高压水射流技术.ppt

石油工程高压水射流技术Water Jet Technology in Petroleum Engineering李根生石油大学(华东)石油工程学院
主要内容
第一章射流动力学基础和计算
第二章石油工程水射流技术
第三章水射流技术工业应用
第四章结论和前景展望
第一章射流动力学基础和计算 §1-1 绪论 §1-2 淹没水射流结构特性 §1-3 水射流类型与作用机理 §1-4 水射流动力学计算
§1-1 绪论
一、水射流技术原理与发展概况
高压水射流技术是近二、三十年来发展起来的一门新技术,目前正越来越广泛地应用于煤炭、石油、化工、冶金、船舶、航空、交通、建筑等工业部门,用以清洗、除垢、切割、破岩等,显著提高工效,降低成本,减轻劳动强度,改善工作环境。
1. 基本原理
高压水射流,是以水为介质,通过高压发生设备增压获得巨大能量,经一定形状的喷嘴喷出的一股能量集中的高速水流。
2. 发展概况
50’s~60 ’s: 探索和实验阶段
50年代,人们从水力采煤和高速飞机的雨蚀现象中认识到,提高射流压力和速度能够冲蚀较坚硬物料,并显著提高落煤效果,从而开始了较高压力设备的研制和较高压射流的实验。
60’s~70 ’s: 基础设备研制和水力清洗
60年代初,随着较高压力柱塞泵和增压器的问世,开始研究射流动力学特性和喷嘴结构。
水力清洗受到重视。
70’s~80 ’s: 工业试验和应用 60年代末70年代初,美国国家科学基金资助了一项庞大的研究计划,旨在寻求一种高效的切割破岩方法(Maurer,1980),研究人员提出并试验了25种新方法,如电火花、电子束、激光、火焰、等离子体、高压水射流等, 最后专家们一致公认最可行有效的是高压水射流破岩方法,后来也只有这种方法得到了实际应用。进入70年代,各国开始大力研究高压水射流技术,使该技术进入了迅速发展的新阶段。这期间,研究的重点是水射流破岩机理、脉冲射流特性及水射流在切割、破岩、清洗上的应用,开始出现了水力辅助机械破岩、空化射流、磨料射流、间断射流等新型射流技术。
80’s~现在: 新型高效射流,迅速发展
进入80年代以来,随着激光测速、高速摄影、流体显形、数值模拟等先进测试和研究手段的进步,高压水射流技术研究和应用得到更迅速发展。磨料射流、空化射流、脉冲射流、水力辅助机械破岩技术和基础理论、切割机理、影响因素研究和分析进一步深入,并出现了气水射流、液态金属射流、液态气(空气、氮气、二氧化碳气)射流、冰粒射流等特种射流,其应用范围也由当初的采矿、破岩、钻孔、清洗、除垢发展到金属和超硬材料切割、表面处理、研磨等应用领域涉及煤炭、石油、冶金、化工、船舶、航空、建筑、电力、纺织、交通、市政医学等十几个工业部门及核废料、海洋等危险恶劣工作环境,自动化程度切和切割精度有了显著提高。
学术机构和活动 1. 国际水射流技术协会(International Society of Water  Jet Technology): International Symposium on Jet  Cutting Technology, BHRA, 1972--2000, 15届。2. 美国水射流技术协会(Water Jet Technology Associ.): American Waterjet Conference, 1981-99, 10届。3. 日本水射流技术学会(Water Jet Technology Society of Japan): Pacific Rim International Conference on  Water jet Technology, 1987--2000,6届。4. 中国劳动保护学会水射流技术专业委员会: 全国水射流技术研讨会,1979--1999,10届。
二、水射流分类
高压水射流种类很多,分类方法也多种多样,常用的以下几种:
1、按驱动压力
压力等级压力范围(Mpa) 泵类型
低压 ~ 20 离心泵, 柱塞泵
中压 20 ~ 70 柱塞泵, 增压器
高压 70 ~ 140 柱塞泵, 增压器
超高压 140 ~ 400 增压器, 水炮
2、按射流介质
牛顿流体: 水, 空气;
非牛顿流体: 聚合物(CMC, PAM), 泥浆。
3、按环境介质
淹没射流: 在水中或其他液体中喷射;
非淹没射流: 水在空气中喷射。
4、按射流水力学特性
稳定射流: 各断面流力特性不随时间变化,仅随位置变化;
不稳定射流: 各断面流力特性不仅随时间变化,且随位置变化。
5、按固壁条件
自由射流: 无固壁限制;
非自由射流: 有固壁约束。
6、按施载方式
连续射流: 开始峰值,后