Раздел 2
Экспериментальные исследования влияния
гидродинамических характеристик потока,
на параметры струи ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
2.1. Цель и задачи проведения экспериментальных исследований
Анализ состояния вопроса связанного с изучением гидродинамики стационарных и
нестационарных струй высокого давления позволил сделать вывод представленный в
первой главе. Как следует из обзора [11, 21, 28, 36, 68, 77, 40-43, 53, 56,
71-78, 85-96, 111-114, 108, 122, 135 и др.] до настоящего времени недостаточно
изучена гидродинамика струйных потоков, предназначенных для разрушения горных
пород, что связано с отсутствием достаточно полных комплексных
экспериментальных исследований течения вязких и аномально - вязких жидкостей на
этапах формирования струи в насадке и ее истечения.
Поэтому целью дальнейших исследований является повышение эффективности
применения гидроструйных технологий на основании комплексного подхода в решении
таких задач:
- проведение физического моделирования течения струй высокого давления, на
экспериментальном стенде, которое позволит изучить влияние основных
гидродинамических характеристик (давления, скорости, силы реакции, энергии
струи) на структуру струи и сформировать представление о физических процессах и
явлениях, происходящих в ней при движении в воздухе;
- проведение планирования эксперимента и определение параметра оптимизации,
характеризующего процесс разрушения твердого материала;
- установление особенностей формирования и истечения нестационарных струй
высокого давления;
- разработка способов повышающих разрушающую способность струи.
Для достижения цели исследования необходимо иметь полное представление о
механизме явлений и процессов, которые происходят как по длине струи высокого
давления, так и на этапе ее формирования в насадке. Поэтому первым шагом при
выполнении исследований стала разработка физической модели. Учитывая сложность
реальной картины течения, считаем целесообразным ограничиться определением
основных факторов и явлений, абстрагируясь от других, менее существенных, и
построить модель, которая бы качественно описывала процессы, происходящие по
длине струи высокого давления. Имеющиеся описания структуры струи не дают
четкого представления о ее параметрах и явлениях протекающих в ней, так как
экспериментальные исследования носят частный характер. Это обусловлено
сложностями проведения экспериментов, вызванных высоким значением подводимого
давления (до 500 МПа). Для определения закономерностей описывающих явления и
процессы, происходящие при истечении струи, следует провести физическое
моделирование, на основании которого сформировать представление об изменениях
ее структуры и гидродинамических параметров.
2.2. Проведение экспериментальных исследований
Определим последовательность проведения экспериментов:
- подготовка экспериментального стенда к проведению исследований;
- подготовка измерительной и регистрирующей аппаратуры;
- установка баллистического маятника, установка и подключение регистрирующей
аппаратуры, комплексная подготовка стенда к проведению экспериментов,
регистрация основных данных;
- построение графических зависимостей и их математическая обработка.
При обработке полученных экспериментальных данных значение задаваемых
параметров желательно приводить к безразмерному виду, для обеспечения
однородности физических величин в размерном отношении.
2.2.1. Оборудование для проведения экспериментальных исследований.
Для проведения физического моделирования течения струйных потоков высокого
давления использовалось следующие оборудование:
- экспериментальный стенд для исследования струй высокого давления (разработан
Научно - исследовательской фирмой «НИТЕП» (г. Тула));
- приборы для изучения реологических свойств рабочей жидкости.
Гидравлическая схема экспериментального стенда для исследования струй высокого
давления представлена на рис. 2.1.
Конструкция стенда обеспечивает получение струи высокого давления с помощью
трех насосных блоков. Непосредственно высокое давление воды создает водяной
насосный блок 3. Вода подается на этот блок с помощью водяного насосного блока
низкого давления 2. Масляный насосный блок среднего давления 1 обеспечивает
работу мультипликаторов Ц1 и Ц2 водяного насосного блока высокого давления
3.Электрогидравличсекий синхронизатор-распределитель Р обеспечивает
противофазное возвратно–поступательное движение поршней мультипликаторов.
Обратные клапаны КО1, КО2 и КО3, КО4, подключенные к камерам высокого давления
мультипликаторов, обеспечивают порционную пульсирующую подачу воды под высоким
давлением в линию нагнетания, на выходе которой установлено струеформирующее
устройство 5. Пульсации высокого давления сглаживаются пневмогидравлическим
аккумулятором 4. Температура масла в насосном блоке 3 регулируется путем
изменения расхода воды через теплообменник с помощью дросселя Д1.
В табл. 2.1 приведены основные технические характеристики экспериментальной
установки.
Таблица 2.1 -
Техническая характеристика экспериментальной установки
Водяной насосный блок высокого давления
- производительность, л/мин
от 30
- давление, МПа
400 (mах 500)
- к.п.д.
0,8
Водяной насосный блок низкого давления
- производительность, л/мин
от 60
- давление, МПа
- мощность приводного электродвигателя, кВт
11
Масляный насосный блок среднего давления
- производительность, л/мин
от 340
- давление, МПа
до 32
- тип масла
ТП 22
- тип насоса
1 РНАД 250/320
- мощность приводного электродвигателя, кВт
110
Рис. 2.1. Гидросхема экспериментального стенда:
1 – масляный насосный блок среднего давления; 2 – водяной насосный блок низкого
давления; 3 – водяной насосный блок высоко
- Київ+380960830922