磨料射流辅助三翼钻头破岩实验研究

通过对磨料射流辅助三翼钻头破碎岩石的力学分析,理论上给出了提高钻进速度的依据,利用自行设计的磨料射流实验系统,采用收敛型喷嘴以不同泵压对预制水泥试件进行冲蚀实验,试验研究表明,在泵压及磨料浓度保持不变的情况下,随着冲蚀深度(靶距)的增加,磨料射流的破岩能力先增大后减小,呈抛物线型变化,存在破碎的最优靶距;随着试件硬度的增加,破岩速度减小,冲蚀深度减小,但破岩最优靶距没有变,同一靶距下,破岩速度变小;随着泵压的增大,磨料射流的最优靶距随之增大,最优靶距受喷嘴加速直线段长度的影响;通过致密砂岩的钻进对比实验得出,在同等扭矩及推力条件下,磨料射流辅助钻进的效率可以提高63.4%.     

磨料水射流切割煤岩体实验研究

为了精确估算深部煤岩体切割深度,提高射流的切割功效,利用自行设计的磨料射流切割系统,采用圆锥收敛型喷嘴以3种不同的冲蚀切割方式对重庆煤矿f值为3.14的底板泥质灰岩进行切割实验.结果表明:在系统泵压恒为30 MPa压力下,磨料质量分数控制在8％～10％之间,射流切割的终止深度受靶距影响较小,与喷嘴的移动速度密切相关,终止深度随喷嘴移动速度的增加呈对数关系减少,但固定冲蚀时并非最大,约为最大终止深度的90％;随着移动速度的增加,达到终止切割深度所用往复次数增加,单次切割深度减少;通过对移动速度与切割深度关系的分析,建立了基于煤岩体移动切割的深度模型,经F检验函数检验,模型可信度较高,具有很好的指导意义.     

淹没状态下磨料射流破煤岩数值模拟仿真研究

基于ANSYSLS-DYNA软件,建立了淹没状态下磨料射流破煤岩靶体的仿真模型。并通过正交实验法得出了射流参数对破碎效率的影响程度,同时还利用单因素法分析了不同射流参数对破岩效率的影响。结果表明,随着射流直径的增大,冲蚀深度随之递减,冲蚀孔径随之增加;考虑破碎效率和经济效益,磨料射流破煤岩最佳射流速度在300 ms左右;磨料体积的最佳浓度在6%左右。     

淹没条件下自激振荡脉冲水射流冲蚀试验研究

为了提高射流的冲蚀能力,利用自制的自激振荡喷嘴,在淹没条件下进行水射流冲蚀自制砂浆试块的试验研究,得到不同工况下的水射流冲蚀效果.结果表明,靶距对冲蚀效果有明显的影响;脉冲射流的冲蚀体积与冲蚀深度随着腔长的增加,先降低再增加,到达峰值后逐渐递减,在腔长LC=4.5 mm时,冲蚀体积达到最大;在相同工况下,脉冲射流的冲蚀体积比连续射流提高约37.1％～52.3％.     

减阻剂对后混合磨料水射流切割质量的影响

通过在后混合磨料水射流中加入聚丙烯酰胺切割大理石,测量切割工件的切缝宽度和切割表面的粗糙度来分析减阻剂对后混合磨料水射流切割质量的影响。试验结果表明:减阻剂对射流束有集束作用,同等条件下减阻剂磨料射流要比常规磨料射流的切缝窄,而且减阻剂使切割断面粗糙度减小,使切割质量提高。试验中,随着减阻剂质量分数的增加,切割质量得到提高。     

喷嘴结构对空化水射流冲蚀能力的影响

为研究喷嘴出口流道形状对空化水射流冲蚀效果的影响,在自行研制的淹没射流冲蚀实验装置上,对自行设计的普通喷嘴、渐收-突扩喷嘴和渐收-渐扩喷嘴进行了空化水射流冲蚀陶砖试件的实验研究,得到不同喷嘴的射流冲蚀陶砖的冲蚀深度、冲蚀破坏面积和冲蚀填充铁粉质量随靶距和背压变化的规律。结果表明：渐收-突扩喷嘴和渐收-渐扩喷嘴的射流冲蚀能力显著优于普通喷嘴的;渐收-突扩喷嘴和渐收-渐扩喷嘴的空化水射流冲蚀能力具有较佳的背压值;渐收-渐扩喷嘴具有更长的最佳靶距;渐收-突扩喷嘴具有更好的抗背压能力。     

