[发明专利]一种井下围压磨料射流模拟实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及水射流技术领域，具体是一种井下围压磨料射流模拟实验装置及方法。

背景技术

高压磨料水射流是上世纪八十年代初在纯水射流加工的基础上发展起来的一种新的加工技术。它是磨料与高压、高速流动的水相互混合而形成的液固两相介质射流，它的切削作用主要由磨料来完成，磨料在高压水的高速冲击下，速度急剧增加，形成高速磨料射流，并以极高的速度经磨料喷嘴冲击工作，使工件上局部应力场应力高速集中，并快速变化，因而产生冲蚀，剪切，直至材料被切除。

上世纪八十年代末，德国汉诺威大学利用淹没磨料射流对钢材进行了切割实验，以寻找淹没射流的有效参数；九十年代初，德法两国研究者用远程控制技术将磨料切割头放置于水下15米处进行实验，用于验证切割的控制技术、磨损的状态及切割的效果。

2009年，重庆大学将淹没射流装置与磨料射流系统融合形成淹没磨料射流系统，研究了淹没磨料射流空泡云的形成及淹没磨料射流对岩石的冲蚀性能。其公开号为CN 102721525B的专利—一种淹没射流测试箱及测试方法，该测试箱能模拟一种淹没射流环境，具有结构简单、操作方便、喷嘴更换容易和多种测试功能等优点，但还存在以下不足：

1.视窗采用平面钢化玻璃，使得最大承压较小，磨料射流冲蚀实验时易损坏视窗；

2.不能直观控制靶距，需要夹持器和进给装置配合使用，较麻烦；

3.视窗采用平面钢化玻璃，表面会存在凹凸不平现象，且长期被射流冲蚀后会轻微的厚度变薄，透光率不高；

4.试件更换不方便。

上述不足不利于实验室开展磨料水射流的测试研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下围压磨料射流模拟实验装置及方法，其能够解决现有实验装置承压小、操作麻烦和实验过程观察不清晰的问题。

本发明的技术方案如下：

一种井下围压磨料射流模拟实验装置，包括围压筒，围压筒的左端设置有喷嘴安装调节组件，喷嘴安装调节组件包括出口在围压筒内的射流管和固定在射流管出口的喷嘴；围压筒的右端设置有试件夹持组件；围压筒的壁上设置有测量围压筒内压力的压力表和泄压用的安全阀，围压筒的顶部设置有中心孔与围压筒连通的可视管嘴和照明管嘴，可视管嘴的中心孔的底端密封安装有蓝宝石耐高压透镜，可视管嘴内设置有正对蓝宝石耐高压透镜的高速摄像头，照明管嘴的中心孔内密封安装有光纤光源；可视管嘴、照明管嘴和喷嘴的中心轴交于试件夹持组件夹持的试件的左端面所在位置的一点；围压筒的底部连通有一储料罐，围压筒与储料罐构成一个密闭腔体，储料罐安装在一底座上。喷嘴安装调节组件包括右端部位于围压筒内的射流管安装套，射流管安装套与围压筒间固定安装且与围压筒内壁间密封连接，射流管设置在射流管安装套的中心孔中，射流管的右端与射流管安装套中心孔的右端通过防尘密封环密封连接；射流管的左部固定连接于一位移调节套的中心孔中，所述位移调节套包括位于射流管与射流管安装套之间的衬套和位于射流管安装套外的刻度套，衬套与射流管安装套螺纹连接，衬套和刻度套的右端均开口，衬套和刻度套的左端封闭连接在一起，位移调节套的左端外壁沿径向设置有调节手柄，射流管安装套的外表面从右至左分布有表示长度的刻度线及读数，喷嘴的右端至试件的距离等于刻度套右端面所指刻度线的读数。

进一步的，所述可视管嘴的中心轴与围压筒的中心轴呈45度夹角，可视管嘴的两侧对称分布有两个照明管嘴，照明管嘴的中心轴与可视管嘴的中心轴呈60度夹角，可视管嘴、照明管嘴和喷嘴的中心轴交于试件左端面中心所在的位置。

进一步的，围压筒上还设置有一个可视窗口，可视窗口的直径为22mm，可视窗口安装有蓝宝石耐高压玻璃。

进一步的，射流管安装套的中心孔为内设一个台阶且左端内径较大的阶梯孔，射流管外壁设有与射流管安装套中心孔的台阶对应的限位台；射流管安装套与围压筒间连接有第二螺纹压环且右端与围压筒内壁间设有第二O型密封环。

进一步的，试件夹持组件包括位于围压筒内的试件安装套，试件安装套的左端开口，试件安装套的右端封闭且连接有端盖，端盖的左端部与围压筒的内壁密封连接，端盖的右端部与围压筒间连接有第一螺纹压环，第一螺纹压环的外螺纹与围压筒的内壁螺纹连接，所述端盖的左端部与围压筒的内壁间设置有第一O型密封环。

进一步的，所述试件安装套的壁上安装有数个试件固定螺栓，试件固定螺栓的尾部穿过试件安装套将安装在试件安装套内的试件压紧；端盖的右端面设有沿轴向的装卸螺纹孔；第一螺纹压环的右端部位于围压筒外且在外壁设有沿径向的装卸卡口。