دانلود تحقیق اصول اولیّه برش با آب

برش با آب به زبان ساده توسعه،انتقال واستفاده از قدرت آب می باشد این قدرت توسط پمپ در سیال ایجاد می شود وسیال پرفشار از طریق یک لوله فلزی مقاوم به یک نازل جریان می یابد ودر نازل بدلیل تفاوت سطح مقطع ورودی وخروجی ،شتاب می گیرد وبدین ترتیب سیال با انرژی جنبشی بالا به طرف سطح هدایت می شود.

از فرآیندهای برش با آب می توان درمواردی که دیگر فرآیندهای ماشینکاری پیشرفته به سادگی نمی توان بکار برد،استفاده کرد مانند برش مواد غذایی،فلزات سخت،شیشه را می توان نام برد.

 

 

                                      نمودار استفاده از فرآیند برش با آب در صنعت

 بطور کلی در یک دستگاه برش باجت آب عامل انجام دهنده کار،همواره آب نیست واز سیالهای دیگر نیز می توان استفاده کرد مثلاً از سیال روغن برای بریدن مواد غذایی استفاده می شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-1کاربردهای کونا گون برش با آب

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تاریخچه

استخراج معادن به روش هیدرولیکی اولین بار در ایالات متحده انجام شدوطی این روش زغال سنگ توسط آب به دامنه کوهها حمل می شد.با پیشرفت وتوسعه روز افزون این روش، مهندسان موفق شده اند با استفاده از جریان تحت فشار صخره های سخت را نیز از کوهها جدا کنند اولین تجربیات در این زمینه در شوروی صورت گرفت وقتیکه از جریانی با فشار 7000 بار برای استخراج صخره های سخت زغال سنگ استفاده گردید.

در دهه 1970 در ایالات متحده توانستند جریان با فشار 40000 بار ایجاد کنند و در اینجا بود که مزایای استفاده از دستگاههای برش باآب شدند.همزمان با توسعه تکنولوژی استخراج معادن،جت های آب در تمیزکاری سطوح نیز بکار گرفته شدند ولی هزینه نسبتاً بالا در تولید قدرت اولیّه برای عکس العمل اعمالی از طرف این دستگاه بر روی اپراتور ناچیز بود لذا با استفاده از این روش ،سرعت کار به میزان قابل توجهی بالارفت.با افزایش توانایی در طراحی پمپها،بااستفاده از پمپهای فشار بالا سیستمهای جت آب قادر به تمیزکاری یا بریدن مواد سخت شدند.

آقای دکتر نورمن فرنز به عنوان پدر علم فرآیندهای برش با آب شناخته شده اند و اولین شخصی است که بر روی فشارهای فوق العده بالا (UHP) به عنوان ابزاری برای برش مطالعه کرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

انواع فرآیندهای برش با آب:

بطور کلی فرآیندهای برش با آب به دو روش صورت می گیرد:

الف- برش همرا با استفاده از ذرات ساینده((AWJM

ب-  برش بدون استفاده از ذرات ساینده(WJM)

AWJM(Abrasive water jet machining)

کارشناسان طی تحقیقاتی دریافتند که افزودن مواد خاصی به جریان آب،قابلیت وکارایی سیستم را به نحوچشمگیری افزایش خواهد داد استفاده از ذرات ساینده در جریان آب سیستم برش با جت آب،نکات مثبت ومنفی به همراه داشته است.بریدن مواد خیلی سخت مثل فلزات و شیشه بوسیله آب،کاری مشکل وغیر مشکل می باشدزیرا آب نمی تواند به درون ساختار کریستالی این مواد نفوذ کند لذااز ذرات ساینده استفاده می کنند.

مهندسان برای دستیابی به یک سطح فلزی تمیزکاری شده،ماسه به آب افزودند دانه های ماسه به عمل تمیز کاری وبرداشت اضافات کمک قابل توجهی میکنند اگرچه ذرات ساینده ای که در سیستم بکار میروند تحت آن فسار بالا می توانند موجب خوردگی سریع نازلها گردنداما برش مواد فلزی وسرامیکی با استفاده از دستگاه برش آب به همراه ذرات ساینده بدون هیچگونه اثر تخریبی بر مواد امکان پذیر است.

