矿用磨料水射流切割机的关键部件设计与研究

根据煤矿井下工况条件,采用前混合磨料水射流切割技术,设计开发了一种可井下切割作业的KMQ-3.5/15型矿用磨料水射流切割机,重点说明了系统结构原理,对核心关键部件的高压磨料容器和水射流喷嘴进行了详细的选型设计计算,研究分析了喷嘴内部结构型式和材料性能等关键技术问题。经试验验证,该设备切割速度快,切口成形好,安全可靠,为水射流技术的进一步开发与应用提供了参考价值。     

前混合式磨料水射流喷嘴外流场仿真与实验

通过建立磨料水射流喷嘴有限元模型,对2种不同直径的前混合式磨料水射流的喷嘴外流场进行仿真分析.结果表明,在喷嘴其它几何条件相同的情况下,出口直径对喷嘴的出口速度影响比较大,出口直径越大,出口速度越小;在一定程度上将混合管适当地加长,可以提高磨料射流在喷嘴出口处的速度;磨料水射流最佳的切割距离为喷嘴出口直径的2.0～5.0倍.磨料水射流切割靶体实验结果与靶体冲击仿真结果基本吻合.     

超高压磨料水射流工艺参数优化实验研究

为了提升磨料射流的切割效率,通过研制的超高压磨料水射流切割系统开展了不同工艺参数对石灰岩的切割效果研究。结果表明：随着水射流压力的增加,切割深度首先表现为线性增大,然后增速逐渐放缓;最佳磨料流量参数为0.6 kg/min;最佳初始射流靶距为5 mm;磨料射流的切割深度随喷嘴横移速度呈下降趋势;随着射流切割角度的增加,切割深度呈现出“M”型变化趋势,在80°时切割深度达到最大值;基于正交试验进行极差分析,明确工艺参数对切割深度的影响权重由大到小依次为水射流压力、喷嘴横移速度、磨料流量、喷嘴切割角度和射流靶距,得出最佳的切割参数组合为水射流压力400 MPa,磨料流量0.8 kg/min,喷嘴横移速度1 mm/s,射流靶距6 mm,射流切割角度80°。     

用于安全切割的磨料水射流喷嘴设计理论和方法

介绍了磨料水射流在危险环境下可以安全地切割工件或危险品，有效地避免爆炸发生.在磨料水射流系统中，切割喷嘴是关键部件之一，而喷嘴的几何参数设计直接影响切割性能.喷嘴设计的主要任务就是要使从喷嘴喷出的磨料粒子得到充分加速，以便接近水射流的速度.研究表明，当喷嘴的圆柱段长度是喷嘴出口直径的2.5~3.0倍时，粒子的速度能达到水射流速度的95%.在切割时喷嘴不能紧靠工件，要保持一定靶距，不同情况下存在最佳靶距.     

煤矿井下磨料水射流切割机的设计及应用

 磨料水射流切割技术,是一种安全的“冷”切割技术,不会因产生火花而引起瓦斯爆炸事故。为满足煤矿井下的切割作业需要,设计并加工了便携式煤矿井下磨料水射流切割机。设备主体分为两部分,用一根高压软管连接,工人操作手持切割喷枪进行切割作业,切割速度可达40mm/min;通过压力表可以监测系统压力、喷嘴磨损、磨料用量等指标。该设备的使用实现了煤矿井下切割作业的安全进行。     

前混合磨料水射流切割技术在诱导顶板垮落中的应用

对前混合磨料水射流切割技术在诱导顶板垮落中的应用进行了研究,分析了该技术在井下应用的可行性和安全性。研制了用于井下诱导顶板垮落的磨料水射流切割设备并进行了现场应用试验。该设备可以顺利切割井下锚索锁具,从而诱导上隅角位置坚硬顶板实现自然垮落,防止上隅角位置顶板大面积悬空引起瓦斯积聚造成的安全隐患。前混合磨料水射流切割技术使用方便,安全高效,在井下安全生产中具有广阔的应用前景。     