淹没磨料射流的动理论分析

淹没磨料射流有效地解决了水下切割硬度较大的物体,动理论方法能更好地分析淹没磨料射流流动的相关理论问题。借助于多相流的运动理论,深入分析了淹没磨料射流的输运特点,探讨了淹没磨料射流中各相的碰撞特征。建立了淹没磨料射流中固、液、气各相分别满足的连续性方程和动量方程。分析指出,只要知道各相的分布函数,则可得到液、固、气各相的运动规律。     

株洲工学院水射流研究所

株洲工学院水射流研究所主要从事智能化高效水射流系统的理论及应用研究。高压水射流和磨料水射流是一种可与激光、等离子体切割相媲美的新型切割技术,它将现代信息技术、计算机技术、传感器技术和控制技术与新型、高效射流相结合,提供全新的智能化切割、超微破碎、清洗、干燥与降尘设备。本研究方向形成于80年代后期,经过近20年的发展,在新型智能化高效射流方面取得了创造性的理论和应用成果:在国内外学术期刊上发表论文100多篇,其中15篇被SCI、EI、ISTP三大文献检索系统收录;完成和在研国家级或省部级科研项目共27项,其中已获国家级科技进步二等奖1项,省部级科技进步一等奖1项、三等奖3项;在石油钻井、工业设备清洗、各种材料的射流切割等应用中取得了显著的效果。1 研究领域1.1 新型、高效射流技术1)自激振荡脉冲射流 重点研究其基础理论及在石油钻井、工业管系、燃油发动机等领域的应用。该项技术于1991年获石油天然气总公司科技进步一等奖,1993年获国家级科技进步二等奖,1992年和1993年被列为国家级新技术产品。2)空化射流 重点研究其物理、化学效应,首次提出其在材料强化、污水处理中的应用。3)电液压脉冲射流 重点研究其在材料成型、污水处理等领域的应用。4)磨料射流 重点研究前、后混合磨料射流及振荡磨料射流的系统装置、冲蚀及切割性能及其在切割、清洗、材料表面处理中的应用。     

磨料水射流切割可视化BP神经网络模型研究

针对磨料水射流切割性能与影响因素间存在复杂的非线性关系,无法用传统数学方法建模的问题,基于BP人工神经网络理论,结合典型材料的切割实验结果,在考虑射流压力、磨料流量、切割靶距、工件厚度、磨料喷嘴直径与切割速度6个因素情况下,建立了磨料水射流切割BP神经网络模型.同时,基于Delphi开发出了可移植的磨料水射流切割速度人工神经网络预测单元,实现了所建网络模型的可视化,为实现网络模型与数控系统的集成提供条件.研究结果表明,该网络模型能快速、准确、可靠地预测切割速度,与数控系统相集成可实现对磨料水射流切割质量的有效控制.     

高压磨料水射流切割低碳合金钢的试验研究

低碳合金钢广泛应用于压力容器、车辆、桥梁等工业设计之中,通过研究高压磨料水射流对低碳合金钢切割的影响,分析水射流切割特性对切割效果的影响,对提高切割效率及降低切割成本具有一定的参考意义。应用五轴联动数控水刀切割机,对低碳合金钢Q345B进行切割试验,分析了切割压力、靶距和横移速度对切割深度及切割宽度的影响。结果表明,随着切割压力增加,切割深度和切割宽度均有所增加;随着靶距的增加,切割深度先增大后减小,存在最佳靶距,可使切割深度最大而切割宽度逐渐增大;随着切割速度增加,切割深度及切割宽度逐渐减小,但其对切割宽度的影响较小。