我们可以创造的最大水射流psi是多少?


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Hy大家,新来的,我不太了解高压水泵的工作原理 - (我只是一个程序员)但我需要知道我们是否可以创造水压 above 100 000 psi 为了一个疯狂 water-jet cutting project 我记得:)

我们在单个泵内或通过串联或并联泵连接的最大压力是多少?

一世 如果可能的话,我想要达到500 000 psi甚至更高的压力 。我没有实际意义上的实际意义:)

但我知道压力越高越好 - 我的理由是 - 如果需要的话 5 minutes 切一块厚厚的铁块 100 000 psi - 将采取 1 minute5 times that pressure - (假设其他参数也将缩放。)

采取 从这里

在60,000 PSI(4,100 bar)和更高的压力下,金属疲劳   成为许多组件的严重问题。虽然泵可以   达到100,000 PSI已经存在很多年了,没人管它们   这种压力是因为涉及极端的维护问题。对于   这个原因,大多数制造商故意将他们的泵限制在下面   60,000 PSI(4,100 bar)。

这听起来很严肃 - 但我并不太关心这里的效率。

我很感兴趣 了解更多有关理论极限的信息 存在产生这种压力的情况......如果这样做的泵可用于或不用于商业目的。

我想到的是一个非常严肃的工业机械 - 定制构造 - 重要的是尽可能快地切割。所有其他问题,如成本或 metal-fatigue 是次要的。

还有,请你帮我看看这个尺寸有多大 pump / system of pumps 实际上会是?它需要多少卷?

非常感谢:)祝你有愉快的一天!

编辑1:

表格@alephzero和@Solar迈克评论(谢谢你们两个)我意识到压力和流量之间存在重要差异。这是一个xy问题,我的问题标题很糟糕......抱歉。

底线是 - 我需要这台机器切割得更快 - 尽可能快。我认为我们的水射流切割技术无法达到极限 - 如果我们这样做,我想明白为什么?

enter image description here

那么我们需要改变的参数是什么 - 这次切割发生的速度要快5倍? 或者快10倍 - 或者我选择的任何东西。当我们达到最大理论值,然后达到这个泵可以做的实际限制。

如果我们将泵串联或并联,这将有所帮助吗? 如果我们增加压力会有帮助吗? 还是流量? (但如何增加流速 - 如果直径是固定的)

我认为通过增加压力,我们可以更快地进行切割。 @Solar Mike评论让我意识到我不需要压力 - 我需要5倍的流速 - 以便减速5倍。但是因为孔口有一定的直径 - 我认为如果不增加压力就不能这样做。(也许我错了。)

而现在不要担心沙子将如何与这种高速喷射混合。基于 在这个视频上 如果水射流速度更快/孔口更小,你似乎不能混合沙子 - 但我认为我可以通过将更多的水射流组合成一个钻石腔内的单个钻头来解决这个问题,如下所示:

enter image description here 不确定这个原理图是否会破坏喷射形状 - 但无论如何,第一个问题是弄清楚如何使喷射器移动得更快。然后我们担心如何添加沙子。

编辑2:

基于@Mark回答(谢谢)我现在明白甚至不可能建造这样的泵 - 因为我们可能拥有的最大压力是 150 000 psi - 如果说 pump is made out of titanium

没有比这更强的材料 - 除了钻石,石墨烯等 - 这不是一种选择。 (一世 找到了一家用纯钻石制造喷嘴的公司 ,专门设计用于水射流切割 - 但它们不制造任何泵:)) - 并且肯定@alephzero所说的钻石强度取决于力作用于它的角度 - 适用于此处。 )

为了简单起见,让我们暂时保持100 000 psi。 (这样一个无赖......)

我还是希望切得更快。我能做什么?

如果切割速度更快与流速有关 - 那么我需要以某种方式增加流速。

因此,唯一的方法是增加孔口直径。 (另一种方式 - 是增加压力 - 这不是一种选择)

如果我将直径加倍 - 并适当增加功率 - 那就是 quadruple the flow rate

现在因为了 diameter is double - water-jet cross section has quadrupled - amount of material 我需要剪掉 has quadrupled also - 与流速相同。 (不是100%肯定这个 - 但这是我的第一个直觉)

我现在想要了解的是: 那么通过增加直径会对切割速度产生什么影响 - 这是一场零和游戏吗?

我的意思是, trying to increase speed - >一世 increase the flow rate - >通过 increasing the diameter - >哪一个 which increases the jet cross section - >那么 increases the amount of material i need to cut - >哪一个 lowers the cutting speed all over again 所以我无处可去?

或者可以有利于增加直径? 我的直觉在这里无法证实 - 我需要有人帮助我理解在增加直径的情况下会发生什么。

有没有办法从这种情况中获得积极的形式?或者是一个像压力那样严格的理论极限?

我依靠不喜欢增加直径 - 但似乎我们没有选择 - 这有点伤心......

