专利名称：一种喷射点火实验装置及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种喷射点火实验装置及测试方法，该装置及方法可以测量流体从喷
嘴喷射出去的初速度及喷射的平均流量，为研制远程喷射点火装置提供一个实验平台，也适用于其它喷射液体如消防水枪的测试情况。
背景技术：
在石油钻井过程中，由于操作失误或者井底压力过大等导致发生井喷或其他地层流体溢流，导致可燃性气体或液体从井底扩散至地面，出现危及钻井工人生命及附近居民生命安全的情况。发生井喷15min后，如仍无法压井成功，则要求必须放喷，否则含有H2S等有毒有害可燃性气体就会不断向四周扩散；此外井喷失控后大量可燃性气体从井口喷出，如果没有及时处理，会在空气中扩散形成蒸汽云。在这种情况下就需要对井场放喷管线排放出来的可燃流体进行点火处理。目前井场点火方式有人工与装置两种。人工点火是由钻井人员手持火把靠近放喷出来的天然气进行点火，这种方式对人员有极大的人身安全风险。装置点火一般喷出的火焰长度仅为l-2米，不易点燃放喷管线排放的流体，并且一般安装复杂，容易损坏。远程喷射点火装置可以远距离的遥控点火，减少点火人员的点火危险。设计远程喷射点火装置时，需要对喷射流体粘度，喷射流态，喷射的出口速度，喷射射程进行系统细致的对比，分析影响射程的各个主要因素。 目前测量流体瞬态喷射速度的装置一般为在喷嘴壁上设置传感器或安装流量计。传感器价格比较贵，且受到喷嘴孔径及壁厚的影响，测试灵敏度与喷嘴壁形状有密切的关系。流量计的安装本身就对原有流体形态造成了一定程度的影响，这种方法不能简单有效的得到一个比较准确的值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喷射点火实验装置及测试方法，该装置和方法可以测量流体从喷嘴喷射出去的初速度及喷射一次的流量，为远程喷射点火装置的研制提供科学可靠的实验方法和数据。 为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。 —种喷射点火实验装置，主要由高压气瓶、油瓶、喷射腔、喷嘴组成，其特征在于，所述喷射腔与油瓶相连，喷射腔内有活塞，其一端连有高压气瓶，另一端连有喷嘴，活塞与气瓶接触的一端连有带刻度杆，喷嘴端也连有刻度杆。 本装置喷射腔，喷射腔与高压气瓶之间，喷射腔与油瓶之间，喷射腔与喷嘴之间均有控制电磁阀，所述控制电磁阀均由遥控器控制。 本装置高压气瓶、油瓶、喷射腔与喷嘴均连有压力表，喷嘴处设有点火器。
利用本装置进行测试时，高压气体从气瓶引出，通过控制喷射腔与气瓶连接的电磁阀的开闭来控制气瓶内的^推动喷射腔内的活塞。喷射油瓶内装有流体，首先给喷射油瓶内注入2/3容积的流体，封住油瓶，然后向油瓶内注入lMpa压力的^。油瓶与喷射腔连接，通过控制油瓶与喷射腔之间的电磁阀的开闭来给喷射腔注入流体。喷射腔内安装有活塞。活塞与气瓶接触的一端装有刻度杆。通过判定刻度杆的伸长量即可以判定出喷射腔内含有的流体体积。 在点火器前方每隔一米设置一个标杆，摄像机能够清晰的拍摄到点火装置的压力表读数与喷射流体的运动过程。 每次喷射过程由喷射腔注入喷射流体及喷射腔喷出流体两个过程组成。 本发明在喷嘴前端安装有压力表，喷嘴端设置一个刻度杆。喷射时，高速摄像机在
另外一端可以清晰的记录压力表的读数及喷射流体从喷嘴喷出后的流体形态或火焰形态。
采集图像数据后，在计算机上分析喷射流体图像及拍摄图像的计时器显示的时间，即可以
