CN110174525A - 一种高速固液两相流磨料测速方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种高速固液两相流水射流磨料测试方法及装置，所述装置包括激光光幕、过滤称重系统和数据处理系统，所述方法是通过在激光光幕下铺设的过滤称重系统测出单位时间内磨料的平均速度和重量，激光光幕和过滤称重系统测得的数据传送到计算机数据处理系统通过计算机处理得到磨料出口速度。本发明采用非接触式的方法，可以连续测量得到不同时段磨料的出口速度。

Description

一种高速固液两相流磨料测速方法及装置
技术领域
本发明涉及水射流领域，属于射流磨料的速度测试技术。
背景技术
磨料水射流技术是高速磨削技术和水射流技术的基础上发展起来的一项新型的特殊切割技术。磨料水射流是射流中混入磨料粒子，使磨料粒子加速，从而使磨料粒子具有较大动能，由固体颗粒和高压水流相互混合而成的固液两相介质射流可以有效提高射流作业效率和缩短射流作业时间。磨料水射流技术因其在作业过程中不产生热反应和化学反应等优点现在被广泛应用在煤炭、石油、机械、工业清洗等领域。磨料射流的破碎切割能力与磨料的颗粒速度和颗粒速度分布有着重要的关系。因此研究磨料的速度和速度分布对于提高磨料射流切割能力、进一步认识磨料水射流的破碎切割能力和优化磨料喷嘴的结构有着重要的影响。
由于磨料颗粒的冲蚀能力非常强，实验研究中无法对磨料射流中磨料的速度及磨料速度分布进行接触式测量，只能采用一些非接触式的或间接测量的方法。目前的研究主要集中在磨料射流中磨料的速度方面，如 Swanson等利用电磁感应法对后混合准直管中磨料颗粒的运动过程进行了测量。Chen 等采用激光双聚焦速度计测量了磨料射流中磨料颗粒的速度。Neusen 等利用激光多普勒速度计对磨料射流进行了测量，利用该方法得出了磨料颗粒的平均速度。Stevenson 等利用旋转双盘法对磨料射流进行了测量，得出了磨料颗粒的速度。然而，尽管利用上述方法得到了磨料颗粒在某一长度段内的平均速度，但是无法得到磨料射流中磨料的速度在不同时段的分布情况。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种固液两相流磨料测试方法与装置，采用非接触式的方法，可以进行连续测量得到不同时段磨料的出口速度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种固液两相流水射流磨料测试方法，包括如下步骤：
第一步，磨料速度测试开始前，先确定磨料落点范围，在速度测试开始之前先进行固液两相流水射流实验确定磨料落点的范围进行；
第二步，在磨料落地点范围设置激光光幕，激光光幕下铺设过滤称重系统，所述激光光幕用于获取磨料经过光幕过程中产生的光信号，所述过滤称重系统用于测得磨料单位时间内下落的重量，激光光幕和过滤称重系统测得的数据传送到数据处理系统；
第三步，打开高压水射流装置，水和磨料混合物通过喷嘴射出，接触到激光光幕时，激光光幕的光信号的变量转换成电信号；
第四步，水和磨料混合物通过激光光幕后落到过滤称重系统，通过过滤称重系统得出单位时间内落到过滤网的重量数据，并同时通过数据线反馈到数据处理系统，得到单位时间段内磨料喷出的总重量；
第五步，数据处理系统根据得到的磨料平均速度和单位时间段内磨料喷出的总重量，计算出磨料落到过滤称重系统的动能，同时根据喷嘴的高度得到磨料在喷嘴出口的重力势能，根据能量守恒原理通过数据处理系统处理得到磨料在喷嘴出口的速度。
