Application of high-pressure water jet technology and the theory of rock burst control in roadway

This paper puts forward using high-pressure water jet technology to control rock burst in roadway, and analyzes the theory of controlling rock burst in roadway by the weak structure zone model. The weak structure zone is formed by using high-pressure water jet to cut the coal wall in a continuous and rotational way. In order to study the influence law of weak structure zone in surrounding rock, this paper numerically analyzed the influence law of weak structure zone, and the disturbance law of coal wall and floor under dynamic and static combined load. The results show that when the distance between high-pressure water jet drillings is 3 m and the diameter of drilling is 300 mm, continuous stress superposition zone can be formed. The weak structure zone can transfer and reduce the concentrated static load in surrounding rock, and then form distressed zone. The longer the high-pressure water jet drilling is, the larger the distressed zone is. The stress change and displacement change of non-distressed zone in coal wall and floor are significantly greater than that of distressed zone under dynamic and static combined load. And it shows that the distressed zone can effectively control rock burst in roadway under dynamic and static combined load. High-pressure water jet technology was applied in the haulage gate of 250203 working face in Yanbei Coal Mine, and had gained good effect. The study conclusions provide theoretical foundation and a new guidance for controlling rock burst in roadway.

In situ experimental study on TBM excavation with high-pressure water-jet-assisted rock breaking

China’s first high-pressure hydraulically coupled rock-breaking tunnel boring machine(TBM) was designed to overcome the rock breaking problems of TBM in super-hard rock geology, where high-pressure water jet system is configured, including high-flow pump sets, high-pressure rotary joint and high-pressure water jet injection device. In order to investigate the rock breaking performance of high-pressure water-jet-assisted TBM, in situ excavation tests were carried out at the Wan’anxi Water Diversion Project in Longyan, Fujian Province, China, under different water jet pressure and rotational speed. The rock-breaking performance of TBM was analyzed including penetration, cutterhead load, advance rate and field penetration index. The test results show that the adoption of high-pressure water-jet-assisted rock breaking technology can improve the boreability of rock mass, where the TBM penetration increases by 64% under the water jet pressure of 270 MPa. In addition, with the increase of the water jet pressure, the TBM penetration increases and the field penetration index decreases. The auxiliary rock-breaking effect of high-pressure water jet decreases with the increase of cutterhead rotational speed. In the case of the in situ tunneling test parameters of this study, the advance rate is the maximum when the pressure of the high-pressure water jet is 270 MPa and the cutterhead rotational speed is 6 r/min. The technical superiority of high-pressure water-jet-assisted rock breaking technology is highlighted and it provides guidance for the excavation parameter selection of high-pressure hydraulically coupled rock-breaking TBM.

Dynamic effects of high-pressure pulsed water jet in low-permeability coal seams

Mine gas extraction in China is difficult due to the characteristics such as micro-porosity,low-permeability and high adsorption of coal seams.The pulsed mechanismof a high-pressure pulsed water jet was studied through theoretical analysis,experimentand field measurement.The results show that high-pressure pulsed water jet has threedynamic properties.What's more,the three dynamic effects can be found in low-permeabilitycoal seams.A new pulsed water jet with 200-1 000 Hz oscillation frequency andpeak pressure 2.5 times than average pressure was introduced.During bubble collapsing,sound vibration and instantaneous high pressures over 100 MPa enhanced the cuttingability of the high-pressure jet.Through high-pressure pulsed water jet drilling and slotting,the exposure area of coal bodies was greatly enlarged and pressure of the coal seamsrapidly decreased.Therefore,the permeability of coal seams was improved and gas absorptionrate also decreased.Application results show that gas adsorption rate decreasedby 30%-40%and the penetrability coefficient increased 100 times.This proves that high-pressurepulsed water is more efficient than other conventional methods.

可降解软磨料对再制造水射流清洗性能影响因素研究

提出一种新型可降解软磨料用于磨料水射流清洗技术,分析对比不同硬度磨料水射流清洗再制造零部件的清洗性能和表面损伤规律.采用石榴石硬磨料水射流、核桃壳软磨料水射流和纯水射流3种射流方式,开展清洗零部件污垢的对比试验;在不同清洗方式下,分析清洗速率、比能耗、清洗后表面粗糙度、最大坑深等4个方面的差异,并从宏观和微观层面分析不同清洗模式下基体损伤情况.结果表明,核桃壳软磨料能够有效去除表面污垢和杂质,降低比能耗,提高清洗速率,同时又不会对基体表面产生较大的损伤,在再制造业清洗或对表面粗糙度要求高的场合下,是一种较为理想的选择.