前混合磨料水射流切割废弃瓦斯罐研究

针对煤矿废弃瓦斯储气罐常用切割方法在回收过程中会产生火花的问题,阐述了前混合磨料水射流技术原理,应用到瓦斯储气罐切割,设计了L9(34)正交试验,研究了前混合磨料水射流切割钢板深度的规律。研究结果表明:压力、靶距和横移速度对切割深度影响较大,磨料浓度对切割深度的影响较小,结合实际切割效果,以压力22 MPa、靶距10 mm、横移速度100 mm/min、磨料浓度22%为宜。     

微磨料水射流对多晶硅切割的试验研究与模型分析

笔者根据材料冲蚀磨损原理,分析探讨了微磨料水射流切割多晶硅硅锭的机理。并运用后混合微磨料射流切割装置,对多晶硅硅锭进行了单因素切割试验,从而获得了切割性能曲线。研究结果表明,微磨料水射流对多晶硅的切割完全可行,射流压力和横移速度是重要的试验数据。通过对高压磨料水射流切割性能的预测和加工参数的优化,最终建立切割表面质量经验模型,根据模型分析得出射流压力、横移速度与切割质量之间的关系。     

前混和磨料水射流切割安全放顶研究

通过对前混合式磨料水射流切割的切割能力及在不同瓦斯条件下的切割安全性进行分析,认为利用前混合式磨料水射流切割技术可以解决目前坚硬及锚杆、锚索等支护顶板放顶难的问题。设计并建立了前混合式磨料水射流切割实验系统及实验方案,分析了切割能力的影响因素。     

电火花线切割加工与磨料水射流加工质量的对比研究

针对快走丝电火花线切割加工和磨料水射流加工,笔者从尺寸精度、表面粗糙度及微观表面形貌等几个方面对两种加工方法进行了试验研究。分析结果表明,在试验条件下快走丝线切割φ20mm圆和20mm×20mm正方形的尺寸误差分别为0.08和0.04mm;磨料水射流切割同样尺寸试件的平均尺寸误差分别为0.09和0.1625mm,但磨料水射流切割加工试件存在一定的锥度。在试验条件下,快走丝线切割试件和磨料水射流切割试件表面粗糙度为Ra2.197μm。显微照片表明,电火花线切割样品表面有烧伤黑色区域、凸凹不平的小坑以及不同尺寸大小的熔融球状物,揭示出电火花线切割对材料熔化蚀除加工的本质;磨料水射流切割表面布满了小沟槽,揭示了高速流体和粒子流物理蚀除加工的机理。     

Portable mixed abrasive water jet equipment for rescue in high gas mine shaft

In order to rescue a trapped miner and clean out roadways quickly in a high gas mine shaft after a mining mishap, a special portable cold-cutting equipment is needed. the main technology parameters were calculated according to the advanced cold-cutting technology of high pressure abrasive water jet and the portable mixed abrasive water jet equipment (PAWE) was designed to meet the needs of emergency rescue in high gas mine shafts. Tested the PAWE in a high gas environment, and the result shows that the maximum cutting depth of solid iron pipe is 18 mm and the recoilforce of the sprayer is 28.9 N under the conditions that actual cutting pressure is 29 MPa, starting target distance is 10 mm, cutting speed is 180 mm/min and concentration of abrasive is 32%. The course of the experiment in the high gas environment was smooth and continuous, without any explosion. The PAWE is easy to move and operate, but the nozzle which was worn badly in the sprayer should be changed every 8 minutes.     

掘进工作面高效降尘喷嘴的设计

根据掘进工作面粉尘粒度即雾化特性参数,综合匹配喷嘴结构与喷雾压力的大小,同时结合现场和掘进工作面粉尘分布的实际试验情况设计了这种具有旋芯结构的高效除尘喷嘴。     

喷嘴结构对流动特性影响的试验研究

为了提高喷嘴的雾化效果,对3种螺旋喷嘴进行了实验,建立了由泥浆泵、管路、流量计、阀门、压力表组成的试验装置,研究了喷嘴的结构尺寸对流动特性的影响。实验结果表明,当喷嘴出口结构相同时,通过减小喷嘴出口过流面积,可以降低喷嘴流量。     