另一方面本方面提供一种实现以上方法的固液两相流水射流磨料测试装置，包括激光光幕、过滤称重系统和数据处理系统。所述激光光幕设置在磨料落地点范围，用于获取磨料经过光幕过程中产生的光信号；过滤称重系统铺设在激光光幕之下，用于测得磨料单位时间内下落的重量。所述激光光幕、过滤称重系统通过数据线与数据处理系统连接，将测得的数据传送到数据处理系统通过处理得到磨料出口速度。
具体地，所述激光光幕包括激光发射器、光电接收器和平行光透镜，所述激光发射器和平行透光镜设置在磨料落点范围的一侧边缘，所述光电接收器设置在磨料落点范围的另一侧边缘并平行于激光发射器和平行透光镜。
具体地，所述过滤称重系统包括固液分离部分和称重部分，所述固液分离部分位于磨料落点范围，所述称重部分设置在固液分离部分后方。
更进一步，所述过滤称重系统包括可替换网格大小的过滤网、称重托辊、秤架、称重桥架和重量传感器，过滤网铺设在称重托辊之上，随托辊转动而运移，称重托辊支撑在秤架上，整个过滤称重系统沿过滤网运动方向，前半部分为固液分离部分，水和磨料的混合物落到过滤网上进行过滤，后半部分为称重部分，称重部分的过滤网之下安装称重桥架，称重桥架与橡胶支撑相连，橡胶支撑下设置重量传感器，过滤之后的磨料随着称重轮辊的转动运移到称重部分，通过重量传感器得到磨料的重量。
本发明通过在磨料落地点范围设置激光光幕和过滤称重系统，根据激光光幕反馈的信号得到磨料的平均速度和过滤称重系统测得磨料的平均重量，计算出磨料落到过滤称重系统的动能，同时根据喷嘴的高度得到磨料在喷嘴出口的重力势能，根据能量守恒原理通过数据处理系统得出磨料在喷嘴出口的速度。
附图说明
图1是固液两相流水射流磨料测试装置的结构示意图；
图2是激光光幕布置的结构示意图。
图中：
1激光光幕、11激光发射器、12光电接收器、13平行光透镜；
2过滤称重系统，21过滤网、22秤架、23称重架桥架、24重量传感器、25称重托辊、26橡胶支撑；
3计算机数据处理系统；
4喷嘴。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的技术内容：
参见图1，本发明提出的固液两相流水射流磨料测试装置包括激光光幕1、过滤称重系统2和计算机数据处理系统3。激光光幕1设置在磨料落地点范围(需在速度测试开始之前先进行固液两相流水射流实验确定磨料落点的范围)，激光光幕1下铺设过滤称重系统2，激光光幕1和过滤称重系统2测得的数据传送到计算机数据处理系统3通过计算机处理得到磨料出口速度。固液分离器和高精度重量测试仪，
参见图2，激光光幕1的具体结构包括激光发射器11、光电接收器12和平行光透镜13，在磨料落点范围的一侧边缘设置激光发射器11和平行透光镜12，在磨料落点范围的另一侧边缘且平行于激光发射器和平行透光镜设置光电接收器13。
过滤称重系统2的过滤和称重是同步进行，具体结构包括可替换网格大小的过滤网21、秤架22、称重桥架23、重量传感器24、称重托辊25和橡胶支撑26。其中，过滤网 21铺设在称重托辊25之上，随托辊转动而运移，称重托辊25支撑在秤架22上。整个过滤称重系统沿过滤网运动方向，前半部分为固液分离部分，水和磨料的混合物落到过滤网21上进行过滤，后半部分为称重部分，称重部分的过滤网21之下安装称重桥架23，与称重托辊25在同一水平高度，称重桥架23与橡胶支撑26相连，橡胶支撑26下设置重量传感器24，过滤之后的磨料随着称重轮辊25的转动运移到称重部分，通过重量传感器24得到磨料的重量。
使用以上固液两相流水射流磨料测试装置进行测试的方法步骤如下：
第一步，磨料速度测试开始前，先进行固液两相流水射流实验确定磨料落点的范围。
第二步，在磨料落地点范围设置激光光幕1，激光光幕下铺设过滤称重系统2。
第三步，打开高压水射流装置，水和磨料混合物通过喷嘴4射出，接触到激光光幕1时，激光光幕的光信号的变量转换成电信号。
