專利名稱：一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水射流測試裝置，具體涉及一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生 裝置，適用于煤層割縫切割頭、P⑶(Polycrystalline diamond 聚晶金剛石)鉆頭、牙輪鉆 頭配套以及石材切割、沖洗等用自激振蕩磨料水射流噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。
背景技術(shù)：
自激振蕩脈沖磨料水射流是一種利用多相流體動力學(xué)、紊流力學(xué)、流體邊界層理 論、流體共振和液體彈性的原理而發(fā)展起來的一種新型高效磨料水射流，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用 于煤礦采掘、石油鉆井、巖石切割和清洗等領(lǐng)域。它不需要激振源，無運(yùn)動件的密封，而是 靠噴嘴的材料和自身結(jié)構(gòu)特性(耐磨材料，腔室形狀，上下游噴嘴的結(jié)構(gòu)、尺寸及相互間的 距離等)，使通過噴嘴的高壓磨料水射流在自激振蕩作用下變成高壓脈沖磨料水射流?；?以上原因，要設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省能量、耐磨損、使用壽命長的自激振蕩磨料水射流 發(fā)生裝置，只要選擇適當(dāng)?shù)牟牧?、結(jié)構(gòu)尺寸和合適的碰撞壁形狀即可。CN 2198041Y公告的 《自激振蕩空化射流發(fā)生器》、CN 2261300Y公告的《定向自振射流噴嘴》、CN ^99997Y公告 的《一種震蕩脈沖射流噴嘴》、CN 2094396U公告的《自激振蕩脈沖射流噴嘴》、CN 2054479U 公告的《牙輪鉆頭用振蕩脈沖射流噴嘴》、CN 2353451Υ公告的《聚能振蕩射流噴嘴》、CN 2124339U公告的《自激振蕩氣蝕結(jié)構(gòu)射流發(fā)生器》、CN 1073376Α公告的《低頻自激振蕩空 化脈沖射流噴嘴及其生產(chǎn)方法》都是目前常用水射流振蕩噴嘴，但是，存在以下缺點(diǎn)(1)由于采用整體成型，因而存在加工困難、諧振腔形體精度低、成品率低，生產(chǎn)成 本較高，而且重復(fù)使用率低，一經(jīng)損壞即直接報(bào)廢；(2)工程上破巖、切割大都采用自激振蕩磨料水射流，以上公開專利大都只涉及純 水射流，一旦改用磨料射流，上下游噴嘴易磨損變形、出口射流沖蝕切割效率大大降低，使 用壽命變短；(3)對于安裝位置具有限制的自激振蕩噴嘴，無法進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。因此，限制了自激振蕩磨料射流噴嘴在工程上更為廣泛的應(yīng)用，也不利于展開自 激振蕩磨料水射流噴嘴的實(shí)驗(yàn)室測試研究。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置，既能夠通過 調(diào)節(jié)裝置本身結(jié)構(gòu)對多個(gè)影響射流效果的因素進(jìn)行測試，優(yōu)化自激振蕩噴嘴的結(jié)構(gòu)，又能 實(shí)現(xiàn)不同流體介質(zhì)對噴嘴磨損效果的研究，獲得不同噴嘴結(jié)構(gòu)的使用壽命，能縮短實(shí)驗(yàn)時(shí) 間，同時(shí)節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，滿足工程實(shí)際需要。本實(shí)用新型所述的一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置，包括共振筒、分別 通過螺紋連接在共振筒左端和右端的第一端蓋和第二端蓋，其特征是一上游噴嘴套內(nèi)壁腔呈階梯孔狀，其內(nèi)壁腔的左部設(shè)有一金屬螺紋套、外壁上設(shè) 有環(huán)槽，環(huán)槽內(nèi)設(shè)有“0”型密封圈，該上游噴嘴套的外壁與共振筒的內(nèi)壁配合；[0010]一調(diào)節(jié)螺桿筒穿過連接螺帽并依次與第一端蓋的中心孔、鎖緊螺帽和設(shè)在上游噴 嘴套內(nèi)壁腔左部的金屬螺紋套螺紋配合連接；一被測試的上游噴嘴裝在上游噴嘴套內(nèi)壁腔的中右部，一被測試的下游噴嘴裝在 共振筒的右端和第二端蓋之間；上游噴嘴的右端、下游噴嘴的左端與位于兩者之間的共振 筒的內(nèi)壁構(gòu)成一共振腔室，設(shè)在共振筒的右端部上的進(jìn)氣孔和流量計(jì)與該共振腔室相通。所述的一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置，在所述共振筒的右端與第二端 蓋之間還設(shè)有一墊圈。所述的一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置，其所述進(jìn)氣孔與一壓力傳感器 配合，該傳感器與數(shù)顯表相連，用來測試、讀取共振腔室內(nèi)的負(fù)壓值，所述調(diào)節(jié)螺栓安裝孔 與一帶調(diào)節(jié)閥門的流量計(jì)(圖中未標(biāo))配合，用來調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。