【资料】高压水射流及磨料射流切割技术介绍汇编
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高压水射流技术是近三十年来发展起来的一门新技术，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，提高工效，降低 成本，减轻劳动强度，改善工作环境。
近年来，出现超高压射流、空化射流、自振空化射流、磨料射 流、旋转射流等新型射流技术。
一、水射流基本概念与原理
d 4 2 .2 2 * 1 2 0 C 2 1 0 P Q 2
此时喷嘴直径 d 单位为 cm。
一、水射流基本概念与原理
5）射流水功率 W = PQ
其中，W -- 射流水功率，w； Q -- 射流流量， cm3 /s； P -- 射流压力，MPa。
6）射流冲击力 F = 102Q2/A
其中， F --射流冲击力，KN； Q -- 射流流量， cm3 /s； ρ-- 射流介质密度，g/cm3； A -- 喷嘴出口截面积，cm2。
极 点：射流外边界延伸线的交点，虚拟射流源。
一、水射流基本概念与原理
6.水射流特性
优点：（1）水源丰富，成本低； （2）精密切割、切口平整； （3）工作参数（P、Q）易调； （4）遥控：危险恶劣环境； （5）冷却、灭尘、润滑。
缺点：（1）功率消耗大； （2）水溅、潮湿； （3）高压部件: 泵、密封、喷嘴、管、阀寿命短。
一、水射流基本概念与原理
3）70～80年代：工业试验和应用 进入70年代，各国开始大力研究高压水射流技术，开始出现 了磨料射流、脉冲射流、空化射流、间断射流等新型射流技术。 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、清洗等工业中的试验。 4）80～现在：新型高效射流，迅速发展 进入80年代以来，开始系统研究磨料射流、空化射流、脉冲 射流、旋转射流等新型射流的清洗、切割、水力破岩工艺技术和 基础理论，并出现了气水射流、冰粒射流、液态气（空气、氮气、 二氧化碳气）射流等特种射流。 应用范围也由采矿、破岩、钻孔、清洗、除垢发展到金属和 超硬材料切割、表面处理、研磨等方面。 应用领域也扩大到煤炭、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。
• 磨料射流参数 – 磨料类型 – 磨料流量 – 磨料粒度 – 混合管直径
• 工况参数 – 进给速度 – 靶距（喷距） – 流道数 – 入射角 – 切深或切宽 – 切割体积 – 比能
• 靶件参数 – 靶件ຫໍສະໝຸດ Baidu度 – 靶件硬度 – 靶件孔隙度 – 靶件渗透率
一、水射流基本概念与原理
9.水射流动力学计算公式
高压水射流及磨料射流切割技术 介绍
一、水射流基本概念与原理
1.基本概念 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.射流分类 （按压力等级分）
压力等级 低压 中压 高压 超高压
压力范围 (MPa) 0.5～20 20～70 70～140 140～400
一、水射流基本概念与原理
3）射流流量
Q = VA = (d2 /4) V 其中， Q -- 射流流量， cm3 /s；
V -- 射流速度，cm/s；
A -- 喷嘴出口截面积，cm2 ；
d -- 喷嘴出口直径，cm。
4）喷嘴直径
d 4Q VC42 Q P
当P – Mpa，Q -- cm3 /s，ρ-- g/cm3 时，喷嘴直径为：
一、水射流基本概念与原理
7）射流反推力
T = 0.0445 Q P1/2
其中，T -- 射流反推力，N； Q -- 射流流量，cm3/s； P -- 射流压力，MPa。
8）管路压力损失
ΔP = 71.24 Q2 /D5R1/4 其中，ΔP --管路压力损失，MPa/m；
Q -- 射流流量，cm3/s； D -- 管路内径，mm； R -- 雷诺数，R=21115(Q/D)。 管路压力损失与流量平方成正比，与管路内径5次方成反比。
1）基本方程式 （1）伯努利方程
