CN103344408B - 双爆破膜式水柱发射装置及发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双爆破膜式水柱发射装置，包括炮管和位于炮管下方的气室，炮管与气室之间设有爆破室，爆破室内设有两个水平方向的爆破膜片，两个爆破膜片分别位于爆破室进气口的上、下两侧。本发明还公开了一种双爆破膜式水柱发射装置的发射方法，包括以下步骤：向气室内注入气体；向爆破室内两个爆破膜片之间的空间内注入气体；再次向气室内注入气体；将爆破室内的气体快速排出，气室内的气体压力大于爆破膜片的爆破临界压力，爆破膜片爆破形成高压气体，完成水柱发射。本发明利用爆破膜片的承压性能维持水柱发射前的准备发射状态，在发射时能在很短的时间内使爆破膜片瞬间全爆破，使气体形成强大而均匀的推力，使水柱速度稳定。

Description

双爆破膜式水柱发射装置及发射方法

技术领域

本发明涉及一种水柱发射装置及发射方法，尤其涉及一种双爆破膜式水柱发射装置及发射方法。

背景技术

在结构件的瞬态水压冲击试验中，要求将指定体积的水，以较高的速度，并且以柱状水柱形式实现发射，利用高速的水柱产生一个瞬态高脉冲的冲击力，从而完成对结构件各部位的耐冲击试验。

将水以柱状水柱的形式发射出去的装置为水柱发射装置，其包括炮管、气室和安装支架，炮管内设有用于装水的抛射筒。气室内注入高压气体，发射水柱时，打开快开阀门，将气室内的压缩气体瞬间释放，从而推动抛射筒及抛射筒内的水在炮管内高速运动，当抛射筒遇到阻挡回收装置后，并停止运动，抛射筒内的水在惯性的作用下飞出，实现柱状水柱的发射。

上述传统水柱发射装置由于受到快开阀门的限制，阀门为机械式结构，阀门的开启需要一个时间过程，因此在快开阀门开启过程中高压气体释放不均匀，导致作用在抛射筒底部的气压波动性较大，致使最终水柱发射时的速度分散性较大，所以会导致发射的水柱速度不够稳定，严重时会导致发射失败。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种发射速度稳定的双爆破膜式水柱发射装置及发射方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明所述双爆破膜式水柱发射装置包括炮管和位于所述炮管下方的气室，所述气室与气源通过气管连接，所述炮管内设有用于装水的抛射筒，所述炮管与所述气室之间设有爆破室，所述爆破室的室壁上设有爆破室进气口，所述爆破室内设有两个水平方向的爆破膜片，两个所述爆破膜片分别位于所述爆破室进气口的上、下两侧，两个所述爆破膜片的边缘分别与所述爆破室的内壁密封连接，所述爆破室进气口通过气管与所述气源连接。

爆破膜片一般由金属材料制作而成，多安装在压力管道末端，当水口管道上压力过大，爆破膜片安装处的水压力上升并达到爆破临界值时，爆破膜片爆破，泄流减压，起到安全泄压的作用。本发明利用了它的承压性能和瞬间全爆破的性能，实现了机械阀门的作用，但其压力释放的均匀性远强于机械阀门。

为了便于安装及更换爆破膜片，所述爆破室内设有直径略小的内衬套，所述内衬套上与两个所述爆破膜片对应的位置分别设有开口，两个所述爆破膜片的边缘分别置于所述开口内并密封连接。

为了便于控制气室及爆破室内气体压力的储存和释放，所述气室与所述气源之间的气管上安装有气室进气阀门，所述爆破室进气口与所述气源之间的气管上安装有爆破室进气阀门，所述爆破室进气口与所述气源之间的气管上并联连接有与第一排气口相连的第一排气管，所述第一排气管上安装有爆破室排气阀门。

