增压式脉冲水射流瞬时压力特性试验研究

射流压力特性决定其冲击能力,针对增压式脉冲水射流瞬时压力特性尚不明确这一问题,利用自行研制的增压式脉冲水射流压力采集系统开展试验,探究进水压力、进油压力及喷嘴直径等参数对增压腔压力特性的影响规律。试验结果表明:随着进水压力的提升,峰值压力不变,谷值压力同步提升,频率增大,增压比不变;随着进油压力的提升,峰值压力逐步增大,谷值压力不变,频率增大,增压比不变;随着喷嘴直径的增大,峰值压力逐步降低,谷值压力不变,频率增大,增压比逐步降低。同时,单周期瞬时压力中包含有两次主级脉动与一段次级脉动,通过调制进水压力可获取具有间断性与连续性的脉动压力特征。

深海多金属结核水力集矿头流场结构数值模拟研究

深海蕴藏着丰富的多金属结核资源,受海水深度等限制,结核采集目前仍存在巨大挑战。水力式采矿具有结构简单、可靠性高的优势,是目前最具发展前景的采集方式之一。水力式采矿通过水流动力进行结核采集,喷射形成的复杂流场结构直接影响海床上结核颗粒剥离、起动、采集效率和海洋环境扰动强度,采集器离地高度、喷嘴射流角度和速度等具有较大优化空间。基于计算流体力学数值模拟研究了集矿头附近三维水流结构,分析了喷嘴射流速度和结核粒径对局部流场、床面剪切力以及结核采集能效的影响。结果表明:集矿头周围流场存在典型分区结构,包括淹没射流区、冲击区、壁面射流区、汇合区和上升区;随着喷射流速增大,最大床面剪切力近似线性增长,结核有效起动面积指数增长;随着结核粒径增大,有效起动面积减小,结核采集能效降低;综合考虑结核采集强度和采集能效,建议采集器喷射流速取8~9 m/s。

前混合磨料水射流连续加料系统设计与实验研究

针对现有前混合磨料射流系统不能实现磨料连续供给的问题,提出利用射流泵原理抽吸和混合磨料实现连续加料的新思路,即利用有压水从射流泵喷嘴以一定速度喷出而引起的负压场卷吸磨料进入射流泵内的混合腔,并与水混合后经喉管和扩散管进入高压胶管,最后经切割喷嘴加速后喷出,形成连续磨料水射流。为使系统性能最优,分析了连续加料系统的结构组成及工作原理,并设计了系统的结构与尺寸;运用数值模拟方法对影响连续加料与射流性能的主要因素——切割喷嘴与射流泵喷嘴面积比进行优化设计,分析了其对系统性能的影响规律,确定了其最优取值范围;通过室内压力测试、连续加砂及切割试验对系统性能进行了验证,结果表明,在合适的面积比结构下,该连续加砂系统在磨料入口能形成负压及足够的压力梯度,将磨料吸入并加速,且在切割喷嘴端仍然保留足够的静压转化为动能,实现前混合磨料水射流的连续高效作业。

高压喷嘴的射流仿真研究

针对高压喷嘴射流发散快以及速度稳定性差等问题,将Fluent仿真技术应用到高压喷嘴的流场分析中。根据高压喷嘴结构特点,为喷嘴及外部喷射区域建立了轴对称的几何模型;并根据喷射过程中流体速度的变化情况进行了网格的划分与加密,然后对高压喷嘴的淹没与非淹没射流流场以及不同收缩角时的非淹没射流流场进行了仿真分析;在流体理论的基础上提取了各种情况下的速度分布图,并对其结果进行了对比分析。研究结果表明,收缩角的不同对喷嘴流场的轴线的速度变化影响较大,当收缩角为10°时流场速度的稳定性最好;此外,通过对淹没射流与非淹没射流的流场情况进行比较,得出了非淹没射流对速度的集中更为理想的结论;仿真分析结果也为高压喷嘴结构及喷射形式的选取提供了一定的依据。

