磨料射流

摘要： 针对先进陶瓷材料的高效、精密加工,提出了一种基于流体自激的新型磨料水射流加工方法——自激振荡磨料水射流加工(SEO-AWJM)。采用ANSYS Fluent大涡模拟模型进行了流体仿真,仿真结果表明:当入口流速为135 m/s,腔长为4 mm时,下游喷嘴出口脉冲率最大达到28.47%。射流束的脉冲特性使得工件表面停滞层周期性变化,从而获得更高的峰值壁面剪切力,且该力在工件表面往复移动。通过SEO-AWJM实验,调节腔室长度获得最佳流体自激效果并对氮化硅基片进行加工。实验结果表明:定点加工10 min,使用磨料水射流加工去除最大深度为7.5μm,使用SEO-AWJM去除最大深度为9.4μm。初始表面粗糙度Ra为108.9 nm,磨料水射流加工6次后,Ra达到稳定值47.9 nm,SEO-AWJM加工4次后,Ra达到稳定值51.3 nm。

摘要： 采用CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics with Discrete Element Method),模拟了磨料射流中颗粒在清水与0.2%(以质量分数计)胍胶溶液中的运动过程,研究了颗粒的运动轨迹、颗粒在喷嘴轴线位置处的速度变化情况、流体参数对射流扩散及颗粒空间分布的影响。在喷嘴收缩段内,胍胶溶液中的颗粒加速最快;在喷嘴外,随喷射距离的增加,胍胶溶液中心射流的速度衰减较快,清水中颗粒的减速较慢。在射流中心区域,与清水相比,胍胶溶液的射流中心处的颗粒占比相对较少,分布较为分散。研究结果表明,相比清水,胍胶溶液使得颗粒速度的加速更快,颗粒冲击能量更强,辅助钻井破岩的能力更强。

摘要： N00工法是一种节约资源并能降低开采成本的长壁采煤工法,快速无伤定向切割顶板岩石使采空区顶板垮落是该工法的关键。基于水射流理论与技术,提出了利用磨料射流定向切割顶板的新思路,研究了磨料射流定向切顶系统的结构组成及工作原理,设计了水射流喷嘴、切割喷头、定向器、输送机及磨料供给系统等关键部件的结构与尺寸,通过实验优化了磨料射流定向切顶的最优工作参数,并于陕西某矿S1201-Ⅱ工作面进行了顶板切割试验。结果表明,在射流压力25 MPa,喷嘴直径1.5 mm,磨料类型黄沙/石英砂,磨料质量分数3.5%,切割速度4.4 mm/s条件下,系统可在1个循环时间(50 min)、1个步距(840 mm)范围内对7000~8000 mm长度的4孔同步定向切缝,实现对留巷顶板的快速高效定向切割。

摘要： 目的提高磨料水射流在浸没环境中的加工能力,研究流体自激脉冲特性对磨料水射流抛光的影响。方法提出一种基于流体自激脉冲特性的磨料水射流浸没式抛光方法,简称浸没式自激振荡磨料水射抛光(Submerged Self-excited Oscillation Abrasive Water Jet Polishing,SSEO-AWJP),利用腔室特定边界条件,使磨料水射流获得自激脉冲特性,使其在水中获得更好的加工性能。首先利用数值模拟分析自激脉冲射流在浸没环境下的流体状态;之后研究喷嘴与工件的轴向距离和入射角度对加工表面受力的影响;最后搭建SSEO-AWJP加工实验平台,进行氮化硅抛光对比实验,以验证流体自激脉冲特性对提高浸没环境中磨料水射抛光能力的有效性。结果SSEO-AWJP射流束在液体中以脉冲的形式存在,并具有更好的保持性。当射流束冲击工件时,其脉冲特性破坏了工件表面停滞层的稳定性,使得峰值壁面剪切力Pfm在工件表面往复移动并增大,以实现材料的高效去除。氮化硅表面抛光实验表明,相同条件下,定点加工25 min,浸没式磨料水射流抛光加工区域的最大去除深度为6.86μm,SSEO-AWJP加工区域的最大深度为17.30μm。浸没式磨料水射流加工14次后,粗糙度Ra稳定在35.7 nm;SSEO-AWJP加工5次后,Ra稳定在48.8 nm。使用SSEO-AWJP加工的工件,其表面粗糙度的下降速度始终大于磨料水射流,但是受磨粒动能影响,相同条件下,SSEO-AWJP的表面粗糙度会更高,而使用更细的磨料,可以令两种方法加工后的表面质量更加接近。结论通过数值模拟与实验分析验证了SSEO-AWJP的有效性,利用自激脉冲特性可以实现磨料水射流在浸没环境下达到高效加工的目的。