所述的一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置，其所述上游噴嘴套、上游噴嘴 和下游噴嘴采用硬質(zhì)合金材料制作，其余部件采用不銹鋼制作。本實(shí)用新型解決了振蕩磨料水射流噴嘴性能優(yōu)化測試難的問題，因?yàn)槠胀ú牧霞?工磨損太快，結(jié)構(gòu)易變，極易損壞，磨料噴嘴必須用硬質(zhì)合金材料加工；無需加工大量不同 尺寸結(jié)構(gòu)的振蕩噴嘴進(jìn)行試驗(yàn)，只需根據(jù)工程實(shí)際要求，利用本實(shí)用新型裝置在泵壓一定 條件下測試上游噴嘴直徑、下游噴嘴直徑、共振腔室的腔長、進(jìn)氣量、下游噴嘴結(jié)構(gòu)等因素 對脈沖射流峰值的影響，取得最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，再進(jìn)行加工磨料振蕩噴嘴進(jìn)而開展現(xiàn)場試驗(yàn); 另外，通過使用不同結(jié)構(gòu)的下游噴嘴能夠獲得磨料振蕩射流的空化效應(yīng)，結(jié)合自行設(shè)計(jì)的 圍壓綜合測試、切割系統(tǒng)、高速攝像機(jī)(500萬像素，拍攝速度5000fps)、三維示蹤粒子測速 系統(tǒng)(3DPIV，無干擾地實(shí)時(shí)測量平面上的二維或三維瞬時(shí)流速場、渦量場和變形速度及濃 度場和粒徑分布，測量面積60X60 cm2，分辨率小于1mm，測速范圍0-700m/s，速度精 度0. 5% 1%，粒徑范圍0. Olm-O. 4mm)、皮托管和壓力傳感器等測試儀器，可測得磨料振 蕩空化射流的流場特性及沖蝕、切割物料的能力。本實(shí)用新型的有益效果結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，節(jié)省成本，減少工作量；由于本實(shí) 用新型的連接方式是以螺紋方式連接的，故研究上游噴嘴、下游噴嘴直徑、腔徑對射流效果 的影響時(shí)，只需要旋開調(diào)節(jié)螺桿，更換不同直徑上游噴嘴、下游噴嘴、振蕩腔即可；而研究腔 長對脈沖磨料射流影響時(shí)，只需要通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿來改變共振腔室的長度即可；由于具 有多種測試功能，與其他射流測試裝置相比，應(yīng)用本實(shí)用新型不僅能夠大量縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間， 同時(shí)還能節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。

圖1.是本實(shí)用新型的總裝圖；圖2.是上游噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3.是一種下游噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4.是另一種下游噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。參見圖1所示的一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置，包括分別通過螺紋連
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說明書
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接在共振筒4左端和右端的第一端蓋3和第二端蓋13 ；一上游噴嘴套6內(nèi)壁腔呈階梯孔狀，其內(nèi)壁腔的左部設(shè)有一金屬螺紋套7、外壁上 設(shè)有兩道環(huán)槽，兩道環(huán)槽內(nèi)分別設(shè)有“0”型密封圈8，該上游噴嘴套6的外壁與共振筒4的 內(nèi)壁配合；一調(diào)節(jié)螺桿筒2穿過連接螺帽1并依次與第一端蓋3的中心孔、鎖緊螺帽5和設(shè) 在上游噴嘴套6內(nèi)壁腔左部的金屬螺紋套7螺紋配合連接；一被測試的上游噴嘴9裝在上游噴嘴套6內(nèi)壁腔的中右部，一被測試的下游噴嘴 11裝在共振筒4的右端和第二端蓋13之間；上游噴嘴9的右端、下游噴嘴11的左端與位于兩者之間的共振筒4的內(nèi)壁構(gòu)成一 共振腔室14，設(shè)在共振筒4的右端部上的進(jìn)氣孔10和調(diào)節(jié)螺栓安裝孔15與該共振腔室相
ο在所述共振筒4的右端與第二端蓋13之間還設(shè)有一墊圈12。所述進(jìn)氣孔10與一壓力傳感器配合，該傳感器與數(shù)顯表相連，用來測試、讀取共 振腔室14內(nèi)的負(fù)壓值，所述調(diào)節(jié)螺栓安裝孔15與一帶調(diào)節(jié)閥門的流量計(jì)(圖中未畫出)配 合，用來調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。為了測試磨料射流以及上下游噴嘴的使用壽命，上游噴嘴套6、上游噴嘴9和下游 噴嘴11采用硬質(zhì)合金材料(其牌號為YG6、YG8M、YG8或YG15)制作，其余部件采用不銹鋼 制作。