CN114323155B - 淹没脉冲射流脉冲参数测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种淹没脉冲射流脉冲参数测试装置，包括支撑架，支撑架上安装有底座，底座上安装有透明罩，透明罩另一端具有端盖，端盖顶部连接有溢流管；底座上安装有孔板，孔板上分布有多个沿左右方向穿过孔板的通孔，每一通孔内均安装有皮托管；底座中心处开设有中心孔；端盖中心处安装有喷水管，喷水管连接有水射流喷嘴，喷水管向外伸出端盖并连接有高压软管；各皮托管上均设有压力传感器和排气电磁阀。本发明还公开了相应的测试方法。通过在皮托管上安装排气电磁阀，在淹没孔板后打开排气电磁阀排出皮托管内被水射流封闭在内的气体，进而避免皮托管内存有少量气体导致测试结果不准确和延迟效应，从而稳定而准确地测量脉冲射流脉冲参数。

Description

淹没脉冲射流脉冲参数测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种水射流技术领域，尤其涉及脉冲射流脉冲参数测试技术。

背景技术

高压水射流技术是近代发展起来的一门新兴技术，鉴于高压水射流其特有的力学作用，如破碎、切割、剥离作用和输送作用，近几十年来该技术已被广泛应用于工业清洗、表面除锈、岩石切割、矿山开采和石油天然气钻探等工程领域。水射流可分为连续射流和脉冲射流。

其中脉冲射流作为非连续射流，利用脉冲射流水锤作用产生的巨大瞬时能量，更好地完成切割或破碎材料等目的，具备冲蚀效果强和工作效率高的特点，其中脉冲峰值压力和脉冲频率是影响脉冲射流冲蚀效果和工作效率的关键参数。

为测试出水射流的打击力，国内学者进行了大量的研究。如专利文献CN20671006U公开了一种水射流的瞬态冲击压力测试装置，能够获得某工况下的某一时刻的瞬间打击力，无法连续获取数据。

现有的水射流打击力测试装置能测试出某一稳定工作压力下的时均打击力，但存在测量数据衰减大和无法获取高频数据等问题，针对脉冲射流的脉冲峰值压力和脉冲频率（即名称中的脉动参数）更为明显。现有技术中没有指出为何测不准的教导。

发明人持续进行深入观察研究，发现了测试数据衰减大和无法获取高频数据的原因所在，因而得以设计出针对性的解决方案即本发明。本发明的技术方案公开后将拓展本领域技术人员的认知范围，在水射流技术的发展过程中开辟了稳定而准确的测量持续的水射流打击力的细节技术方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种淹没脉冲射流脉冲参数测试装置，通过消除测试过程中的气垫效应而提高测试结果的准确度，缩短压力传导响应时间。

为实现上述目的，本发明的淹没脉冲射流脉冲参数测试装置包括支撑架，支撑架上安装有底座，底座上安装有水平设置的透明罩，透明罩另一端具有正对底座的端盖，端盖顶部连接有溢流管；底座上安装有孔板，孔板上分布有多个沿左右方向穿过孔板的通孔，每一通孔内均安装有用于测量脉冲射流脉冲参数的皮托管；

底座中心处开设有用于孔板穿过的中心孔，孔板内端穿过中心孔位于透明罩内，孔板外端位于透明罩外部；

端盖中心处安装有喷水管，喷水管连接有喷水方向垂直朝向孔板表面的水射流喷嘴，喷水管向外伸出端盖并连接有高压软管，高压软管用于连接水射流装置；

各皮托管上均设有压力传感器和排气电磁阀，各压力传感器和排气电磁阀均与一电控装置相连接，电控装置连接有显示屏。

孔板通过移动密封结构安装在底座上；

移动密封结构是：

孔板沿周向与底座的中心孔具有配合间隙，孔板位于透明罩内的内端固定连接有密封板，密封板大于底座的中心孔，密封板与底座内表面滑动密封配合；

底座外表面在孔板的上下方向设有上下移动复位结构，

底座外表面在孔板的前后方向设有前后移动复位结构；

上下移动复位结构包括位于孔板上方并固定连接在底座外表面的上固定座、位于孔板下方并固定连接在底座外表面上的下固定座，上固定座上固定连接有第一千分尺测微头，下固定座上固定连接有第一复位弹簧；第一千分尺测微头的测微螺杆在竖向方向上与孔板顶压配合并用于在上下方向上推动孔板，第一复位弹簧用于在第一千分尺测微头收回时通过弹力使孔板在上下方向上复位；

