小流量磨料射流切割性能的试验研究

在非淹没条件下,前混合磨料射流切割所用的圆形喷嘴直径多在1．3mm以上,磨料消耗量大,射流功率大,不能满足生产所要求的小型化、高压力、小流量的发展方向,为了前混合磨料射流的快速发展,提倡采用直径较小的圆形喷嘴。对φ0．65mm和φ1．38mm普通圆形喷嘴所产生的射流进行了对比试验研究,得出了这两个圆形喷嘴在非淹没条件下切割铝板所产生的射流运动规律。实验结果表明：在非淹没和其他条件相同的情况下,φ0．65mm圆喷嘴射流比φ1．38mm圆喷嘴射流的移动速度减慢了大约20％,但切割比能耗降低了大约57％。     

磨料射流及高分子减阻改善射流性能的实验研究

本文设计了磨料射流系统及喷嘴结构,实验研究了磨料射流切割与破碎物料的性能,确定了磨料喷嘴出口的最佳长度,对清水和磨料溶液进行了射流冲击性能比较试验;并进一步在磨料射流中加入高分子聚合物添加剂,实验证明,高分子减阻剂同样对磨料射流性能有改善.     

基于BP人工神经网络的磨料水射流切割深度模型

在已知的磨料水射流切割混凝土实验数据的基础上,应用BP人工神经网络理论,并且借助MATLAB神经网络工具箱,建立磨料水射流切割深度模型.模型中包括的射流参数有射流压力、靶距、磨料粒径、磨料流量、磨料喷嘴直径、磨料喷嘴长度及横移速度.通过模型预测结果与实验结果的比较,表明模型具有一定的精度.     

水能切割废钢喷嘴的设计与实验研究

喷嘴是水射流切割系统的关键元件，通过研究一级喷嘴直径、二级喷嘴直径、混合腔直径和喉管距、系统工作压力、磨料直径大小等对轴向射流速度的影响，为水切割喷嘴的优化设计奠定了基础，其结果可为高压水切割工具的设计提供参考依据。     

磨料射流旋转切割套管试验及工程计算模型

针对海洋废弃井口切除的工程需求,在淹没条件下进行射流压力、喷嘴直径、喷嘴个数、切割头转速、切割持续时间、喷距、磨料质量分数、磨料种类等因素对切割影响规律的试验研究,并建立淹没条件下套管切深与时间关系的工程计算模型.结果表明:高射流压力、大直径喷嘴、较多的喷嘴个数、长作业时间、小喷距时切割深度较大;切割头最优转速为7.8 r/min;磨料质量分数在26.1%时切割效率最高;铁砂的切割效果最好;工程计算模型可为套管切割深度的预测和套管切断时机的判断提供理论依据.     

高压水射流切割流场的数值模拟研究

利用计算流体动力学(CFD)的方法对高压水射流切割进行了多相流的数值模拟,研究并分析了淹没流与非淹没流的影响、压力的影响、喷嘴直径的影响、喷嘴对射流的影响以及淹没与非淹没流下磨料的流动特性关系,其结果可为高压水切割工具的设计提供参考依据.     

同等功率下不同直径喷嘴射流切割性能的分析

利用自行研制的前混合式磨料射流切割机,对多种直径喷嘴射流在非淹没环境下切割铝板的性能进行了对比试验研究,探讨了射流直径对切缝宽度、切深和切割比能耗的影响.实验发现在射流功率相等的条件下,0.60mm圆射流代替1.84mm圆射流进行前混合式磨料射流切割实验,可有效地提高切割深度,大大降低切缝宽度和切割比能耗.     

煤矿切割钢丝胶管的研究

本文对井下常用零件——钢丝胶管的切割做了一些实验研究,探讨了射流压力、磨料流量、喷射靶距和横移速度对切割深度的影响。同时,针对煤矿井下安全切割钢丝胶管的需要,对磨料水射流切割平台作了一个初步的设计。     