P1 V12 P2 V22
1 2 2 2
其中，P -- 压力，V-- 速度。 （2）连续方程
1V1A12V2A2
2）射流速度 V = C (2P/)1/2
其中，V -- 射流速度，m/s； C -- 流速系数； P -- 射流压力，MPa； ρ-- 射流介质密度，g/cm3
高压水射流技术经历了四个发展阶段： 1）50～60年代：探索和实验阶段 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，从而进入了高压射 流的实验阶段。 2）60～70年代：设备研制阶段 随着射流压力的提高，柱塞泵和增压器等增 压设备进入研制阶段，开始突飞猛进的发展， 并出现了一些新型射流喷嘴。同时水力清洗受 到重视。
泵类型 离心泵, 柱塞泵 柱塞泵, 增压器 柱塞泵, 增压器 增压器, 水炮
一、水射流基本概念与原理
3.高压水射流技术发展概况
60年代末70年代初，美国NSF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，提出并试验了25种新方法，如电 火花、激光、火焰、等离子体、高压水射流等，最后一致公认最可 行有效的是高压水射流破岩方法。
一、水射流基本概念与原理
4.高压水射流相关的学术机构 1）国际水射流技术协会 2）美国水射流技术协会 3）日本水射流技术学会 4）中国水射流技术专业委员会
5.淹没射流的基本结构
成立于1972年。 成立于1981年。 成立于1987年。 成立于1979年。
初始段：轴心速度保持初始速度，Um = U0 基本段：轴心速度小于初始速度，Um < U0 等速核：各点速度等于初始速度的区域，Ui = U0 内边界：射流速度保持初始速度的界限，Ux边 = U0 外边界：速度等于零的边界，Ux边 = 0 混合区：内外边界之间的区域。
一、水射流基本概念与原理
7.高压水射流系统组成
1） 压力源: 高压泵、增压器、水炮等； 2） 执行和控制机构: 阀、管路、喷嘴、传动机构、压力控制 机构； 3） 工件（靶物）。
一、水射流基本概念与原理
8.射流基本参数
• 流体参数 – 射流压力 – 喷嘴直径 – 喷嘴型式 – 射流功率 – 流速流量 – 流体性质 – 射流反冲力
近年来，出现超高压射流、空化射流、自振空化射流、磨料射 流、旋转射流等新型射流技术。
一、水射流基本概念与原理
d 4 2 .2 2 * 1 2 0 C 2 1 0 P Q 2
此时喷嘴直径 d 单位为 cm。
一、水射流基本概念与原理
5）射流水功率 W = PQ
其中，W -- 射流水功率，w； Q -- 射流流量， cm3 /s； P -- 射流压力，MPa。
6）射流冲击力 F = 102Q2/A
其中， F --射流冲击力，KN； Q -- 射流流量， cm3 /s； ρ-- 射流介质密度，g/cm3； A -- 喷嘴出口截面积，cm2。
极 点：射流外边界延伸线的交点，虚拟射流源。
一、水射流基本概念与原理
6.水射流特性
优点：（1）水源丰富，成本低； （2）精密切割、切口平整； （3）工作参数（P、Q）易调； （4）遥控：危险恶劣环境； （5）冷却、灭尘、润滑。
缺点：（1）功率消耗大； （2）水溅、潮湿； （3）高压部件: 泵、密封、喷嘴、管、阀寿命短。
一、水射流基本概念与原理
3）70～80年代：工业试验和应用 进入70年代，各国开始大力研究高压水射流技术，开始出现 了磨料射流、脉冲射流、空化射流、间断射流等新型射流技术。 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、清洗等工业中的试验。 4）80～现在：新型高效射流，迅速发展 进入80年代以来，开始系统研究磨料射流、空化射流、脉冲 射流、旋转射流等新型射流的清洗、切割、水力破岩工艺技术和 基础理论，并出现了气水射流、冰粒射流、液态气（空气、氮气、 二氧化碳气）射流等特种射流。 应用范围也由采矿、破岩、钻孔、清洗、除垢发展到金属和 超硬材料切割、表面处理、研磨等方面。 应用领域也扩大到煤炭、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。
