【摘要】：研發(fā)了一種高壓水射流實驗臺,測試了不同靶距和入射角對射流打擊力的影響。結(jié)果表明,射流打擊力隨靶距的增加呈先增后減,160 mm為最佳靶距,打擊力最大,具有較好的污垢清洗效率。由于非淹沒射流結(jié)構(gòu)特性,靶距過大和過小都不處于有效射流段,使打擊力減小,從而達不到去污目的。同時,通過對最佳靶距及最大打擊力進行理論驗證,表明該實驗臺測試數(shù)據(jù)合理可靠。通過調(diào)節(jié)噴嘴安裝角度來改變?nèi)肷浣?得出小的入射角可以獲得較大的射流打擊力,角度為0°時,即為垂直打靶,打擊力最大。該實驗臺不僅為今后高壓水射流現(xiàn)場清洗工作提供理論與實驗支撐,還可以確定不同直徑噴嘴在各種直徑管道下高壓水清洗時的清洗參數(shù),以及適用于高壓水射流破巖等其他方向的參數(shù)研究。
【圖文】：

員諉嫻淖饔昧Ρ匭氪锏揭歡ǖ牧俳韁?［13］才能滿足垢層的去除要求，從而達到清洗目的。水射流打擊力可分解為水平和垂直分量。其中，水平分量對靶面污垢起切削作用，即為剪切力，決定著前行速度的快慢;垂直分量則為沖擊力，對污垢起滲透、破碎作用，若垂直分量低于臨界值，射流則只掠過垢層表面而不能起到清洗。射流打擊力在不同入射角的分解下得到的沖擊力不同，因此，為提高清洗效率，不僅需要較大的射流打擊力，還需要該力下能夠獲得較大的沖擊力。1．3靶距清洗作業(yè)所需要的水射流通常為非淹沒射流，其結(jié)構(gòu)如圖1所示［14］。水射流噴嘴對流體的約束可以使得水射流速度迅速增加，如進口壓力55MPa時，射流速度就能增加至超音速;而當(dāng)射流進入空氣之后，由于紊流引起了射流功率損失，使得紊流區(qū)射流速度隨著射流距離的增加而降低，最終導(dǎo)致沒有足夠的能量有效清洗靶件。因此，高壓水射流清洗主要運用核心段水流清洗污垢。由此表明:從射流結(jié)構(gòu)特性而言，實驗中在進行高壓水射流清洗時應(yīng)當(dāng)考慮靶距的影響。1－原始段，2－基本段，3－發(fā)散段圖1非淹沒水射流結(jié)構(gòu)圖同時，就理論研究發(fā)現(xiàn)而言，射流作用于物體表面的實際打擊力不僅取決于射流基本參數(shù)，同時也與噴嘴與物體間的距離有關(guān)，稱之為靶距。連續(xù)高壓水射流沖擊被清洗物體過程中，由于噴嘴出口處射流較緊密，沖擊后沿物體表面流出，打擊力大小有限;當(dāng)靶距增大時，射流擴散，沖擊物體后引起大量液體反濺，會增大對物體的打擊力;但隨著靶距的繼續(xù)增大，射流速度將會降低，打擊力也就隨之減校因此，研究射流打擊力與靶距的變化關(guān)系，對于研究射流性能參數(shù)尤為重要。通常把射流對物體表面的打擊力最大時的靶距稱為最佳靶距l(xiāng)opt，了解最佳靶距與射流基本參數(shù)間的關(guān)系

刂粕淞餮沽?整個實驗臺以工字梁為底座，并設(shè)有2個平行導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝著帶有噴頭的滑塊，該滑塊與滾珠絲桿配合，通過絲杠的轉(zhuǎn)動達到調(diào)節(jié)靶距(噴頭到靶板的距離);靶板所在的工作臺安裝在裝置右側(cè)，通過蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動原理使工作臺轉(zhuǎn)動，繼而使靶板轉(zhuǎn)動一定角度來反映射流角度，角度的大小由其上黏貼的量角器讀取，且靶板起始位置與量角器90°刻線垂直;同時在靶板上裝有測力傳感器，用于測量水射流打靶壓力。在實驗過程中需要注意:①噴頭必須被夾緊以防止其竄動而造成測力誤差;②噴頭到傳感器的有效距離最大為300mm。圖2實驗臺實物圖整個實驗裝置的工作情況即可簡述為，泵通過軟管將高壓水送到噴頭處，初始時，噴頭保持水平布置，通過滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)不同靶距下的水射流測量;調(diào)整靶板工作臺的角度，研究不同入射角和靶距對水射流的影響。2．2實驗參數(shù)的確定由上述實驗原理可知，在實驗過程中，靶距、泵壓力、噴嘴安裝角度(入射角)、噴嘴直徑等是確定射流打擊力與射流清洗參數(shù)關(guān)系的重要數(shù)據(jù)，其中噴嘴安裝角度由靶板的轉(zhuǎn)動角度來表示，角度為0°時，噴嘴垂直打靶。因此確定如下實驗參數(shù)進行射流清洗參數(shù)實驗測試:靶距(直尺)，mm;射流壓力(壓力閥)，MPa;射流打擊力(壓力傳感器)，N;安裝角度(量角器);噴嘴直徑(直尺)，mm。2．3實驗臺測試的主要步驟及數(shù)據(jù)(1)實驗開始階段，壓力顯示器上數(shù)值調(diào)為零。(2)開始實驗，打開噴頭閥門，，泵上的壓力閥顯示為4MPa，噴頭處的壓力閥的數(shù)值為3MPa，過程中存在壓力損失。(3)調(diào)試不同靶距，距離范圍在100～200mm，間隔10mm。(4)因為壓力傳感器接觸面積較小，所以調(diào)整角度設(shè)為0°～30°，間隔為10°。(5)記錄不同靶距和不同安裝角下的壓力傳感器的數(shù)據(jù)，結(jié)果見圖3，其中Α(x)表示靶
【作者單位】： 北京石油化工學(xué)院機械工程學(xué)院;北京化工大學(xué)機電工程學(xué)院;
【基金】：北京自然科學(xué)基金項目(3132010)
【分類號】：TB490

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1 張小明;郭根喜;陶啟友;黃小華;胡昱;;高壓射流水下洗網(wǎng)機旋轉(zhuǎn)的瞬態(tài)射流打擊力研究[J];現(xiàn)代制造工程;2011年05期

本文編號：2553555