第四步，水和磨料混合物通过激光光幕1后落到过滤称重系统2，通过过滤称重系统2得出单位时间内落到过滤网的重量数据，并同时通过数据线反馈到数据处理系统，得到单位时间段内磨料喷出的总重量。
第五步，数据处理系统根据得到的磨料平均速度和磨料的单位时间段内磨料喷出的总重量，计算出磨料落到过滤称重系统的动能，同时根据喷嘴的高度得到磨料在喷嘴出口的重力势能，根据能量守恒原理通过数据处理系统处理得到磨料在喷嘴出口的速度。

Claims (5)

1.一种高速固液两相流磨料测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
第一步，磨料速度测试开始前，先进行固液两相流水射流实验测得磨料落点的范围；
第二步，在第一步测得磨料落点的范围设置激光光幕（1），激光光幕下铺设过滤称重系统（2），所述激光光幕（1）用于获取磨料经过光幕过程中产生的光信号，所述过滤称重系统（2）用于测得磨料单位时间内下落的重量，激光光幕和过滤称重系统测得的数据传送到数据处理系统（3）；
第三步，打开高压水射流装置，水和磨料混合物通过喷嘴（4）射出，接触到激光光幕（1）时，激光光幕的光信号的变量转换成电信号；
第四步，水和磨料混合物通过激光光幕（1）后落到过滤称重系统（2），通过过滤称重系统（2）得出单位时间内落到过滤网的重量数据，并同时通过数据线反馈到数据处理系统，得到单位时间段内喷出磨料的总重量；
第五步，数据处理系统（3）根据得到的磨料平均速度和磨料的喷出磨料的总重量，计算出磨料落到过滤称重系统的动能，同时根据喷嘴的高度得到磨料在喷嘴出口的重力势能，根据能量守恒原理通过数据处理系统处理得到磨料在喷嘴出口的速度。
2.实现权利要求1所述方法的固液两相流磨料测试装置，其特征在于，包括激光光幕（1）、过滤称重系统(2)和数据处理系统(3)；所述激光光幕用于获取磨料经过激光光幕（1）过程中产生的光信号；所述过滤称重系统（2），用于测得磨料单位时间内下落的重量；激光光幕（1）在过滤称重系统（2）之上，过滤称重系统（3）在磨料落点范围之内；所述激光光幕（1）、过滤称重系统（2）通过数据线与数据处理系统（3）连接，将测得的数据传送到数据处理系统通过处理得到磨料出口速度。
3.根据权利要求2所述的固液两相流水射流磨料测试装置，其特征在于所述激光光幕（1）包括激光发射器(11)、光电接收器(13)和平行光透镜(12)，所述激光发射器和平行透光镜设置在磨料落点范围的一侧边缘，所述光电接收器(13)设置在磨料落点范围的另一侧边缘并平行于激光发射器(11)和平行透光镜(12)。
4.根据权利要求2所述的固液两相流水射流磨料测试装置，其特征在于，所述过滤称重系统（2）包括固液分离部分和称重部分，所述固液分离部分位于磨料落点范围，所述称重部分设置在固液分离部分后方。
5.根据权利要求4所述的固液两相流水射流磨料测试装置，其特征在于，所述过滤称重系统包括可替换网格大小的过滤网（21）、称重托辊(25)、秤架(22)、称重桥架（23）和重量传感器（24），过滤网 (21)铺设在称重托辊之上，随托辊转动而运移，称重托辊（25）支撑在秤架（22）上，整个过滤称重系统沿过滤网运动方向，前半部分为固液分离部分，水和磨料的混合物落到过滤网上进行过滤，后半部分为称重部分，称重部分的过滤网（21）之下安装称重桥架（23），称重桥架（23）与橡胶支撑（26）相连，橡胶支撑（26）下设置重量传感器（24），过滤之后的磨料随着称重轮辊(25)的转动运移到称重部分，通过重量传感器（24）得到磨料的重量。
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