高压水射流喷嘴特性研究
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新知识 ， 吸收新技术 ， 锻炼实际动手能力。教师也在新
使 用Ｒ ｌ ｕ Ｓ ｄ Ｍ仿 Ｉ 真 软 件 ， 教 师 可 以 更 好 的 将 专 业
参 考 文 献 ：
１ 卿． 〔 ２ 」丁 树 模． 液 压 传动（ 第２ 版） 〔 Ｍ 〕 ． 北京： 机械 工 业出 版 社，
２ ０ ３ ．
以 刃 ７ 年第 ６ 期
９． ４ ２ １
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跟着增加。这一现象， 使学生对液压系统中液体的压 力是有外负载决定的概念理解更加深刻。 Ｒ ｌ ｕ ｄ Ｓ Ｍ 仿真软件中使用独立的液压或气压元 Ｉ 件， 很容易连接成不同的液压或气压回路， 对这些元件 不同的组合， 可以得到不同回路， 也就会有不同的实验 效果， 从基本元件认识、 基本回路连接， 到复杂回路联 动， 每个环节可以反复练习， 使学生动手的机会增多， 提高了学习兴趣， 激发了学生的创新意识， 培养了学生 整体构思能力， 提高和锻炼了学生的动手能力。 ４ 教学体会
７ ． ２ ５ ２
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的影响。
图 １ 高 压喷嘴流ｔ检测试验设备组成图
经过几十次的测定自 行设计和加工的喷嘴， 统计 和筛选所有数据后， 我们发现所得到的曲线形式均和 图２ 相似， 所不同的是各个曲线的系数不同。 ３ 单孔喷嘴特性分析 与此相仿， 该公司在喷嘴方面进行了大量实验， 取得了准确的数据 ， 这为进行高压水射流喷嘴的特
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流量（ Ｕ二 ）
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（ １ ． 北京机械工业学院， 北京 １ ０ Ｘ ［ 犯 ５ ； ２ ． 爱特电子石油系统装备（ 北京） 有限公司， 北京 １ 田０ ２０ ）
摘 要： 文章对高压射流状态下的喷嘴特性进行了 研究， 指出了其压力一 流量分布规律， 总结出推导公 式， 从而为高压喷嘴的设计工作提供参考依据。该项研究可应用于各个高压小流量射流领域， 包 括金属切削 射流、 油管高压清洗、 高压水射流破岩等， 具有一定的实用价值。 关键词： 高压水射流； 喷嘴； 流量特性； 流量梯度
有多种射流形式， 由喷嘴头部向前射流、 中部向四 周射 流、 尾部向后射流 ３ 种形式组合而成， 形成 ８ 大类型， ４个流量等级。表２ １ 摘录了其中６ 个流量等级数据并 拟合得到图４ 曲线。
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流量（ Ｕ而ｎ ）
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ｙ＝９ ． ７ ６ ２ ３ ｘ ０ ５ ０ ， ？
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和流量应满足：
Ｑ ＝ Ｋ ； ｘ 尸 ０ ・ ５ 式中 ｐ — 喷嘴前压力， Ｍ ａ Ｐ
Ｑ — 喷 嘴射流 流量， ｕｎ 五 ｎ Ｋ 卫 — 相 关系数， 其取值与喷嘴的孔径有关
为了便于估算某点压力下的喷嘴流量数值， 引 人“ 流量梯度” 概念。流量梯度是指在一定的压力跨 度内， 流量的相对变化量， 即反应喷嘴射流压力每增 加一定的幅度， 喷嘴流量增加的幅度。 例如以表 ２中流量等级为 ４ ０的喷嘴为例， 假定 压力每增加 １ ３． ＳＭ Ｐ ａ 作为一个梯度， 则产生表 ３ 的 结果和图５ 的喷嘴梯度特性曲线。
期： 收稿日 ２ 仪 吞１ 卜 ４ １ 作者简介： 王科社（ １ ５８ ９ 一） ， 男， 陕西乾县人， 教授， 硕士， 主 要从事机械设计及理论方面的教学与科研工作。
朴 咨 卜￣ 令 卜刁于冲卜￣ 考 卜冲 哥 朴 咨 卜 一 今 卜号卜弓于月备月 备 冲卜卡 卜琦卜冲卜弓于月于 月于 朴 考 卜冲卜月． 卜干 卜 月 圣 朴 朴 朴 月夺
中图分类号： Ｐ６ Ｔ １ 文献标识码： Ｂ 文章编号： １ 以 Ｘ 工 ４ ８ ８（ ５ ２ ）７ Ｘ （ ） ６一 ０ 朋７ ６ 一 ３ ０
