一种高压多相射流切割性能测试系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种高压多相射流切割性能测试系统，测试系统包括高压水供给系统、高压空气供给系统、气液混合装置、测试试验平台和测试监测系统等。利用高压水供给系统、高压空气供给系统和气液混合装置可以形成高压水射流或高压气液两相射流，并可以对射流的压力和含气率进行调控；利用测试试验平台和测试监测系统可以对高压射流的冲击力和冲蚀破坏能力进行试验测试。利用本实用新型专利技术，可进行淹没或非淹没条件下不同压力、含气率、喷嘴直径、靶距等参数的高压水射流或气液两相射流冲击试验，对分析多种射流冲蚀破岩性能及其特征参数间的关系，优化水力割缝卸压增透技术具有重要意义，而且本实用新型专利技术实用性强，结构简单，操作方便，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高压多相射流切割性能测试系统，尤其适用于测试水力割缝卸压增透技术中使用的高压水射流或高压气液两相射流的切割性能。
技术介绍
煤层水力割缝卸压增透技术是指在煤层中先打瓦斯抽放钻孔，然后在钻孔内利用高压水射流沿孔对煤体进行切割，在钻孔两侧形成一条具有一定宽度和深度的扁平缝槽。其基本原理是卸压消突，改变以往钻孔影响范围小的现状，利用高压水射流对钻孔内的煤体进行切割，使煤体内部应力向深部转移，增大了煤层透气性，提高了单个钻孔影响范围，显著降低了煤层瓦斯压力。但是，该技术仍存在喷孔、堵孔，偶发瓦斯超限，工作系统压力偏高等问题，而且纯水射流切割能力有待加强，其虽能对煤体产生一定的剥蚀破坏作用，但形成的卸压空间受到纯水射流工质的限制，强化抽采效果尚有提升空间。针对此问题，国内许多专家学者提出了空化射流、脉冲射流、气液两相射流等水力割缝方法，虽可以有效解决上述问题，但对于射流的切割破岩性能及其特征参数的优化，还没有有效的测试装置和方法进行测试和研宄。
技术实现思路
技术问题:本技术的目的，是解决已有技术无法测试和研宄纯水射流、气液两相射流等多种射流的切割破岩性能及其特征参数的优化问题，提供了一种操作简便，性能可靠的高压多相射流切割性能测试系统。技术方案:一种高压多相射流切割性能测试系统，包括高压水供给系统、高压空气供给系统、气液混合装置、测试试验平台和测试监测系统；所述高压水供给系统包括管道连接的乳化液柱塞泵和水箱，以及设置于高压水供给系统出水管道上的压力调节阀和智能涡街流量计，所述压力调节阀和智能涡街流量计分别对乳化液柱塞泵的出水压力和出水流量分别进行调节和监测；所述高压空气供给系统包括顺序连接的空气压缩机、储气钢瓶和气源分配箱，所述气源分配箱实时控制和监测高压空气供给系统输出气体的流量和压力；所述测试试验平台包括底部支架、玻璃罩、可上下前后移动的二维直线导轨、测试台、射流器、激光定位仪、和排水口 ；所述玻璃罩在支架上方密封固定；所述二维直线导轨设置在玻璃罩内，并固定在支架上；所述测试台固定在二维直线导轨上，通过分别旋转二维直线导轨横向和纵向上的转轮，实现测试台沿支架横向和纵向上的移动；所述射流器固定在支架前部中央正上方，射流器前端穿过玻璃罩前部的孔洞伸到玻璃罩内，射流器的后端设有激光定位仪，对从射流器中喷出的高压射流轴心方向进行精确定位；所述排水口设在支架后方，及时排出玻璃罩内的积水；所述测试台上可交替设置可拆卸的靶板和试样，所述靶板嵌在测试台上的定位槽中，可左右滑动；所述气液混合装置的进液口连接至高压水供给系统的出水管道，进气口连接至高压空气供给系统的出气管道，出流管路连接至射流器的进液口 ；所述测试监测系统包括通过信号连接的出流压力监测装置、射流冲击力监测装置、试样时空变化监测装置、计算机和数据采集箱，所述出流压力监测装置设置在气液混合装置和射流器之间的出流管路上，实时监测管路中的水流压力；所述射流冲击力监测装置固定在靶板上，实时监测高压射流沿径向或轴向的冲击力；所述试样时空变化监测装置可安置在试样表面，实时监测试样表面的变形破碎情况，并通过数据采集箱将采集的信息传输给计算机进行性能分析检测。进一步的，所述气液混合装置的进气口处连接有可防止水流进入高压空气供给系统的出气管道中的单向阀。有益效果:(I)本技术可以对高压水射流和高压气液两相射流的结构和冲击特性，以及射流冲蚀破岩性能及其特征参数间的关系进行试验研宄，这对分析高压水射流和气液两相射流的破岩机理，选择最佳的射流特征参数，优化水力割缝卸压增透技术具有重要意义。本技术实用性强，可实现不同水压、气压、含气率、喷嘴直径、靶距、淹没射流或非淹没射流等特征参数下的气液两相射流冲击试验；结构简单，操作方便，安全可靠。(2)通过控制压力调节阀和气源分配箱可以调节出不同压力的纯水射流或不同压力和含气率等特征参数的气液两相射流。(3)玻璃罩具有透明度高、耐冲击，安全性能好的特点，可以避免水花四灘，保障人员安全，还可以在玻璃罩内注满水进行淹没射流测试试验。(4)可以通过旋转二维直线导轨横向和纵向上的转轮，来实现测试台沿支架横向和纵向上的移动，从而调节射流冲击测试台的靶距。