摘要： 针对油井定向钻孔技术应用于水平井作业中,传统钻铣工艺在套管上无法开窗这一工艺难题,提出水力喷砂射孔的工艺措施。依据材料冲蚀磨损理论和磨料射流切割原理,利用水力喷砂射孔技术切割套管。以Fluent流场分析为基础,对喷嘴的结构进行设计,运用Solidworks软件,对喷嘴及相关部件三维建模与装配,并用Gambit划分网格,使用计算流体力学软件ANSYS CFD对喷嘴及相关部件进行CFD流体力学数值模拟,应用FLUENT模拟仿真,得到现有工况要求下能实现套管开窗的合理喷嘴结构,以及辅助装置。最后得到不同工况下喷孔数目、直径、角度等结构参数。并且FLUENT流体仿真时,分别对压力、靶距、磨料颗粒的大小,浓度进行改变,对各种情况下的模拟开窗效果进行比较,得出最优开窗效果下的各项指标参数。

摘要： 为研究前混合磨料射流冲击割缝岩石性能,将两相随机混合的光滑粒子用于模拟磨料射流,基于RHT(Riedel Hiermaier Thoma)本构模型建立了岩石割缝流固耦合数值模型。模拟和实验岩石割缝深度随射流横移速度变化规律一致,建立了数值模拟和实验磨料射流横移速度关系。岩石割缝位置中心和边缘的岩石单元损伤失效速率不同,分别呈现瞬时损伤失效和多次阶跃累积损伤特征。磨料颗粒冲击岩石概率与磨料射流浓度有关,当磨料浓度小于10%时,岩石割缝深度上升较快。岩石割缝深度随射流直径增大呈指数上升并趋于不变,后侧磨料颗粒冲击岩石作用随射流直径增大而减弱,当射流直径大于1.2 mm以后,岩石割缝深度均近似等于6.3 mm。岩石割缝深度随射流压力总体呈上升趋势,但在15 MPa~35 MPa压力范围内,磨料射流割缝岩石深度增大速率相对较低。该研究结果对前混合磨料射流横移速度、浓度、压力和直径等参数选择具有重要的指导作用。

摘要： 目前国内水下油气田、深水钻完井正处于快速发展阶段,近两年也有多个水下井口油气田进入整体弃置阶段。本文以近年国内的水下井口弃置作业为导入,结合磨料射流设备及国外一些作业案例,进行水下井口弃置方案的研究。该研究可为我国后续深水水下井口弃置作业提供一种思路或备用方案。

摘要： 为了研究液氮-冰粒射流的形成过程和冲击效果,采用可视化试验研究了水滴凝固过程中内部温度及外部特征变化情况,成功调制出液氮-冰粒射流,并进行靶件冲蚀试验。结果表明:体积为5μL的水滴在液氮中(-196°C)凝固内部温度变化分为预冷、凝固、冷却3个阶段,且水滴凝固速度较快,可在1.5 s内完成凝固;水滴凝固时,首先在外侧形成冰壳,再逐步向内凝结,由于体积变化,会导致冰粒局部破裂,需对冰粒体积进行优选;设计并加工了液氮-冰粒射流试验装置;通过靶件冲蚀试验,证实了液氮-冰粒射流的冲击效果显著好于纯液氮射流,在聚丙烯聚合物上的冲击除漆效果优于在铝合金板上的冲击效果。研究成果为液氮-冰粒射流的发展提供了理论基础。

