CN203164005U - 高压水射流破岩实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压水射流破岩实验装置，包括动力模块、射流发生与检测模块、岩样调控模块、流体介质循环模块和破岩装置台架；所述的动力模块为射流发生与检测模块提供高压射流，射流发生与检测模块射出高压射流并采集检测数据，岩样调控模块安装于破岩装置台架上，对岩样进行夹紧及调整，流体介质循环模块对高压水射流破岩实验过程中流体介质进行过滤与往复循环；本实用新型可在同一实验平台上，仅通过更换不同结构型式的喷嘴就能够实现对不同喷嘴进行高压水射流破岩的试验研究，从而达到检测不同喷嘴性能的目的；三级过滤网以及沉淀箱的设置能够有效确保实验用水流的闭式循环，以保证高压水射流破岩实验的正常进行。

Description

高压水射流破岩实验装置

技术领域

本实用新型属于高压水射流破岩技术领域，具体涉及一种高压水射流破岩的实验装置。

背景技术

高压水射流是一定流量的低压水流经高压泵后获得一定压力变为高压水，当该高压水到达喷嘴后，从喷嘴出口处高速喷出，形成高压水射流，它是一种能量较为集中的流体运动现象，已经广泛地应用于石油、煤炭、化工、机械、轻工、市政等领域。

水射流技术主要应用于对物料进行清洗、切割及破碎等。研究表明，在激光束破岩、电子束破岩、离子束破岩等众多新型破岩方法中，高压水射流破岩的能耗是最低的，其值仅约为250～500(J/cm³)，且它是唯一一种冷切割的加工手段；此外，国内外石油钻井工程中的大量事实表明，在相同地层与设备、工艺参数条件下，水力喷射钻井比普通钻井速度提高一倍以上，且随着泵压与水功率的增加效果愈加明显，使得钻井成本得到大幅削减；最后，在钻孔水力开采技术中，高压水射流是实现钻孔水力开采的基础，只有通过高压水射流将位于地下的岩矿层破碎成较小的矿石颗粒后，才能够实现真正意义上的钻孔水力开采。

综上所述，对于高压水射流破岩的研究是极其必要的，展开高压水射流破岩的实验室研究，首先就要建立适宜的高压水射流破岩实验装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种高压水射流破岩实验装置，使其能够检测用于高压水射流破岩的不同结构形式喷嘴的性能，找出用于对某种固定岩石进行高压水射流破碎的最优喷嘴的结构形式，并不断对其进行优化改进；并且实现高压水射流破岩室内实验时，有效、可靠的水路闭式循环，保证室内实验的正常进行。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种高压水射流破岩实验装置，主要由动力模块1、射流发生与检测模块2、岩样调控模块3、流体介质循环模块4和破岩装置台架5组成，所述的动力模块1为射流发生与检测模块2提供高压射流，射流发生与检测模块2射出高压射流并采集检测数据，岩样调控模块3安装于破岩装置台架5上，对岩样进行夹紧及调整，流体介质循环模块4对高压水射流破岩实验过程中流体介质进行过滤与往复循环。

所述的动力模块1中的高压泵10通过高压泵进水管41及高压泵回水管42与水箱11相连，射流发生与检测模块2通过高压胶管43与高压泵10相连，岩样调控模块3通过步进电机支撑调节丝杠323和套筒支撑调节丝杠325组装在破岩装置台架5上构成一个整体。

所述的动力模块1包括高压泵10和水箱11，高压泵10为高压水射流提供压力源，水箱11提供必不可少的水源。水箱11由水箱箱体、水箱水位计和水箱顶盖三部分构成，在水箱顶盖上开有三个通孔。

所述的射流发生与检测模块2包括喷嘴20、钢管21、压力变送器22、电磁流量计23和电磁流量计支撑24，钢管21插入破岩装置台架上部框架结构51的外侧圆周，并与之固连，喷嘴20固定连接在钢管21的左端，电磁流量计23通过法兰盘连接于钢管21的中部，高压胶管43的接头与钢管21的右端相连接；在钢管21的中部靠前位置加工有一个三通，压力变送器22通过三通与钢管21相连接。电磁流量计支撑24固定在破岩装置台架上部框架结构51的外侧。