计算出喷射流体从喷嘴的初速度。 喷射流体的平均速度计算可由喷射流量与喷射时间的比值来确定。判定喷射前后活塞尾部刻度杆的位置变化即可确定该次喷射的流体量；持续一次喷射时间可以通过分析高速摄像机的拍摄的画面准确地得出来。 与现有技术相比，本发明克服了现有技术的缺陷，其有益效果是以高压N2做动力源，油瓶内预装有lMpa压力，流体自动流入喷射腔进行补充，不受任何地点的限制，结构简单，控制灵敏，全自动控制，测试有效，使用寿命长。通过本实验装置和方法可得到喷射压力、喷嘴出口射流速度、喷射距离等数据，为研制新型远距离喷射点火装置、提高点火距离等提供有效的实验依据。
图1是本发明喷射点火实验装置结构图。
图中1 :喷嘴端刻度杆，2 :点火器，3 :喷嘴，6、8 :压力表，4、7、9 :连接管，5 :油瓶，10 :高压气瓶，11、13、16、17 :电磁阀，12 :喷射腔刻度杆，14 :活塞，15 :喷射腔，18 :遥控器。
图2为使用该装置测试时的安装位置图。
具体实施例方式
参看图1。 一种喷射点火实验装置，主要由高压气瓶10、油瓶5、喷射腔15、喷嘴3组成，其特征在于，所述喷射腔15通过连接管7与油瓶5相连，喷射腔内有活塞14，其一端通过连接管9与高压气瓶10相连，另一端通过连接管4与喷嘴3相连，活塞14与气瓶10接触的一端连有刻度杆12，喷嘴端连有刻度杆1。 本装置喷射腔，喷射腔与高压气瓶之间，喷射腔与油瓶之间，喷射腔与喷嘴之间均有控制电磁阀13、11、16、17，所述控制电磁阀均由遥控器18控制。
本装置高压气瓶、油瓶连有压力表6、8，喷嘴处设有点火器2。
本装置喷射腔为圆筒形腔室，活塞直径为70mm，喷射腔长度为20cm。
该喷射点火实验装置的测试方法，依次包括以下步骤 (1)关闭电磁阀13、11、16、17，向油瓶5内注入不超过容积2/3的试验喷射流体(油，水或汽油柴油混合物等，并通过旋转粘度计记录其粘度值)，关好油瓶，从油料瓶顶端向油瓶注入1Mpa高压^，密封油瓶； (2)向高压气瓶10注满4Mpa高压N2，密封好高压气瓶；
本步骤后检查高压气瓶出口处的压力表读数，并检查装置整体有无气体泄漏，此时高压气瓶端的压力表读数应该为4Mpa，油瓶端的读数应该是1Mpa。如果有气体泄漏，采取措施重新密封好。 (3)利用遥控器18开启电磁阀16和13，此时油瓶内的流体在压力的作用下注入喷射腔，待喷射腔尾端刻度杆不再移动时，关闭电磁阀16和13，此时喷射腔尾端刻度杆的读数为Ln ; (4)用摄像机持续拍摄喷嘴前端压力表4及喷嘴端刻度杆1 ; 参看图2，在点火器前方每隔一米设置一个标杆，摄像机能够清晰的拍摄到点火装置的压力表读数与喷射流体的运动过程。 (5)利用遥控器18开启电磁阀11和17，向喷射腔内注入高压K，进行喷射，喷射完成后，此时喷射腔尾处的读数L12。 本步骤时如果需要点火只须将点火器与电控装置连接即可，按下打开电磁阀11与17的按钮同时就让点火器开始进行点火工作。 (6)喷射腔为圆筒形腔室，活塞直径为d，喷射完成后，通过以下公式可以计算一次喷射的流体量Q: ^^仏,一^)4 (7)分析拍摄到的录像，记录喷射持续总时间1\，记录喷射流体从喷嘴喷出后在刻度杆100cm处出现时间12，通过以下公式计算喷射速度 喷射平均速度《=^
喷嘴出口速度「2=7 本发明通过判定喷射前后活塞尾部刻度杆的位置变化来确定该次喷射的流量；通过分析高速摄像机的拍摄的画面准确地得出持续一次喷射时间，喷射瞬态的喷射流体压力值通过高速摄像机记录的画面得出，从喷嘴喷射入空气中的流体或火焰的瞬态速度通过分析高速摄像机记录的画面进行分析。 通过本实验装置和方法可得到如下实验数据喷射流体粘度、喷嘴结构、喷射压力、喷嘴出口射流速度、未点火喷射距离、未点火射流形态、点火射流喷射距离等。通过多次实验，可得出在不同燃烧剂粘度、喷嘴结构、喷射压力等参数变化下，对射流速度、射流形态、点火及未点火喷射距离的影响规律，从而为研制新型远距离喷射点火装置、提高点火距离等提供有效的实验依据。
