏转喷嘴内部设置有偏转流道；偏转流道的偏转角度为90


技术研发人员：黄传真 李懿鹏 王真 徐龙华 黄水泉 曲美娜 许征凯 张迪嘉 刘含莲 刘盾 姚鹏
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/9/9