目 前高压水射流技术在各个领域中得到了广泛 的应用， 美国某公司将其应用到了油管清洗技术中， 开发了一系列高压、 小流量、 高效率的油管清洗喷 嘴。同时， 由于其具有无污染、 高速度、 高能量等特 点， 在近代石油开采和水力破岩方面发挥出了重要 作用， 而近来兴起的水力深穿透技术就是利用该原 理进行高效、 无污染破岩解堵， 从而达到提高采收率
液压与气动
７ ７
并使该项技术得到更广泛的推广和应用。鉴于以上 目的， 我们对该公司的喷嘴进行了仔细分析， 并 自行 设计了几十种不同类型的喷嘴进行研究， 最终根据 统计结果总结出了一套经验公式。 １ 试验设备及工作原理 试验装置是由发动机、 三柱塞高压泵、 耐高压输水 管、 试验连接转换装置、 待检测喷嘴、 压力传感器、 流量 传感器和数据采集系统组成（ 见图 １ ） ， 其中高压泵最 大排量 １ ３． １ ５ ＵＩ ｎ ， ｍ 管线最高耐压 ６ ９Ｍ Ｐ ａ 。试验中 由压力传感器和流量传感器同步采集数据， 每秒采集 点数４ 个， 所有数据信号由专业数据采集器进行采集
和注水量实现增产增注的 目的。该技术经过多年实
月． 卜弓十 月 十． 斗卜弓备 月圣 招 夺月 奋 一 专 卜弓于冲荟 朴 补 月 于￣ 号卜冲卜弓． 卜朴
践， 得到了用户的认可和青睐。高压喷嘴的射流特 性是水力深穿透技术研究的重点内容， 也是高压水 射流技术研究的主要内容， 深入地了解高压状态下 １ 赏 嘴的性能， 有助于我们进一步分析问题 、 改进设计，
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液压与 气动
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性研究提供了宝贵的资料。下面以 ５ ５ 型喷嘴为例 ２ 进行研究。该类型喷嘴为单孔型喷嘴， 喷嘴前端中 心只加工 １ 个小孔， 根据孔径的不同， 将该类型喷嘴 分成不同的流量等级， 表１ 摘录了部分数据并拟合 得到图 ３ 曲线。
压力传感器 目 如 嘴
处理， 处理后的数据可直接导人计算机， 经整理后生成
图表曲线。
２ 试验喷嘴类型及特性 喷嘴类型大体上分为单孔喷嘴和多孔喷嘴， 单孔 喷嘴主要研究单一小孔在高压状态下水射流的情况， 多孔喷嘴则是从实用角度出发， 检测多个小孔联合作 用下高压射流时的喷嘴性能， 其孔数从 ４ 孔到 １ ３ 孔。 同时， 对同一种类型的喷嘴， 还做了孔径大小的区分， 比较相同结构下， 不同过流面积对喷嘴高压射流性能
理 论 和 工 程 实 践 相 结 合， 增 加了 实 践 和 动 手 的 机 会 。 ［ ｊ 雷 ｌ 天 觉 ． 液 压 工 程 手 册 〔 Ｍ 〕 ． 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ，
Ｒ ｌ ｕ ＳＩ ｄ Ｍ 仿真软件为教师的教学提供了广阔的学习和 发展空间， 要想取得更好的教学效果， 就要不断地学习
１ ５． ８ ７
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５ 结论和认识
牢 胜 日 啊 练
通过分析， 总结出如下规律， 高压射流喷嘴其压力
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压 力／ ＭＰ ａ
图 ２ 自制多孔喷嘴流ｔ特性 曲线
愁 日
液压与 气动
２ ）７年第 ６ Ｘ （ 期
高压水射流喷嘴特性研究
王科社， ， 负海龙“ ， 顾瑞龙２
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软件的熟悉、 消化、 吸收的过程中， 提高了自 身的业务 素质， 掌握了当前液压与气动技术及其软件在国内、 外 的发展趋势， 同时也提高了教师的科研能力及工作效 率， 在教学和科研中， 能获得事半功倍的效果。Ｒ ｌ ｕ ｄ － ５ １ 城 仿真软件是各种知识的综合应用， 必须掌握气液 压传动技术、 继电器控制技术、 传感器技术、 软件的使 用操作技术、 机械传动技术、 自动控制技术、 Ｐ Ｌ Ｃ控制 技术等多学科的专业知识， 才能熟练地操作和使用它， 总之， 学好用好 而 ｉ ＳＩ ｄ Ｍ 仿真软件， 教学质量、 教学效 果， 教师的教学水平等都能得到提高。
表３ Ｊ ｅ 栩 比 曰 ｍ砰 型４ ０ 等级喷嘴流ｔ梯度数据
压力（ Ｍ ａ） Ｐ
压力范围编号