所述的岩样调控模块3包括岩样箱30、步进电机31、步进电机支撑与升降调节机构32、丝杠33、套筒34以及套筒支撑与升降调节机构35。

在岩样箱30的顶端和右侧分别开有一个通孔，该通孔内壁面上加工有螺纹。岩样箱30的外侧左端与套筒34的前端通过插接的方式相连接，以确保连接后能够使岩样箱30上的水平刻度线304对准喷嘴20出口截面的中心且在初始时刻处于水平；步进电机31通过联轴器与丝杠33相连接，丝杠螺母331与套筒34固定连接，丝杠33的底端部位的限位挡块332可有效避免丝杠33转动时与套筒34相脱离；步进电机31通过薄钢板322固定在呈U形长条状的步进电机支撑321内，从而实现步进电机31的固定限位；步进电机支撑321与步进电机支撑调节丝杠323通过球铰相连接；同样地，套筒34坐落在与之外形相匹配的呈U形长条状的套筒支撑351内，由于套筒34较长且它随着丝杠33的转动而前后移动，因此在它下面间断性地设置了若干个套筒支撑与升降调节机构35，套筒支撑351与套筒支撑调节丝杠352通过球铰相连接。球铰连接能够保证在实验过程中，通过转动调节操控手轮324和调节操控手轮353，以调节步进电机支撑与升降调节机构32和套筒支撑与升降调节机构35的升降，能够实现岩样箱30的转动，从而精确调整高压水射流破岩时的水射流喷射角度。

其中，岩样箱30包括手轮301、岩样箱调节丝杠302和岩样加持块303，岩样箱调节丝杠302与岩样加持块303通过球铰连接，以实现当转动岩样箱调节丝杠302进而带动岩样加持块303加紧岩样的过程中，岩样加持块既能加紧岩样，同时还不随岩样箱调节丝杠302一起转动。

所述的流体介质循环模块4包括水箱进水管40、高压泵进水管41、高压泵回水管42、高压胶管43、下水管44、沉淀箱45、回水管A46、水泵47和回水管B48。通过流体介质循环模块4有效实现高压水射流破岩实验过程中流体介质的三次过滤与往复循环，以保证实验的正常进行。水箱进水管40、高压泵回水管42和回水管B48从水箱11的顶部由水箱顶盖上的通孔直接插入水箱11中，下水管44由两段管连接而成，其上部管段为钢管，钢管与破岩装置台架下部结构50上的出水口处固定连接，钢管上的操控截止阀442可调节液流向下流动的流量大小；其下部管段为柔性管，该柔性管与钢管插接在一起，以确保沉淀箱45能够自由放入破岩装置台架5底部空间或取出进行清理。高压水射流破岩过程中的流体介质采用闭式循环，为了保证实验的正常进行需要对循环利用的流体介质进行有效的三次过滤，一级过滤网411固定在高压泵进水管41插入水箱11一端的端部，二级过滤网441嵌套固定在破岩装置台架下部结构50上的出水口处，三级过滤网453固定连接在沉淀箱45出水口端部的钢管454的内侧，过滤网的大小都与相对应的管口的尺寸大小相匹配。三层过滤网的网眼目数依次增大。沉淀箱45被固定于其内部的两个隔板451分隔为三个相等的独立空间。

所述的破岩装置台架5整体呈长方体，包括破岩装置台架下部结构50、破岩装置台架上部框架结构51、透明高强的有机玻璃52以及顶盖53，其中破岩装置台架上部框架结构51的两个长边侧面为中空的框架结构，透明高强的有机玻璃52嵌固于破岩装置台架上部框架结构51两侧的中空框架内；对于破岩装置台架上部框架结构51的两个短边侧面，在连接钢管21的短边侧面上加工有与钢管21尺寸相匹配的通孔，而在另一短边侧面上则开有一个与丝杠33尺寸相匹配的垂直状长槽以提供丝杠33在垂直方向上移动空间。

