高压聚能射流发生装置设计及性能

作     者：顾聪聪 刘送永 李洪盛 孙敦凯 江红祥 周小磊 GU Congcong;LIU Songyong;LI Hongsheng;SUN Dunkai;JIANG Hongxiang;ZHOU Xiaolei

作者机构：中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学矿山智能采掘装备省部共建协同创新中心江苏徐州221008 中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016 

基　　金：国家自然科学基金面上资助项目(51975570) 江苏省杰出青年基金资助项目(BK20211531) 江苏省自然科学基金资助项目(BK20210516) 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年第48卷第12期

页      码：4632-4646页

摘      要：针对普通射流在破岩过程中存在的靶距短、喷嘴直径小造成的破岩能量小,难以实现岩石的高效破碎等问题,提出一种高压聚能射流发生装置。该装置利用阀芯改变流体介质的流动方向,使活塞在缸内往复运动,依靠活塞的高速运动实现射流的增压效果,并通过改变泵站流量实现对射流脉冲频率以及脉冲压力的可靠调节。首先,对高压聚能射流发生装置整体结构以及不同工作阶段进行详细介绍,阐述其工作原理。其次,基于流体力学和能量守恒理论,建立高压聚能射流发生装置动力学模型,分析装置不同结构参数与动力参数的关系,探究装置结构参数对射流冲击压力的影响,揭示增压活塞在冲击过程阶段的能量演化规律,进而得到射流冲击压力与泄油口面积、活塞杆直径、喷嘴出口直径以及系统压力均呈现先增大后减小的趋势、系统压力、喷嘴出口压力、泄油口面积、活塞杆直径对装置性能的影响程度依次降低的影响规律;在此基础上,构建高压聚能射流破岩试验系统及液压控制系统,开展高压聚能射流冲击破岩试验研究,以此验证系统可行性以及理论分析的正确性。试验结果表明:相较于普通射流,无论是在射流产生的破碎深度和破碎坑体积方面,高压聚能射流破岩效果均优于普通射流。高压聚能射流冲击破岩过程呈周期性变化,在10 MPa的输入压力下,输出压力可以达到72.5 MPa,具有良好的增压效果;在预定系统压力下,射流冲击岩石的最优靶距为10 cm;射流冲击频率随液压泵流量呈线性增长,且岩石破碎体积、破碎坑直径以及深度均随着冲击频率的增加呈现增长的趋势。

主 题 词：高压聚能射流 动力学模型 射流压力 破岩性能 

学科分类：081901[081901] 0819[工学-海洋工程类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.13225/j.cnki.jccs.2023.0503

馆 藏 号：203125385...