前后移动复位结构包括位于孔板前方并固定连接在底座外表面的前固定座、位于孔板后方并固定连接在底座外表面上的后固定座，前固定座上固定连接有第二千分尺测微头，后固定座上固定连接有第二复位弹簧；第二千分尺测微头的测微螺杆在前后方向上与孔板顶压配合并用于在前后方向上推动孔板，第二复位弹簧用于在第二千分尺测微头收回时通过弹力使孔板在前后方向上复位。

本发明还提供了采用上述淹没脉冲射流脉冲参数测试装置进行的测试方法，按以下步骤进行：

第一步骤是连接；

将高压软管与被测试的水射流装置相连接，使溢流管与测试环境中的储水设施或排水设施相连通；

第二步骤是开启水射流；

打开被测试的水射流装置，通过高压软管将高压水送入喷水管，最后由水射流喷嘴喷至孔板上并进入各皮托管；水射流持续进入透明罩，透明罩内水位到达溢流管后由溢流管流出；

第三步骤是排气；

通过电控装置同时打开各排气电磁阀，将皮托管内被水射流封闭在内的气体排出，直到各皮托管均流出水后，通过电控装置关闭各排气电磁阀；

第四步骤是持续测试；

各皮托管上的压力传感器持续将压力信号传递给电控装置，电控装置记录各压力传感器的测量数据并显示在显示屏上。

在第四步骤的进行当中，工作人员调节第一千分尺测微头和第二千分尺测微头，从而微调孔板的位置，进而测试不同位置处的淹没脉冲射流脉冲参数。

本发明具有如下的优点：

发明人通过深入观察研究发现，传统的水射流打击力测试装置在测试过程中因为装置内的空气未完全排除，未完全排除气体的皮托管内会产生气垫效应，这是由于皮托管内的空气在受到水射力冲击后，虽然大部分气体会在水流冲击下离开皮托管，但仍会有少量气体被水封闭在皮托管内。

受到气垫效应的影响，打击力传导到压力传感器时会存在很大程度的衰减，导致所测出的水射流打击力不准确，远低于预期值。同时，气垫效应会导致在压力传导过程中会存在压力传导延迟，特别是针对脉冲射流等高频射流时更为显著，导致无法获取其脉冲峰值压力和脉冲频率，而脉冲频率和脉冲峰值压力往往是脉冲射流最为关键的参数。

本发明通过消除气垫效应后，很好的解决了压力传导衰减大和传导的时间延迟，再配合1兆赫兹的高频采集卡和高频压力传感器，较为准确的获取了高频脉冲射流的脉冲频率和脉冲峰值压力。

本发明通过在皮托管上安装排气电磁阀，在淹没孔板后打开排气电磁阀排出皮托管内被水射流封闭在内的气体，进而避免皮托管内存有少量气体导致测试结果不准确，从而得以稳定而准确地测量持续的脉冲射流脉冲参数。

针对传统皮托管打击力测试法存在测点少的问题，本发明通过移动密封结构能够微调孔板的位置，从而测量不同位置处的脉冲射流脉冲参数，准确获取高频脉冲射流脉冲参数的分布规律。本发明通过罩外驱动（千分尺测微头和复位弹簧）和罩内密封（密封板）的方式，既能移动孔板，又防止孔板与底座的配合间隙处漏水，实现了现有技术中无法实现的淹没状态下测量不同位置处的脉冲射流脉冲参数的功能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是孔板通过移动密封结构安装在底座上的结构示意图；

图3是图2的右视图。

实施方式

如图1至图3所示，本发明的淹没脉冲射流脉冲参数测试装置包括支撑架1，支撑架1上安装有底座2，底座2上安装有水平设置的透明罩3，透明罩3优选由钢化玻璃制成；透明罩3另一端具有正对底座2的端盖4，端盖4顶部连接有溢流管5；底座2上安装有孔板6，孔板6上分布有多个沿左右方向穿过孔板6的通孔7，每一通孔7内均安装有用于测量脉冲射流脉冲参数的皮托管8；孔板6为常规结构，图未示孔板6内的通孔7。为避免线束混乱影响图面，图2中仅示意出一根皮托管8，图2和图3中未示出皮托管8。