摘要： 我国煤层气资源丰富,但是“单井产量低”长期难以改变。提出了煤层气水平井水力喷射分段造穴的新思路,旨在大范围释放储层应力、提高渗透率,从而提高单井产量。首先介绍了水平井水力喷射分段造穴的优势:灵活调控洞穴形状和尺寸、定点喷射、精准分段、多簇卸压、构建体积缝网、符合煤炭原位流态化开采的科学构想。然后,采用有限元-离散元耦合方法(Finite-Discrete Element Method)建立了水平井造穴诱导煤层应力演化流-固耦合模型,计算了多段洞穴形成的应力释放区域,描述了穴周、穴间应力干扰区诱导形成的裂缝分布特征,阐释了水平井分段造穴应力释放开采煤层气的原理。其次,开展了淹没条件下磨料直射流和旋转磨料射流喷射煤岩的室内实验,研究了磨料射流喷射煤岩的成孔形态和破坏模式及天然裂隙对破坏作用的影响,发现磨料射流冲击下,层裂是煤岩重要的破裂机制。接着,介绍了裸眼井、筛管井、套管井、顶底板间接改造井等不同水平井完井方式下水力喷射分段造穴的井下核心工具、工艺流程和煤粉返排方式。最后,探讨了该技术的地质储层适应性和应用前景,有望在构造煤、深部煤、煤系薄互层及压裂造缝效果欠佳或无法实现分支井眼重入的松软煤层等推广应用。

摘要： 磨料射流是一种操作简单、切割效率高的绿色加工技术。在矿山开采、油气开发等领域,被广泛应用于破碎煤岩。磨料射流破煤是射流能量传递、转化和释放的过程。射流能量以循环、冲击载荷形式直接加载于射流-煤岩接触区域,并以球面应力波形式向煤岩内部传递。当应力波能量高于煤体破坏阈值,煤体发生破坏。然而,目前磨料射流破煤过程中的应力波传播规律及有效破煤范围不明确。因此,基于应力波效应分析了局部微裂纹时起裂时的煤岩能量密度,结合磨料射流特性,建立了描述磨料射流破煤能量准则;采用能量等效方法,基于SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar,分离式霍普金森杆)实验,研究了相同入射能量下煤样能耗规律及破坏特征,计算了能量准则中的煤岩参数;在此基础上,采用DIC(Digital Image Correlation,数字图像相关法)实验获取了磨料射流冲击下应力波传播规律,并采用能量准则计算了磨料射流破煤的理论范围;通过对比实际和理论破煤深度,验证了磨料射流破煤能量准则。结果表明:磨料射流冲击过程中,煤体发生破坏的能量阈值决定于应力波波速、煤岩破碎能耗密度、碎块平均粒径及磨料射流冲击频率。随入射能量增加,煤样应变率增大,能耗密度增加,但入射能量有效利用率降低;煤体吸收的能量,主要是被用于微裂纹扩展,且破碎后的碎块平均直径与煤样应变率呈一次函数关系。球面应力波传播过程中具有明显时空特征,且沿传播方向能量发生衰减;又由于煤体原生孔、裂隙发育,应力波会出现聚集、叠加,导致局部能量增加。当应力波能量高于煤体裂纹起裂时的能量阈值时,煤体出现破坏。

摘要： 针对浅海采油平台退役后需要在泥面以下5m切割套管的工程需求,进行了在淹没条件下对套管切割有影响的关键因素室内实验.采用单因素实验法,得出室内切割N80材质,外径244.5mm套管的实验数据.通过绘制关系曲线及简要原因分析,对磨料射流切割套管的参数进行了优化,为浅海地区采油平台弃井时,磨料射流切割套管施工参数选择提供理论参考.

摘要： 针对浅海采油平台退役后需要在泥面以下5m切割套管的工程需求,进行了在淹没条件下对套管切割有影响的关键因素室内实验.采用单因素实验法,得出室内切割N80材质、外径244.5mm套管的实验数据.通过关系曲线绘制及简要原因分析,对磨料射流切割套管的参数进行了优化,为浅海地区采油平台弃井时磨料射流切割套管施工参数选择提供理论参考.