磨料射流定向切顶系统的设计与研制

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。

基于SimHydraulics的水力凿岩机冲击系统动态仿真

以自行研发的后控式SYYG65型水力凿岩机冲击系统为研究对象,在Matlab中应用SimHydraulics工具箱,建立水力凿岩机冲击系统动态仿真模型,实现流体/机械的混合仿真。建模过程不考虑系统运行状态的转换,简单有效地实现了活塞和阀芯在水压力作用下的耦合计算。在泵供水流量为120 L/min,减压阀卸荷压力为16 MPa时,对系统进行仿真计算,获得了在此条件下冲击机构运动与活塞前后腔压力变化典型曲线,并与实测结果进行比较。同时,运用这一动态仿真模型对蓄能器参数进行优化计算。研究结果表明:在有效容积为0.24～0.27 L和充气压力为5.00～5.75 MPa的最优工作参数下,SYYG65型水力凿岩机冲击系统能量利用率有显著提高。该SimHydraulics仿真模型对水力凿岩机冲击系统参数设计和优化匹配研究是有效的。

双喷嘴射流泵基本特性方程及其性能研究

以射流泵理论和能量守恒定律为基础,采用洛伦兹流体混合损失模型,推导出新型双喷嘴射流泵的基本特性方程。当流速比V=1时,射流泵的理想效率为100%;当0<V<1时,面积比R越大射流泵的理想效率越高。根据实验数据拟合出能量损失系数关系是:K_(td)>K_c>K_j>K_s,得到了射流泵完整的特性方程和实际特性曲线,结果表明:随着面积比R的增大,压力比P增大,但射流泵的工作区间缩小,高效区的位置左移;射流泵最高效率随流量比M_1呈现先增大后减小的趋势,而压力比P则是一直减小,符合能量守恒规律;实验样机的最优面积比R_(opt)为0.30,最优流量比M_(opt)为1.04,新型射流泵的效率最大值为22.57%。

增压式脉冲水射流脉动特性可视化试验研究

脉冲水射流技术在硬岩破碎领域上具有较好的应用前景。为进一步提高脉冲水射流的破岩效率,提出了一种增压式脉冲水射流发生方法,以较小的输入压力下获取较高的脉冲压力。基于高速摄像技术及压力动态测试手段,搭建了增压式脉冲水射流外流场可视化测试系统,分别从射流压力、脉冲频率、形态及结构演变四个方面研究了增压式脉冲水射流的脉动特性。结果表明:增压式脉冲水射流是由低压连续射流段和高压脉冲射流段相互衔接而成的组合射流,射流压力大小随时间呈脉动性变化且脉动幅度可调,其脉冲射流段峰值压力随进油压力升高而增大,与增压腔初始压力无关;脉冲频率与进油压力呈幂函数增长关系,随增压腔初始压力增大最终趋于平稳;射流形态周期内演变过程具有明显的四个阶段:连续射流阶段、脉冲射流产生与发展阶段、脉冲射流稳定阶段、脉冲射流消散阶段,射流结构呈现多级脉动特征。研究结果为进一步研究和应用增压式脉冲水射流奠定基础。

磨料射流冲击割缝岩石性能影响因素分析

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。

深部金属矿水压凿岩机关键技术

从基础试验设施、基础技术研究和水压凿岩机系统综合特性的评估策略与方法等3个方面,总结了深部金属矿水压凿岩机关键技术的主要研究内容及进展。重点介绍了近几年基础试验设施建设及水压凿岩机基础技术研究方面所做的工作。指出水压凿岩机的材料选取及加工精度直接关系到设备的使用寿命,系统冲击机构的材料选取是当前该项应用技术发展及工业推广的瓶颈所在,性能良好、价格低廉的材料研发与选取应作为后续研究的重点攻关方向。

煤矿井下磨料水射流切割机的应用及发展趋势

阐述了磨料水射流切割机在煤矿井下复杂环境用于切割作业的必要性和可行性,同时介绍了部分煤矿井下水射流切割装备,概述了我国的研究现状。指出该技术领域未来的发展要求。

磷矿堆场多目标优化配矿模型

以磷矿浮选场堆场配矿过程为研究对象,选取入选原矿品质指标及低品质矿石利用量为主要目标,增加资源量约束及决策变量非负约束,构建了堆场多目标优化配矿模型.同时应用Matlab优化工具箱中多目标规划解算函数,对算例及实际配矿模型求解验证,并与现场混配结果进行比较,配矿效果明显.研究结果表明:磷矿多目标优化配矿模型实现了磷矿堆场配矿工艺及过程的简单、直观、较完整描述,Matlab优化工具箱多目标规划相关函数,对求解磷矿堆场多目标优化配矿模型是简便、有效的.

