[发明专利]一种后混合泡沫磨料射流破岩实验系统及实验方法

权利要求书

1.一种后混合泡沫磨料射流破岩实验系统，其特征在于，所述实验系统包括依次连接的泡沫制备装置、泡沫增压装置和泡沫磨料射流产生装置，所述泡沫增压装置包括油箱、油泵、第二单向阀、比例溢流阀、电磁换向阀、增压缸、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀和第六单向阀，所述油箱出油端与油泵的进油端相连，油泵的出油端与第二单向阀进油端相连,第二单向阀出油端分别连接比例溢流阀的进油端与电磁换向阀，比例溢流阀的出油端分别连接电磁换向阀和油箱的进油端，电磁换向阀两个接出端分别与增压缸左右侧高压腔体相连，所述泡沫制备装置制备的泡沫通过高压管路分两路经增压缸与泡沫磨料射流产生装置，一路为泡沫通过高压胶管依次经第三单向阀、增压缸的左侧高压腔体、第四单向阀后与泡沫磨料射流产生装置，另一路为泡沫通过高压胶管依次经第六单向阀、增压缸的右侧高压腔体、第五单向阀后与泡沫磨料射流产生装置，泡沫与磨料在泡沫磨料射流产生装置中混合后喷出；

所述泡沫制备装置包括溶液池、第一柱塞泵、闸阀、压力表、起泡剂池、加药泵、泡沫产生装置、加热装置、储气罐、第一单向阀、减压阀、流量计、低温换热系统和第二柱塞泵；溶液池的出液端与第一柱塞泵的进液端相连，第一柱塞泵的出液端连接闸阀与压力表，起泡剂池出液端与加药泵的进液端相连，所述储气罐、第一单向阀、减压阀、流量计、低温换热系统和第二柱塞泵依次连接，压力表出液端、加药泵出液端和第二柱塞泵出液端与泡沫产生装置进液端相连，泡沫产生装置产生的泡沫经加热装置加热后与通过高压管路进入到泡沫增压装置中；

所述磨料泡沫射流产生装置包括蓄能器、射流阀、供砂装置、供砂阀和喷嘴；泡沫增压装置输出的承压泡沫进入蓄能器，蓄能器出液端与射流阀进液端相连，射流阀出液端与喷嘴进液端相连，供砂装置出砂端与供砂阀进砂端相连，供砂阀出砂端与喷嘴进砂端相连；

泡沫增压装置的泡沫增压方式为，当电磁换向阀左电磁铁得电时，油泵产生的压力油进入增压缸左侧高压腔体并推动增压缸内的活塞体右行，增压缸右侧高压腔体内的泡沫被持续压缩，达到一定压力时通过第五单向阀进入蓄能器，右侧高压腔体被压缩的同时，左侧高压腔体的容积不断增大，低压泡沫经左侧第三单向阀流入增压缸左侧高压腔体内，当活塞右行至行程终点时，压力油进入增压缸右侧高压腔体，并将活塞体和柱塞杆向左推，左侧高压腔体中的泡沫经第四单向阀进入蓄能器，右侧高压腔体经第六单向阀同步补入低压泡沫，如此循环往复，形成稳定的高压泡沫。

2.一种采用权利要求1所述的一种后混合泡沫磨料射流破岩实验系统的实验方法，其特征在于，所述实验方法包括以下步骤：

步骤1：准备实验材料，所述实验材料包括装满气体的储气罐、蒸馏水、化学药品、稠化剂、交联剂、花岗岩和高压胶管；

步骤2：实验管路连接，将泡沫制备装置、泡沫增压装置、泡沫磨料射流产生装置通过高压管依次连接，实验前将泡沫制备装置的减压阀置于半开状态，保证放喷管线通畅，检查管线的气密性，打开泡沫制备装置中的泡沫产生装置并将减压阀调整到合适的出口压力，打开泡沫增压装置，调节射流阀；

步骤3：测试泡沫质量对破岩效果的影响：调节减压阀大小用来控制气体流量从而产生不同质量的泡沫射流，用来测试不同泡沫质量下的泡沫纯射流和泡沫磨料射流对破岩效果的影响；

步骤4：泡沫纯射流破岩效果测试：关闭泡沫磨料射流产生装置的供砂阀，调节泡沫磨料射流产生装置的射流阀至不同的位置用于产生不同的泡沫射流速度，来测试不同泡沫射流出口速度下的泡沫纯射流对破岩效果的影响；

步骤5：泡沫磨料射流破岩效果测试：调节泡沫磨料射流产生装置的射流阀至合适位置产生稳定的泡沫流体，打开泡沫磨料射流产生装置的供砂阀并调节供砂阀大小，测试磨料在不同的体积分数下的磨料泡沫射流对破岩效果的影响。

3.根据权利要求2所述的实验方法，其特征在于，所述化学药品为NaCl、KCl、MgCl₂、CaCl₂。