矿井钻探冲刷工况模拟装置及利用该装置模拟矿井冲刷状态的方法与流程

本发明涉及一种矿井钻探冲刷工况模拟装置，还涉及利用该装置模拟矿井冲刷状态的方法。

背景技术：

参照图8。文献“申请公开号cn106872265a的中国发明专利”公开了一种试件夹持器及自旋式多相流冲蚀磨损试验机，该装置包括电机1、支架2、浆料筒3、转盘4、转轴5、挡料板6、试件夹持器7和试件8；所述电机1通过支架2设置在所述浆料筒3的上侧，所述转轴5的一端与所述电机1的输出轴连接，所述转轴5的另一端设置转盘4，所述转轴5穿过所述浆料筒3的顶板以便将所述转盘4设置于所述浆料筒3内，所述转盘4上设有多个所述的试件夹持器7；所述浆料筒3内设有多个挡料板6，所述挡料板6的一边与所述浆料筒3的筒体连接。

该装置工作时，试件8通过试件夹持器7安装在转盘4上，转盘4位于浆料筒3内，浆料筒3内装有浆料，电机1通过转轴5带动转盘4转动，转盘4转动时，料浆也随转盘4转动，浆料筒3内的挡料板6会对浆料的转动产生阻挡的作用，进而产生一定的涡流，对试件起到一定的冲刷作用，能够模拟实际工况中的冲刷形式。

不难看出，相关专利中提及的装置存在以下缺陷：

一、该装置只能针对旋转式冲刷工况的模拟，不能对管道冲刷工况进行模拟实验研究；

二、利用该装置实验时，由于试样在料浆罐中搅拌冲刷，其所对应的冲刷速度很难精确测量和控制；

三、由于在罐内试样与冲刷粒子的接触是随机的，因而很难保证在旋转过程中颗粒撞击角度的一致性，即冲刷角的控制难以保证，影响实验研究的准确性。

技术实现要素：

为了克服现有模拟装置实用性差的不足，本发明提供一种矿井钻探冲刷工况模拟装置及利用该装置模拟矿井冲刷状态的方法。模拟装置包括料浆罐、进给丝杠、气缸、试样组件、喷射试样组件、冲刷管、喷射管和冲刷室。进给丝杠上安装有供试样组件或喷射试样组件移动的气缸；料浆罐右上方设有冲刷室，内部装有试样组件或喷射试样组件和冲刷管或喷射管。通过冲刷管和喷射管的互换，不仅能够针对管道冲刷工况进行冲刷实验研究，探究试样在实际工况各因素下的磨损问题；而且还能够对喷射冲刷工况进行相应的实验研究，用来探究新材料的耐冲蚀性能，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种矿井钻探冲刷工况模拟装置，其特点是：包括搅拌器1、料浆罐2、支撑板3、进给丝杠4、导向轴5、气缸6、冲刷室9、流量计10、漏液开关11、回流阀12、出水阀13和砂浆泵14；所述的搅拌器1通过机械密封连接搅拌电机并安装于料浆罐2的底部，所述进给丝杠4和导向轴5通过两端的轴承座安装在料浆罐2上方的支撑板3上，进给丝杠4上安装有气缸6；所述料浆罐2的右上方设有冲刷室9，料浆罐2的一侧设置砂浆泵14，冲刷室9通过管道和出水阀13与砂浆泵14的出水口相连接，管道上装有流量计10和漏液开关11，并通过回流阀12与料浆罐2相连，料浆罐2的中下部与砂浆泵14的进水口直连。

所述的冲刷室9由试样组件71和冲刷管81构成，所述试样组件71通过内环713、垫圈712和顶尖715将冲刷试样714安装在于中心轴711上，中心轴711与气缸6轴固连后伸入冲刷管81中。

所述的冲刷室9由喷射试样组件72和喷射管82构成，所述喷射试样组件72通过压环724用螺栓将喷射试样723装夹在转台722上，并在设定角度下与拨叉721连接，喷射试样组件72与喷射管82保持固定距离，拨叉721与气缸6轴固连。