破岩装置台架下部结构50由顶板和位于顶板下部四个角的台架支腿构成，顶板与四个台架支腿固定组装在一起，在顶板上的相应位置处打有与步进电机支撑与升降调节机构32和套筒支撑与升降调节机构35相对应的通孔，且通孔内加工有与步进电机支撑调节丝杠323和套筒支撑调节丝杠352相适宜的螺纹，顶板的表面呈向出水口方向倾斜的斜面，以确保实验过程中的流体介质（包括水与破碎下来的岩屑颗粒）能够尽快排出。破岩装置台架上部框架结构51固定在破岩装置台架下部结构50的顶板上，在固定连接处应保证其密封性，不能漏水。

本实用新型的工作过程是：

首先，选取所要进行高压水射流破岩实验的岩石样品，并将该岩石样品制作成一定的规格尺寸的立方体岩样，岩样的尺寸要比岩样箱30小。将制作好的岩样紧贴着标记有水平刻度线304一侧的位置放入岩样箱30内，转动手轮301调节岩样加持块303的位置，以实现岩样的加紧。打开水源使清水沿水箱进水管40流入水箱11中，观察水箱水位计中水位的刻度值，待水箱蓄满水后关闭水源。

其次，开启高压泵10，此时水箱11中的清水通过一级过滤网411经高压泵进水管41进入高压泵10，高压泵10排出的多余的水由高压泵回水管42流回水箱11。由高压泵10加压后获得的高压水经高压胶管43流入钢管21，高压水依次流经电磁流量计20、压力变送器22，最后达到喷嘴20，由喷嘴20的出口高速喷射出去形成高压水射流，形成的高压水射流打击到放置于岩样箱30内的岩样表面上实现高压水射流破岩，由电磁流量计20和压力变送器22检测获取的高压水流量和压力，通过数据采集系统相关仪器获得。高压水射流破岩实验的初始阶段步进电机31、丝杠33、套筒34以及岩样箱30处于同一水平轴线上，此时的高压水射流喷射角，即高压水射流与岩样外表面法线方向的夹角为零，通过转动调节操控手轮324与若干个调节操控手轮353，以实现分别调节步进电机31与套筒34在垂直方向上位置，从而实现改变高压水射流喷射角的目的，需要指出的是，在调节过程中应确保水平刻度线304的右侧端部位置与喷嘴20的中心处于同一轴线上，测量高压水射流喷射角的具体操作方法为将一根细线按在透明高强的有机玻璃52上，使细线的一头与喷嘴20的中心轴线相重合，细线的另一头与水平刻度线304的右侧端部位置相重合，用量角器测量出细线与水平刻度线304之间的夹角（锐角）即为高压水射流喷射角。此外，通过控制步进电机31的转动，带动丝杠33随之转动，从而使得套筒34连带着岩样箱30沿着轴线方向前后移动，继而实现改变高压水射流喷射靶距（喷嘴出口端到岩样外表面的距离）的目的。需要指出的是，考虑到高压水射流破岩实验过程中的危险性，因此对于高压水射流喷射角与喷射靶距的调节应在高压泵10停止工作的状态下进行。

再次，在高压泵10启动进行高压水射流破岩实验的过程中，实验人员可以通过透明高强的有机玻璃52观察到高压水射流破岩的全过程。此外，还可以运用流场测试仪器，诸如粒子图像测速仪（PIV）等对高压水射流破岩过程中的相关流场情况进行检测以获取相应的数据资料。