連接螺帽1用于連接高壓管路，調(diào)節(jié)螺桿筒2用于調(diào)節(jié)上游噴嘴和下游噴嘴之間 的距離，第一端蓋3用于連接調(diào)節(jié)螺桿筒和共振筒，另外可防止腔室內(nèi)高壓水反沖傷人；共 振筒4用于測試負(fù)壓和射流偏振效應(yīng)；鎖緊螺帽5用于固定上游噴嘴和下游噴嘴之間的距 離，設(shè)在上游噴嘴套6的金屬螺紋套7用于加工螺紋，因?yàn)橛糜操|(zhì)合金制作的上游噴嘴套難 于加工螺紋。本實(shí)用新型的測試過程如下(1)通過更換上游噴嘴和下游噴嘴，即選擇不同直徑的上游噴嘴和下游噴嘴，獲得 磨料射流振蕩效果較好的上下游噴嘴尺寸；(2)通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿，調(diào)節(jié)上游噴嘴所處的位置來改變共振腔室的腔長，獲得磨 料射流振蕩效果較好的共振腔室的腔長；(3)通過改變進(jìn)氣口的進(jìn)氣量，可測試磨料射流偏振效應(yīng)，或者在進(jìn)氣口安裝壓力 傳感器，測試磨料振蕩射流在不同工況的負(fù)壓值；(4)通過改變磨料濃度，可以測得振蕩上、下游合金噴嘴的使用壽命；(5)選擇不同結(jié)構(gòu)的下游噴嘴，可測試磨料振蕩射流的空化效果。根據(jù)煤層割縫切割頭、PCD鉆頭、牙輪鉆頭以及石材切割等工程配套噴嘴工作條 件，如泵壓、圍壓、流量、安裝尺寸等，初步計(jì)算磨料振蕩噴嘴的直徑和長度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果 制定實(shí)驗(yàn)方案，通過實(shí)驗(yàn)考查影響脈沖磨料射流性能的主要因素(腔徑D、腔長L、上游噴嘴 直徑Cl1、上游噴嘴長L1、下游噴嘴直徑(12、下游噴嘴長L2)間的關(guān)系，利用三維粒子測速系統(tǒng)、 壓力傳感器以及沖蝕標(biāo)準(zhǔn)巖石試件試驗(yàn)結(jié)果比較，最終確定脈沖磨料射流沖蝕能力和效率 最強(qiáng)的噴嘴結(jié)構(gòu)；上游噴嘴的規(guī)格見下表[0039]
權(quán)利要求1.一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置，包括共振筒(4)、分別通過螺紋連接在 共振筒左端和右端的第一端蓋(3 )和第二端蓋(13 )，其特征是一上游噴嘴套(6)內(nèi)壁腔呈階梯孔狀，其內(nèi)壁腔的左部設(shè)有一金屬螺紋套(7)、外壁上 設(shè)有環(huán)槽，環(huán)槽內(nèi)設(shè)有“0”型密封圈(8)，該上游噴嘴套(6)的外壁與共振筒(4)的內(nèi)壁配 合；一調(diào)節(jié)螺桿筒(2)穿過連接螺帽(1)并依次與第一端蓋(3)的中心孔、鎖緊螺帽(5)和 設(shè)在上游噴嘴套(6)內(nèi)壁腔左部的金屬螺紋套(7)螺紋配合連接；一被測試的上游噴嘴(9)裝在上游噴嘴套(6)內(nèi)壁腔的中右部，一被測試的下游噴嘴 (11)裝在共振筒(4)的右端和第二端蓋(13)之間；上游噴嘴(9)的右端、下游噴嘴(11)的 左端與位于兩者之間的共振筒(4)的內(nèi)壁構(gòu)成一共振腔室(14)，設(shè)在共振筒(4)的右端部 上的進(jìn)氣孔(10)和調(diào)節(jié)螺栓安裝孔(15)與該共振腔室相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置，其特征是在所 述共振筒(4)的右端與第二端蓋(13)之間還設(shè)有一墊圈(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置，其特征是 所述進(jìn)氣孔(10)與一壓力傳感器配合，所述調(diào)節(jié)螺栓安裝孔(15)與帶調(diào)節(jié)閥門的流量計(jì) 配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置，其特征是 所述上游噴嘴套(6)、上游噴嘴(9)和下游噴嘴(11)采用硬質(zhì)合金材料制作，其余部件采用 不銹鋼制作。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種多功能自激振蕩磨料水射流發(fā)生裝置，包括上游噴嘴、下游噴嘴、調(diào)節(jié)螺桿、共振筒、第一端蓋和第二端蓋，其特征是上游噴嘴套內(nèi)壁腔的左部設(shè)有一金屬螺紋套，其外壁與共振筒的內(nèi)壁配合；調(diào)節(jié)螺桿筒穿過連接螺帽并依次與第一端蓋的中心孔、鎖緊螺帽和金屬螺紋套配合連接；上游噴嘴裝在上游噴嘴套內(nèi)壁腔的中右部，下游噴嘴裝在共振筒的右端和第二端蓋之間；上游噴嘴的右端、下游噴嘴的左端與位于兩者之間的共振筒的內(nèi)壁構(gòu)成一共振腔室，設(shè)在共振筒上的進(jìn)氣孔和調(diào)節(jié)螺栓安裝孔與該共振腔室相通。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；具有多種測試功能，與其他射流發(fā)生裝置相比，不僅能夠大量縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，同時(shí)還能節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。
文檔編號B05B17/04GK201913040SQ20112003043
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者劉勇, 盧義玉, 左偉芹, 湯積仁, 章文峰, 葛兆龍 申請人:重慶大學(xué)