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４ 多孔喷嘴特性分析 该公司开发了诸多系列油管清洗喷嘴， 经过分析， 其曲线表现形式与单孔喷嘴相似， 我们以其公司生产 的Ｆ Ｐ 型油管清洗喷嘴为例进行说明。该类型喷嘴具 ’
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跟着增加。这一现象， 使学生对液压系统中液体的压 力是有外负载决定的概念理解更加深刻。 Ｒ ｌ ｕ ｄ Ｓ Ｍ 仿真软件中使用独立的液压或气压元 Ｉ 件， 很容易连接成不同的液压或气压回路， 对这些元件 不同的组合， 可以得到不同回路， 也就会有不同的实验 效果， 从基本元件认识、 基本回路连接， 到复杂回路联 动， 每个环节可以反复练习， 使学生动手的机会增多， 提高了学习兴趣， 激发了学生的创新意识， 培养了学生 整体构思能力， 提高和锻炼了学生的动手能力。 ４ 教学体会
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图 １ 高 压喷嘴流ｔ检测试验设备组成图
经过几十次的测定自 行设计和加工的喷嘴， 统计 和筛选所有数据后， 我们发现所得到的曲线形式均和 图２ 相似， 所不同的是各个曲线的系数不同。 ３ 单孔喷嘴特性分析 与此相仿， 该公司在喷嘴方面进行了大量实验， 取得了准确的数据 ， 这为进行高压水射流喷嘴的特
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（ １ ． 北京机械工业学院， 北京 １ ０ Ｘ ［ 犯 ５ ； ２ ． 爱特电子石油系统装备（ 北京） 有限公司， 北京 １ 田０ ２０ ）
摘 要： 文章对高压射流状态下的喷嘴特性进行了 研究， 指出了其压力一 流量分布规律， 总结出推导公 式， 从而为高压喷嘴的设计工作提供参考依据。该项研究可应用于各个高压小流量射流领域， 包 括金属切削 射流、 油管高压清洗、 高压水射流破岩等， 具有一定的实用价值。 关键词： 高压水射流； 喷嘴； 流量特性； 流量梯度
有多种射流形式， 由喷嘴头部向前射流、 中部向四 周射 流、 尾部向后射流 ３ 种形式组合而成， 形成 ８ 大类型， ４个流量等级。表２ １ 摘录了其中６ 个流量等级数据并 拟合得到图４ 曲线。
０ 等级喷嘴 ￣ ４ ０ 等级喷嘴 、１ ￣ ２ ０ 等级喷嘴 ￣ ５ 等级喷嘴 等级喷嘴 １ ５ 等级喷嘴 ￣ ２
表Ｉ Ｊ ｅ 均 出 阳 ｍＳ ５ 型喷嘴数据 ２ 等 级
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１ ３． ＳＭＰ ａ
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和流量应满足：
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为了便于估算某点压力下的喷嘴流量数值， 引 人“ 流量梯度” 概念。流量梯度是指在一定的压力跨 度内， 流量的相对变化量， 即反应喷嘴射流压力每增 加一定的幅度， 喷嘴流量增加的幅度。 例如以表 ２中流量等级为 ４ ０的喷嘴为例， 假定 压力每增加 １ ３． ＳＭ Ｐ ａ 作为一个梯度， 则产生表 ３ 的 结果和图５ 的喷嘴梯度特性曲线。
期： 收稿日 ２ 仪 吞１ 卜 ４ １ 作者简介： 王科社（ １ ５８ ９ 一） ， 男， 陕西乾县人， 教授， 硕士， 主 要从事机械设计及理论方面的教学与科研工作。
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中图分类号： Ｐ６ Ｔ １ 文献标识码： Ｂ 文章编号： １ 以 Ｘ 工 ４ ８ ８（ ５ ２ ）７ Ｘ （ ） ６一 ０ 朋７ ６ 一 ３ ０
目 前高压水射流技术在各个领域中得到了广泛 的应用， 美国某公司将其应用到了油管清洗技术中， 开发了一系列高压、 小流量、 高效率的油管清洗喷 嘴。同时， 由于其具有无污染、 高速度、 高能量等特 点， 在近代石油开采和水力破岩方面发挥出了重要 作用， 而近来兴起的水力深穿透技术就是利用该原 理进行高效、 无污染破岩解堵， 从而达到提高采收率