最后，放置于岩样箱30内的岩样经高压水射流打击破碎后，溅落下来的水和从岩样上剥落下来的岩屑颗粒混杂着滴落到破岩装置台架下部结构50的顶板表面上，沿着顶板表面的斜面向出水口处流动汇聚，混杂着岩屑颗粒的水流经二级过滤网441后，固液混合物中的一些大颗粒岩屑被挡住残留在破岩装置台架下部结构50的顶板表面上，未被过滤掉的固液混合物则继续顺着下水管44流进沉淀箱45的第一个独立空间中，通过操控截止阀442可以调节固液混合流向下流动的流量大小。随着流入沉淀箱45中的固液混合流体积的增多，当固液混合流的液面高度超过第一个隔板451时，固液混合流则流入沉淀箱45的第二个独立空间中，最后流入沉淀箱45的第三个独立空间，随着固液混合流在沉淀箱45的三个独立空间内的流动，固液混合流中的部分岩屑颗粒逐级沉淀在三个独立空间的底部，当处于第三个独立空间内的固液混合流液面到达钢管454端口部位，流经三级过滤网453后最终流到钢管454中，此时的固液混合流中的岩屑颗粒已经微乎其微了，几乎接近于初始状态的清水，当水流流经水位开关455时启动水泵47，此时的水流便可以轻而易举的沿着回水管A46和回水管B48流回到水箱11中，至此便完成了一个水循环过程。

本实用新型的优点和有益效果是：在同一实验平台上，利用固定的实验装置，仅通过更换不同结构型式的喷嘴就能够实现对不同喷嘴进行高压水射流破岩的试验研究，从而达到检测不同喷嘴性能的目的，并可不断对其结构型式进行优化改进以提升喷嘴的性能。内部空间可调节的岩样箱可以满足不同规格尺寸的岩样进行高压水射流破岩实验的要求，此外还能够给岩样表面施加一定力的作用，在一定程度上能够模拟岩样处于地下时周围受到围压作用的状况。高压水射流喷射靶距与喷射角度的双重调节，能够更好地研究对于某一固定岩样进行高压水射流破岩时的相关工艺参数与影响规律。三级过滤网以及沉淀箱的设置能够有效确保实验用水流的闭式循环，以保证高压水射流破岩实验的正常进行。

附图说明

图1为高压水射流破岩实验装置的整体示意图

图2为岩样箱与岩样加持调节机构的示意图

图中：

1、动力模块：10、高压泵  11、水箱；

2、射流发生与检测模块：20、喷嘴  21、钢管  22、压力变送器  23、电磁流量计  24、电磁流量计支撑；

3、岩样调控模块：30、岩样箱  301、手轮  302、岩样箱调节丝杠  303、岩样加持块304、水平刻度线  31、步进电机  32、步进电机支撑与升降调节机构  321、步进电机支撑322、薄钢板  323、步进电机支撑调节丝杠  324、调节操控手轮  33、丝杠  331、丝杠螺母  332、限位挡块  34、套筒  35、套筒支撑与升降调节机构  351、套筒支撑  352、套筒支撑调节丝杠  353、调节操控手轮；

4、流体介质循环模块：40、水箱进水管  41、高压泵进水管  411、一级过滤网  42、高压泵回水管  43、高压胶管  44、下水管  441、二级过滤网  442、截止阀  45、沉淀箱  451、隔板  452、万向轮  453、三级过滤网  454、钢管  455、水位开关  46、回水管A  47水泵  48、回水管B；

5、破岩装置台架：50、破岩装置台架下部结构  51、破岩装置台架上部框架结构  52、透明高强的有机玻璃  53、顶盖。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步介绍。

图1是本发明一种高压水射流破岩实验装置的整体示意图，可见其主要由动力模块1、射流发生与检测模块2、岩样调控模块3、流体介质循环模块4和破岩装置台架5组成，所述的动力模块1为射流发生与检测模块2提供高压射流，射流发生与检测模块2射出高压射流并采集检测数据，岩样调控模块3安装于破岩装置台架5上，对岩样进行夹紧及调整，流体介质循环模块4对高压水射流破岩实验过程中流体介质进行过滤与往复循环。

所述的动力模块1中的高压泵10通过高压泵进水管41及高压泵回水管42与水箱11相连，射流发生与检测模块2通过高压胶管43与高压泵10相连，岩样调控模块3通过步进电机支撑调节丝杠323和套筒支撑调节丝杠325组装在破岩装置台架5上构成一个整体。

所述的动力模块1包括高压泵10和水箱11，高压泵10为高压水射流提供压力源，水箱11提供必不可少的水源。水箱11由水箱箱体、水箱水位计和水箱顶盖三部分构成，在水箱顶盖上开有三个通孔。