اتحادیه تحقیقات هیدرودینامیک بریتانیا در سال 1968توانست دستگاهی بسازد که ذرات ساینده را بین پمپ و نازل به آب تزریق کنند اما ازآنجا که ذرات ساینده بعد از برخورد به هدف دوباره به سیکل بر نمی گشتند هزینه این سیستمها اندکی بالا بود همچنین بدلیل سرعت زیاد ذرات ساینده از عمر مفید نازلها نیز کم میگردید.

اتحادیه تحقیقات هیدرودینامیک بریتانیا در سال 1968توانست دستگاهی بسازد که ذرات ساینده را بین پمپ و نازل به آب تزریق کنند اما ازآنجا که ذرات ساینده بعد از برخورد به هدف دوباره به سیکل بر نمی گشتند هزینه این سیستمها اندکی بالا بود همچنین بدلیل سرعت زیاد ذرات ساینده از عمر مفید نازلها نیز کم میگردید.

2-1برش توسط مواد ساینده WJM( pure water jet machining) استفاده از فرآیند برش بدون ذرات ساینده را WJMگوینددر یک دستگاه برش آب، جت انجام دهنده کار،همواره آب نیست ومی توان از سیالات دیگری نیز استفاده کرد.

3-1برش باآب بدون ذرات ساینده اجزای سیستم های برش با‌آب: 4-1 نمایش شماتیک اجزاءبرش با آب 1-پمپ قلب سیستمهای برش با‌آب ،پمپ است.پمپ فشار مشخصی بر سیال وارد میکندفشاری که پمپ ایجاد میکند به دوطریق مصرف میشود یکی در حرکت آب از طریق خط جریان ازپمپ تانازل ودیگری درفرستادن آب ازطریق روزنه کوچک.

.موقعی که جت آب به هدف میرسد انرژی جنبشی به فشار ضربه ای وارد تبدیل می شود.دو پارامتر مهم در رابطه با کنترل قدرت خروجی اهمیت فراوانی دارند که عبارتند از مقدار وسرعت آب این پارامترها نیز به نوبه خود توسط دو متغیرکنترل می شود که عبارتند از حجم آب که توسط پمپ تخلیه میگردد وقطر نازل که بوسیله این دو متغیرمی توان سرعت جریان آب وسطح مقطع جریان را تعیین نمود.

وقتی فشار پمپ بالاتراز 4000بار باشد نمی توان پمپی را پیدا کرد که بتوان چنین فشاری ایجاد کند ودر عین حال دبی بالایی داشته باشد لذا برای حل این مشکل از دستگاه های نوع توپی استفاده می گردد علت نامگذاری شباهت آن به توپ نظامی میباشد.دستگاه ابتدا توسط مقداری آب بارکذاری می شود ویک حجم مشخص از گاز پرفشار به پشت این توده آب هدایت میگردد و در نتیجه این عمل آب از داخل با سرعت به بیرون تخلیه می شود و دقیقاً مثل آن است که شلیک شده باشد 5-1چگونگی افزایش فشار در سیستمهای برش با آب 6-1 پمپ رانش مستقیم 2-تشدید کننده اساس کارکرد یک تشدید کننده قانون پاسکال می باشد.طبق قانون پاسکال نیرویی که از طرف روغن بر پیستون وارد میشود برابر نیرویی است که توسط پیستون بر آب وارد می شود.

7-1 ارتباط نیرو وسطح در سیستمهای هیدرولیکی مطابق قانون پاسکال در یک سیتم برش باآب پمپ به تنهایی نمی تواند فشاری درحدود 4000تا7000 بار ایحاد کنددر چنین سیستمی پمپ فشار سیال را تا حدود 200 تا 350 بار افزایش داده وتوسط تشدید کننده فشار سیال 20 تا 40 برابر می شود.

اصول کار: جریان روغن در فشار متوسط 200تا350 بار وارد سیلندر می شوداین فشار موجب حرکت پیستون به سمت چپ می کردد.در نتیجه آب داخل محفظه به خارج هدایت می شود.اما همان مقار آب باید در محفظه کوچکتری حبس شود در نتیجه فشار آن افزایش خواهد یافت.

8-1نمای برش خورده از یک تشدید کننده .

9-1 نمایش عملکرد تشدید کننده 3-نازل به اشتباه خیال می‌شود که عمر نازل خیلی مهم و حساس است و این در حالی است که عمر قسمت نازل دستگاه اهمیت آن چنانی ندارد و آنچه که مهم است عمر تیوپ مخلوط‌کننده مواد ساینده با آب است.

Orifice یا jewelها ارزان هستند و اصلاً قابل قیاس با تیوپ اختلاط نمی‌باشد.