摘要： 海上油气生产设施弃置需要配置高效、安全环保的废弃切割处理技术及设备,磨料射流井下切割技术用于海上弃井作业优势明显.国外磨料射流切割技术已向超高压、大流量、多层切割方向发展,大部分切割设备工作压力已超过100MPa,而国内高压及超高压磨料射流切割技术刚刚起步,基本仅限于陆上切割作业应用.中海油工程技术公司通过自主研发和关键技术引进创新,已具备250MPa超高压磨料射流井下内切割技术及设备一体化服务能力,该技术应用前景广阔.

摘要： 提高深部复杂地层机械钻速,迫切需要发展新型高效破岩钻井技术.井底磨料射流钻井技术是一种极具发展潜力的新型破岩钻井技术.研制了试验装置用以模拟井底工况,开展了围压条件下磨料射流破岩的试验研究.研究结果表明,磨料粒子的硬度越高,存在棱角,则磨料射流对岩石的切削和冲蚀能力越强;随着磨料粒子直径和浓度的增大,磨料射流破岩效率呈先增大后减小的趋势,存在最优磨料粒径和浓度;磨料射流的破岩效率随着围压的增大而下降,随着射流压力的增大逐渐增强,存在破岩的最优喷距.研究结果为井底磨料流钻井工具的研制和相关工艺技术的开发提供了理论依据.

摘要： 磨料射流破岩射孔深度与其影响因素之间存在着复杂的非线性关系，因此数学模型的建立存在很大困难。将BP网络引入该领域，建立了射孔深度的神经网络预测模型。介绍了BP网络基本原理、样本集构造、网络层数确定、隐节点个数确定的具体方法。并通过一个实例对建立的网络进行了训练与验证，结果显示，网络的平均预测误差仅为3.54％，完全满足工程需要。

摘要： 利用传统数学物理方法建立的磨料射流切割深度数学模型精度不高，提出利用支持向量回归机（SV ）来进行磨料射流切割深度预测的新方法。通过对已有的实验数据进行学习和训练，确定了向量回归机的主要性能参数，建立了切割深度的支持向量机预测模型，并利用实验数据进行了验证。结果表明，这种新方法的预测精度较高，平均相对误差为4%，在磨料射流切割领域具有很好的应用前景。

摘要： 通过液体流量试验台测试表明，同一副喷油嘴偶件与不同喷油器体组装成的喷油器总成，在试验条件相同的情况下，其喷油量也有较大差异;用同一根钻头在数控喷孔钻上加工出的喷油嘴偶件，其喷油量也不同。原因在于喷油器体的高压油道及喷油嘴孔在加工完成后其表面存有毛刺。喷油器体的高压油道及喷油嘴孔内表面毛刺的去除不彻底，已成为制约燃油喷射系统质量的一个瓶颈问题。通过磨料射流技术在喷油嘴喷孔和喷油器体高压油道的加工实践，有效去除了喷油器体中高压油道内、喷油嘴孔与压力室之间的毛刺，提高了喷油嘴的液体流量系数，从而获得良好的燃油雾化效果，改善柴油机的性能。历时两年研制成功了一种磨料浆体射流内孔表面加工机床及其工艺结构，特别是一种基于电磁阀控制加压与供料及双料罐循环使用的磨料浆体射流多工位加工机床，开创了磨料射流技术去内孔毛刺的新方法。

摘要： 本文从旋转磨料射流的形成出发,分析了旋转磨料射流的旋流强度、磨料冲击压力、破岩机理等特性,通过研究旋转磨料射流的加旋方式和磨料添加方式,探讨了磨料颗粒在旋转流动情况下对喷嘴的磨损情况,分析了现有旋转磨料射流喷嘴的缺陷,提出切向加旋和磨料两次混合相结合的旋转磨料射流喷嘴的设计思路,以水垫的方式减轻磨料颗粒对喷嘴的磨损,并实现了喷嘴的初步设计,为旋转磨料射流的深入研究和进一步推广应用奠定基础。

摘要： 本文介绍冰粒射流的工作装置，分析了其加工原理。通过对水射流、冰粒射流、磨料射流三种实验方法的比较，并对实验结果的分析，揭示了冰粒射流的一些特性，为今后进一步研究冰粒射流提供了基础资料。

摘要： 水射流精密加工在机械制造、航空航天、汽车、军工、石材和陶瓷等加工领域具有广泛的应用前景.本文介绍了水射流精密加工方法及其特点,对水射流特种精密加工技术的发展趋势进行了展望.