所述的射流发生与检测模块2包括喷嘴20、钢管21、压力变送器22、电磁流量计23和电磁流量计支撑24，钢管21插入破岩装置台架上部框架结构51的外侧圆周，并与之固连，喷嘴20固定连接在钢管21的左端，电磁流量计23通过法兰盘连接于钢管21的中部，高压胶管43的接头与钢管21的右端相连接；在钢管21的中部靠前位置加工有一个三通，压力变送器22通过三通与钢管21相连接。电磁流量计支撑24固定在破岩装置台架上部框架结构51的外侧。

所述的岩样调控模块3包括岩样箱30、步进电机31、步进电机支撑与升降调节机构32、丝杠33、套筒34以及套筒支撑与升降调节机构35。

在岩样箱30的顶端和右侧分别开有一个通孔，该通孔内壁面上加工有螺纹。岩样箱30的外侧左端与套筒34的前端通过插接的方式相连接，以确保连接后能够使岩样箱30上的水平刻度线304对准喷嘴20出口截面的中心且在初始时刻处于水平；步进电机31通过联轴器与丝杠33相连接，丝杠螺母331与套筒34固定连接，丝杠33的底端部位的限位挡块332可有效避免丝杠33转动时与套筒34相脱离；步进电机31通过薄钢板322固定在呈U形长条状的步进电机支撑321内，从而实现步进电机31的固定限位；步进电机支撑321与步进电机支撑调节丝杠323通过球铰相连接；同样地，套筒34坐落在与之外形相匹配的呈U形长条状的套筒支撑351内，由于套筒34较长且它随着丝杠33的转动而前后移动，因此在它下面间断性地设置了若干个套筒支撑与升降调节机构35，套筒支撑351与套筒支撑调节丝杠352通过球铰相连接。球铰连接能够保证在实验过程中，通过转动调节操控手轮324和调节操控手轮353，以调节步进电机支撑与升降调节机构32和套筒支撑与升降调节机构35的升降，能够实现岩样箱30的转动，从而精确调整高压水射流破岩时的水射流喷射角度。

其中，岩样箱30的结构如图2所示，包括手轮301、岩样箱调节丝杠302和岩样加持块303，岩样箱调节丝杠302与岩样加持块303通过球铰连接，以实现当转动岩样箱调节丝杠302进而带动岩样加持块303加紧岩样的过程中，岩样加持块既能加紧岩样，同时还不随岩样箱调节丝杠302一起转动。

所述的流体介质循环模块4包括水箱进水管40、高压泵进水管41、高压泵回水管42、高压胶管43、下水管44、沉淀箱45、回水管A46、水泵47和回水管B48。通过流体介质循环模块4有效实现高压水射流破岩实验过程中流体介质的三次过滤与往复循环，以保证实验的正常进行。水箱进水管40、高压泵回水管42和回水管B48从水箱11的顶部由水箱顶盖上的通孔直接插入水箱11中，下水管44由两段管连接而成，其上部管段为钢管，钢管与破岩装置台架下部结构50上的出水口处固定连接，钢管上的操控截止阀442可调节液流向下流动的流量大小；其下部管段为柔性管，该柔性管与钢管插接在一起，以确保沉淀箱45能够自由放入破岩装置台架5底部空间或取出进行清理。高压水射流破岩过程中的流体介质采用闭式循环，为了保证实验的正常进行需要对循环利用的流体介质进行有效的三次过滤，一级过滤网411固定在高压泵进水管41插入水箱11一端的端部，二级过滤网441嵌套固定在破岩装置台架下部结构50上的出水口处，三级过滤网453固定连接在沉淀箱45出水口端部的钢管454的内侧，过滤网的大小都与相对应的管口的尺寸大小相匹配。三层过滤网的网眼目数依次增大。沉淀箱45被固定于其内部的两个隔板451分隔为三个相等的独立空间。