基于5DOF的隧道摄像头清洗装置控制系统设计

针对隧道内摄像头镜面污染严重,影响隧道监控管理的问题,基于高压水射流技术,提出了一种5自由度的机械臂清洗装置。分析系统的功能需求,采用电驱动的方式对机械臂的控制系统进行设计,基于比例积分微分控制(PID)原理设计了各关节的定位功能,并用物联网监控的方式开发了远程APP测控系统。通过室内实验确定了最优的清洗工艺参数,并进行了现场的清洗实验。实验结果表明:其能够实现隧道摄像头镜面的有效清洗,清洗装置各关节的定位相对误差在1.4%以内,为隧道内摄像头或者标识物的清洗提供了安全高效的机械化方式。

淹没水射流式贝肉清洗装置设计与试验

随着贝类预制菜产业的发展,基于贝肉的精加工预制食品逐渐在市场上推广,虽然市场上清洗装置品类较多,但是尚未有适合各类贝肉产品清洗的装备,存在清洗效率低、洗净率差和易破损等问题。本研究基于淹没水射流机理,设计了以淹没水射流为清洗动力的贝肉清洗装置,并对清洗装置进行Fluent-EDEM耦合数值模拟,确定清洗装置的关键结构参数范围。通过2个阶段试验论证了该清洗装置的合理性,第1阶段通过清洗正交试验得出,当射流口直径为10 mm,清洗量为14 kg,清洗时间为6 min,淹没水射流式清洗效果最佳;第2阶段进行了生产性对比试验,并以洗净率和破损率作为评价指标,对比3种清洗装置洗净率。结果显示:以扇贝裙边为清洗对象时,淹没水射流式清洗装置的平均洗净率为97.77%,且无破损现象,较螺旋桨式清洗装置洗净率提高了14.4%,较超声波式清洗装置洗净率提高了7.3%;以鸟蛤肉为清洗对象时,淹没水射流式清洗装置的平均洗净率为98.23%,较螺旋桨式清洗装置的洗净率提高了12.49%,较超声波式清洗装置洗净率提高了6.7%,且无破损情况。研究表明,淹没水射流式装置具有较好的清洗效果,具备产业化推广价值。

基于高压水射流技术的植物工厂栽培板清洗装置设计

植物工厂以生产效率高、自动化程度高、不受自然条件影响及环境可调控等优点,被应用于科学研究、植物生产等领域。但植物工厂栽培板存在清洗费力、清洗不彻底等问题,不仅影响植物生长,还制约植物工厂生产效率的提高。对比既有设施农业清洁方式,研究植物工厂栽培板清洗工作原理,利用AutoCAD软件设计了一种基于高压水射流清洗方式的植物工厂栽培板清洗装置。研究了清洗结构、喷嘴类型和水射流影响因子(水射流锥角、水射流压力、靶距和水射流速度)等内容,确定适用于植物工厂栽培板清洗的清洗装置最优参数为水射流靶距20~60 cm、水射流锥角65°和水射流压力1 000 Pa,清洗喷嘴类型为口径3.5 mm的扇型喷嘴。利用Soildworks软件对栽培板清洗效果进行预测及仿真分析,试验结果表明,基于高压水射流的清洗装置可以达到有效清洗植物工厂栽培板的目的,有效提高植物工厂工作效率。该研究可为栽培板清洗装置研究提供理论基础和技术支撑,为植物工厂清洗装置设计开发提供参考。

基于水射流技术的禽舍冲洗设备研究

全球禽类养殖业迅速发展,传统禽舍清洁方法存在效率低、耗时长等问题,制约了行业的可持续发展。为解决这一问题,研究了一种基于水射流技术的禽舍冲洗设备,利用高压水射流和智能化控制系统,能够快速高效地清除禽舍内的粪便和污染物,同时最大限度地减少水资源消耗和环境影响。研究从机械结构设计、水力学性能优化到智能控制系统开发等多个方面进行了系统性研究,以期为禽舍清洁设备研发提供参考。

易燃易爆环境撬装清洗设备的安全可靠性分析与应用研究

针对石化领域易燃易爆环境下撬装清洗设备的安全可靠性要求,从撬装清洗设备易燃易爆环境JSA作业风险评估及控制出发,分析危害程度大的燃烧爆炸安全风险及发生概率较高的运输安全风险,提出易燃易爆和运输安全性设计方法和判定依据;基于故障模式及危害性分析(FMECA),建立水射流清洗系统可靠性通用模型,进行可靠性分配及可靠性设计,用于水射流清洗设备生产设计、检验验收及质量评定等。最终完成具有燃烧爆炸风险防护,上坡、下坡及横向运输安全稳定,平均故障间隔时间tMTBF≥1000 h的水射流清洗设备研制。水射流清洗设备的安全可靠性分析与应用研究,可为今后易燃易爆环境撬装清洗设备的工程设计和施工作业提供一定参考。