• 磨料射流参数 – 磨料类型 – 磨料流量 – 磨料粒度 – 混合管直径
• 工况参数 – 进给速度 – 靶距（喷距） – 流道数 – 入射角 – 切深或切宽 – 切割体积 – 比能
• 靶件参数 – 靶件ຫໍສະໝຸດ Baidu度 – 靶件硬度 – 靶件孔隙度 – 靶件渗透率
一、水射流基本概念与原理
9.水射流动力学计算公式
高压水射流及磨料射流切割技术 介绍
一、水射流基本概念与原理
1.基本概念 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.射流分类 （按压力等级分）
压力等级 低压 中压 高压 超高压
压力范围 (MPa) 0.5～20 20～70 70～140 140～400
一、水射流基本概念与原理
3）射流流量
Q = VA = (d2 /4) V 其中， Q -- 射流流量， cm3 /s；
V -- 射流速度，cm/s；
A -- 喷嘴出口截面积，cm2 ；
d -- 喷嘴出口直径，cm。
4）喷嘴直径
d 4Q VC42 Q P
当P – Mpa，Q -- cm3 /s，ρ-- g/cm3 时，喷嘴直径为：
一、水射流基本概念与原理
7）射流反推力
T = 0.0445 Q P1/2
其中，T -- 射流反推力，N； Q -- 射流流量，cm3/s； P -- 射流压力，MPa。
8）管路压力损失
ΔP = 71.24 Q2 /D5R1/4 其中，ΔP --管路压力损失，MPa/m；
Q -- 射流流量，cm3/s； D -- 管路内径，mm； R -- 雷诺数，R=21115(Q/D)。 管路压力损失与流量平方成正比，与管路内径5次方成反比。
1）基本方程式 （1）伯努利方程
P1 V12 P2 V22
1 2 2 2
其中，P -- 压力，V-- 速度。 （2）连续方程
1V1A12V2A2
2）射流速度 V = C (2P/)1/2
其中，V -- 射流速度，m/s； C -- 流速系数； P -- 射流压力，MPa； ρ-- 射流介质密度，g/cm3
高压水射流技术经历了四个发展阶段： 1）50～60年代：探索和实验阶段 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，从而进入了高压射 流的实验阶段。 2）60～70年代：设备研制阶段 随着射流压力的提高，柱塞泵和增压器等增 压设备进入研制阶段，开始突飞猛进的发展， 并出现了一些新型射流喷嘴。同时水力清洗受 到重视。
泵类型 离心泵, 柱塞泵 柱塞泵, 增压器 柱塞泵, 增压器 增压器, 水炮
一、水射流基本概念与原理
3.高压水射流技术发展概况
60年代末70年代初，美国NSF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，提出并试验了25种新方法，如电 火花、激光、火焰、等离子体、高压水射流等，最后一致公认最可 行有效的是高压水射流破岩方法。
一、水射流基本概念与原理
4.高压水射流相关的学术机构 1）国际水射流技术协会 2）美国水射流技术协会 3）日本水射流技术学会 4）中国水射流技术专业委员会
5.淹没射流的基本结构
成立于1972年。 成立于1981年。 成立于1987年。 成立于1979年。
初始段：轴心速度保持初始速度，Um = U0 基本段：轴心速度小于初始速度，Um < U0 等速核：各点速度等于初始速度的区域，Ui = U0 内边界：射流速度保持初始速度的界限，Ux边 = U0 外边界：速度等于零的边界，Ux边 = 0 混合区：内外边界之间的区域。
一、水射流基本概念与原理
7.高压水射流系统组成
1） 压力源: 高压泵、增压器、水炮等； 2） 执行和控制机构: 阀、管路、喷嘴、传动机构、压力控制 机构； 3） 工件（靶物）。
一、水射流基本概念与原理
8.射流基本参数
• 流体参数 – 射流压力 – 喷嘴直径 – 喷嘴型式 – 射流功率 – 流速流量 – 流体性质 – 射流反冲力