所述的破岩装置台架5整体呈长方体，包括破岩装置台架下部结构50、破岩装置台架上部框架结构51、透明高强的有机玻璃52以及顶盖53，其中破岩装置台架上部框架结构51的两个长边侧面为中空的框架结构，透明高强的有机玻璃52嵌固于破岩装置台架上部框架结构51两侧的中空框架内；对于破岩装置台架上部框架结构51的两个短边侧面，在连接钢管21的短边侧面上加工有与钢管21尺寸相匹配的通孔，而在另一短边侧面上则开有一个与丝杠33尺寸相匹配的垂直状长槽以提供丝杠33在垂直方向上移动空间。

破岩装置台架下部结构50由顶板和位于顶板下部四个角的台架支腿构成，顶板与四个台架支腿固定组装在一起，在顶板上的相应位置处打有与步进电机支撑与升降调节机构32和套筒支撑与升降调节机构35相对应的通孔，且通孔内加工有与步进电机支撑调节丝杠323和套筒支撑调节丝杠352相适宜的螺纹，顶板的表面呈向出水口方向倾斜的斜面，以确保实验过程中的流体介质（包括水与破碎下来的岩屑颗粒）能够尽快排出。破岩装置台架上部框架结构51固定在破岩装置台架下部结构50的顶板上，在固定连接处应保证其密封性，不能漏水。

本实用新型的工作过程是：

首先，选取所要进行高压水射流破岩实验的岩石样品，并将该岩石样品制作成一定的规格尺寸的立方体岩样，岩样的尺寸要比岩样箱30小。将制作好的岩样紧贴着标记有水平刻度线304一侧的位置放入岩样箱30内，转动手轮301调节岩样加持块303的位置，以实现岩样的加紧。打开水源使清水沿水箱进水管40流入水箱11中，观察水箱水位计中水位的刻度值，待水箱蓄满水后关闭水源。

其次，开启高压泵10，此时水箱11中的清水通过一级过滤网411经高压泵进水管41进入高压泵10，高压泵10排出的多余的水由高压泵回水管42流回水箱11。由高压泵10加压后获得的高压水经高压胶管43流入钢管21，高压水依次流经电磁流量计20、压力变送器22，最后达到喷嘴20，由喷嘴20的出口高速喷射出去形成高压水射流，形成的高压水射流打击到放置于岩样箱30内的岩样表面上实现高压水射流破岩，由电磁流量计20和压力变送器22检测获取的高压水流量和压力，通过数据采集系统相关仪器获得。高压水射流破岩实验的初始阶段步进电机31、丝杠33、套筒34以及岩样箱30处于同一水平轴线上，此时的高压水射流喷射角，即高压水射流与岩样外表面法线方向的夹角为零，通过转动调节操控手轮324与若干个调节操控手轮353，以实现分别调节步进电机31与套筒34在垂直方向上位置，从而实现改变高压水射流喷射角的目的，需要指出的是，在调节过程中应确保水平刻度线304的右侧端部位置与喷嘴20的中心处于同一轴线上，测量高压水射流喷射角的具体操作方法为将一根细线按在透明高强的有机玻璃52上，使细线的一头与喷嘴20的中心轴线相重合，细线的另一头与水平刻度线304的右侧端部位置相重合，用量角器测量出细线与水平刻度线304之间的夹角（锐角）即为高压水射流喷射角。此外，通过控制步进电机31的转动，带动丝杠33随之转动，从而使得套筒34连带着岩样箱30沿着轴线方向前后移动，继而实现改变高压水射流喷射靶距（喷嘴出口端到岩样外表面的距离）的目的。需要指出的是，考虑到高压水射流破岩实验过程中的危险性，因此对于高压水射流喷射角与喷射靶距的调节应在高压泵10停止工作的状态下进行。

再次，在高压泵10启动进行高压水射流破岩实验的过程中，实验人员可以通过透明高强的有机玻璃52观察到高压水射流破岩的全过程。此外，还可以运用流场测试仪器，诸如粒子图像测速仪（PIV）等对高压水射流破岩过程中的相关流场情况进行检测以获取相应的数据资料。