前混合磨料水射流连续加料系统设计与实验研究

针对现有前混合磨料射流系统不能实现磨料连续供给的问题,提出利用射流泵原理抽吸和混合磨料实现连续加料的新思路,即利用有压水从射流泵喷嘴以一定速度喷出而引起的负压场卷吸磨料进入射流泵内的混合腔,并与水混合后经喉管和扩散管进入高压胶管,最后经切割喷嘴加速后喷出,形成连续磨料水射流。为使系统性能最优,分析了连续加料系统的结构组成及工作原理,并设计了系统的结构与尺寸;运用数值模拟方法对影响连续加料与射流性能的主要因素——切割喷嘴与射流泵喷嘴面积比进行优化设计,分析了其对系统性能的影响规律,确定了其最优取值范围;通过室内压力测试、连续加砂及切割试验对系统性能进行了验证,结果表明,在合适的面积比结构下,该连续加砂系统在磨料入口能形成负压及足够的压力梯度,将磨料吸入并加速,且在切割喷嘴端仍然保留足够的静压转化为动能,实现前混合磨料水射流的连续高效作业。     

前混式高压磨料水射流切割锚杆性能实验研究

为了研究高压水射流切割煤矿锚杆的问题,利用自行搭建前混式高压磨料水射流切割系统对煤矿用的锚杆进行切割试验,通过对射流压力、磨料参数、横移速度和喷射靶距等参数对切割能力影响的探讨,得出射流压力与切割深度可以简化为线性关系,喷嘴横移速度与切割深度可以简化为反比关系,以及磨料参数和靶距存在最优值等结论,同时获取了切割所需的最佳工艺参数。     

磨料水射流旋转切割岩石深度计算模型

针对地下洞库结构防护设计,需对洞库围岩实施人工致裂,从而在围岩中构建人工裂隙群以达到抗爆消波的目的,提出利用环形磨料水射流切割围岩施工方法。根据磨料颗粒去除非岩石材料体积模型,推导了磨料粒子对岩石的体积去除量与磨料速度关系模型;基于磨料射流切口形状假设了环形磨料射流切割深度估算模型,并与已有数据进行对比验证了模型的有效性;定义磨料射流在外流场的流量衰减系数,提出了磨料射流岩石极限切割深度计算方法,通过算例分析了特定工况下磨料水射流切割砂岩及花岗岩的理想极限深度,得到磨料水射流对岩石的切割半径满足围岩人工割缝半径目标。研究表明:磨料水射流对花岗岩的制缝深度约为切割砂岩的55.7%;使用磨料水射流进行围岩割缝在工程应用中具备施工可行性。     

磨料射流定向切顶系统的设计与研制

N00工法是一种节约资源并能降低开采成本的长壁采煤工法，快速无伤定向切割顶板岩石使采空区顶板垮落是该工法的关键。基于水射流理论与技术，提出了利用磨料射流定向切割顶板的新思路，研究了磨料射流定向切顶系统的结构组成及工作原理，设计了水射流喷嘴、切割喷头、定向器、输送机及磨料供给系统等关键部件的结构与尺寸，通过实验优化了磨料射流定向切顶的最优工作参数，并于陕西某矿S1201-Ⅱ工作面进行了顶板切割试验。结果表明，在射流压力25 MPa,喷嘴直径1.5 mm,磨料类型黄沙/石英砂，磨料质量分数3.5%,切割速度4.4 mm/s条件下，系统可在1个循环时间(50 min)、1个步距(840 mm)范围内对7 000～8 000 mm长度的4孔同步定向切缝，实现对留巷顶板的快速高效定向切割。     

油气井井下切割技术发展现状及趋势

油气开发后期,退役井数量急剧增加,完井修井作业中套管磨损、卡钻等问题突出,退役经济耗费显著增加。为最大限度减少卡钻和退役经济耗费,有必要开展新型套管切割技术及装备的研发与应用。首先,总结了现阶段井下管柱切割技术的主要类型、工作原理和配套装备,包括机械切割、磨料射流切割、聚能切割、化学切割、电弧切割以及激光切割;对比机械切割、磨料射流切割以及特种切割方式的技术发展现状和趋势,分析上述切割方式的工程应用及优缺点;在此基础上,提出面向高效套管切割工程需求的主要切割技术及工具。结合目前切割技术及工具的发展现状,对未来井下管柱切割技术给出优化割刀性能、加强磨料射流切割的控制、研制新型切割工具及切割工具智能化等建议。     

淹没状态下超高压磨料水射流切割实验研究

利用水射流切割实验系统,在80-240MPa压力范围内对完全淹没状态下磨料水射流切割岩石的性能进行了实验研究．通过实验及数据分析得出了磨料粒径、质量流量、射流压力、靶距及切割横移速度等参数对射流切割性能的影响规律．结果表明,在实验给出的工况条件下,磨料流量存在最佳值,在一定范围内切割深度随磨料流量的增加而增加,当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量的增加反而下降;切割深度与射流压力基本呈线性增长关系;随着靶距的增大,切割深度逐渐减小;切割深度随切割速度的增加呈指数衰减趋势．     