所述冲刷管81和喷射管82均通过法兰密与砂浆泵14的出水口相连接。

一种利用上述装置模拟矿井冲刷状态的方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、将实验用水加入料浆罐2中，开启砂浆泵14和出水阀13，调节回流阀12，观察流量计10，将流量调节至1-15m/s，由公式q＝v*a得到冲刷速度v，关闭砂浆泵14。式中，q-流量，v-冲刷速度，a-过流面积。

步骤二、按实验用砂砾与水的配比1-20％，称取实验用砂砾，并倒入料浆罐2，打开搅拌器1。

步骤三、当进行冲刷管冲刷实验时，首先将冲刷试样714用酒精清洗、烘干，称重并记录，将试样组件71的中心轴711与气缸6轴连接，观察导向轴5上的刻度表，旋转进给丝杠4的调节手轮将气缸6轴中心与刻度盘零刻度对齐，或者前后调节气缸6的位置，调节试样714与冲刷管81壁的间隙0-10mm；

给气缸6通电，使气缸6轴外伸将冲刷试样714送入冲刷管81内，关闭冲刷室9的顶盖；

开启砂浆泵14和出水阀13进行冲刷实验，冲刷实验过程中冲刷试样714随冲刷管81内压力大小往复运动；冲刷实验完成后，关闭出水阀13和砂浆泵14，给气缸6断电，取出冲刷试样714，用酒精清洗，烘干，称量并记录。

步骤四、当进行喷射冲刷实验时，首先将冲刷管81更换为喷射管82，将喷射试样723用酒精清洗，烘干，称重并记录，并按要求的角度安装于转台722上，角度调节范围是0-90°，将喷射试样组件72上的拨叉721与气缸6轴固连，观察导向轴5上的刻度表，旋转进给丝杠4的调节手轮将气缸6轴中心与刻度盘零刻度对齐，并调整气缸6使喷射试样723与喷射管82的喷嘴保持固定距离，关闭冲刷室9的顶盖；

打开搅拌器1，开启砂浆泵14和出水阀13进行喷射实验，喷射实验完成后，关闭出水阀13和砂浆泵14，并关闭搅拌器1，取出喷射试样723，用酒精清洗，烘干，称量并记录。

本发明的有益效果是：本发明模拟装置包括料浆罐、进给丝杠、气缸、试样组件、喷射试样组件、冲刷管、喷射管和冲刷室。进给丝杠上安装有供试样组件或喷射试样组件移动的气缸；料浆罐右上方设有冲刷室，内部装有试样组件或喷射试样组件和冲刷管或喷射管。通过冲刷管和喷射管的互换，不仅能够针对管道冲刷工况进行冲刷实验研究，探究试样在实际工况各因素下的磨损问题；而且还能够对喷射冲刷工况进行相应的实验研究，用来探究新材料的耐冲蚀性能，实用性好。

以下结合附图和实施例详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明矿井钻探冲刷工况模拟装置(冲刷管冲刷工况)的结构示意图。

图2是图1中试样组件与冲刷管内部连接关系放大图。

图3是本发明矿井钻探冲刷工况模拟装置(喷射冲刷工况)的结构示意图。

图4是图3中喷射试样组件与喷射管连接关系放大图。

图5是图1、3中进给丝杠a向放大图。

图6是图1、2中冲刷管的结构放大图。

图7是图3、4中喷射管结构放大图。

图中，1-搅拌器，2-料浆罐，3-支撑板，4-进给丝杠，5-导向轴，6-气缸，71-试样组件，72-喷射试样组件，81-冲刷管，82-喷射管，9-冲刷室，10-流量计，11-漏液开关，12-回流阀，13-出水阀，14-砂浆泵，711-中心轴，712-垫圈，713-内环，714-冲刷试样，715-顶尖，721-拨叉，722-转台，723-喷射试样，724-压环。