最后，放置于岩样箱30内的岩样经高压水射流打击破碎后，溅落下来的水和从岩样上剥落下来的岩屑颗粒混杂着滴落到破岩装置台架下部结构50的顶板表面上，沿着顶板表面的斜面向出水口处流动汇聚，混杂着岩屑颗粒的水流经二级过滤网441后，固液混合物中的一些大颗粒岩屑被挡住残留在破岩装置台架下部结构50的顶板表面上，未被过滤掉的固液混合物则继续顺着下水管44流进沉淀箱45的第一个独立空间中，通过操控截止阀442可以调节固液混合流向下流动的流量大小。随着流入沉淀箱45中的固液混合流体积的增多，当固液混合流的液面高度超过第一个隔板451时，固液混合流则流入沉淀箱45的第二个独立空间中，最后流入沉淀箱45的第三个独立空间，随着固液混合流在沉淀箱45的三个独立空间内的流动，固液混合流中的部分岩屑颗粒逐级沉淀在三个独立空间的底部，当处于第三个独立空间内的固液混合流液面到达钢管454端口部位，流经三级过滤网453后最终流到钢管454中，此时的固液混合流中的岩屑颗粒已经微乎其微了，几乎接近于初始状态的清水，当水流流经水位开关455时启动水泵47，此时的水流便可以轻而易举的沿着回水管A46和回水管B48流回到水箱11中，至此便完成了一个水循环过程。

上述实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种高压水射流破岩实验装置，包括动力模块（1）、射流发生与检测模块（2）、岩样调控模块（3）、流体介质循环模块（4）和破岩装置台架（5），其特征在于： 

所述的动力模块（1）为射流发生与检测模块（2）提供高压射流，射流发生与检测模块（2）射出高压射流并采集检测数据，岩样调控模块（3）安装于破岩装置台架（5）上，对岩样进行夹紧及调整，流体介质循环模块（4）对高压水射流破岩实验过程中流体介质进行过滤与往复循环。 

2.根据权利要求1所述的一种高压水射流破岩实验装置，其特征在于： 

所述的动力模块（1）包括高压泵（10）和水箱（11），高压泵（10）为高压水射流提供压力源，水箱（11）提供水源。 

3.根据权利要求2所述的一种高压水射流破岩实验装置，其特征在于： 

所述的动力模块（1）中的高压泵（10）通过流体介质循环模块（4）的高压泵进水管（41）及高压泵回水管（42）与水箱（11）相连，射流发生与检测模块（2）通过高压胶管（43）与高压泵（10）相连，岩样调控模块（3）通过步进电机支撑调节丝杠（323）和套筒支撑调节丝杠（325）组装在破岩装置台架（5）上构成一个整体。 

4.根据权利要求1所述的一种高压水射流破岩实验装置，其特征在于： 

所述的射流发生与检测模块（2）包括喷嘴（20）、钢管（21）、压力变送器（22）、电磁流量计（23）和电磁流量计支撑（24），钢管（21）插入破岩装置台架上部框架结构（51）的外侧圆周，并与之固连；喷嘴（20）固定连接在钢管（21）的左端，电磁流量计（23）通过法兰盘连接于钢管（21）的中部，高压胶管（43）的接头与钢管（21）的右端相连接；在钢管（21）的中部靠前位置加工有一个三通，压力变送器（22）通过三通与钢管（21）相连接；电磁流量计支撑（24）固定在破岩装置台架上部框架结构（51）的外侧。 

5.根据权利要求1所述的一种高压水射流破岩实验装置，其特征在于： 

所述的岩样调控模块（3）包括岩样箱（30）、步进电机（31）、步进电机支撑与升降调节机构（32）、丝杠（33）、套筒（34）以及套筒支撑与升降调节机构（35）； 

所述的岩样箱（30）的外侧左端与套筒（34）的前端相连接，岩样箱（30）上的水平刻度线（304）对准喷嘴（20）出口截面的中心且在初始时刻处于水平； 

所述的步进电机（31）通过联轴器与丝杠（33）相连接，丝杠螺母（331）与套筒（34）固定连接，丝杠（33）的底端部位的限位挡块（332）避免丝杠（33）转动时与套筒（34）相脱离；步进电机（31）通过薄钢板（322）固定在呈U形长条状的步进电机支撑（321）内；步进电机支撑（321）与步进电机支撑调节丝杠（323）通过球铰相连接； 