Jewelها (قسمت نازل یا دهانه خروجی آب است که از جنس لعل یا یاقوت می‌باشد) تقریباً ارزان و حدود 15 تا 50 دلار می‌باشند و این در حالی است که قیمت تیوپ مخلوط‌کننده 100 تا 200 دلار می‌باشد.

Jewelها نوعاً در اثر رسوبات معدنی موجود در آب آسیب می‌بینند که البته این رسوبات قابل برداشت می‌باشند.

Jewel از جنس یاقوت قرمز و آبی تقریباً یکسان هستند و تفاوتشان فقط در رنگشان است.

علت رنگ قرمز rubyها به علت درصد بالای کرم موجود در آنها بوده و در مقابل sapphireها علت رنگ آبی، درصد بالای آهن موجود در آنها است ولیکن هر دو سنگ یاقوت معدنی می‌باشند.

اما اگر هنوز عمر مفید نازل برای شما خیلی مهم است می‌توانید بجای نازل از جنس یاقوت قرمز یا آبی، از نازل الماسه استفاده کنید ولی بهتر است فعلاً از یک سامانه مناسب فیلتراسیون آب استفاده کنید.

برای روشن شدن موضوع بدانید استفاده از یک تیوب مخلوط‌کننده کهنه و آسیب دیده در اثر کارکرد مانند بکارگیری یک تیغچه الماسه کند شده می‌باشد.

این مشکل است که بگوییم چه وقت یک تیوب کاملاً آسیب دیده و قابل کاربرد نمی‌باشد.

اما این مهم است که ساییدگی در تیوب باعث کاهش کارآیی ماشین‌کاری می‌گردد.

برای کارهای دقیق بهتر است از یک تیوب جدید استفاده نمود.

عمر مفید تیوب به پارامترهای زیادی بستگی دارد، به عنوان مثال نوعاً از 20 تا 100 ساعت می‌تواند عمر مفید متوسط فرض شود.

البته با توجه به شرایط ممکن است از این زمان سریع‌تر یا کندتر نیز سایش اتفاق بیفتد که البته باز به شرایط کاری بستگی دارد.

10-1 نازل 4-تصفیه آب: هنگامی که اولین بار دستگاه های برش باآب در صنعت مورد استفاده قرار گرفتندتصور اولیُه بر این اساس بود که این دستگاههادارای عمر طولانی ونیازی به تعمیرونگهداری ویژه ای ندارند اما هنگامی که در مناطق مختلف نصب شدندبدلیل تفاوت در آب مناطق مختلف،مشکلی در کارکرد صحیح دستگاه بوجود آمد.بدین صورت که در فشار 350بار وسرعت حدود700متر بر ثانیه ذرات ریز معلق در آب میتوانند آسیب جدی برپمپ واردکنند.وجود ذرات جامد وریز معلق در آب در سرعتهای بالا می تواند فرسایش بدنه نازل ویا دیگر قسمتها را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

روشهای جلوگیری از ذرات جامد درآب: 1-فیلتراسیون 2-سختی گیری 3-تراوش معکوس 4-دیونیزاسیون فلیترها: بطور کلی آلودگی می تواند بصورت جامد،مایع،گاز باشد.عوامل موثر در ایجاد آلودگی عبارتند از: 1-ایجاد آلودگی هنگام ساخت،نگهداریو مونتاژ اجزا در اثر ورود ذرات فلزی ،تراشه های رزوه لوله ها،ذرات در پوش 2-ایجاد آلودگی هنگام عملکرد دستگاه در اثر ورودآب به داخل مخزن هیدرولیک،تولید گازدر مخزن،ایجاد جرم در لوله ها 3-ورود آلودگی از خارج از سیستم فیلترها بسیار ظریف تر از صافیها عمل کرده ودرنقاط مختلف مدار قابل نصب می باشند.فیلتر های طراحی شده برای نصب در خط فشار، در سیستمهای مورد استفاده قرار می گیرندکه اجزا عمل کننده در فشار بالا مانند شیرها،نسبت ورودذرات در مقایسه با پمپ از حساسیت بیشتری برخوردارباشند.

فیلترهای خط برگشت در سیستمهای که به منظور ته نشین نمودن آلودگیها دارای مخزنبزرگ نیستندمورد استفاده قرار میگیرند.