谢谢大家,这个问题在这里失控了 - 但保证我不会问更多的问题:)


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你在这里超越了“传统”工程的范围。 500,000 psi的压力会永久压缩 材料 制作坚固的钢块(即泵的外壳,而不是你要切割的部件)所以你的第一个问题是找到一种合适的材料来开始设计泵(而不是提出“钻石” - 强度钻石的变化取决于方向的100倍或更多,这就是为什么珠宝的“钻石切割”可以用手工工具完成!)
alephzero

为了让您对这些高压的含义有所了解,水肺潜水空气罐的额定压力通常约为3000 psi或更高,因此您的500,000 psi目标比此高150倍。
alephzero

hammelmann.de/en/produkte/hochdruckpumpen/uebersicht/... 泵的容量为3800巴,但您需要的流量是多少?你还有一个500kW的供应?
Solar Mike

@SolarMike但OP需要33,000巴,而不是3,800!
alephzero

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你错过了这一点 - 如果你从两侧切开,那么你最终会在中间留下一个间隙...我建议“两架喷气机分开一半的长度”,所以一个从一端开始而另一端从中间...羞耻,你没有提供你的过程的真实证据,这将减少混乱。还有一个问题是你有足够大的电源可以根据需要创建33000 Bar吗?
Solar Mike

Answers:


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正如alephzero所说,我认为理论上的限制是基于材料的。你必须用某种东西制造它,并且材料的屈服强度必须大于内部压力。还有一个实际限制,因为必须有一个安全边际 - 在如此高的压力下,如果泵或管道破裂,系统将会发生灾难性故障。如果使用因子3,这是相当常见的,这意味着您需要一种屈服强度为1,500,000 psi的材料。钢通常为70,000 psi。钛可能是150,000 psi。我不知道你下次去哪里,但这就是你需要寻找的东西。

当你说成本和金属疲劳是次要的时,请记住,即使机器在运行时切割金属的速度比其他任何东西快5倍,如果它因维护和更换主要部件而关闭,它真的不会带来任何好处每周四天。


你的回答更加清晰 - 我只是在编辑完之后才读到它:)我的问题可能有所改变。似乎我们不能比我们已经拥有的切割速度更好?当你说偷了 70,000 psi aprox limit - 你指的泵的壁厚是多少? 1厘米 - 或10厘米 - 或者你指的是其他东西 - 甚至活塞腿也会被这种压力压碎?你个人认为我们有办法让这种切割速度提高10倍 - 或者甚至不考虑这个问题吗?谢谢。对不起我的坚持 - 这很重要:)
AIon

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材料的理论强度估计为弹性模量除以10.具有最高弹性模量的材料可能是金刚石(或石墨烯或纳米管,但那些具有其他制造问题)在约1220GPa。除以10,120 GPa,得出1.7亿psi。当然,这很多,但由于脆性材料的固有缺陷和金属中的位错滑移,理论强度远远超过实际强度。用我们目前的理解,无论如何都无法做到!充其量,金属减少几百倍,脆性材料减少几千
starrise

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@AIon - 如果试图压力大于屈服强度,则壁厚无关紧要。无论厚度多大,材料都会永久变形。我承认我对磨料切割一无所知,但也有很多其他问题。例如,喷嘴在较高的速度下会更快地腐蚀。你将需要一种极其坚硬的材料来抵抗腐蚀。
Mark

@Mark - 我想我现在明白你的意思了。这就像我试图在软泥中含有气泡。无论我添加了多少泥 - 我都无法控制它。那个泡沫会让它通过泥泞,直到它找到逃脱。也许不是最好的例子。但对于那个喷嘴 - 将是工业钻石 - 它更难以自然发生 - 因为纯度为99.99%并且具有正确的晶体结构。我找到了一家公司生产这种专门设计的水射流切割喷嘴,因此该部分被处理。他们说它持续5年 - 足够多了
AIon

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根据您上次编辑添加关于直径/流量等影响的推理,我建议您应该认真考虑同时使用两个喷嘴进行切割 - 基于所有其他答案/评论的分析不会留下太多其他内容。


谢谢你的帮助,是的,这将有效 - 有点 - 事情是 - 我想这台机器用于挖掘隧道 - 替代TBM - 所以它不是真正的水射流在桌子上 - 它更复杂,多个喷气机,交叉,由人工智能控制,将优化他们的力量和方向..取决于它前面的固体..等太复杂,在这里解释。底线是 - 如果我们能够更快地切割 - 我们可以更快地挖掘隧道。所以我只想了解我们是否处于这项技术的最大限度。我们是。太奇怪了。我觉得小,悲伤和谦卑:(
AIon

一旦这个3D设计完成,我会让你进入循环。这个想法还有很多其他问题。不确定它是否真的有意义 - 一旦我在设计方面有一些具体的东西,我会问。但现在肯定知道我们对速度有一个硬限制,只是通过启动电源/构建更好的泵等无法克服。我们会看到。
AIon

当你在图像中的岩石上指出一股水流时 - 水已经到了某个地方,所以如果你将它用作镗孔机,盲孔会发生什么?
Solar Mike

没有办法解决这个问题 - 它减缓了切割速度,但并没有阻止它。诀窍是以一定角度指向喷气机 - 因为会有多个喷气式飞机 - 一个喷气式飞机切割在另一个喷射器前面的岩石 - 因此没有人指向90度。这发生在3d而不是平面上。这样水就不会进入自身。没有3D模型再次难以解释。我还没有考虑过一切。但我们会看到。
AIon
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