图8是背景技术多相流冲蚀磨损试验机的结构示意图。

图中，1-电机，2-支架，3-浆料筒，4-转盘，5-转轴，6-挡料板，7-试件夹持器，8-试件。

具体实施方式

以下实施例参照图1-7。

装置实施例：

本发明一种矿井钻探冲刷工况模拟装置，包括搅拌器1、料浆罐2、支撑板3、进给丝杠4、导向轴5、气缸6、试样组件71、喷射试样组件72、冲刷管81、喷射管82、冲刷室9、流量计10、漏液开关11、回流阀12、出水阀13、砂浆泵14；所述的搅拌器1通过机械密封连接搅拌电机安装于料浆罐2的底部，所述进给丝杠4和导向轴5通过两端的轴承座安装在料浆罐2上方的支撑板3上、丝杠上安装有供试样件组件71(或喷射试样组件72)移动的气缸6；所述料浆罐2右上方设有冲刷室9，内部装有试样组件71(或喷射试样组件72)和冲刷管81(或喷射管82)，冲刷管道通过法兰接头与旁边砂浆泵14的出水管相连，出水管路上装有流量计10和漏液开关11及出水阀13并在管路中间通过回流阀12与料浆罐2相连；

所述试样组件71，通过内环713、垫圈712和顶尖715将冲刷试样714安装在于中心轴711上，并伸入冲刷管81中进行冲刷管冲刷。

所述喷射试样组件72，通过压环724用螺栓将喷射试样723装夹在转台722上，并在设定角度下与拨叉721连接，试样组件72与喷射管82保持一定距离进行喷射实验。

所述冲刷管81和喷射管82均通过法兰密封连接与管路相连，可根据实际使用需要进行更换，以完成相应实验；

方法实施例1：管道冲刷实验；

步骤一、试压，称取实验所用水的量或比例，倒入料浆罐2，开启砂浆泵14和出水阀13，调节回流阀12，观察流量计10，将流量调节至实验所需流量(调节范围1-15m/s)，由q＝v*a(q-流量，v-冲刷速度，a-过流面积)，得到冲刷速度v，关闭砂浆泵14。

步骤二、将冲刷试样714用酒精清洗，烘干，称重并记录，并通过内环713、垫圈712和顶尖715将冲刷试样714安装在于中心轴711上，用气缸6端头的螺纹将试样组件71与气缸6连接起来，通过观察导向轴5上的刻度表，旋转进给丝杠4的调节手轮将气缸5的中心与刻度盘零刻度对齐，或者按照实验要求前后调节气缸5的位置，改变试样6与冲刷管壁的间隙，其中间隙调节范围是0-10mm；

步骤三、配制浆料，按实验所用砂砾和水的配比(范围1％-20％)，称取实验作用砂砾，倒入料浆罐2，并打开搅拌器1；

步骤四、给气缸6通电，使缸杆外伸将试样组件71送入冲刷管81内，关闭冲刷室9的顶盖；

步骤五、开启砂浆泵14和出水阀13进行冲刷实验(通过打开漏液开关11可检测到达冲刷管所形成的冲刷溶液浓度)，冲刷过程中试样件随冲刷管内压力大小往复运动；待冲刷实验完成，关闭出水阀13和砂浆泵14并关闭气缸6使试样组件71退出冲刷管81，取出冲刷试样714，用酒精清洗，烘干，称量并记录。

方法实施例2：喷射冲刷实验：通过更换冲刷管81，连接喷射管82，便可将设备转换为喷射冲刷装置。

步骤一、试压，称取实验所用水的量或比例，倒入料浆罐2，开启砂浆泵14和出水阀13，调节回流阀12，观察流量计10，将流量调节至实验所需流量(调节范围1-15m/s)，由q＝v*a(q-流量，v-冲刷速度，a-过流面积)，得到冲刷速度v，关闭砂浆泵14；

步骤二、将喷射试样723用酒精清洗，烘干，称重并记录，按要求的角度安装于转台722上，角度调节范围是0-90°，并将喷射试样组件72与气缸6前端相连，观察导向轴5上的刻度表，旋转进给丝杠4的调节手轮将气缸6的中心与刻度盘零刻度对齐，并调整气缸6使喷射试样723与喷射管82的喷嘴保持固定距离，关闭冲刷室9的顶盖；

步骤三、配制浆料，按实验所用砂砾和水的配比(范围1％-20％)，称取实验作用砂砾，倒入料浆罐2，并打开搅拌器1；

步骤四、开启砂浆泵14和出水阀13进行喷射冲刷实验，待冲刷实验完成，关闭出水阀13和砂浆泵14，并关闭搅拌器1，取出喷射试样723，用酒精清洗，烘干，称量并记录。