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Jul 08, 2023

ウォータージェット切断圧力の基本

適切なウォータージェット切断圧力は、ポンプの馬力とノズルおよびオリフィスの直径の組み合わせによって決まります。 もちろん、最適な圧力の設定は出発点にすぎません。 創業以来

適切なウォータージェット切断圧力は、ポンプの馬力とノズルおよびオリフィスの直径の組み合わせによって決まります。 もちろん、最適な圧力の設定は出発点にすぎません。

約 50 年前にウォータージェット技術が誕生して以来、どのような圧力と出力の組み合わせが最適な切断性能をもたらすかについて議論が続いてきました。 数値が大きいほど、切断がより良く、またはより速くなりますか? 特定の用途に最適な圧力、馬力、ノズル アセンブリの組み合わせはどれですか? これは実際には何を意味するのでしょうか？

議論を組み立てるために、増圧器と直接駆動ポンプの議論を削除しましょう。 ウォータージェット システムの購入を検討したことがある方は、それぞれの利点を示す大量のマーケティング データや販売データに遭遇したことがあるでしょう。 油圧増圧ポンプは、エネルギー集約型の油圧システムを犠牲にして、非常に高い圧力を供給できます。 機械式クランクシャフト ポンプを使用するダイレクト ドライブ システムを提唱する人もいます (「図1）。

過去数十年間、これらのテクノロジー間にはトレードオフが存在していました。 増圧ポンプは、特に高圧において維持が容易で安価であると考えられていた一方、直接駆動システムはより高いエネルギー効率を提供しました。 テクノロジーは進化し、トレードオフは長年にわたって変化してきました。

いずれにせよ、ウォータージェット切断の基本原理は変わっていません。 ノズルとオリフィスの組み合わせは、100 分の 1 インチ単位の開口部を通って高圧配管から水が絞り出されるときに、水を加圧するのに役立ちます。 小径のオリフィスを通過する水は、コヒーレントな水流を形成し、ベンチュリ ノズルを通過し、そこで計量された量の粒状研磨材が水流に引き込まれます。 水と研磨粒子の混合物は特殊なセラミック混合管を通過し、結果として生じる研磨剤と水のスラリーは、非常に高速で移動する研磨粒子の一貫した切断流としてノズルから排出されます。

研磨剤は材料に到達して初めて切断されます。 目詰まりを避けるために、研磨材のメッシュはオリフィスに適したサイズでなければなりません。 80 メッシュ ガーネットはどのノズル サイズでも最も汎用的ですが、50 メッシュ ガーネットははるかに粗く、通常は 0.022 または 0.020 インチなどの大きな直径のオリフィスで使用されます。50 メッシュ ガーネットで狭いノズルを使用すると、詰まりの可能性が高くなります。 。 0.014 インチまたは 0.010 インチなど、高精度アプリケーションに使用される小型ノズル用。 ノズルの場合、120 以上のメッシュが最適です。

ノズル サイズは、特定の用途に最適なメッシュ サイズを決定する唯一の要素ではありません。 サンドペーパーと同様に、表面をより細かく仕上げるには、より細かく粒度の高いメッシュ サイズが必要です。 220 メッシュのガーネットは、特に薄い材料を切断する場合、80 メッシュを超えるより滑らかで正確な仕上げを提供します。

圧力は、ポンプによってノズルオリフィスから押し出される水の量によって決まります（「図2 ）。 オリフィスが小さいほど圧力は高くなります。 仮に、100 HP のポンプと広いオリフィスを使用すれば、ウォータージェットを 30,000 PSI で最大出力できますが、効果がないため、このようなものを OEM が販売することはありません。 反対に、5 馬力ポンプで 60,000 PSI を達成することは可能ですが、用途は大幅に制限され、オリフィスは異常に狭くなります。

電力は圧力と体積流量の積に比例します (P = kp × V)。 所定のポンプ出力の場合、圧力の増加は体積流量の比例的な減少と一致する必要があります。 これは、高圧ポンプではより小さなオリフィスを備えたノズルを使用する必要があることを意味します。 たとえば、0.014 インチの 50 HP 増圧ポンプなどです。 60 KSI でのノズルオリフィスは 0.010 インチに制限されます。 90 KSI のオリフィス。

研磨材を使用せずに純粋なウォータージェットを使用する場合、圧力を高めると切断が速くなる可能性があります。 実際、食品や発泡ゴムなどの水のみを使用する切断用途では、高圧システムからのジェットの直径が小さい方が効果的である可能性があります。 しかし、研磨ウォータージェット切断システムでは、水ではなく研磨剤が切断を行います。 その代わりに、水は、切断される材料を侵食する可能性がある一貫した流れの中の小さな研磨粒子を加速します。