摘要： 本发明属于磨料水射流技术领域，并具体公开了一种高压磨料水射流钢轨打磨磨料分离循环利用系统。包括磨料一级分离模块、磨料干燥模块、磨料二级分离模块以及磨料收集存储模块，磨料一级分离模块包括回收水箱、滤网以及振动电机，磨料干燥模块将一级干燥后的磨料输送至磨料二级分离模块；磨料二级分离模块包括磨料分离机、风机以及回收磨料管道，风机的进风口与磨料分离机连通，与所述磨料分离机连通，所述风机用于根据待回收磨料的重力和迎风面积提供相应等级的风力，使得重力和表面粗糙度均满足要求的磨料在风力作用下进入回收磨料管道；所述磨料收集存储模块用于存储所述回收磨料管道收集的磨料。本发明具有环保、节能、经济效益强等优点。

摘要： 本发明涉及磨料水射流技术领域，公开了一种用于磨料水射流技术的磨料回收装置，包括块料筛选装置和磨料回收装置，块料筛选装置包括相互连接的第一壳体、第一筛网，磨料回收装置包括相互连接的第二壳体、第二筛网；第一筛网的孔径大于第二筛网的孔径，切割或者钻孔后的水砂流依次通过第一筛网、第二筛网，第一筛网将岩块、煤块筛选分离出，磨料砂流过第一筛网后通过第二筛网筛选分离出。第二壳体的顶部内侧壁上设有固定卡槽，第一壳体卡接连接在固定卡槽上。本发明能够通过筛分、过滤将磨料水射流中的磨料回收，提高磨料水射流中的磨料的回收利用率，降低生产成本。

摘要： 一种磨料目数可调的前混合磨料水射流磨料循环系统，包括回收水箱、抽吸泵、加料罐、总阀、N个筛分装置、N个储料罐、N个电磁阀、混合罐、高压水泵和喷头；其中一个筛分装置依次连接一个储料罐及一个电磁阀作为一组共有N组；回收水箱设置在喷头下方，用于收集喷头喷出的水和磨料混合物，抽吸泵从回收水箱底部抽取水和磨料混合物，输送到加料罐，加料罐用于人为外部添加磨料；加料罐通过总阀与N个筛分装置依次连接并连接混合罐，N个电磁阀均与混合罐连接；加料罐还通过总阀直接连接混合罐，高压水泵将水泵入混合罐，混合罐与喷头连接，喷头喷出磨料水射流，汇入回收水箱；当电磁阀接通时与之对应连接的储料罐中的磨料进入混合罐；N≥2。

摘要： 本发明涉及一种基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置。本发明所要解决的技术问题是提供一种结构更加简单、使用更加方便、造价低廉、安全可靠、适用于各种环境的基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置。解决该问题的技术方案是：基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置，具有喷嘴和连接管路，其特征在于所述装置由常压浆料连续供给机构和高压磨料射流隔膜泵两部分组成，上述两部分之间由浆料吸口管路连接，高压管路连接于高压磨料射流隔膜泵和喷嘴之间。本发明可用于对各种材料的切割、钻削及表面清洗、除锈、打毛等。

摘要： 本发明属于超高围压水下切割技术技术领域，具体涉及一种用于深海磨料射流破拆装置的高压磨料浆液混合开关阀。本发明的阀体内布置高压磨料通路，高压磨料通路经过所述阀腔，并通过阀芯实现高压磨料通路的启闭功能，阀芯与高压磨料通路之间形成动配合面；阀体内还布置高压水通路，高压水通路同样连通阀腔，阀芯外壁与阀腔的腔壁之间形成可供高压水通过的水膜腔，且该水膜腔与高压磨料通路之间依靠动配合面彼此隔离；高压磨料浆液与高压水分别经过相应通路排出后再彼此汇流，从而形成混合流体。本发明具备了“水包料”的特点，实现了阀芯所在的动配合面的内外压力差的一致性，确保了长期运行条件下的阀路高密封性能。