成品油罐水射流清洗及水处理一体化工艺研究

针对现有清洗设备存在体量庞杂、清洗功能适配性差、清洗产生的含油污水难以处理达标等问题,提出一种由射流清洗、负压抽吸、多级过滤、油水分离、循环清洗等流程组成的成品油罐水射流清洗及水处理一体化工艺,开展了清洗喷枪设计,配套负压抽吸及清洗泵送系统以及油水分离系统,完成成品油罐清洗成套设备研制。水射流清洗及水处理试验效果良好,实现了25~10000 m^(3)各种结构类型的成品油罐高效、安全清洗。研究成果可为各类成品油罐无人进罐清洗提供工程方案和理论设计依据。

不同水深条件下双腔室自激振荡喷嘴的数值研究

为研究不同水深条件下喷嘴对船舶清洗的空化射流特性,该文以双腔室自激振荡脉冲喷嘴为研究对象,分别在10 m、25 m、50 m和100 m这4种水深条件下,应用Rayleigh-Plesset空化模型对喷嘴进行数值模拟计算,分析了不同水深对喷嘴内流场空化程度、流体速度分布、湍动能的分布规律。结果表明:在双腔室自激振荡喷嘴内流场中空化程度最大,流体速度处于相对较高的水平,湍动能在后腔室和后流道位置最大,外流场中空化程度、流体速度和湍动能明显减小;随着水深增加,喷嘴内流场几乎不受影响,但外流场影响较大,空化数增加,空化程度、流体速度和湍动能逐渐减小,空化清洗效果也随之减弱。该数值研究方法为水下船舶空化清洗提供了参考依据。

海水型凝汽器清洗机器人的设计与研究

海水机组凝汽器冷凝管内壁频繁出现结垢或生物附着会降低机组的换热效率及运行经济性,而现有解决方案对该问题的改善效果并不理想。针对该问题,研究并设计了一种凝汽器智能在线清洗机器人,通过实际清洗逻辑分析完成了总体方案的设计;借助清洗参数计算确定了清洗水压力、流量及管路的设计;考虑对海洋生物的杀灭作用完成了化学清洗部分的设计。为了提高该方案的实用性,开展了海水过滤和密封在线更换的实用性设计。该方案可有效提高并保持凝汽器冷凝管的洁净度,提升机组的换热效率及运行经济性。

Discussion on Anti-Seepage Technologies in the Construction of Small-Scale Rural Water Conservancy Projects

In order to ensure the sustainable growth of rural economy,it is necessary to carry out further research on small-scale water conservancy projects and solve the seepage issue in rural areas.Based on the application significance of small-scale rural water conservancy projects and the analysis of anti-seepage technologies,along with specific examples,this paper specifically discusses the application of high-pressure jet technology,so as to provide reference for the development of engineering construction.

利用CFD-DEM耦合的水射流清洗猪粪过程数值模拟与验证

为探究水射流清洗猪粪的过程和效果,利用计算流体力学和离散元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)耦合对水射流清洗猪粪过程进行数值模拟与验证。结果表明:1)水射流清洗猪粪过程分为三个阶段:自由射流清洗、淹没射流清洗、冲击强化,水射流到达猪粪层表面后0.45 s内清洗效率最高;2)在同结构参数和工作压力下,锥形喷嘴清洗效果优于直锥形喷嘴,连续清洗0.45 s作用时长锥形喷嘴清洗量比直锥形喷嘴高约0.83%;3)锥形喷嘴最大水平清洗移速与清洗目标深度、工作压力负相关,与喷嘴出口直径无明显关系,其中清洗目标深度影响最大。该研究提出了60%含水率的猪粪颗粒粗粒建模方法,并通过清洗试验验证了耦合仿真的有效性,研究结果可为畜禽粪污清洗装备的设计与优化提供理论参考。

高压水射流在飞机发动机叶片清洗的应用

高压水射流清洗操作通常使用较大压力的水射流(20~40 MPa),这些射流通过空气夹带过程在周围大气中扩散,有助于射流的扩散和随后的压力衰减。在飞机发动机清洗行业中,对这种压力衰减的估计以及发动机叶片的放置是至关重要的。此外,需要评估清洁表面上的速度及压力分布,通过对水射流清洗过程进行理论和数值研究,以了解和优化材料去除过程。研究结果表明,增大水射流入口压力会增加清洗效率,但单次清洗面积及清洗增长率下降,增大入口压力意味着较大的水量消耗,会导致射流从清洁表面反弹并阻碍喷嘴流动,从而降低清洁效率。