سه روش اساسی در فیلتر نمودن سیال در سیستمهای هیدرولیکی عبارتند از : 1-مکانیکی 2-جذبی 3-جذب سطحی مکانیکی: فیلترهای مکانیکی برای جذب ذرات نسبتاًَ درشت مورد استفاده قرار می گیرنددر این روش از یک صفحه فلزی یا پارچه ای ویا تعداد دیسک فلزی مجزا استفاده می شود.

جذبی: اینگونه فیلترها ذرات بسیارریز را به خود جذب می کنند در این روش از صفحات کاغذی ،چوبی،پارچه ای ،سلولزی،وآزبست استفاده می شود.

جذب سطحی : در این روش از تمایل ذرات برای چسبیدن به سطح استفاده می شود.بنابرین ظرفیت چنین فیلترهایی به سطح قابل دسترس در آنها بستگی دارد.کاغذهایی که بطریق شیمیایی آماده می شوندبرای جذب سطحی ذرات در اینگونه فیلترها مورد استفاده قرار می گیرند.

سختی گیری: برای گرفتن سختی آب ،آن رااز یک بستر حاوی رزین عبور می دهند ودراثر اینکار ،کلسیم(یونهای کلسیم .منیزم وآلومینیوم) محلول که موجب سختی است باسدیم جایکذین می شود بعد از مدت زمان مشخصی رزین توسط محلول نمک احیای می شود.

معادلات زیر این روش را توضیح می دهند: تراوش معکوس: در این فرآیند،آب از یک غشای بسیار ریز عبور میکند وغشا مانند فیلتر عمل کرده و ذرات در حد مولوکولی آب را از آن جدا می کند.

دیونیزاسیون : این روش بسیار شبیه روش سختی گیری است با این تفاوت که بجای رزین شیمیایی از یونهای منفی نظیر کلرید وسولفات استفاده می شود.

11-1فیلتراسیون به روش دیونیزاسیون مطالعات نشان می دهندکه عمر روزانه نازل در روش دیونیزاسیون بیش از 200ساعت،در روش تراوش معکوس حدود 190 ساعت،ودر روش سختی گیری عمر نازل به 78ساعت می رسدواین در حای است که عمر نازل در صورت تنها استفاده از فیلترها فقط 34ساعت می باشد.امروزه در عمل از هر 3 روش (روش فیلتراسیون در تمامی آنها مشترک است)استفاده می شود.

5- catcher پس از برخورد آب و ذرات ساینده به همرا مواد حصل از برش در مخزنی جمع اوری میشوند مزایا ومعایب: از مزایای عمده سیستم های برش آب نوار باریک جت آب است ابتدا اینکه جریان باریک آب دو صفحه را خیلی از هم دور نمی کند و در نتیجه مواد کمی به عنوان ضایعات می توانند از بین دو صفحه خارج گرددند،و دوم صفحه برش بدلیل کیفیتی که در اکثر برشها داردبعنوان سطح نهایی بکار می رود.

از مزایای دیگر سیستم های برش با آب می توان به شرایط کاری این سیستم ها نام برد.بدلیل پرخطری کار در معدن امنیت کار مورد اهمیت قرار می گیرد لذا این موضوع دلیل عمده استفاده از جت آب در معادن می باشد.

در ادامه مزایای سیستم های برش با آب را در ذیل آورده ایم: 1).قابلیت برش مواد سخت همچون سرامیک و مواد نرم مانند فایبر گلاس و مواد کامپوزیت 2).سرعت بالای برش 3).استفاده از فیکسچرهای ساده 4).برش قطعات بسیار ظریف و پیچیده 12-1قابلیت برش مواد کامپوزیت 13-1ایجاد اشکال ظریف 14-1ایجاد اشکال پیچیده 15-1کیفیت لبه های برش 5).کند نشدن ابزار برش 6).گرم نشدن قطعه کار 7).کیفیت بالای لبه برش 8).ایجاد نشدن تنش های مکانیکی برروی قطعه 9) تلرانس‌ها و دقت‌های قابل دستیابی معایب: 1).احتیاج به تعمیر و نگهداری دقیق 2).پایین بودن عمر مفید نازل 3).هزینه بالای سیستم برای صنایع کوچک کاربردهاWater jet: در حال حاضر کاربردهای جت آب بسیار گسترده است که متداولترین کاربردهای آنها در تمیز کاری صنعتی است .اگرچه اولین استفاده از جت آب در معادن بود ،ولی استفده از آن به همراه تکنولوژی رشد نیافته است لذا آمار نشان می دهد که استفاده از این روش در معادن کاهش یافته است.