为了在取消试验时便于排放气室内气体，所述气室与第二排气口之间连接有第二排气管，所述第二排气管上安装有气室排气手动阀。

作为优选，所述气室进气阀门包括相互并联连接的气室进气手动阀和气室进气电磁阀，所述爆破室进气阀门包括相互并联连接的爆破室进气手动阀和爆破室进气电磁阀，所述爆破室排气阀门包括相互并联连接的爆破室排气手动阀和爆破室排气电磁阀；所述爆破室相通连接有第一气压表，所述气室相通连接有第二气压表，所述第一气压表的信号端和所述第二气压表的信号端分别与测控系统的气压信号输入端连接，所述测控系统的阀门控制信号输出端分别与所述气室进气电磁阀的控制端、所述爆破室进气电磁阀的控制端和所述爆破室排气电磁阀的控制端对应连接。通过同时设置手动阀和电磁阀，可以实现手动控制和自动控制，确保控制方便和可靠。

为了便于控制气源，所述气源的出口端安装有总阀门，所述总阀门包括总手动阀和总电磁阀，所述总电磁阀的控制端与测控系统的阀门控制信号输出端对应连接。

本发明所述双爆破膜式水柱发射装置的发射方法，包括以下步骤：

（1）向气室内注入气体，使其压力达到爆破膜片的爆破临界压力的三分之一至三分之二；

（2）向爆破室内两个爆破膜片之间的空间内注入气体，使其压力达到爆破膜片的爆破临界压力的三分之一至三分之二；

（3）再次向气室内注入气体，使其压力略高于爆破膜片的爆破临界压力，同时，气室内的气体压力与爆破室内的气体压力之差小于爆破膜片的爆破临界压力；

（4）将爆破室内的气体快速排出，两个爆破膜片依次爆破，高压气体瞬时均匀冲击抛射筒的底部，推动抛射筒向上高速运动，抛射筒遇阻后其内装水高速射出形成速度稳定的水柱，完成水柱发射。

上述方法利用了气室内的气体压力和爆破室内的气体压力的压差，并在发射时通过迅速排出爆破室内的气体，从而快速使爆破膜片爆破，完成水柱发射。

作为优选，所述步骤（1）中，气室内的气体压力达到爆破膜片的爆破临界压力的二分之一。

本发明的有益效果在于：

本发明利用爆破膜片的承压性能维持水柱发射前的准备发射状态，利用两个爆破膜片之间压差的变化，在发射时能在很短的时间内使爆破膜片瞬间全爆破，使高压气体形成强大而均匀的推力，推动抛射筒完成水柱发射，能实现大直径、大重量、速度稳定的水柱的发射，克服了传统水柱发射装置由于开启阀门而导致高压气体释放不均匀的缺陷。

附图说明

图1是本发明所述双爆破膜式水柱发射装置的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步具体描述：

如图1所示，本发明所述双爆破膜式水柱发射装置包括炮管1和位于炮管1下方的气室7，气室7与气源8（气源8可以为高压气罐或空压机等）通过气管（图中未标记）连接，炮管1内设有用于装水的抛射筒2，炮管1与气室7之间设有爆破室6，爆破室6的室壁上设有爆破室进气口5，爆破室进气口5通过气管（图中未标记）与气源8连接；爆破室6内设有直径略小的内衬套32，内衬套32内设有水平方向的第一爆破膜片3和第二爆破膜片4，第一爆破膜片3和第二爆破膜片4分别位于爆破室进气口5的上、下两侧，内衬套32上与第一爆破膜片3和第二爆破膜片4对应的位置分别设有开口（图中未标记），第一爆破膜片3的边缘和第二爆破膜片4的边缘分别置于所述开口内并密封连接。

