CN113686541A - 一种水射流模块实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下工程设备技术领域，具体公开了一种水射流模块实验装置，包括箱体，所述箱体，所述箱体的一侧滑动连接有推拉门，所述箱体内部设有隔板，所述隔板上开有滑槽，所述滑槽内部滑动连接有喷嘴；所述箱体底部为具有滑动导轨装置的箱底，所述箱体底部设置栅格网，所述栅格网上放置岩样；所述箱体远离推拉门的一侧安装有无极调速风扇；所述箱体的右侧内壁上安装有安装板，所述安装板上安装有空气电加热器。本发明通过专用的设备配合完善的实验方法，可以在实验室中模拟实验环境，然后根据实验参数获得匹配高压水射流辅助隧道掘进机的优化控制和匹配参数，创建环保、安全、经济可靠的施工环境。

Description

一种水射流模块实验装置及方法

技术领域

本发明涉及地下工程设备技术领域，具体是一种水射流模块实验装置及方法。

背景技术

随着我国地下工程的不断发展，高压水射流辅助隧道掘进机被广泛应用于水利、交通、地铁等隧道建设工程。使用高压水射流辅助隧道掘进机开挖隧道的过程中，掌子面与岩石接触部位由于摩擦将在接触部位瞬间产生热量积聚的现象，且随着高压水射流辅助隧道掘进机在独头巷道中的前进，破岩面逐步由通风状态变为封闭状态。这种环境不仅造成了摩擦产生的热量无法及时散去，提高了破岩的困难程度，而且加速了刀具的磨损，产生了很大经济效益的损失。

因此，探究高压水射流辅助隧道掘进机水射流模块采取不同工况作业时(水射流模块变量包括磨料参数、水压、靶距、喷嘴直径、喷嘴移动速度等因素)，在隧道掌子面进行施工所发生的热量积聚和升温现象，以及采用不同通风条件对掌子面密闭空间环境温度降低的效果，以便于获得匹配高压水射流辅助隧道掘进机的优化控制和匹配参数，创建环保、安全、经济可靠的施工环境。

但是，现有技术中却没有专用的实验设备及相应的方法，这也是本发明想要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水射流模块实验装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水射流模块实验装置，包括箱体，所述箱体，所述箱体的一侧滑动连接有推拉门，所述箱体内部设有隔板，所述隔板上开有滑槽，所述滑槽内部滑动连接有喷嘴；所述箱体底部为具有滑动导轨装置的箱底，所述箱体底部设置栅格网，所述栅格网上放置岩样；所述箱体远离推拉门的一侧安装有无极调速风扇；所述箱体的右侧内壁上安装有安装板，所述安装板上安装有空气电加热器。

作为本发明进一步的方案：所述喷嘴外接往复平动装置，所述滑槽处设有软橡胶带。

作为本发明进一步的方案：所述箱体的后侧内壁上安装有水位尺。

作为本发明进一步的方案：所述空气电加热器包括保温层，所述保温层内部设有加热管，所述加热管上间隔设有导流板；所述保温层的端部设有进气口，所述保温层上设有出气口；所述出气口处设有第一测温点。

作为本发明进一步的方案：所述加热管远离进气口的一端安装有防护罩，所述防护罩上设有接线孔；所述加热管的一端设有第二测温点；所述保温层的一侧设有支架，所述支架设置在所述出气口对侧。

