CN115091367A - 双空化磨料射流的实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了双空化磨料射流的实验装置及实验方法。该实验装置包括：一具有空腔的喷管体，喷管体上被配置有磨料进料管、高压喷嘴和低压喷嘴，高压喷嘴通过高压连接件连通高压水流，低压喷嘴通过低压连接件连通低压水流；高压连接件上可分离地安装有垫片，垫片被配置为其厚度界定高压喷嘴的出口面相对于低压喷嘴的出口面的伸出距离。本技术方案中，通过更换不同厚度的垫片，能够精确调节高压喷嘴的嵌入深度。此外，可通过更换不同尺寸喷嘴，中心体，以及射流磨料的配比，探究不同尺寸喷嘴、中心体，以及高低压射流压力配比对双空化的空泡分布规律及时空演化规律，以及磨料颗粒和空泡之间的协同作用关系。

Description

双空化磨料射流的实验装置及实验方法

技术领域

本申请涉及空化磨料射流的技术领域，尤其涉及磨料空化射流的实验装置。

背景技术

磨料空化射流技术是利用磨料加速后的冲击作用，协同空化空泡的气蚀，实现对岩石的破碎，材料表面强化等作用。但是现有的磨料空化射流，大多是在淹没条件下，利用射流外围的速度差，使得空泡在剪切层中产生，磨料空化射流中磨料颗粒和空泡的协同作用机制，射流空泡云的特征，是其破岩，材料改善能力的关键所在。然而，在淹没条件下，不仅限制了其应用范围，而且，射流束中心空泡较少，磨料和空泡协同作用率低下，空泡的溃灭产生的微射流只能加速部分磨料，磨料二次加速占比低，再者，射流束中心空泡较少，主要作用区域呈现环形，综上所述，改善上述问题可进一步提高磨料空化射流的工作能力。

已被发现的是，在高速射流外围增添环形低速射流，可以替换淹没条件下的剪切空化，使得应用场合不在受到限制。此外，在射流中添加中心体，可以射流束中心产生绕流空化，可解决射流束中心空泡率低的问题，同时，将中心体设置为磨料出口，一方面是利用中心体末端绕流产生的高强度湍流，使得磨料混合均匀，另一方面，中心体出磨料，磨料集束性较强，更利于增强射流的破坏力。

然而，高低压喷嘴，中心体的结构参数是影响磨料空化射流性能的关键，再者，高低压射流压力的配比，磨料的浓度都是不可忽略的因素。

以上相关技术中，实验装置无法精准调节高压喷嘴的嵌入深度，而嵌入深度对双空化磨料射流的影响。

发明内容

有鉴于此，本申请提供双空化磨料射流的实验装置，能够精确调节高压喷嘴的嵌入深度。

本申请提供一种双空化磨料射流的实验装置，包括：

一具有空腔的喷管体，所述喷管体上被配置有磨料进料管、高压喷嘴和低压喷嘴，所述高压喷嘴通过高压连接件连通高压水流，所述低压喷嘴通过低压连接件连通低压水流；

其中，所述高压连接件上可分离地安装有垫片，所述垫片被配置为其厚度界定所述高压喷嘴的出口面相对于低压喷嘴的出口面的伸出距离。

可选地，所述高压喷嘴可拆卸地安装在所述高压连接件上。

可选地，所述低压喷嘴可拆卸地安装在所述低压连接件上。

可选地，所述喷管体的内壁安装有中心体前端和中心体后端，所述中心体前端可拆卸地连接所述中心体后端，所述中心体后端固接在所述高压连接件、高压喷嘴上。

可选地，所述中心体后端通过支撑片卡接所述高压连接件、高压喷嘴上。

可选地，所述磨料进料管通过通孔螺纹接口连接在所述高压连接件、低压连接件上，所述螺纹接口套设有密封圈。

可选地，还包括用以拍摄磨料空化射流所产生冲蚀的高速摄像仪。

可选地，还包括用以驱动所述喷管体移动的三维移动滑台。

第二方面，本申请提供一种双空化磨料射流的实验方法，采用如上述实验装置来实施，所述方法包括：

A、调整三维移动滑台，使喷管体处于指定位置；

B、打开高压泵、低压泵为射流提供泵源，通过高压泵、低压泵的调节输出不同压力的射流，并配比不同浓度磨料；

C、记录喷嘴前压力表上的数值；

D、高速摄影仪记录空化云形态；

E、对冲蚀工件的后处理，判断喷管体的冲蚀性能；

F、改变高低压射流压力，或者磨料浓度，或者改变低压喷嘴直径，或者高压喷嘴直径，或者高压喷嘴的出口面相对于低压喷嘴的出口面的伸出距离，或者中心体前端，中心体后端的形状等参数，进行下一轮实验。