权利要求
一种喷射点火实验装置，主要由高压气瓶(10)、油瓶(5)、喷射腔(15)、喷嘴(3)组成，其特征在于，所述喷射腔(15)通过连接管(7)与油瓶(5)相连，喷射腔内有活塞(14)，其一端通过连接管(9)与高压气瓶(10)相连，另一端通过连接管(4)与喷嘴(3)相连，活塞(14)与气瓶(10)接触的一端连有刻度杆(12)，喷嘴端也连有刻度杆(1)。
2. 如权利要求1所述的喷射点火实验装置，其特征在于，所述喷射腔，喷射腔与高压气 瓶之间，喷射腔与油瓶之间，喷射腔与喷嘴之间均有控制电磁阀(13)、 (11)、 (16)、 (17)，所 述控制电磁阀均由遥控器(18)控制。
3. 如权利要求1所述的喷射点火实验装置，其特征在于，所述高压气瓶、油瓶连有压力 表(6)、 (8)。
4. 如权利要求2所述的喷射点火实验装置，其特征在于，所述喷嘴处设有点火器(2)， 所述点火器由遥控器(18)控制。
5. 如权利要求1所述的喷射点火实验装置，其特征在于，所述喷射腔为圆筒形腔室，活 塞直径为70mm，喷射腔长度为20cm。
6. 如权利要求1所述的装置的测试方法，依次包括以下步骤(1) 关闭电磁阀(13)、 (11)、 (16)、 (17)，向油瓶(5)内注入试验喷射流体，关好油瓶， 从油瓶顶端向油瓶注入1Mpa高压K，密封油瓶；(2) 向高压气瓶(10)注满4Mpa高压N2，密封高压气瓶；(3) 开启电磁阀(16)和(13)，油瓶内流体在压力作用下注入喷射腔(15)，待喷射腔尾 端刻度杆不再移动时，关闭电磁阀(16)和(13)，此时喷射腔尾端刻度杆的读数为Ln ;(4) 用摄像机持续拍摄喷嘴前端压力表(4)及喷嘴端刻度杆(1);(5) 开启电磁阀(11)和(17)，向喷射腔内注入高压^，进行喷射，喷射完成后，喷射腔 尾处的读数为L12 ;(6) 喷射腔为圆筒形腔室，活塞直径为d，喷射完成后，通过以下公式计算一次喷射的 流体量Q :4 '(7) 分析拍摄到的录像，记录喷射持续总时间1\，记录喷射流体从喷嘴喷出后在刻度杆 100cm处出现时间12，通过以下公式计算喷射速度喷射平均速度《=f喷嘴出口速度^=* 。
7. 如权利要求6所述的测试方法，其特征在于，步骤(1)所述喷射流体为水，汽油，柴 油，或汽油柴油混合物。
8. 如权利要求6所述的测试方法，其特征在于，步骤(5)打开电磁阀(11)、 (17)的同 时让点火器(2)开始点火。
全文摘要
本发明涉及一种喷射点火实验装置及测试方法，该装置主要由高压气瓶、油瓶、喷射腔、喷嘴组成，喷射腔与油瓶相连，喷射腔内有活塞，其一端连有高压气瓶，另一端连有喷嘴。利用本装置进行测试时，通过控制喷射腔与油瓶之间的电磁阀的开闭来给喷射腔注入流体，通过控制喷射腔与气瓶之间的电磁阀的开闭来控制气瓶内的N2推动喷射腔内的活塞，活塞与气瓶接触的一端装有刻度杆，通过判定喷射前后活塞尾部刻度杆的位置变化来确定该次喷射的流量。本发明以高压氮气做动力源，油瓶内预装有1MPa压力，流体自动流入喷射腔进行补充，不受任何地点的限制，结构简单，控制灵敏，全自动控制，测试有效，使用寿命长。
文档编号E21B47/00GK101701966SQ20091021601
公开日2010年5月5日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者王国荣, 陈沛民, 韩传军 申请人:西南石油大学