در سالهای اخیر ،افزودن ذرات ساینده به جریان آب محدوده کاربرد این سیستم را بسیار گسترده نموده است بطوریکه می توان بوسیله آن شبه فلزات را نیز برید.توانایی جت آب در برش فلزات بدون هیچ تخریبی بر روی لبه های برش ،آنرا به یک وسیله مناسب برای برش فلزاتی مثل تیتانیوم .آلیاژهایی از نیکل،آهن کرم در آورده است.

تمیزکاری(بخصوص در زیر آب): فرآیند تمیزکاری در زیر آب به دلیل شرایط متفاوت یا معمول،از جهاتی متفاوت خواهد بود.آلودگیهای که بر روی بدنه کشتیها تشکیل می شود عمدتاَ جانوران وگیاهان دریایی هستند دارای خاصیت خورندگی وباید این آلودگیها نمیز شوند.هزینه تمیز کاری در زیر آب بدلیل مشکلاتی که وجود دارد دارای هزینه نسبتاً بالایی است.

قبل از نقاشی مجدد کشتی ابتدا باید گیاهان وجانورانی که سطح کشتی را پوشانده اند ،همچنین رنگ قدیمی ولجن حاصل از زنگ زدگی از روی سطوح پاک گردند که اینکار توسط جت آب، دستی ویا نیمه اتوماتیک انجام می شود .

افزودنیهای تمیزکننده: آب دارای خواص پاک کنندگی است ولی برای تمیز کردن سطوح فلزی آب به تنهایی،توانایی قابل توجهی ندارد و فقط بطریقه مکانیکی لکه ها را از سطح فلز تمیز می کند.درصورتی که جت تمیز کننده فعال برای خوردگی باشد،نه تنها سطح فلز را از آلودگی تمیز نمی کند بلکه لایه اکسیدی که از سطح در برابر خوردگی محافظت می کندرا از بین می برد.در چنین شرایطی سطح فلز به سرعت زنگ زده وباعث خوردگی بیشتر می شود.

لذا برای جلوگیری از این پدیده اولین بار در نیروی دریایی امریکا برای تمیزکردن بدنه های کشتی،به هر 350 لیتر مقدار 0.45 کیلوگرم نیترید سدیم اضافه کردند.

صرفنظرازاینکه این افزودنی ها به چه منظور بکار میروند باید دارای چهار شرط باشند : 1-نباید موجب کف کردن سیال پاک کننده شوند زیرا این پدیده اثرات بدی در فرآیند خواهند داشت.

2-نباید هیچگونه خطری برای اپراتور داشته باشد.

3-باید قابلیت ترکیب بالایی داشته باشد.

4-نباید موجب رشد باکتریها وقارچها ودیگر ارگانیسمهای آلاینده محیط زیست باشند.

بسیاری از کارخانجات از مبدلهای حرارتی برای انتقال گرما در فرآیندهای متفاوت استفاده می کنند.یکی از مسایل که مبدلهای حرارتی با آن مواجه اند،تشکیل رسوب می باشد.رسوب موجب کمتر شدن سطوح انتقال حرارت گردیده لذا از راندمان مبدل خواهد کاست.بنابرین باید رسوبات به نحوی صحیح ومطلوبی تمیز گردند عمل تمیز کاری رسوب در سطوح داخلی وخارجی لوله ها باید انجام گیرد.

روشهای متعددی برای تمیز کردن رسوب لوله ها وجود دارد: 1-استفاده از میله هایی که به درون لوله فرستاده می شوند.

2-گرم کردن رسوبات 3-روشهای مکانیکی و استفاده از جریان ماسه و سنگریزه اما بجز روش سوم ،روشهای دیگر در موارد خاصی می توانند بکار روند وبرای سالیان متمادی استفاده از روشهای مکانیکی تنها روش موثر وعملی بود در این روش که در واقع رسوبات را سوراخ کرده وسپس از روی لوله ها پاک می گردانند احتیاج به دقت زیاد اپراتور دارد تا آسیبی به لوله ها وارد نگردد وهمچنین زمان ونیروی زیادی باید در این روش نسبت به روش جت آب هزینه کرد .

بعنوان مثال ،تمیز کردن یک مبدل حرارتی که با روش سنتی حداقل به 450 نفر- ساعت نیازمند است با استفاده از سیستم جت آب در فشار 700بار و دبی آب 92 لیتر در دقیقه در عرض کمتر از 24 نفر- ساعت انجام خواهد گردید .بعلاوه در روش جت آب هیچ گونه نگرانی از وارد آمدن آسیب به لوله ها وجود ندارد ولوله ها بهتر تمیز می شوند.