底座2中心处开设有用于孔板6穿过的中心孔9，孔板6内端穿过中心孔9位于透明罩3内，孔板6外端位于透明罩3外部；

端盖4中心处安装有喷水管10，喷水管10优选采用高压钢管。喷水管10连接有喷水方向垂直朝向孔板6表面的水射流喷嘴11，喷水管10向外伸出端盖4并连接有高压软管12，高压软管12用于连接待测试的水射流装置；水射流装置为常规技术，具体不再详述；本发明的目的是连续而准确地测试包括高压泵在内的水射流装置的打击力。

各皮托管8上均设有压力传感器13和排气电磁阀14，各压力传感器13和排气电磁阀14均与一电控装置相连接，电控装置连接有显示屏。压力传感器13和排气电磁阀14在图1中均只用于显示其在皮托管上的安装位置，具体结构不详述。

电控装置可以采用单片机，也可以采用工控计算机。电控装置和显示屏均为常规技术，图未示。

孔板6通过移动密封结构安装在底座2上；移动密封结构是：

孔板6沿周向与底座2的中心孔9具有配合间隙15，孔板6位于透明罩3内的内端固定连接有密封板16，密封板16大于底座2的中心孔9因而在随孔板6移动时能够始终遮盖配合间隙15，密封板16与底座2内表面滑动密封配合；

底座2外表面在孔板6的上下方向设有上下移动复位结构，

底座2外表面在孔板6的前后方向设有前后移动复位结构；

上下移动复位结构包括位于孔板6上方并固定连接在底座2外表面的上固定座17、位于孔板6下方并固定连接在底座2外表面上的下固定座18，上固定座17上固定连接有第一千分尺测微头19，下固定座18上固定连接有第一复位弹簧20；第一千分尺测微头19的测微螺杆21在竖向方向上与孔板6顶压配合并用于在上下方向上推动孔板6，第一复位弹簧20用于在第一千分尺测微头19收回时通过弹力使孔板6在上下方向上复位；第一千分尺测微头19和第一复位弹簧20限定了孔板6的上下位置。

前后移动复位结构包括位于孔板6前方并固定连接在底座2外表面的前固定座22、位于孔板6后方并固定连接在底座2外表面上的后固定座23，前固定座22上固定连接有第二千分尺测微头24，后固定座23上固定连接有第二复位弹簧25；第二千分尺测微头24的测微螺杆21在前后方向上与孔板6顶压配合并用于在前后方向上推动孔板6，第二复位弹簧25用于在第二千分尺测微头24收回时通过弹力使孔板6在前后方向上复位。第二千分尺测微头24和第二复位弹簧25限定了孔板6的前后位置。

孔板6在其移动至上下前后各方向的极限位置时，孔板6与底座2的中心孔9的配合间隙15（相应发生变形）始终被密封板16所遮挡，即密封板16始终遮盖孔板6以外的中心孔9。

以往孔板6均为固定结构，不可移动，因而无法测试不同位置处的射流压力；要研究不同位置下的射流压力只能一体更换不同的孔板6和底座2。

本发明通过上下移动复位结构（设置在底座2外侧）微调孔板6的上下位置，通过前后移动复位结构微调孔板6的前后位置，因而能够测试不同位置处的射流压力。本发明通过在底座2内侧设置密封板16遮挡了孔板6周向与底座2的中心孔9之间的配合间隙15，因而在移动孔板6的同时保持了孔板6与底座2之间的密封状态，为移动孔板6测量不同位置的脉冲射流脉冲参数提供保障。

本发明还公开了采用上述淹没脉冲射流脉冲参数测试装置进行的测试方法，按以下步骤进行：

第一步骤是连接；

将高压软管12与被测试的水射流装置相连接，使溢流管5与测试环境中的储水设施或排水设施相连通；

第二步骤是开启水射流；

打开被测试的水射流装置，通过高压软管12将高压水送入喷水管10，最后由水射流喷嘴11喷至孔板6上并进入各皮托管8；水射流持续进入透明罩3，透明罩3内水位到达溢流管5（溢流管5的位置高于孔板6的最高位置） 后由溢流管5流出；

