[实用新型]高压水射流破岩实验装置

说明书

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。