脉冲磨料射流主要参数对切割性能的影响

通过实验，研究了淹没和非淹没状态下磨料浓度、振荡腔腔长、靶距等参数与脉冲磨料射流的切割和冲蚀性能的关系，对比分析了脉冲磨料射流与前混合磨料射流在相同实验条件下对花岗石、石灰岩等的切割、冲蚀性能。实验结果表明，脉冲磨料射流的最大切割深度和体积冲蚀速度在淹没状态下分别是前混合磨料射流的1.67倍和１.72倍,而在非淹没状态下为１.39倍和１.47倍。这对提高磨料水射流的切割效率、降低比能耗，扩大磨料水射流的应用范围奠定了基础。     

基于基因表达式编程算法的磨料射流切割深度预测模型

针对磨料射流切割套管深度与水力参数、工作参数及磨料参数之间存在复杂的耦合关系及传统预测方法的不足,建立基于基因表达式编程算法的磨料射流切割深度的预测模型。通过将函数表达式基因化,利用选择算子、变异算子、插串算子、变换算子等对群体实施遗传操作,得出最优函数表达式,并将其与人工神经网络预测模型、回归预测模型进行对比分析。结果表明,基于基因表达式编程算法的预测值与试验值的平均误差为3.93%,标准误差为0.251,预测精度明显高于其他预测模型,可直观、准确地反映磨料射流切割深度与水力参数、工作参数及磨料参数之间的关系,为磨料射流切割技术的定量控制提供可靠的理论支撑。     

磨料射流切割金属套管机理及计算公式

研究和分析了磨料射流切割机理,由于实际工作中固体颗粒做占比例较小,把磨料两相射流假定为稀疏固液两相流,将固体颗粒假定为伪流体,其运动速度与流体运动速度相同。根据弹性力学的固体接触理论,建立了相应的数学模型,得出了磨料颗粒与材料相接触时的最大接触剪应力公式,从而计算出切割套管所需要的最大剪应力,最后通过实例计算,其结果与现场试验结果相吻合,为该技术不断发展及工艺参数选择提供了理论支撑。     

淹没状态下超高压磨料水射流切割实验研究

利用水射流切割实验系统,在80～240 MPa压力范围内对完全淹没状态下磨料水射流切割岩石的性能进行了实验研究.通过实验及数据分析,得出了磨料粒径和质量流量、射流压力、靶距、切割横移速度等参数对射流切割性能的影响规律.结果表明,在实验给出的工况条件下,磨料流量存在最佳值,在一定范围内切割深度随磨料流量增加而增加,当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量增加反而下降;切割深度与射流压力基本呈线性增长关系;随着靶距的增大,切割深度逐渐减小;切割深度随切割速度的增加呈指数衰减趋势.     

围压下磨料射流喷射套管及灰岩实验研究

在设计可承受围压的磨料射流喷射实验装置基础上,选取低孔低渗的石灰岩及套管试件,改变喷射压力、围压、喷嘴直径、喷射距离等因素,分析磨料射流切割套管及岩心的特性。结果表明,喷射压力、喷嘴直径等是影响磨料射流喷射效果的主要控制因素,喷射压力及喷嘴直径越大,喷射效果越好,射孔深度越深;射穿套管的时间对喷距及围压较为敏感,但岩样中的射孔深度对二者变化时的响应较小。     

基于数值模拟的高压磨料射流喷嘴流场分析及结构优化

为得到高压磨料射流喷嘴内部水流和磨料颗粒运动分布的最佳特性,本文基于二相流理论,利用数值模拟方法研究了高压喷嘴内部混合水相的速度及湍流强度分布,重点分析了磨料入口位置对喷嘴出口处磨料颗粒收束性及喷嘴内壁面磨损状况的影响,并提出了减轻壁面磨损的改进措施。结果表明,距喷嘴中心轴线距离越远,喷嘴内部混合水相的湍流强度越低,但由于磨料入口处存在旋涡,混合水相速度则随之先降低后升高。随着磨料入口位置越靠近高压水入口,出口处磨料的收束性呈现先变好后变差的趋势,磨料颗粒则会大量聚集于磨料入口与上壁面交界处,造成喷嘴内壁磨损,此时可通过在后壁面和上下壁面使用圆角过渡来改善射流流向,进而减少聚集处磨料颗粒的体积分数。