第三步骤是排气；

通过电控装置同时打开各排气电磁阀14，将皮托管8内被水射流封闭在内的气体排出，直到各皮托管8均流出水后，通过电控装置关闭各排气电磁阀；

第四步骤是持续测试；

各皮托管8上的压力传感器13持续将压力信号传递给电控装置，电控装置记录各压力传感器13的测量数据并显示在显示屏上。

测试完成后，关闭被测试的水射流装置，排出透明罩3内的水。为排水方便，可以事先在透明罩3底部安装放水阀，通过打开放水阀排水更为方便。放水阀是常规技术，图未示。

在第四步骤的进行当中，工作人员调节第一千分尺测微头19和第二千分尺测微头24，从而微调孔板6的位置，进而测试不同位置处的淹没脉冲射流脉冲参数。本发明既可以准确测试脉冲射流的脉冲参数，也可以准确测试非脉冲射流的打击力及其分布。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.淹没脉冲射流脉冲参数测试装置，包括支撑架，支撑架上安装有底座，其特征在于：

底座上安装有水平设置的透明罩，透明罩另一端具有正对底座的端盖，端盖顶部连接有溢流管；底座上安装有孔板，孔板上分布有多个沿左右方向穿过孔板的通孔，每一通孔内均安装有用于测量脉冲射流脉冲参数的皮托管；

底座中心处开设有用于孔板穿过的中心孔，孔板内端穿过中心孔位于透明罩内，孔板外端位于透明罩外部；

端盖中心处安装有喷水管，喷水管连接有喷水方向垂直朝向孔板表面的水射流喷嘴，喷水管向外伸出端盖并连接有高压软管，高压软管用于连接水射流装置；

各皮托管上均设有压力传感器和排气电磁阀，各压力传感器和排气电磁阀均与一电控装置相连接，电控装置连接有显示屏；

孔板通过移动密封结构安装在底座上；

移动密封结构是：

孔板沿周向与底座的中心孔具有配合间隙，孔板位于透明罩内的内端固定连接有密封板，密封板大于底座的中心孔，密封板与底座内表面滑动密封配合；

底座外表面在孔板的上下方向设有上下移动复位结构，

底座外表面在孔板的前后方向设有前后移动复位结构；

上下移动复位结构包括位于孔板上方并固定连接在底座外表面的上固定座、位于孔板下方并固定连接在底座外表面上的下固定座，上固定座上固定连接有第一千分尺测微头，下固定座上固定连接有第一复位弹簧；第一千分尺测微头的测微螺杆在竖向方向上与孔板顶压配合并用于在上下方向上推动孔板，第一复位弹簧用于在第一千分尺测微头收回时通过弹力使孔板在上下方向上复位；

前后移动复位结构包括位于孔板前方并固定连接在底座外表面的前固定座、位于孔板后方并固定连接在底座外表面上的后固定座，前固定座上固定连接有第二千分尺测微头，后固定座上固定连接有第二复位弹簧；第二千分尺测微头的测微螺杆在前后方向上与孔板顶压配合并用于在前后方向上推动孔板，第二复位弹簧用于在第二千分尺测微头收回时通过弹力使孔板在前后方向上复位。

2.采用权利要求1所述的淹没脉冲射流脉冲参数测试装置进行的测试方法，其特征在于按以下步骤进行：

第一步骤是连接；

将高压软管与被测试的水射流装置相连接，使溢流管与测试环境中的储水设施或排水设施相连通；

第二步骤是开启水射流；

打开被测试的水射流装置，通过高压软管将高压水送入喷水管，最后由水射流喷嘴喷至孔板上并进入各皮托管；水射流持续进入透明罩，透明罩内水位到达溢流管后由溢流管流出；

第三步骤是排气；

通过电控装置同时打开各排气电磁阀，将皮托管内被水射流封闭在内的气体排出，直到各皮托管均流出水后，通过电控装置关闭各排气电磁阀；

第四步骤是持续测试；

各皮托管上的压力传感器持续将压力信号传递给电控装置，电控装置记录各压力传感器的测量数据并显示在显示屏上。

3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于：在第四步骤的进行当中，工作人员调节第一千分尺测微头和第二千分尺测微头，从而微调孔板的位置，进而测试不同位置处的淹没脉冲射流脉冲参数。