امروزه از جت اب حتی در امور پزشکی نیز استفاده می کنند ،برای بازکردن شریانهای که مسدود شده اند وتمیز کاری دیواره آنها از چربی ها،از این سیستم با انتخاب دقیق فشار آب بهره می گیرند.

استفاده ازجت آب در جراحی نازلهای مورد استفاده در جراحی جت های آب هرروزه در امور جدید بکار می روند ،حتی در بعضی موارد تنها روش علمی وقابل اجراء هستند.امروزه دامنه کاربرد آنها از کندن صخره ها در معادن تا بریدن قسمت های فاسد شده کبد یک انسان گسترش یافته است.

برش با جت آب ، پدیده ای نوین در معادن سنگ از جتهای آب در ساخه های مختلف معدنکاری استفاده می گردد .

یکی از رایج ترین کاربردهای جت آب در صنعت در این صنعت ، استفاده در برش سنگ می باشد .

در واقع اولین استفاده ، در برش سنگ گرانیت بوده است .

سنگهای گرانیتی که به بازار عرضه می گردند همگی دارای ساختاری محکم و پایدار هستند ، اما بسیاری از صخره ها که در مجاورت اتمسفر قرار دارند ، تحت تاثیر آن قرار گرفته و مدل کریستالی اغلب آنان به صورت نامطلوب در می آید حال اگر سنگی در زیر زمین یافت شود که دارای ساختار کریستالی پایدار و محکمی باشد باید تا آنجا که امکان دارد آن را استخراج نمود و اینجاست که استفاده از سیستم جت آب به دلیل ویژگیهای که دارد ، بسیار رواج می یابد .

در سال 1960 ، برای استخراج سنگ از روش مشعل فروزان استفاده میشد ، اما این روش مشکلات خاص خود را داشت و سر و صدای آن زیاد بود .

– حدود 165 – 180 دسی بل – سبب میشد که کارگران شنوایی خود را از دست بدهند مشتعل شدن لباس کارگران نیز مشکل دیگری بود .

در مواجهه با این مخاطره ها و شکایتهای عمومی که از سوری افراد محلی و سازمان محیط زیست میشد ، کارشناسان بر آن شدند که روشهای بهتری را برای استخراج سنگ بیابند .

اولین بار در سال 1984 ، سیستم برش با آب ارائه گردید .

دستگاه با مصرف توانی حدود 5/1 استب بخار ، فشار آب 3000 کیلو گرم بر سانتی متر مربع و مصرف تنها 5/7 لیتر در دقیقه کار می کرد .

با استفاده از جت آب ، میتوان برشهای طویل افقی و قائم در سنگها حفر کرد ، این کار در مقایسه با استفاده از کوه سبب صرفه جویی در وقت می شود .

شاید مهمترین امتیاز دستگاههای برش با جت آب ، سر و صدای کم آن باشد که حدود 100 دسی بل است .

واضح است که این میزان سر و صدا خیلی کمتر از روشهای قبلی است .

دستگاه را می توان تنها با یک متصدی به کار انداخت .

این سیستم از نظر حفاظت محیط زیست نیز امتیازاتی دارد .

آلوده کننده نیست زیرا آب مصرفی به درون سنگها می رود و به محدوده خارج از حفاری جریان پیدا نمی کند ، ماسه سنگ و گرانیت دانه ریز سیاه تنها سنگهایی هستندکه ساختار آنها برای استفاده از سیستم برش با آب مناسب نیستند.

سیستم برش با آب امتیازاتی همچون کارایی بالا و سرو صدای نسبتا کم ، هزینه نسبتا کم ، ظرفیت تولید بالا و ضایعات کم را داراست ، به نظر می روشد این سیستم جالب توجه ترین پدیده ای است که تا کنون در صنعت سنگ وارد شده است .

اکنون تکنولوژی این سیستم به گونه ایست که کاربرد آن اقتصادی است.

تمیز کاری لوله های فاضلاب : یکی دیگر از کاربردهای جت آب (فشار کم) استفاده از جت آب برای تمیز کردن لوله های فاضلاب است.

در این روش یک لوله انعطاف پذیر وبلند به درون راه فاضلاب فرستاده می شود وهمچنانکه لوله به جلو می رود توسط جریان آب ،اطراف و دیواره فاضلاب شسته می شود.در این روش از ،از یک نازل چرخشی که دارای روزنه های بیشماری است استفاده می گردد.