以上提供的双空化磨料射流的实验装置，在高压连接件上可分离地安装有垫片，垫片被配置为其厚度界定所述高压喷嘴的出口面相对于低压喷嘴的出口面的伸出距离，这样通过更换不同厚度的垫片，能够精确调节高压喷嘴的嵌入深度。

此外，可通过更换不同尺寸喷嘴，中心体，以及射流磨料的配比，探究不同尺寸喷嘴、中心体，以及高低压射流压力配比对双空化的空泡分布规律及时空演化规律，以及磨料颗粒和空泡之间的协同作用关系。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请实施例提供的实验装置的立体结构图。

图2为本申请实施例提供的喷管体的立体图。

图3为本申请实施例提供的喷管体的主视图。

图4为本申请实施例提供的喷管体的右视图。

图5为图4沿着A-A方向的剖视图。

图6为本申请实施例提供的高压喷嘴、低压喷嘴的局部放大剖视图。

其中，图中元件标识如下：

1-高压泵，2-低压泵，3-三维移动滑台，4-三维移动滑台支撑架，5-高速摄像仪，6-非淹没双空化磨料射流喷嘴系统，7-低压胶管，8-高压胶管，9-工件，10-压力表，11-高压连接件，12-低压连接件，13-磨料进料管，14-螺纹接口，15-低压喷嘴，16-高压喷嘴，17-支撑片，18-中心体前端，19-中心体后端，20-垫片，21-螺钉，22-密封圈。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图1所示，为双空化磨料射流的实验装置。该实验装置的主要部分为喷管体6，喷管体6为产生磨料空化射流的场所。喷管体6为一具有空腔的管体，其上安装有磨料进料管13、高压喷嘴16和低压喷嘴15。

高压泵1、低压泵2分别经过高压胶管8，低压胶管7为喷管体6提供射流，喷管体6安装在三维移动滑台3之上，三维移动滑台3可以带动喷管体6实现上下，前后，左右的运动，以实现工件冲蚀，表面强化等功能，三维移动滑台3由三维移动滑台支撑架4支撑至一定高度。

方便高速摄像仪5记录非淹没双空化磨料射流的空泡分布规律及时空演化规律，在喷管体6下方放置工件9，可用于测量非淹没双空化磨料射流的冲蚀性能，通过对工件的后续处理，可以反推出磨料和空泡之间的协同作用关系。

如图2，3，4所示，图2为本发明非淹没双空化磨料射流喷嘴系统的整体结构示意图，主视图及右视图，而具体的连接安装示意图如图5所示，高压胶管8连接高压泵1和高压连接件11，高压连接件11上安装压力表10，用于监测高压喷嘴16前的入口压力，低压胶管7连接低压泵2和低压连接件12，同样的，在低压连接件12上安装压力表9，用于监测低压喷嘴15前的入口压力，而对于磨料进口，图中未画出磨料罐，磨料进料管13用于磨料供料通道，磨料进料管13用螺纹接口14轴向定位于高压连接件11，低压连接件12，同时，O形密封圈22用于密封作用，防止漏水，磨料进料管13下端锥面卡在中心体后端19上的孔中，并起到密封的作用，这样高压连接件11中的水就无法通过磨料进料管13处溢出。中心体后端19由支撑片17卡在高压连接件11及高压喷嘴16中的凹槽内，用于支撑中心体后端19放置在高压连接件11的中心位置，中心体前端18通过螺纹连接和中心体后端19连接，可以连接不同形状的中心体前端18，用于研究不同直径及形状的中心体对绕流空化的影响。低压喷嘴15通过螺纹连接在低压连接件12上，低压喷嘴15也可以更改不同直径出口，用于研究外围低压射流的变化对非淹没双空化磨料射流的影响。高压喷嘴16通过螺纹连接在高压连接件11上，同样的，可以改变高压喷嘴16的直径来研究高压射流的变化对非淹没双空化磨料射流的影响，而在高压喷嘴16和高压连接件11之间，放置一定厚度的垫片20，通过改变垫片20的厚度，使得高压喷嘴16出口位置和低压喷嘴15出口位置存在一定的距离，该距离可称作高压喷嘴16的嵌入深度，可以研究其嵌入深度对非淹没双空化磨料射流的影响。此外，还能控制高压泵1，低压泵2的泵压以及磨料进料管13中磨料浓度的配比关系，可厘清非淹没双空化磨料射流中绕流空化，剪切空化，磨料三者之间的协同作用关系。

