[发明专利]一种高压多相射流切割性能测试系统及方法

摘要

本发明提供一种高压多相射流切割性能测试系统及方法，测试系统包括高压水供给系统、高压空气供给系统、气液混合装置、测试试验平台和测试监测系统等。利用高压水供给系统、高压空气供给系统和气液混合装置可以形成高压水射流或高压气液两相射流，并可以对射流的压力和含气率进行调控；利用测试试验平台和测试监测系统可以对高压射流的冲击力和冲蚀破坏能力进行试验测试。利用本发明，可进行淹没或非淹没条件下不同压力、含气率、喷嘴直径、靶距等参数的高压水射流或气液两相射流冲击试验，对分析多种射流冲蚀破岩性能及其特征参数间的关系，优化水力割缝卸压增透技术具有重要意义，而且本发明实用性强，结构简单，操作方便，安全可靠。

主权项

一种高压多相射流切割性能测试方法，其特征在于：基于如下一种高压多相射流切割性能测试系统实现，所述一种高压多相射流切割性能测试系统包括高压水供给系统、高压空气供给系统、气液混合装置(24)、测试试验平台和测试监测系统；所述高压水供给系统包括管道连接的乳化液柱塞泵(1)和水箱(2)，以及设置于高压水供给系统出水管道上的压力调节阀(3)和智能涡街流量计(4)，所述压力调节阀(3)对乳化液柱塞泵(1)的出水压力进行调节和监测；所述智能涡街流量计(4)对乳化液柱塞泵(1)的出水流量进行调节和监测；所述高压空气供给系统包括顺序连接的空气压缩机(5)、储气钢瓶(6)和气源分配箱(7)，所述气源分配箱(7)实时控制和监测高压空气供给系统输出气体的流量和压力；所述测试试验平台包括底部支架(9)、玻璃罩(10)、可上下前后移动的二维直线导轨(11)、测试台(12)、射流器(13)、激光定位仪(14)和排水口(15)；所述玻璃罩(10)在支架(9)上方密封固定；所述二维直线导轨(11)设置在玻璃罩(10)内，并固定在支架(9)上；所述测试台(12)固定在二维直线导轨(11)上，通过分别旋转二维直线导轨(11)横向和纵向上的转轮(17)，实现测试台(12)沿支架(9)横向和纵向上的移动；所述射流器(13)固定在支架(9)前部中央正上方，射流器(13)前端穿过玻璃罩(10)前部的孔洞伸到玻璃罩(10)内，射流器(13)的后端设有激光定位仪(14)，对从射流器(13)中喷出的高压射流轴心方向进行精确定位；所述排水口(15)设在支架(9)后方，及时排出玻璃罩(10)内的积水；所述测试台(12)上可交替设置可拆卸的靶板(16)和试样(23)，所述靶板(16)嵌在测试台12上的定位槽中，可左右滑动；所述气液混合装置(24)的进液口连接至高压水供给系统的出水管道，进气口连接至高压空气供给系统的出气管道，出流管路连接至射流器(13)的进液口；所述测试监测系统包括通过信号连接的出流压力监测装置(18)、射流冲击力监测装置(19)、试样时空变化监测装置(20)、计算机(21)和数据采集箱(22)，所述出流压力监测装置(18)设置在气液混合装置(24)和射流器(13)之间的出流管路上，实时监测管路中的水流压力；所述射流冲击力监测装置(19)固定在靶板(16)上，实时监测高压射流沿径向或轴向的冲击力；所述试样时空变化监测装置(20)可安置在试样(23)表面，实时监测试样(23)表面的变形破碎情况，并通过数据采集箱(22)将采集的信息传输给计算机(21)进行性能分析检测；高压多相射流切割性能测试方法，包括以下步骤：a、启动计算机和数据采集箱，分别将出流压力监测装置、射流冲击力监测装置和试样时空变化监测装置与计算机和数据采集箱连接并调试好；b、将靶板设置于测试台上，通过手动旋转二维直线导轨上横向和纵向上的转轮，来调节靶板上射流冲击力监测装置距射流器的距离和高度，并确保激光定位仪射出的激光焦点位于射流冲击力监测装置的中心；c、启动空气压缩机，将储气钢瓶中充满所需压力的压缩空气后，启动乳化液柱塞泵；d、通过控制压力调节阀和智能涡街流量计调节出水管路中所需高压水的压力和流量，再通过气源分配箱调节出气管路中所需高压空气的压力和流量，高压水和高压空气通过气液混合装置充分混合后，形成具有一定压力的高压水流或一定含气率的气液两相流，经射流器喷出后形成高压水射流或高压气液两相射流；e、高压射流冲击到靶板上的射流冲击力监测装置，射流冲击力监测装置将射流的动能转换成电信号，并通过数据线传输给数据采集箱和计算机，计算机将所得数据绘制成射流动压随时间变化的曲线图，通过左右滑动靶板，可测得射流径向上的动压分布情况，通过旋转二维直线导轨横向转轮，可调节靶板距射流器的距离，进而测得射流轴向上的动压分布情况；f、分别关闭空气压缩机和乳化液柱塞泵，并拆下靶板；g、将安有试样时空变化监测装置的试样置于测试台上，并通过手动旋转二维直线导轨上横向和纵向上的转轮，调节试样距射流器的距离和高度，使激光定位仪的激光焦点位于试样中心；h、重复步骤c、d，高压射流冲击到靶板上的试样时空变化监测装置，试样时空变化监测装置将试样变化信号通过数据线传输给数据采集箱和计算机，即可测得高压水射流或高压气液两相射流冲击破坏试样的性能特点。