استفاده از جت آب در کندن صخره ها جتهای آب پالسی وقتی که اولین مطالعات وتحقیقات ثابت کرد که بوسیله فشار بالای آب میتوان در استخراج سنگ معادن استفاده کرد ساخت توپهای شلیک کننده آب آغاز گردید .

حجم مشخصی از آب توسط دستگاهی که بسیار شبیه به یک توپ نظامی است به طرف صخره ها شلیک می شود و در اثر فشار آب صخره ها خرد میشوند .

اولین این دستگاه که در روسیه به کار گرفته شد با فشار ناگهانی گاز که پشت حجم مشخصی از آب قرار می گرفت کار میکرد .

آب هنگام خروج از نازل شتاب میگرفت .

بدیهی است که در این دستگاه نازل که وظیفه شتاب دادن به آب را بر عهده داشت یکی از مهمترین اجزای آن بود.

این نازل میتواند سرعت آب را از 550 بر ثانیه تا 5/3 کیلومتر در ساعت افزایش دهد که چنین سرعتی معادل فشار 7000 بار و یا بالاتر است .

مطالعات برای افزایش فشار نتیجه داد و طرح نازل توسط دکتر ویلیام کولی ارائه گردید.

در طرح جدید از محلول ژل گلیسیرینه شکل داده شده برای افزایش فشار استفاده شده است .

به وسیله این نازل فشار 10000 تا 20000بار قابل افزایش است .

مشکلی که این دستگاهها – توپهای شلیک کننده آب – داشتند این بود که فشار به صورت پالسی و متناوب اعمال میگردید .

فشار ماکزیمم در کسر کوچکی از ثانیه پس از شلیک ایجاد میگردد و خیلی سریع این فشار افت می کند ، لذا در این دستگاه همواره فقط یک جزء کوچک از جت آب تحت قدرت ماکزیمم است که میتواند در خرد کردن صخره ها موثر باشد .

این عیب آشکار ، کارشناسان را بر آن داشت تا طرحی ارائه کنند که جریان دائمی با فشار بالا تولید کنند جتهای دائمی با فشار خیلی بالا به دلیل معایبی که طرحهای قبلی داشتند مطالعات بر روی این مسئله انجام شد و دکتر سینگ توانست طرحی ارائه کند که قادر بود فشارهای خیلی بالا ر ابه صورت دائمی تولید کند .

در این سیستم از حجم بزرگی از یک گاز مخصوص برای افزایش فشار آب استفاده می شود .

نیتروژن یا هوای فشرده در یک مخزن انباشته میشود .

وقتی مخزن پر شد و فشار آن تا مقدار مورد نظر افزایش یافت شیر کنترلی سریعا عمل کرده و گاز با فشار بالا ، به پشت آب منتقل شده و توسط تشدید کننده به آب منتقل میگردد و درآنجا نیز توسط نازل شتاب میگیرد بدین ترتیب ایجاد فشار بالاتر از 1000 بار ممکن گردید .

مزیت این طرح آن است که حجم گاز انباشته شده در مخزن به اندازه ای است که میتواند فشار بالا را به مدت یک ثانیه ثابت نگه دارد و بدین صورت فشار بالا به صورت دائمی بر قرار میگردد .

طبق نظریه پاول و سیمسون که حاصل مطالعات وسیع بر روی دستگاههای شلیک کننده آب است ، با افزایش فشار آب ، ضریب مقاومت و انرژی مخصوص لازم برای حفاری کاهش می یابد .

معدن کاری بوسیله جت آب در فشار پایین – یعنی فشارهای زیر 700 بار – از زمانهای دور در معادن محدودی از کالیفرنیا در اثر توسعه روش قدیمی استخراج هیدرولیک استفاده می شده است .

در رابطه با صخره های کریستالی جت آب طی چند فرآیند آنها را شسته و جدا میکند .

ابتدا آب در شیارها ، شکافها و مرزدانه ها نفوذ میکند این ذرات آب که مثل گوه عمل میکنند در اثر تداوم جریان جت تحت فشار قرار میگیدند .

نتیجه این عل بزرگتر شدن شیارها و ترکها تا حد آزادی ذرات می باشند .

بدین ترتیب ، جت آب ، صخره های را به اجزاء متشکله آن خرد میکند .