如图1所示，气室7与气源8之间的气管上安装有气室进气阀门，所述气室进气阀门包括相互并联连接的气室进气手动阀16和气室进气电磁阀17；爆破室进气口5与气源8之间的气管上安装有爆破室进气阀门，所述爆破室进气阀门包括相互并联连接的爆破室进气手动阀15和爆破室进气电磁阀14；爆破室进气口5与气源8之间的气管上并联连接有与第一排气口23相连的第一排气管（图中未标记），所述第一排气管上安装有爆破室排气阀门，所述爆破室排气阀门包括相互并联连接的爆破室排气手动阀21和爆破室排气电磁阀22；气室7与第二排气口20之间连接有第二排气管（图中未标记），所述第二排气管上安装有气室排气手动阀19；气源8的出口端连接本装置中气室7和爆破室6所用气体的总进气口9，总进气口9的用气侧安装有总阀门，所述总阀门包括总手动阀10和总电磁阀11；爆破室6相通连接有第一气压表27，气室7相通连接有第二气压表28，第一气压表27的信号端和第二气压表28的信号端分别与测控系统29的气压信号输入端连接，测控系统29的阀门控制信号输出端分别与气室进气电磁阀17的控制端、爆破室进气电磁阀14的控制端、爆破室排气电磁阀22的控制端和总电磁阀11的控制端对应连接。

图1中还示出了安装于炮管1上端口处并用于检测抛射筒2的发射速度的速度传感器26，速度传感器26的信号输出端与测控系统29的速度信号输入端连接；爆破室进气口5与气室7之间的气管上安装有第一单向阀18，爆破室进气手动阀15与总手动阀10之间的气管上安装有第二单向阀12，气室进气手动阀16与总手动阀10之间的气管上安装有第三单向阀13。气室7的底部与排水口25之间的水管上安装有手动排水阀24。

上述结构中，测控系统29包括检测系统30和控制系统31，检测系统30用于测量爆破室6内的气体压力、气室7内的气体压力和抛射筒2的发射速度，控制系统31用于控制气室进气电磁阀17、爆破室进气电磁阀14、爆破室排气电磁阀22和总电磁阀11的开关状态，均采用常规电路结构实现，具体结构在此不再赘述。

第一气压表27用于检测并实时显示爆破室6内的气体压力值，第二气压表28用于检测并实时显示气室7内的气体压力值。

总手动阀10和总电磁阀11为气路系统的总控阀门，分别实现对系统内充气或停止充气的手动和自动控制。

爆破室进气手动阀15和爆破室进气电磁阀14为爆破室6内充气或停止充气的控制阀门，分别实现爆破室6内充气或停止充气的手动和自动控制。

气室进气手动阀16和气室进气电磁阀17为气室7内充气或停止充气的控制阀门，分别实现气室7内充气或停止充气的手动和自动控制。

爆破室排气手动阀21和爆破室排气电磁阀22为水柱发射的控制阀门，分别实现水柱发射的手动和自动控制。

气室排气手动阀19为异常情况下放弃试验的控制阀门，即气室7和爆破室6内都充气完毕后，要取消水柱发射试验，通过该阀门进行控制，依次将气室7和爆破室6内的高压气体释放，放弃试验，避免高压气体带来的危险。

手动排水阀24为气室7的排水控制阀。每次水柱发射完成后，由于水柱回落，气室7内将存留部分水，该部分水将对气室7的内壁产生腐蚀作用，通过该阀门的控制可以每次在试验完成后，将气室7内的水排空，避免气室7的内壁被腐蚀。

第三单向阀13安装于气室7的进气管上，并且位于气室进气手动阀16和气室进气电磁阀17之前，用于实现气室7的进气状态的单向控制，防止气体回流。

第二单向阀12安装于爆破室6的进气管上，并且位于爆破室排气手动阀21和爆破室排气电磁阀22之前，用于实现爆破室6的进气状态的单向控制，防止气体回流。

第一单向阀18安装于爆破室6的进气管路和放弃试验管之间，用于实现爆破室6内气体向气室7的单向流动，防止放弃试验时第一爆破膜片3和第二爆破膜片4的意外爆破。

结合图1，本发明所述双爆破膜式水柱发射装置的发射方法，包括以下步骤：

（1）向气室7内注入气体，使其压力达到爆破膜片的爆破临界压力的二分之一左右；

（2）向爆破室6内第一爆破膜片3和第二爆破膜片4之间的空间内注入气体，使其压力达到爆破膜片的爆破临界压力的二分之一左右；

（3）再次向气室7内注入气体，使其压力略高于爆破膜片的爆破临界压力，同时，气室7内的气体压力与爆破室6内的气体压力之差小于爆破膜片的爆破临界压力；

（4）将爆破室内的气体快速排出，第二爆破膜片4和第一爆破膜片3依次爆破，高压气体瞬时均匀冲击抛射筒2的底部，推动抛射筒2向上高速运动，抛射筒2遇阻后其内装水高速射出形成速度稳定的水柱，完成水柱发射。

