CN103148981B - 一种射流压力脉动特性的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种射流压力脉动特性的测试方法及装置，其方法是通过在脉冲射流发生装置出口安放皮托管，接收并传递射流压力脉动，射流的压力脉动以及脉冲射流发生装置的入口压力脉动通过压力变送器转化成可传送的标准化电流信号，经过数据采集卡的采集，输出到计算机进行显示和记录。该射流压力脉动特性的测试方法及装置通过测试台及固定装置调整，可以准确测出射流核心区的瞬时压力，其稳压罐能够消除柱塞泵引起的压力波动，避免进口处压力波动对射流压力脉动特性的影响，并在射流发生装置前后设置压力脉动采集装置，通过对射流发生装置进、出口压力脉动对比，得到真实的射流压力脉动特性。

Description

一种射流压力脉动特性的测试方法及装置

技术领域

本发明涉及一种水射流测试技术，具体涉及一种射流压力脉动特性的测试方法及装置。

背景技术

水射流是近几十年来得以迅速发展的一项新技术。作为清洗、切割、破碎工具，水射流具有独特的优越性。近年来，随着大型化、智能化、专用化的高压水射流装备的迅速发展，该项技术已应用到众多领域，从一般机械零件、建筑物的清洗到以管道、管束、容器为主的工业清洗，从机场跑道除胶到船舶除锈，从金属、非金属切割到曲面仿形切割，从水力采煤到岩石采掘，从喷射注浆到破碎路面等工艺的实施。

脉冲射流是一种新型射流，由于其具有压力脉动特性，射流不再连续，而是以动载荷作用于物料，不仅可以产生极高的瞬时压力，即水锤效应，而且还可因物料内部各种缺陷、裂纹面上应力波反射而形成张力，使物料产生卸载破坏。压力脉动特性大大提高了水射流的切割、剥离和破碎能力，更进一步拓宽了水射流技术的应用范围。

脉冲射流的瞬时压力大小及分布特征决定脉冲水射流的破坏能力。准确地测试脉冲射流压力脉动特性，对于射流性能评估以及射流发生装置结构优选，具有重要意义。射流的压力脉动特性主要体现在其核心区的压力脉动，然而目前对射流压力脉动特性的研究只能测试射流断面的瞬时平均压力，不能准确测出射流轴心区的瞬时压力，更无法得到射流截面的压力分布。另外，目前的射流压力脉动测试装置无法消除柱塞泵引起的压力波动，也没有对入口压力脉动进行测试，无法将射流发生装置的入口压力脉动与出口压力脉动进行对比，从而无法得出射流发生装置的真实性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种射流压力脉动特性的测试方法及装置，不但可以准确测出射流核心区的瞬时压力，而且能够消除柱塞泵引起的压力波动，通过对射流发生工具进、出口压力脉动对比，得到真实的射流压力脉动特性。

本发明所述的一种射流压力脉动特性测试方法，用于脉冲射流的压力脉动特性测试，所述方法是利用柱塞泵产生的高压水通过消除柱塞泵引起的压力波动后，经高压水管进入射流发生装置产生高压水射流，在脉冲射流发生装置出口安放皮托管，接收并传递射流压力脉动（即出口压力脉动），射流压力脉动以及脉冲射流发生装置的入口压力脉动通过压力变送器转化成可传送的标准化电流信号，经过数据采集卡的采集，输出到计算机进行显示和记录。

具体地讲，该射流压力特性测试方法中所述压力变送器选用扩散硅压力变送器，能将测压元件传感器感受到的射流物理压力参数转变成标准的电信号。

将柱塞泵产生的高压水经过稳压罐消除柱塞泵引起的压力波动后，进入脉冲射流发生装置，稳压罐采用磨料罐。

所述射流发生装置是自激振荡喷嘴，固定在水射流测试台上，可沿射流轴向移动，一皮托管连接压力变送器固定于可在射流轴向垂面移动的固定装置上，用于接收射流压力脉动。

所述采集卡上设置有6个压力通道，2个流量通道，并根据测试需要，开发了压力流量测试系统上位机软件。

本发明进一步提出一种实现上述方法的射流压力脉动特性测试系统，用于射流压力脉动特性的测试，所述系统包括：

一柱塞泵，为高压水射流提供动力，采用流量200L/min柱塞泵即可满足各种实验射流发生装置的动力需求。

一稳压罐，置于柱塞泵与射流发生装置之间，用高压管与柱塞泵及射流发生装置连接。

一测试台，安装射流发生装置，并使其可沿射流轴线方向水平移动，用以调节靶距。

一入口管道，安装在测试台的导轨上，一端连接高压软管，另一端连接射流发生装置，其靠近射流发生装置处设有螺纹接头，中央开孔。

一固定装置，由两块相同的板形成夹板结构，中间设有多个凹槽，成放射状排列，可沿不同方位放置皮托管，固定装置可沿射流截面自由移动，可使皮托管前端置于射流断面任意点处。