摘要： 本发明涉及一种磨料水射流系统及磨料射流的切割方法，射流系统包括高压合金管，所述高压合金管的端部带有喷头，所述高压合金管穿过调压腔和活塞，所述活塞固定在高压合金管上，所述活塞位于调压腔的内部，所述活塞能够沿着所述高压合金管的轴向方向滑动，所述活塞将调压腔的内部分隔为调压气室和连通气室，所述调压气室和连通气室依次靠近所述喷头且互不连通，所述连通气室与外部连通，所述调压气室与进气管路和排气管路均连通，所述进气管路上设有微型气泵，所述排气管路设有智能电磁流量阀。本发明相比于现有技术，无需复杂的人工操作和计算，能极大的提高对异形工件的切割质量和作业效率。

摘要： 本发明公开了一种基于弧热效应作用下的热前混合磨料射流熔切割磨料射流设备，包括便携式发生装置、高压泵站和靶物，还包括热熔切割装置，所述热熔切割装置包括切割喷嘴和倾斜热熔喷嘴，所述切割喷嘴竖直设置，所述切割喷嘴的中部通过螺纹安装有调固盘，所述调固盘的外圆处设有环形齿圈和环形限位挡圈，所述环形齿圈还对称分布在调固盘的两侧，所述环形齿圈位于环形限位挡圈内侧，所述调固盘的两侧分别安装有调固螺母，所述调固螺母还安装在切割喷嘴的中部。本发明能实现靶物待切割部位始终处于弧热效应作用下，极大减低切割钢材的工作压力，明显提高靶物切割端面的切割质量，确保待切割靶物处于弧热效应作用下。

摘要： 本发明涉及一种基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置。本发明所要解决的技术问题是提供一种结构更加简单、使用更加方便、造价低廉、安全可靠、适用于各种环境的基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置。解决该问题的技术方案是：基于高压磨料射流隔膜泵的开式装填磨料的射流装置，具有喷嘴和连接管路，其特征在于所述装置由常压浆料连续供给机构和高压磨料射流隔膜泵两部分组成，上述两部分之间由浆料吸口管路连接，高压管路连接于高压磨料射流隔膜泵和喷嘴之间。本发明可用于对各种材料的切割、钻削及表面清洗、除锈、打毛等。

摘要： 本发明提供了一种基于磨料浆体的TBM后混式磨料射流辅助破岩系统及方法，系统包括：高压水供给装置、磨料浆体供给装置和后混式磨料射流喷头装置，所述高压水供给装置、磨料浆体供给装置分别和所述后混式磨料射流喷头装置连接。高压水供给装置为整个系统提供高压水；磨料浆体供给装置为整个系统供给磨料浆体；磨料浆体和高压水通过后混式磨料射流喷头装置混合，形成磨料射流，从而辅助TBM滚刀破岩。本发明采用渣浆泵泵送磨料浆体至后混式磨料射流喷头装置，克服了干燥磨料的长距离密封传输困难问题，便于工业化应用，且杜绝了大量空气吸入混合腔，提高了磨料射流的汇聚性，提高了磨料射流的切割效果和工作效率，从而可提高磨料射流的辅助破岩能力。

摘要： 本发明公开了一种用于磨料射流设备的磨料质量浓度检测系统及方法，包括通过管路依次连接的蓄水池、柱塞泵、射流泵、磨料罐、混合腔和喷嘴组件，所述柱塞泵与射流泵之间的管路上连接有流量计，所述射流泵的吸料口与给料斗的下料口连通，所述磨料罐和给料斗置于重量检测仪上，所述流量计和重量检测仪与数据处理组件连接。其能够精确测定磨料质量浓度，无需繁杂的人工操作，并可避免大量拆卸原有磨料射流设备而增加安装成本。还公开了采用上述检测系统检测磨料质量浓度的检测方法。