(5)出流压力监测装置可以实时监测管路中水流的压力，射流冲击力监测装置可以实时监测高压射流沿径向或轴向的冲击力，试样时空变化监测装置可以实时监测试样表面的变形破碎情况，并通过数据采集箱将采集的信息传输给计算机。【附图说明】图1是本技术一种高压多相射流切割性能测试系统示意图。图2是本技术测试试验平台示意图。图中:1-乳化液柱塞泵，2-水箱，3-压力调节阀，4-智能涡街流量计，5-空气压缩机，6-储气钢瓶，7-气源分配箱，8-单向阀，9-支架，10-玻璃罩，11- 二维直线导轨，12-测试台，13-射流器，14-激光定位仪，15-排水口，16-靶板，17-转轮，18-出流压力监测装置，19-射流冲击力监测装置，20-试样时空变化监测装置，21-计算机，22-数据采集箱，23-试样，24-气液混合装置。【具体实施方式】下面参照附图对本技术的【具体实施方式】作进一步详细说明。如图1所示，本技术的一种高压多相射流切割性能测试系统，包括高压水供给系统、高压空气供给系统、气液混合装置24、测试试验平台和测试监测系统等。高压水供给系统主要由乳化液柱塞泵1、水箱2、压力调节阀3和智能涡街流量计4等组成，其中压力调节阀3和智能涡街流量计4可以对乳化液柱塞泵I的出水压力和出水流量分别进行调节和监测；高压空气供给系统主要由空气压缩机5、储气钢瓶6和气源分配箱7组成，其中气源分配箱7可以实时控制和监测输出气体的流量和压力；气液混合装置可以将高压水和高压空气进行充分混合，形成气液两相流，并且在进气口处连接有单向阀8，可以防止水流进入高压气体管路中。如图2所示，测试试验平台由支架9、玻璃罩10、可上下前后移动的二维直线导轨11、测试台12、射流器13、激光定位仪14、和排水口 15等组成，其中玻璃罩10固定在支架9上，具有透明度高、耐冲击，安全性能好的特点，可以避免水花四溅，保障人员安全，还可以在玻璃罩内注满水进行淹没射流测试试验；二维直线导轨11设置在玻璃罩10内，并固定在支架9上，测试台12固定在二维直线导轨11上，测试台12上可交替设置可拆卸的靶板16和试样23 (当需要安装靶板时，安装靶板，当需要设置试样时，即拆下靶板安装试样)，靶板16嵌在测试台12上当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压多相射流切割性能测试系统，其特征在于：包括高压水供给系统、高压空气供给系统、气液混合装置(24)、测试试验平台和测试监测系统；所述高压水供给系统包括管道连接的乳化液柱塞泵(1)和水箱(2)，以及设置于高压水供给系统出水管道上的压力调节阀(3)和智能涡街流量计(4)，所述压力调节阀(3)和智能涡街流量计(4)分别对乳化液柱塞泵(1)的出水压力和出水流量分别进行调节和监测；所述高压空气供给系统包括顺序连接的空气压缩机(5)、储气钢瓶(6)和气源分配箱(7)，所述气源分配箱(7)实时控制和监测高压空气供给系统输出气体的流量和压力；所述测试试验平台包括底部支架(9)、玻璃罩(10)、可上下前后移动的二维直线导轨(11)、测试台(12)、射流器(13)、激光定位仪(14)、和排水口(15)；所述玻璃罩(10)在支架(9)上方密封固定；所述二维直线导轨(11)设置在玻璃罩(10)内，并固定在支架(9)上；所述测试台(12)固定在二维直线导轨(11)上，通过分别旋转二维直线导轨(11)横向和纵向上的转轮(17)，实现测试台(12)沿支架(9)横向和纵向上的移动；所述射流器(13)固定在支架(9)前部中央正上方，射流器(13)前端穿过玻璃罩(10)前部的孔洞伸到玻璃罩(10)内，射流器(13)的后端设有激光定位仪(14)，对从射流器(13)中喷出的高压射流轴心方向进行精确定位；所述排水口(15)设在支架(9)后方，及时排出玻璃罩(10)内的积水；所述测试台(12)上可交替设置可拆卸的靶板(16)和试样(23)，所述靶板(16)嵌在测试台12上的定位槽中，可左右滑动；所述气液混合装置(24)的进液口连接至高压水供给系统的出水管道，进气口连接至高压空气供给系统的出气管道，出流管路连接至射流器(13)的进液口；所述测试监测系统包括通过信号连接的出流压力监测装置(18)、射流冲击力监测装置(19)、试样时空变化监测装置(20)、计算机(21)和数据采集箱(22)，所述出流压力监测装置(18)设置在气液混合装置(24)和射流器(13)之间的出流管路上，实时监测管路中的水流压力；所述射流冲击力监测装置(19)固定在靶板(16)上，实时监测高压射流沿径向或轴向的冲击力；所述试样时空变化监测装置(20)可安置在试样(23)表面，实时监测试样(23)表面的变形破碎情况，并通过数据采集箱(22)将采集的信息传输给计算机(21)进行性能分析检测。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林柏泉，乔时和，孙伟浩，杨威，刘统，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32