本发明技术方案还提供了一种水射流模块实验方法，所述方法包括：

1)打开箱体前侧的推拉门，清理箱体内部的环境；

2)安装空气电加热器、喷嘴、红外测温仪、水位尺和岩样；

3)关闭箱体前侧的推拉门；

4)关闭箱体底部的出水口，从进水口向箱体内灌入适量高度的水；

5)在室温下，闭合水泵电源的开关，此时喷嘴沿沟槽向前移动，当水射流切割岩样完成后立即断开开关；

6)获取温度传感器的温度参数；

7)对岩样表面进行简单的清洗，用塞尺和游标卡尺分别测量切割岩样的深度和宽度；

8)通过空气电加热器以及无极调速风扇改变试验环境温度以及通风条件；

9)结束试验，复位装置，并根据得到的数据生成实验报告。

作为本发明进一步的方案：所述安装空气电加热器、喷嘴、红外测温仪、水位尺和岩样的步骤包括：

21)将空气电加热器放置到箱体右侧的安装板上，与在箱体外部的温度传感器通过导线连接；

22)将喷嘴放置在箱体上部安装板的沟槽上，通过高压水喷管与在箱体外部的水泵连接；

23)安装红外测温仪，使其与箱体外部的接触式温度传感器相连接；

24)在箱体后侧内壁的适当位置贴水位尺；

25)放入岩样。

作为本发明进一步的方案：所述放入岩样的步骤具体包括：

251)将箱体带有防锈蚀栅格网的底部通过滑动导轨滑出到箱体外部，将岩样放置在底部的适当位置，通过滑动导轨将岩样及箱体底滑入箱体。

作为本发明进一步的方案：所述获取温度传感器的温度参数的步骤包括：

61)用红外测温仪测量出岩样表面的温度，记录与每个红外测温仪连接的接触式温度传感器的显示温度，并取平均值；

62)记录此时箱体内部的试验环境温度。

作为本发明进一步的方案：所述结束试验，复位装置，并根据得到的数据生成实验报告的步骤包括：

91)打开出水口，将箱体内的水全部放出；打开推拉门，将箱底沿滑动导轨滑出，搬走岩样，清理箱体底部及箱体内部的泥沙等杂质，将箱底沿滑动导轨滑入箱体内部，关闭推拉门；

92)处理试验数据，分析试验结果，得出结论，作为实验报告。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过专用的设备配合完善的实验方法，可以在实验室中模拟实验环境，然后根据实验参数获得匹配高压水射流辅助隧道掘进机的优化控制和匹配参数，创建环保、安全、经济可靠的施工环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为水射流模块实验装置中箱体的结构示意图。

图2为水射流模块实验装置的三维结构示意图。

图3为水射流模块实验装置的正视结构示意图。

图4为水射流模块实验装置中空气电加热器的结构示意图。

图5为水射流模块实验方法的流程框图。

图中：1-箱体，2-空气电加热器，3-安装板，4-无极调速风扇，5-栅格网，6-岩样，7-推拉门，8-进气口，9-保温层，10-加热管，11-导流板，12-支架，13-第一测温点，14-出气口，15-第二测温点，16-防护罩，17-接线孔，18-喷嘴。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1至图3，本发明实施例中，提供了一种水射流模块实验装置，包括箱体1，所述箱体1，所述箱体1的一侧滑动连接有推拉门7，便于岩样从此处进出，清理箱体内部的杂质；所述箱体1与所述推拉门7的材料为由高强度保温合成透明材料组合而成；所述箱体1内部设有隔板，所述隔板上开有滑槽，所述滑槽内部滑动连接有喷嘴18，所述喷嘴18外接往复平动装置，所述喷嘴18在所述往复平动装置的带动下，来回移动；其中，所述滑槽处设有软橡胶带，保证喷嘴18在移动过程中槽口自动封闭，使得滑槽下方仍然处于封闭环境；所述喷嘴18是是水从此处喷射出来切割岩样的主要工具。

进一步的，所述箱体1底部为具有滑动导轨装置的箱底，在其上设置防锈蚀的栅格网5，便于水射流切割岩样6，所述栅格网5上放置岩样6；所述箱体1远离推拉门7的一侧安装有无极调速风扇4；所述箱体1的右侧内壁上安装有安装板3，所述安装板3上安装有空气电加热器2；所述无极调速风扇4是空气流动装置，为高压水射流辅助隧道掘进机在隧道掌子面进行施工作业过程中提供不同的通风条件。所述箱体1的后侧内壁上安装有水位尺，所述水位尺是测量水位的刻度尺，用于实时监控水位的高度。

具体的，本发明的温度测量仪器均采用红外测温仪，所述红外测温仪是通过红外线测量物体表面温度的设备，与大屏显示的测温仪传感器连接在箱体外部。多个红外测温仪安装在箱体内壁四周，测量水射流切割后岩样表面的温度。