在本申请中，非淹没双空化磨料射流可变更具体的参数如下表所示：

针对上表，可通过正交实验分析各个参数对非淹没双空化磨料射流的影响，更深层得讲，可以厘清非淹没双空化磨料射流有效的发生方式，非淹没双空化磨料射流高性能调制方法，增强射流的冲蚀特性等等。

现在针对一个常见的应用场景中，来阐述本申请实验方法的操作过程。应当注意的是，此常见的实施方案不可作为理解本申请所声称所要解决技术问题的必要性特征认定的依据，其仅仅是示范而已。

其实验步骤如下：

①调整三维移动滑台3，使喷管体6处于合适的位置；

②打开高压泵1，低压泵2为射流提供泵源，通过泵的调节，可输出不同压力的射流，同时，配比不同浓度磨料；

③记录喷嘴前压力表10上的数值；

④高速摄影仪5记录空化云形态；

⑤对冲蚀工件9的后处理，判断喷管体6的冲蚀性能；

⑥改变高低压射流压力，或者磨料浓度，或者改变低压喷嘴15直径，或者高压喷嘴16直径及嵌入深度，或者中心体前端18，中心体后端19的形状等参数，进行下一轮实验。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双空化磨料射流的实验装置，其特征在于，包括：

一具有空腔的喷管体，所述喷管体上被配置有磨料进料管、高压喷嘴和低压喷嘴，所述高压喷嘴通过高压连接件连通高压水流，所述低压喷嘴通过低压连接件连通低压水流；

其中，所述高压连接件上可分离地安装有垫片，所述垫片被配置为其厚度界定所述高压喷嘴的出口面相对于低压喷嘴的出口面的伸出距离。

2.根据权利要求1所述实验装置，其特征在于，所述高压喷嘴可拆卸地安装在所述高压连接件上。

3.根据权利要求1所述实验装置，其特征在于，所述低压喷嘴可拆卸地安装在所述低压连接件上。

4.根据权利要求1所述实验装置，其特征在于，所述喷管体的内壁安装有中心体前端和中心体后端，所述中心体前端可拆卸地连接所述中心体后端，所述中心体后端固接在所述高压连接件、高压喷嘴上。

5.根据权利要求4所述实验装置，其特征在于，所述中心体后端通过支撑片卡接所述高压连接件、高压喷嘴上。

6.根据权利要求1所述实验装置，其特征在于，所述磨料进料管通过通孔螺纹接口连接在所述高压连接件、低压连接件上，所述螺纹接口套设有密封圈。

7.根据权利要求1所述实验装置，其特征在于，还包括用以拍摄磨料空化射流对工件的冲蚀状况的高速摄像仪。

8.根据权利要求1所述实验装置，其特征在于，还包括用以驱动所述喷管体移动的三维移动滑台。

9.一种双空化磨料射流的实验方法，其特征在于，采用如权利要求1所述实验装置来实施，所述方法包括：

A、调整三维移动滑台，使喷管体处于指定位置；

B、打开高压泵、低压泵为射流提供泵源，通过高压泵、低压泵的调节输出不同压力的射流，并配比不同浓度磨料；

C、记录喷嘴前压力表上的数值；

D、高速摄影仪记录空化云形态；

E、对冲蚀工件的后处理，判断喷管体的冲蚀性能；

F、改变高低压射流压力，或者磨料浓度，或者改变低压喷嘴直径，或者高压喷嘴直径，或者高压喷嘴的出口面相对于低压喷嘴的出口面的伸出距离，或者中心体前端，中心体后端的形状等参数，进行下一轮实验。

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