一皮托管，固定在固定装置上，前端口正对向射流发生装置的出口中心，并通过调节使其水平，用以接收并传递射流压力脉动，另一端连接压力变送器。

若干压力变送器，为满足测量要求及精度，选择量程5Mpa、10Mpa、15Mpa、20Mpa四种压力变送器，根据测试泵压大小选择两个合适量程的压力变送器，一个连接在皮托管后端，用以将皮托管接收到的压力脉动转换成标准化电流信号，另一个安装在入口管道上，将入口压力脉动转换成标准化电流信号。

一数据采集卡，收集压力变送器传送来的电流信号，且高采样频率保证了所收集数据的真实性。

一计算机，进行显示和记录，并根据实验需要，开发了压力流量测试系统上位机软件，可自动画曲线和采集数据，并自动将数据保存在数据库中。

本发明的有益效果在于，该射流压力脉动特性的测试方法及装置通过测试台及固定装置调整，可以准确测出射流核心区的瞬时压力，其稳压罐能够消除柱塞泵引起的压力波动，避免进口处压力波动对射流压力脉动特性的影响，并在射流发生装置前后设置压力脉动采集装置，通过对射流发生工具出、入口压力脉动对比，得到真实的射流压力脉动特性。

附图说明

图1是本射流压力脉动特性测试系统连接示意图；

图2是入口管道剖面图；

图3是固定装置剖面图；

图4是自激振荡喷嘴出、入口压力曲线对比图；

图5是脉冲射流和连续射流压力曲线对比图。

具体实施方式

如图1所示，该射流压力脉动特性测试系统包括：射流发生装置系统与脉动特性测试系统。

射流发生装置系统具体组成部分包括：

水箱1，通过水管分别连接过滤网2和溢流阀6。

柱塞泵3，将水箱1中的水泵入稳压罐5中，额定工作压力31.5MPa，流量200L/min。

压力表4，连接在柱塞泵3与溢流阀6之间，测量柱塞泵3工作压力。

溢流阀6，连接在压力表4与柱塞泵3之间，调节柱塞泵3工作压力。

稳压罐5，安装在压力表4与涡轮流量计7之间，用于消除柱塞泵3产生的压力波动。

涡轮流量计7，连接在稳压罐5与入口管道9之间，可测量瞬时流量。

测试台8，通过其上的导轨搭载入口管道9和脉冲射流发生装置10，使脉冲射流发生装置10沿射流轴线方向移动，达到调节靶距的目的。

一入口管道9（参见图2），安装在测试台8的导轨上，一端连接高压水管，另一端连接射流发生装置10，其靠近射流发生装置10处设有螺纹接头，中央开孔。

脉冲射流发生装置10，安装在入口管道9的螺纹接头上，通过自激振荡原理产生脉冲射流的各种待测试装置。

脉动特性测试系统具体组成部分包括：

皮托管11，安装在固定装置12上，用以接收并传递射流压力脉动，另一端连接压力变送器13。固定装置12由固定装置的控制台（图中未示出）控制，可实现在射流截面自由移动。

两个压力变送器13，分别接在皮托管11后端，以及入口管道9上，另一端均由数据线连接采集卡及计算机14，用以将接收到的压力脉动转换成标准化电流信号。

采集卡及计算机14，连接压力变送器13及显示器15，用于采集和处理数据。

显示器15，用于显示数据。

参见图3，固定装置12是由两块相同的板形成的夹板结构，中间设有5个凹槽12-1，成放射状排列，皮托管放置于凹槽中，可沿不同方位放置，固定装置通过控制台控制可沿射流截面自由移动，使皮托管前端置于射流断面任意点处。

射流发生装置使用自激振荡喷嘴，具体测试例：

（1）按照射流压力脉动特性测试系统连接示意图连接试验装置，并且将皮托管安装在脉冲射流发生装置（即待测试自激振荡喷嘴）出口位置；

（2）将待测试自激振荡喷嘴安装在测试台上；

（3）调节测试台与固定装置，使皮托管在待测试自激振荡喷嘴的出口射流中心上，并确定靶距为8mm；

（3）开启电脑，打开压力测试系统采集分析软件，调节就绪。

（4）开泵，将泵压调节到指定压力5MPa，高压水经过稳压罐沿着高压管道进入自激振荡喷嘴，采集自激振荡喷嘴前后压力，从而得到如图4所示的自激振荡喷嘴出、入口压力曲线对比图；

（5）更换圆锥收敛型喷嘴，重复步骤4，可得到如图5所示的自激振荡喷嘴和圆锥收敛型喷嘴产生射流的压力曲线对比图；

（6）降压关泵，收拾整理试验现场，分析处理数据。

从图4分析可知，该自激振荡喷嘴出口8mm处射流压力波动很大，最大峰值压力是泵压的2.5倍，说明该自激振荡喷嘴具有很好的改变射流特性的能力，脉冲射流动压力的增加有利于提高射流的性能，增加工作效率。另外，该自激振荡喷嘴前端管道内压力波动很小，基本等于泵压，说明从柱塞泵流出的高压水经过高压管道进入稳压罐后，稳压罐起到了很好的稳压作用，进入该自激振荡喷嘴的射流压力基本与泵压相同，波动很小。