本发明实施例的工作原理是：试验开始时，可通过该装置把箱体1底部滑动到箱体1外面，放置好岩样6，再滑动进入箱体内部，开始进一步的试验。结束试验时，可通过该装置把箱底滑出，搬走岩样，清理底部的水渍、泥沙等，再滑入箱体1。同时，在箱体1底部设置出水口与进水口，当水位高于试验所需的水位时，可从出水口排出一部分水；当水位低于试验所需的水位时，可从进水口进水。

实施例2

请参阅图4，本发明实施例中，提供了一种水射流模块实验装置，所述空气电加热器2包括保温层9，所述保温层9内部设有加热管10，所述加热管10上间隔设有导流板11；所述保温层9的端部设有进气口8，所述保温层9上设有出气口14；所述出气口14处设有第一测温点13；

进一步的，所述加热管10远离进气口8的一端安装有防护罩16，所述防护罩16上设有接线孔17；所述加热管10的一端设有第二测温点15；

具体的，所述保温层9的一侧设有支架12，所述支架12设置在所述出气口14对侧。

本发明实施例的工作原理是：所述空气电加热器2是给空气加热的设备，空气电加热器2与在箱体1外部的接触式温度传感器相连接，空气电加热器2对箱体内部的空气进行加热，模拟在隧道掌子面进行施工所发生的热量积聚和升温现象，接触式温度传感器可实时显示箱体内部空气的温度。

实施例3

图5示出了水射流模块实验方法的流程框图，在本发明实施例中，提供了一种水射流模块实验方法，所述方法包括：

1、打开箱体1前侧的推拉门7，清理箱体1内部的环境；

2、将空气电加热器2放置到箱体1右侧的安装板3上，与在箱体1外部的温度传感器通过导线连接；

3、将喷嘴18放置在箱体1上部安装板3的沟槽上，通过高压水喷管与在箱体1外部的水泵连接；

4、安装红外测温仪，使其与箱体1外部的接触式温度传感器相连接；

5、在箱体1后侧内壁的适当位置贴水位尺；

6、将箱体1带有防锈蚀栅格网5的底部通过滑动导轨滑出到箱体1外部，将岩样6放置在底部的适当位置，通过滑动导轨将岩样6及箱体1底滑入箱体1；

7、关闭箱体1前侧的推拉门7；

8、关闭箱体1底部的出水口，从进水口向箱体1内灌入适量高度的水；

9、在室温下，闭合水泵电源的开关，此时喷嘴18沿沟槽向前移动，当水射流切割岩样6完成后立即断开开关；

10、用红外测温仪测量出岩样6表面的温度，记录与每个红外测温仪连接的接触式温度传感器的显示温度，并取平均值；

11、记录此时箱体1内部的试验环境温度；

12、对岩样6表面进行简单的清洗，用塞尺和游标卡尺分别测量切割岩样6的深度和宽度；

13、通过空气电加热器2以及无极调速风扇4改变试验环境温度以及通风条件，重复步骤6-10；

14、结束试验，打开出水口，将箱体1内的水全部放出。打开推拉门7，将箱底沿滑动导轨滑出，搬走岩样6，清理箱体1底部及箱体1内部的泥沙等杂质，将箱底沿滑动导轨滑入箱体1内部，关闭推拉门7；

15、处理试验数据，分析试验结果，得出结论。

值得一提的是，在试验过程中，应时刻注意水位的变化，若水位超过一定高度，则应打开出水口，使出水口流出一定量的水，当箱体内水位高度满足试验条件后，关闭出水口；若水位高度不满足试验条件，则通过进水口输入一定量的水，当箱体内的水位高度满足试验条件后，停止进水。上述出水口与空气电加热器2中的出气口14并不是同样的概念。

该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220V市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水射流模块实验装置，其特征在于，包括箱体(1)，所述箱体(1)，所述箱体(1)的一侧滑动连接有推拉门(7)，所述箱体(1)内部设有隔板，所述隔板上开有滑槽，所述滑槽内部滑动连接有喷嘴(18)；所述箱体(1)底部为具有滑动导轨装置的箱底，所述箱体(1)底部设置栅格网(5)，所述栅格网(5)上放置岩样(6)；所述箱体(1)远离推拉门(7)的一侧安装有无极调速风扇(4)；所述箱体(1)的右侧内壁上安装有安装板(3)，所述安装板(3)上安装有空气电加热器(2)。