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并使该项技术得到更广泛的推广和应用。鉴于以上 目的， 我们对该公司的喷嘴进行了仔细分析， 并 自行 设计了几十种不同类型的喷嘴进行研究， 最终根据 统计结果总结出了一套经验公式。 １ 试验设备及工作原理 试验装置是由发动机、 三柱塞高压泵、 耐高压输水 管、 试验连接转换装置、 待检测喷嘴、 压力传感器、 流量 传感器和数据采集系统组成（ 见图 １ ） ， 其中高压泵最 大排量 １ ３． １ ５ ＵＩ ｎ ， ｍ 管线最高耐压 ６ ９Ｍ Ｐ ａ 。试验中 由压力传感器和流量传感器同步采集数据， 每秒采集 点数４ 个， 所有数据信号由专业数据采集器进行采集
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性研究提供了宝贵的资料。下面以 ５ ５ 型喷嘴为例 ２ 进行研究。该类型喷嘴为单孔型喷嘴， 喷嘴前端中 心只加工 １ 个小孔， 根据孔径的不同， 将该类型喷嘴 分成不同的流量等级， 表１ 摘录了部分数据并拟合 得到图 ３ 曲线。
压力传感器 目 如 嘴
处理， 处理后的数据可直接导人计算机， 经整理后生成
图表曲线。
２ 试验喷嘴类型及特性 喷嘴类型大体上分为单孔喷嘴和多孔喷嘴， 单孔 喷嘴主要研究单一小孔在高压状态下水射流的情况， 多孔喷嘴则是从实用角度出发， 检测多个小孔联合作 用下高压射流时的喷嘴性能， 其孔数从 ４ 孔到 １ ３ 孔。 同时， 对同一种类型的喷嘴， 还做了孔径大小的区分， 比较相同结构下， 不同过流面积对喷嘴高压射流性能
理 论 和 工 程 实 践 相 结 合， 增 加了 实 践 和 动 手 的 机 会 。 ［ ｊ 雷 ｌ 天 觉 ． 液 压 工 程 手 册 〔 Ｍ 〕 ． 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ，
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１ ５． ８ ７
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５ 结论和认识
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通过分析， 总结出如下规律， 高压射流喷嘴其压力
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压 力／ ＭＰ ａ
图 ２ 自制多孔喷嘴流ｔ特性 曲线
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高压水射流喷嘴特性研究
王科社， ， 负海龙“ ， 顾瑞龙２
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软件的熟悉、 消化、 吸收的过程中， 提高了自 身的业务 素质， 掌握了当前液压与气动技术及其软件在国内、 外 的发展趋势， 同时也提高了教师的科研能力及工作效 率， 在教学和科研中， 能获得事半功倍的效果。Ｒ ｌ ｕ ｄ － ５ １ 城 仿真软件是各种知识的综合应用， 必须掌握气液 压传动技术、 继电器控制技术、 传感器技术、 软件的使 用操作技术、 机械传动技术、 自动控制技术、 Ｐ Ｌ Ｃ控制 技术等多学科的专业知识， 才能熟练地操作和使用它， 总之， 学好用好 而 ｉ ＳＩ ｄ Ｍ 仿真软件， 教学质量、 教学效 果， 教师的教学水平等都能得到提高。
表３ Ｊ ｅ 栩 比 曰 ｍ砰 型４ ０ 等级喷嘴流ｔ梯度数据
压力（ Ｍ ａ） Ｐ
压力范围编号
１ ３ ． ８￣ ２ ７． ６
ｌ
４ 多孔喷嘴特性分析 该公司开发了诸多系列油管清洗喷嘴， 经过分析， 其曲线表现形式与单孔喷嘴相似， 我们以其公司生产 的Ｆ Ｐ 型油管清洗喷嘴为例进行说明。该类型喷嘴具 ’
８ ． ｍ
１ ６． ４ ８ ３ ３， ９ ６ ８ ． ４ ５ ４
８７ １ １ ７。 ９ ８ ３ ６． ７ １
９． ７ ２
１ ９． ９ ４
９ ． ４ ８ ０． ２ ３ ６
４ １ ． ６ ２ ５ ９． ５ ０
１ ０ ． ３ ０ ２ １ ． ７ ６ ４ ３ ． ９ １ ２． ６ ５ ４ ７． ８ 肠 １ １ １ ． 肠
１ ０． １ １ ２ １ ． ０ ２ ２． ４ ５ ８
１ ０ ． ７ ６ ２． ３ ３
科 ． ８ ９
１ １１ ７ ３ ． ２ ３ ４ ７ ． ４ 伪
１ １ 。 肠
４ ． ２ ５ ４
１ ２． １ ５ ５． ２ ７ ４ ５ １ ． ２ １
９ ． 卯
０ ． ２ １ ０ ８ ５ ２ ４
３ １ ． ６ ７ ５． ４ １ ６ ３ ． ６ １ ３ ８ １ ． ５ ３