从图5分析可知，普通圆锥收敛型喷嘴产生射流形式是连续射流，压力波动很小，几乎是不变的，而自激振荡喷嘴产生脉冲射流压力波动非常明显，且波峰和波谷不是完全对称的。经过计算，峰值压力是普通喷嘴产生连续射流压力的2.5倍左右，具有更好的破坏冲蚀物料能力。

Claims (8)

1.一种射流压力脉动特性的测试方法，其特征在于所述方法是利用柱塞泵（3）产生的高压水经消除压力波动后，通过脉冲射流发生装置（10）产生脉冲射流，皮托管（11）在脉冲射流发生装置的出口实时采集射流压力脉动，并传送给一压力变送器（13），另一压力变送器（13’）安装在入口管道（9）上实时采集入口压力脉动，两个压力变送器将接收到的压力脉动转换为可传送的标准化电流信号，由采集卡及计算机（14）收集并记录，显示器（15）进行显示；

所述皮托管（11）固定在固定装置（12）上，用以接收并传递射流压力脉动，固定装置（12）由控制台控制，可实现在射流截面自由移动；

所述固定装置是由两块相同的板形成的夹板结构，中间设有多个凹槽，成放射状排列，皮托管放置于凹槽中，可沿不同方位放置，固定装置通过控制台控制可沿射流截面自由移动，使皮托管前端置于射流断面任意点处。

2.根据权利要求1所述的射流压力脉动特性的测试方法，其特征在于所述压力变送器（13）选用扩散硅压力变送器。

3.根据权利要求1所述的射流压力脉动特性的测试方法，其特征在于所述脉冲射流发生装置（10）是自激振荡喷嘴。

4.根据权利要求1、2或3所述的射流压力脉动特性的测试方法，其特征在于所述柱塞泵（3）产生的高压水经过稳压罐（5）消除柱塞泵引起的压力波动，进入脉冲射流发生装置（10）。

5.一种实现权利要求1-4之任一项方法的射流压力脉动特性的测试系统，其特征在于所述系统包括：

一水箱（1），通过水管分别连接柱塞泵(3)和溢流阀(6)；

一柱塞泵(3)，将水箱中的水泵入稳压罐（5）中；

一压力表(4)，连接在柱塞泵(3)与溢流阀(6)之间，用于测量柱塞泵（3）工作压力；

一溢流阀（6），连接在压力表（4）与柱塞泵（3）之间，用于调节柱塞泵（3）工作压力；

一稳压罐（5），安装在压力表（4）与涡轮流量计（7）之间，用于消除柱塞泵（3）产生的压力波动；

一涡轮流量计（7），通过高压管连接在稳压罐（5）与入口管道（9）之间，测量瞬时流量；

一测试台（8），通过其上的导轨安装入口管道（9）和脉冲射流发生装置（10），使脉冲射流发生装置（10）可沿其射流轴线方向移动，达到调节靶距的目的；

一脉冲射流发生装置（10），安装在测试台（8）的导轨上，与入口管道（9）的一端连接，通过自激振荡原理产生脉冲射流；

一入口管道（9），安装在测试台（8）的导轨上，一端连接高压软管，另一端连接脉冲射流发生装置（10）；

一皮托管（11），安装在固定装置（12）上，用以接收并传递射流压力脉动，一端正对脉冲射流发生装置（10）的出口中心，另一端连接压力变送器（13）；

一压力变送器（13），连接在皮托管（11）上，另一端由数据线连接采集卡及计算机（14），将皮托管（11）接收到的射流压力脉动转换成标准化电流信号；

另一压力变送器（13’），安装在入口管道（9）上，用以接收入口压力脉动，另一端由数据线连接采集卡及计算机（14），将入口压力脉动转换成标准化电流信号；

采集卡及计算机（14），连接压力变送器（13）及显示器（15），用于采集和处理数据；

显示器（15），用于显示数据；

所述固定装置是由两块相同的板形成的夹板结构，中间设有多个凹槽，成放射状排列，皮托管放置于凹槽中，可沿不同方位放置，固定装置通过控制台控制可沿射流截面自由移动，使皮托管前端置于射流断面任意点处。

6.根据权利要求5所述的射流压力脉动特性的测试系统，其特征在于脉冲射流发生装置（10）是自激振荡喷嘴，所述压力变送器（13）选用扩散硅压力变送器，稳压罐（5）采用磨料罐。

7.根据权利要求5所述的射流压力脉动特性的测试系统，其特征在于所述采集卡设置有6个压力通道，2个流量通道。

8.根据权利要求5所述的射流压力脉动特性的测试系统，其特征在于所述柱塞泵(3）的最大压力31.5MPa，流量200L/min；所述水箱连接柱塞泵的水管上连接有过滤网(2)。