2.根据权利要求1所述的水射流模块实验装置，其特征在于，所述喷嘴(18)外接往复平动装置，所述滑槽处设有软橡胶带。

3.根据权利要求1所述的水射流模块实验装置，其特征在于，所述箱体(1)的后侧内壁上安装有水位尺。

4.根据权利要求2或3所述的水射流模块实验装置，其特征在于，所述空气电加热器(2)包括保温层(9)，所述保温层(9)内部设有加热管(10)，所述加热管(10)上间隔设有导流板(11)；所述保温层(9)的端部设有进气口(8)，所述保温层(9)上设有出气口(14)；所述出气口(14)处设有第一测温点(13)。

5.根据权利要求4所述的水射流模块实验装置，其特征在于，所述加热管(10)远离进气口(8)的一端安装有防护罩(16)，所述防护罩(16)上设有接线孔(17)；所述加热管(10)的一端设有第二测温点(15)；所述保温层(9)的一侧设有支架(12)，所述支架(12)设置在所述出气口(14)对侧。

6.一种水射流模块实验方法，其特征在于，所述方法包括：

1)打开箱体(1)前侧的推拉门(7)，清理箱体(1)内部的环境；

2)安装空气电加热器(2)、喷嘴(18)、红外测温仪、水位尺和岩样(6)；

3)关闭箱体(1)前侧的推拉门(7)；

4)关闭箱体(1)底部的出水口，从进水口向箱体(1)内灌入适量高度的水；

5)在室温下，闭合水泵电源的开关，此时喷嘴(18)沿沟槽向前移动，当水射流切割岩样(6)完成后立即断开开关；

6)获取温度传感器的温度参数；

7)对岩样(6)表面进行简单的清洗，用塞尺和游标卡尺分别测量切割岩样(6)的深度和宽度；

8)通过空气电加热器(2)以及无极调速风扇(4)改变试验环境温度以及通风条件；

9)结束试验，复位装置，并根据得到的数据生成实验报告。

7.根据权利要求6所述的水射流模块实验方法，其特征在于，所述安装空气电加热器(2)、喷嘴(18)、红外测温仪、水位尺和岩样(6)的步骤包括：

21)将空气电加热器(2)放置到箱体(1)右侧的安装板(3)上，与在箱体(1)外部的温度传感器通过导线连接；

22)将喷嘴(18)放置在箱体(1)上部安装板(3)的沟槽上，通过高压水喷管与在箱体(1)外部的水泵连接；

23)安装红外测温仪，使其与箱体(1)外部的接触式温度传感器相连接；

24)在箱体(1)后侧内壁的适当位置贴水位尺；

25)放入岩样(6)。

8.根据权利要求7所述的水射流模块实验方法，其特征在于，所述放入岩样(6)的步骤具体包括：

251)将箱体(1)带有防锈蚀栅格网(5)的底部通过滑动导轨滑出到箱体(1)外部，将岩样(6)放置在底部的适当位置，通过滑动导轨将岩样(6)及箱体(1)底滑入箱体(1)。

9.根据权利要求6所述的水射流模块实验方法，其特征在于，所述获取温度传感器的温度参数的步骤包括：

61)用红外测温仪测量出岩样(6)表面的温度，记录与每个红外测温仪连接的接触式温度传感器的显示温度，并取平均值；

62)记录此时箱体(1)内部的试验环境温度。

10.根据权利要求6所述的水射流模块实验方法，其特征在于，所述结束试验，复位装置，并根据得到的数据生成实验报告的步骤包括：

91)打开出水口，将箱体(1)内的水全部放出；打开推拉门(7)，将箱底沿滑动导轨滑出，搬走岩样(6)，清理箱体(1)底部及箱体(1)内部的泥沙等杂质，将箱底沿滑动导轨滑入箱体(1)内部，关闭推拉门(7)；

92)处理试验数据，分析试验结果，得出结论，作为实验报告。

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