上述发射方法的控制可以由测控系统29自动完成，也可由操作人员手动完成，根据具体需求而定。

Claims (6)

1.一种双爆破膜式水柱发射装置，包括炮管和位于所述炮管下方的气室，所述气室与气源通过气管连接，所述炮管内设有用于装水的抛射筒，其特征在于：所述炮管与所述气室之间设有爆破室，所述爆破室的室壁上设有爆破室进气口，所述爆破室内设有两个水平方向的爆破膜片，两个所述爆破膜片分别位于所述爆破室进气口的上、下两侧，两个所述爆破膜片的边缘分别与所述爆破室的内壁密封连接，所述爆破室进气口通过气管与所述气源连接；所述气室与所述气源之间的气管上安装有气室进气阀门，所述爆破室进气口与所述气源之间的气管上安装有爆破室进气阀门，所述爆破室进气口与所述气源之间的气管上并联连接有与第一排气口相连的第一排气管，所述第一排气管上安装有爆破室排气阀门；所述气室进气阀门包括相互并联连接的气室进气手动阀和气室进气电磁阀，所述爆破室进气阀门包括相互并联连接的爆破室进气手动阀和爆破室进气电磁阀，所述爆破室排气阀门包括相互并联连接的爆破室排气手动阀和爆破室排气电磁阀；所述爆破室相通连接有第一气压表，所述气室相通连接有第二气压表，所述第一气压表的信号端和所述第二气压表的信号端分别与测控系统的气压信号输入端连接，所述测控系统的阀门控制信号输出端分别与所述气室进气电磁阀的控制端、所述爆破室进气电磁阀的控制端和所述爆破室排气电磁阀的控制端对应连接。

2.根据权利要求1所述的双爆破膜式水柱发射装置，其特征在于：所述爆破室内设有直径略小的内衬套，所述内衬套上与两个所述爆破膜片对应的位置分别设有开口，两个所述爆破膜片的边缘分别置于所述开口内并密封连接。

3.根据权利要求1所述的双爆破膜式水柱发射装置，其特征在于：所述气室与第二排气口之间连接有第二排气管，所述第二排气管上安装有气室排气手动阀。

4.根据权利要求1所述的双爆破膜式水柱发射装置，其特征在于：所述气源的出口端安装有总阀门，所述总阀门包括总手动阀和总电磁阀，所述总电磁阀的控制端与测控系统的阀门控制信号输出端对应连接。

5.一种如权利要求1所述的双爆破膜式水柱发射装置的发射方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)向气室内注入气体，使其压力达到爆破膜片的爆破临界压力的三分之一至三分之二；

(2)向爆破室内两个爆破膜片之间的空间内注入气体，使其压力达到爆破膜片的爆破临界压力的三分之一至三分之二；

(3)再次向气室内注入气体，使其压力略高于爆破膜片的爆破临界压力，同时，气室内的气体压力与爆破室内的气体压力之差小于爆破膜片的爆破临界压力；

(4)将爆破室内的气体快速排出，两个爆破膜片依次爆破，高压气体瞬时均匀冲击抛射筒的底部，推动抛射筒向上高速运动，抛射筒遇阻后其内装水高速射出形成速度稳定的水柱，完成水柱发射。

6.根据权利要求5所述的双爆破膜式水柱发射装置的发射方法，其特征在于：所述步骤(1)中，气室内的气体压力达到爆破膜片的爆破临界压力的二分之一。