旋流喷嘴钻头在NP32-3646井的现场应用分析

南堡32-3646井是一口四开三段制定向井,设计井深5798 m。3864~4265 m(井斜29.18°的稳斜段)试验了五刀翼旋流喷嘴PDC钻头(主切削齿直径16 mm,3个11 mm常规水眼和4个18 mm旋流喷射水眼)。针对深井超深井钻进中常采用的相对较高的钻井液密度和粘度,不利于提高钻头破岩效率的问题,在系统介绍旋转射流发生机理和破岩机理的基础上,对NP32-3646井五刀翼旋流喷嘴PDC钻头现场应用情况进行了分析。试验结果表明,旋转射流因具有切向、轴向和径向三维速度,可在高粘钻井液条件下更好地改善井底清岩效果,并通过剪切、冲蚀、拉伸和磨削等多种方式实现辅助破岩,从而提高钻井效率。试验钻头进尺401 m,平均机械钻速4.45 m/h,可较好地满足现场钻进需要,具有良好的推广应用前景。     

煤层割缝喷嘴结构优化与试验

高压水射流割缝增透技术是一项新型的瓦斯抽采技术,其中喷嘴是切割的执行元件。影响喷嘴切割性能的结构因素有喷嘴稳定段长度、收缩角和直线段长度,3因素相互制约,且存在一个最优值。应用正交设计的方法对不同参数组合下喷嘴出口流场进行了模拟,模拟结果表明:稳定度长度为0 mm、收缩角为30°、直线段长度为9 mm的割缝喷嘴具有最佳的喷射性能。在室内对其切割性能进行测试,结果表明:优化后的喷嘴切割能力为原喷嘴的1.5倍。     

喷头布置方式对细水雾除尘效率的影响

为了研究湿式除尘中喷头布置方式对细水雾除尘效率的影响,设计了由粉尘产生系统、喷雾系统、测试系统组成的细水雾除尘实验平台。对不同喷头布置方式下细水雾除尘效率进行了实验研究,得到了喷雾压力和喷头布置方式对细水雾除尘效率的影响：细水雾除尘效率随喷雾压力的增加而提高,但当喷雾压力超过1.6 MPa后提高速率变缓;各个喷雾压力下,双喷头的除尘效果均优于单喷头;喷头距离尘源越远,全部粉尘的除尘效果越好,而呼吸性粉尘的除尘效果越差。     

煤层气井射流冲煤粉装置冲击深度的研究

为确定煤层气井射流冲煤粉装置合理的结构和工作参数,实现射流冲煤粉系统的优化设计和有效运行,理论分析了冲煤粉装置工作原理和煤粉颗粒运动过程,整个井底冲煤粉射流场可分为:自由射流区、射流冲击区、漫流区、返流区、旋涡区和负压吸附区6个区域,决定煤粉是旋转上升的复杂运动状态。开展均匀设计方法的冲煤粉实验,运用二次多项式逐步回归法得出回归方程,揭示喷嘴结构参数、射流参数和煤粉特性对冲煤粉深度的互相耦合的影响关系。结果表明,对冲煤粉的深度影响程度的大小依次为:喷距、喷嘴直径、喷嘴流量和煤粉直径。进一步的单因素试验详细了解各影响因素对冲煤粉深度的影响,得出在要求不动管柱时冲煤粉深度达到500 mm的条件下,喷嘴流量不能低于15 m3/h,喷距应小于100 mm。     

综采工作面降尘工艺优化研究

针对综采工作面煤尘浓度过高的问题,通过在采面支架上安装喷管喷洒降尘剂进行降尘,利用正交试验对相关参数进行了优化,根据方差分析结果得出:安装间距与喷头个数对全尘浓度有显著影响,安装间距与喷头个数对降低全尘浓度的影响是独立的;根据此次正交试验设计知,安装间距为5 m、喷头管个数为6个时,回风巷风流中的粉尘浓度小,降尘效果最好。     

自激振动空化喷嘴的仿真研究

用Fluent 6.0,Gambit 2.0,Tecplot 9.0等流体计算与图形分析软件对风琴管自激振动空化喷嘴喷射过程进行了仿真研究。通过建模与计算,得到了不同尺寸组合风琴管自激振动空化喷嘴内部的速度、压力分布图,分析了设计计算的风琴管自激振动空化喷嘴均可产生空化射流,验证了理论计算公式,并研究了喷嘴结构参数对喷嘴产生自激振动空化效果的影响规律,为自激振动空化喷嘴的优化设计提供了方法。