所述的套筒（34）坐落在与之外形相匹配的呈U形长条状的套筒支撑（351）内，套筒（34）下面间断性地设置了若干个套筒支撑与升降调节机构（35），套筒支撑（351）与套筒支撑调节丝杠（352）通过球铰相连接，通过转动调节操控手轮（324）和调节操控手轮（353），以调节步进电机支撑与升降调节机构（32）和套筒支撑与升降调节机构（35）的升降，以及岩样箱（30）的转动。 

6.根据权利要求5所述的一种高压水射流破岩实验装置，其特征在于： 

所述的岩样箱（30）包括手轮（301）、岩样箱调节丝杠（302）和岩样加持块（303），岩样箱调节丝杠（302）与岩样加持块（303）通过球铰连接，转动岩样箱调节丝杠（302） 带动岩样加持块（303）加紧岩样，且岩样加持块（303）不随岩样箱调节丝杠（302）一起转动。 

7.根据权利要求1所述的一种高压水射流破岩实验装置，其特征在于： 

所述的流体介质循环模块（4）包括水箱进水管（40）、高压泵进水管（41）、高压泵回水管（42）、高压胶管（43）、下水管（44）、沉淀箱（45）、回水管A（46）、水泵（47）和回水管B（48），其中水箱进水管（40）、高压泵回水管（42）和回水管B（48）从动力模块（1）的水箱（11）的顶部由水箱顶盖上的通孔插入水箱（11）中；下水管（44）由两段管连接而成，其上部管段为钢管，钢管与破岩装置台架下部结构（50）上的出水口处固定连接，钢管上的操控截止阀（442）可调节液流向下流动的流量大小；其下部管段为柔性管，该柔性管与钢管插接在一起。 

8.根据权利要求7所述的一种高压水射流破岩实验装置，其特征在于： 

所述的流体介质循环模块（4）包括三次过滤，一级过滤网（411）固定在高压泵进水管（41）插入水箱（11）一端的端部，二级过滤网（441）嵌套固定在破岩装置台架下部结构（50）上的出水口处，三级过滤网（453）固定连接在沉淀箱（45）出水口端部的钢管（454）的内侧，过滤网的大小都与相对应的管口的尺寸大小相匹配；三层过滤网的网眼目数依次增大；沉淀箱（45）被固定于其内部的两个隔板（451）分隔为三个相等的独立空间。 

9.根据权利要求1所述的一种高压水射流破岩实验装置，其特征在于： 

所述的破岩装置台架（5）整体呈长方体，包括破岩装置台架下部结构（50）、破岩装置台架上部框架结构（51）、透明高强的有机玻璃（52）以及顶盖（53），其中破岩装置台架上部框架结构（51）的两个长边侧面为中空的框架结构，透明高强的有机玻璃（52）嵌固于破岩装置台架上部框架结构（51）两侧的中空框架内；对于破岩装置台架上部框架结构（51）的两个短边侧面，在连接钢管（21）的短边侧面上加工有与钢管（21）尺寸相匹配的通孔，而在另一短边侧面上则开有一个与丝杠（33）尺寸相匹配的垂直状长槽以提供丝杠（33）在垂直方向上移动空间。 

10.根据权利要求9所述的一种高压水射流破岩实验装置，其特征在于： 

所述的破岩装置台架下部结构（50）由顶板和固定于顶板下部四个角的台架支腿构成，在顶板上的相应位置处打有与步进电机支撑与升降调节机构（32）和套筒支撑与升降调节机构（35）相对应的通孔，且通孔内加工有与步进电机支撑调节丝杠（323）和套筒支撑调节丝杠（352）相适宜的螺纹，顶板的表面呈向出水口方向倾斜的斜面；破岩装置台架上部框架结构（51）固定在破岩装置台架下部结构（50）的顶板上，在固定连接处应保证其密封性。 

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