矿用水液压机械材料性能特点及应用现状

概述了水液压技术在矿山机械中的应用状况,介绍了国内外矿山机械水液压元件材料的抗蚀、耐磨性能,以及相关产品的研制现状.同时,对水液压传动矿山机械材料性能的特点进行了分析.

新型高压磨料射流采煤机装置研究

针对滚筒采煤机工作过程中,粉尘浓度大,摩擦产热,并有明火产生的问题,根据高压磨料射流割缝技术原理,设计了一种新型的高压磨料射流采煤机,具有无热、无尘、无明火产生、无需截齿等优点。

海底采矿作业车螺旋桨推进器水动力特性研究

为掌握海底采矿作业车导管螺旋桨推进器水动力学性能影响因素,有效提高水动力性能,对19A Ka-4-55型号导管螺旋桨进行参数化建模,采用CFD方法对其水动力性能进行仿真分析,获得19A Ka-4-55导管螺旋桨在不同进速下的水动力系数。将结果与其试验经验值进行拟合,并搭建试验平台验证仿真,分析不同桨叶数以及斜流影响下的导管螺旋桨水动力性能。结果表明:CFD数值仿真结果与导管螺旋桨试验图谱吻合,在一定范围内较多桨叶数能提高推力,但较少桨叶数效率更高,螺旋桨力矩系数与其桨叶数成正比关系;斜流作用下,导管对螺旋桨的保护和导流作用可以减少螺旋桨压力参数,降低螺旋桨空泡发生率,导管螺旋桨水动力性能明显优于无导管螺旋桨的水动力性能。

小型矿用湿喷机行走装置的研究与分析

综述了履带式小型矿用湿喷机行走装置的基本组成和重要技术参数,研究分析了湿喷机液压回路系统。根据对整机牵引力、平均接地比压、最大爬坡角度的计算与液压回路系统的研究,表明了履带行走机构适用于矿用湿喷机。研究结果对履带行走装置在湿喷机上的应用提供了科学参考。

一种射流煤层割缝喷嘴性能优化新方法

为改善高压水射流煤层割缝喷嘴的湍动状态,提高出口射流的切割能力,尝试添加导流器来改善喷嘴的喷射性能。采用OMAX磨料水切割机自行设计加工4种断面类型导流器(十字型、导板型、广场型、平板型),分别安装于喷嘴,通过流量系数试验、射流会聚性对比试验以及割缝试验,探讨了导流器的作用,并推导出定点射流的切割深度表达式。除流量系数略有降低,安装导流器后的喷嘴性能均优于无导流器的,尤其是在淹没区的切割能力有较大程度的改善。4种断面类型的导流器的导流效果由好到差依次为十字型、导板型、广场型、平板型。

水采工艺系统的发展及进一步改进方向

文中对水采生产工艺生产系统中的三种类型 :不分级运输 ;分级运提 ;水采原煤浆全部在井下脱水处理后旱运旱提分别进行了阐述。对有关水采生产系统技术问题的攻关和所需装备新一轮的研制开发等进行了论述。

几种空化喷嘴流场的数值模拟

为研究锥形喷嘴、角形喷嘴等喷嘴的出口流道形状对空化射流空化效果的影响,建立了喷嘴的物理模型和数学模型。采用Fluent软件对锥形、角形、收缩形、收缩-扩张形四种喷嘴的空化射流实验装置中的流场进行了数值模拟,通过对流场的压力、速度和空化情况的分析,认为具有扩散形出口流道的空化喷嘴的空化效果最好。计算结果可以为空化喷嘴的设计提供指导。

高压水射流喷嘴设计仿真研究

从高压水射流机理和喷嘴结构参数着手,设计多种不同形状的喷嘴流道线型,应用GAMBIET前处理软件建立各自的物理模型,导入FLUENT软件对水射流结构进行流体分析,得出有过渡圆角、锥形角和直线形流道的喷嘴结构特性最佳。通过模拟对破煤效果参数量化,进一步研究结构的不同对破煤加工的影响,合理的喷嘴结构为高压水射流破煤提供有利条件。