ارزش این روش خرد کردن صخره ها وقتی روشن میگردد که بدانیم تنها جزء کوچکی از صخره ها از مواد با ارزش تشکیل یافته و اکثر آنها بی ارزش و بی فایده اند .

طبق روش سنتی استخراج تمامی صخره باید کنده شده حمل شده و بر روی آن فراروی انجام شود تا این اجزاء با ارزش استحصال شوند .

حتی بعضی مواقع برای رسیدن به صخره هایی که دارای رگه های مورد نظر هستند باید ابتدا تعداد زیادی از صخره های اطراف آن برداشته شوند .

اما با استفاده از جت آب عمل جدا سازی سنگها با ارزش از صخره ها در حین فرایند استخراج صخره ها انجام میشود .

یعنی با دستگاههای مخصوص فرایند جدا سازی در محل معدن انجام میشود و لذا اکثر قسمتهای یک صخره در همان معدن باقی میماند و فقط سنگها و اجزاء با ارزش منتقل میگردند .

نحوه انجام این کار بدین صورت است که صخره های سترگ توسط جت آب کنده شده و شسته میشوند سنگهای شامل فلزات چون سنگین ترند ته نشین شده و لی خاک و گل و ماسه توسط آب حمل شده و شسته میشوند .

این کار طی چند مرحله تکرار میگردد و بدین ترتیب سنگ معدن فلزات از کل صخره ها جدا میشود .

بدین ترتیب هزینه استخراج تقلیل می یابد .

این روش استخراج به خصوص در استخراج ماسه می تواند کار برد داشته باشد .

با استفاده از جتهای آب میتوان ماسه را دانه بندی کرد و ماسه با اندازه های متفاوت استحصال نمود .

تعیین خواص فیزیکی صخره ای که باید به وسیله جت آب خرد شده و برداشته شود این امکان را می دهد که بتوان مقدار دقیق انرژی ضربه ای لازم برای خرد کردن صخره را تعیین نمود .

تعیین این خواص کار بسیار مشکل و پیچیده ای است ، اما حتی اگر این خواص به درستی تعیین گردید تشخیص اینکه کدام یک دارای نقش مهمتری هستند و دیگر پارامترها را تحت تاثیر قرار می دهند خود نیز کار ساده ای نیست .

به طور کلی تعیین خواص فیزیکی صخره و این که کدام یک اهمیت بیشتری دارند توسط آزمایشات گوناگون تعیین می گردند .

بدین صورت که متغیر را به عنوان متغیر اصلی در نظر میگیرند و با انجام آزمایشات مختلف ، نحوه تاثیر خواص مختلف را بر متغیر اصلی ثبت می کنند و پارامترهایی که دارای تاثیر قابل ملاحظه ای باشند بالطبع اهمیت بیشتری دارند .

به عنوان مثال برای این که دریابند چه پارامترهایی در عمق برش موثرند ، با انجام آزمایشات گوناگون بر روی صخره ها سرانجام دریافتند که دو پارامتر جت یعنی سرعت عرضی و فشار جت و دو پارامتر صخره یعنی مقاومت فشاری و سختی دارای اهمیت بیشتری هستند ، لذا چگونگی تاثیر این متغیرها بر روی متغیر اصلی را در غالب معادله ای بیان می کنند.

بطور خلاصه کاربردهای مختلف سیستم برش با آب عبارتند از : 1-تمیز کاری سطوح فلزی وغیر فلزی 2-برش ورقهای فلزی ومواد غیر فلزی 3-برش ولخت کردن کابلها 4-کنده کاری در معادن واستخراج کانیهای معدنی 5-حفاری چاهای نفت 6-برش موادغذایی 7- استفاده در امور پزشکی مثل برش بافتهای بدن وتزریق دارو در عضله .

کنترل آلودگی محیط زیست یکی از عیوب سیستمهای برش با آب به کمک ذرات ساینده آلودگی محیط زیست می باشد .

برای حل این مشکل مطالعات وسیعی صورت گرفته است .

یک شاخه از مطالعات بر روی یافتن ذرات ساینده جدیدی که علاوه بر قابلیت برش بالا قابل حل نیز می باشد متمرکز گردید .

بنابر این در یک سیستم تا آنجا که بتوان از ذرات ساینده حل شدنی استفاده می گردد .

در غیر این صورت با طراحی گیرنده آب در زیر نازل برش و طراحی یک سیکل مناسب جریان آب و ذرات ساینده را پس از انجام برش با روشهای مناسب تصفیه نموده و آب عاری از آلاینده ها را به فاضلاب می فرستند.