不同主放电区长度的双高压等离子体射流清洗效果的探究

采用双高压预电离技术,通过改变放电区长度而产生的氩气等离子体射流清洗金属表面的油污.从清洗效果上看,放电区长度为6 cm时,存在着清洗的临界放电频率,一旦放电频率超过临界频率,清洗效果会大幅度改善.而放电区长度为10 cm时,并没有清洗的临界放电频率,清洗效果随着放电频率的升高而持续被改善.同时,在相同的放电频率下,放电区长度为10 cm的等离子体射流清洗效果优于放电区长度为6 cm的等离子体射流.对两种长度放电区产生的氩气等离子体射流的电子激发温度的检测发现,激发温度随放电频率的变化趋势与清洗效果的变化趋势很相似,说明电子激发温度所反映的电子碰撞机制在等离子体射流清洗过程中具有至关重要的作用.

连续管多孔喷嘴射流工具研制与清洗参数优化

连续管尺寸与喷嘴射流参数、泵车参数不匹配导致清洗效果较差,针对该问题,模拟了连续管、喷嘴组合及泵车水力参数的匹配关系,通过试验分析了射流速度、喷嘴直径、喷嘴数量、移动速度和除垢剂对油管清洗效果的影响,基于分析结果研制了新型多孔喷射清洗工具,并进行了清洗参数优化。研究表明,在管柱安全和管内空间允许的条件下,选择大尺寸连续管,可降低管内摩阻和提高流体返出速度;针对井深不超过3000 m的井ϕ73.0 mm油管除垢,选用ϕ50.8 mm连续管,柱塞直径114.3 mm、泵冲90 min−1、功率580 kW的泵车,可获得最优施工排量。针对七个泉油田油管除垢,采用清水+5%盐酸+1%除垢剂,射流除垢工具安装5个ϕ3.5 mm喷嘴,施工排量550~600 L/min,移动速度为5 m/min时,除垢效果较好。连续管射流除垢技术具有安全、环保、无污染等特点,应用前景广阔。

贻贝高压水射流清洗关键参数建模及试验

为解决贻贝传统清洗方式劳动强度高、清洗效果差的问题,搭建了贻贝高压水射流清洗平台。以射流压力、靶距、入射角为变量,射流打击力和射流冲击压力为评价指标,对贻贝外壳进行高压水射流清洗试验;通过Design-Expert软件设计多因素组合试验,建立射流打击力和射流冲击压力的数学模型,使用Box-Behnken响应面寻优得出贻贝高压水射流清洗参数的最优组合;采用最优清洗参数进行射流清洗试验,以验证参数的有效性。结果显示:使用喷射角为65°,内径为2 mm的扇形喷嘴,在射流压力为9.66 MPa,靶距为99.88 mm,入射角为75.38°进行高压水射流清洗时,射流冲击压力为0.011 MPa射流冲击压力远小于贝壳整体曲面的承压能力,清洗后的贻贝表壳完整无裂纹,表壳附着的各类顽固污物基本去除,清洗效果相较于传统清洗方式得到显著提升。高压水射流技术应用于贻贝的清洗,能有效提高贝源的洁净程度和工业化精细处理水平,同时对其他双壳纲贝类的清洗也具有一定的借鉴意义。

基于高压水射流火炮清膛装置的研究与设计

为改变传统人工推拉的方式清洗炮膛的现状,以火炮清膛机的使用特点及技术要求为根据,通过对高压水射流基本结构和相关参数进行分析,采用固体有限体积法对清理过程进行仿真,研究水射流的清除机制,并设计一种基于高压水射流全方位清理火炮内膛积碳、挂铜和挂尼龙,且可实现在炮膛内伸缩回转往复运动的火炮清膛机。针对国内炮膛维护的需求及维护过程中存在的问题,结合野外作业的实际情况,重点给出该火炮清膛装置的设计方案、装置构成及工作原理。装置采用整体布局方式,在确保使用功能的前提下,该装置的操作较为简单、动作实用,并且能够对结构做进一步的优化,一定程度上缩短传动链,以保障装置正常运作,减少故障的发生,使得后期维修保养更加方便,最大程度上延长其使用寿命。

高压水射流技术在石化设备清洗、除锈中的应用

针对石化行业特有的大量静设备 ,如容器、管道的清洗 ,贮罐、球罐的除漆除锈等问题 ,提出以高压、超高压水射流技术诸一解决的对策。高压水射流用于石化行业清洗虽已成为我国各大企业的常规应用技术 ,本文主要介绍 :等功率超高压变速泵的清洗应用、磨料水射流与爬壁机器人对钢质表面除锈。