CN105797296A - 一种水炮炮头和高压水炮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水炮炮头和高压水炮。其中水炮炮头包括与炮管相连的底部和炮口，底部的内径大于炮口内径使得水炮炮头的内部形成锥形的炮腔；炮腔是由抛物线段围绕轴心旋转360度后形成的旋转体。相比于无炮头结构和普通锥形炮口的水炮炮头，从本发明的水炮炮头流出的水束具有更优的水速分布，从而提高水炮射程。

Description

一种水炮炮头和高压水炮
技术领域
本发明涉及消防用或舰船用的水炮，特别涉及水炮炮管部分的结构。
背景技术
一般来说，水炮分为两种：第一种是消防用或舰船用的水炮；第二种是喷泉等娱乐用的水炮。现有技术下，消防用或舰船用的水炮其实不能称为水炮而得称为水枪。它通过高功率的抽水机直接将水通过炮管发射，发射是连续的。这种水炮的问题主要在于，一是射程不够远，二是运转功率高。目前消防用的水炮射程为60米左右。而火灾现场中，60米距离也不一定能够抵挡火焰的温度，特别是在化工厂的火灾中，化学物质剧烈燃烧，消防人员得站在火场百米开外进行消防灭火工作。舰船用的水炮用于警务舰船在水域进行巡警时替代真枪实炮。特别在一些有国际争议的水域中，使用真枪实炮驱赶他国渔民，容易造成国际纠纷。目前舰船用的水炮功率一般为1000W千瓦。由于功率过大，启动水炮后，舰船也就无法提供足够的功率维持舰船移动。也就是说，启用水炮的时候，舰船必须停止。而舰船开动时，水炮没有足够的功率启用。为此，采用压缩空气作为水炮的动力源逐渐得到发展。公开号为CN103638622A的专利文献公开了一种消防用的水炮。该消防用水炮通过压缩空气作为动力源。尽管该专利文献未公开水炮炮管部分的内容，但一般来说水炮炮管是必须的。从炮管射出的水束的射程很大程度上依赖于，水束自身的形状。如果水束集中，空气正向的阻力只能作用于水束前端的水，空气正向阻力无法直接作用于水束中间端，只能在水束表层形成摩擦阻力，由此使得水束的射程最大化。但假如水束分散，水束前端不能为这个水束抵消空气正向阻力，而作用于各个部分，水束射程往往很短。
发明内容
本发明所要解决的问题：优化水炮射出的水束形状和速度，从而提高水炮射程。
为解决上述问题，本发明采用的方案如下：
一种水炮炮头，包括与炮管相连的底部和炮口，底部的内径大于炮口内径使得水炮炮头的内部形成锥形的炮腔；炮腔是由曲线段围绕轴心旋转360度后形成的旋转体。
进一步，所述曲线段为抛物线段，所述抛物线段为抛物线在A点(xA,yA)和B点(xB,yB)之间的曲线段，其中，yB＞yA；炮腔是所述抛物线段围绕X轴旋转360度形成的旋转体。
进一步，炮腔的腔壁上铺设有疏水层；疏水层由疏水材料制成。
进一步，所述疏水材料为聚四氟乙烯。
一种高压水炮，包括水炮罐、储气罐、空气压缩机以及炮管和炮头；水炮罐设有出水管、进水口、进气口和内管；进气口位于水炮罐的顶部，并通过电磁阀与储气罐相连；储气罐连接空气压缩机；水炮罐的进水口设有止回阀；出水管竖直设立于水炮罐的顶部，并通过炮管方向调整机构连接炮管和炮头；出水管通过内管伸入至水炮罐的罐腔底部；炮头安装在炮管的末端，是上述的水炮炮头。
进一步，该高压水炮还包括蓄水箱；蓄水箱通过水泵和止回阀连接水炮罐。
本发明的技术效果如下：相比于无炮头结构和普通锥形炮口的水炮炮头，从本发明的水炮炮头流出的水束具有更优的水速分布，从而提高水炮射程。
附图说明
图1是炮头安装在炮管末端的结构示意图。
图2是炮头以经过轴心的面作为截面的剖视图。
图3是炮物线段的坐标图。
图4是炮管和炮头的剖视图。
图5是三种炮头结构的流速分布图。
图6是高压水炮的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1、图2所示，一种水炮炮头，包括与炮管21相连的底部221和炮口222。图1中的炮头22即为本实施例的水炮炮头。炮头的底部221的内径大于炮口222内径使得水炮炮头的内部形成锥形的炮腔223。炮腔223是由曲线段围绕轴心旋转360度后形成的旋转体。也就是在图2中，以经过轴心的面为截面，在水炮炮头的内壁224与截面相交线为曲线段，该围绕轴心O旋转360度后形成的旋转体即为炮腔223。此外，为节约材料，该炮头的外周225与截面相交线也为曲线段。本实施例中，该曲线段为抛物线段，也即，抛物线上的一段。如图3所示，A点(xA,yA)和B点(xB,yB)是以图2中的轴心O为X轴构建笛卡尔平面坐标上的点，其中A点是图2中内壁224与截面相交形成的曲线段位于炮口222处的端点；B点是图2中内壁224与截面相交形成的曲线段位于底部221处的端点，A和B之间的抛物线段即为内壁224与截面相交形成的曲线段。也就是，炮腔223是A和B之间的抛物线段围绕X轴旋转360度后形成的旋转体。显而易见地，这里A点和B点的坐标满足：yB＞yA。该经过A和B的抛物线满足方程：根据该方程可以得知，A为抛物线的极点，A的切线C平行于X轴。此外，本实施例中，为减少炮头内壁224与水流的阻尼，炮腔223的腔壁上铺设有疏水层226。疏水层226由疏水材料制成。。疏水材料是指那些具有与水互相排斥的物理性质的材料，用于减少炮管管壁作用在水流上的阻力。疏水材料很多，比如聚四氟乙烯、柱状结构阵列碳纳米管膜。本实施例中，疏水材料优选为聚四氟乙烯。
图4是本实施例炮管21和炮头22的剖视图。炮管21由外管211和内管212组成。内管212架设在外管211的管腔内，内管212的内径大于炮头22的炮口222的内径。内管212的内径也即为炮管21的内径。由此产生的效果是高速水流从炮管21射出后，进入炮腔223，由于内管212的内径大于炮头22的炮口222的内径，经过炮腔223的水流必然被炮头22的内壁压缩，使得水流加速。由于本实施例的这种结构，使得出炮口222后的水束具有良好的速度分布和流向分布。图5是三种情形下出炮口水束的流速分布图，其中，曲线L为无炮头情形下的流速分布图，曲线M为普通锥形炮口的流速分布图，曲线N为本实施例的流速分布图。曲线L显示，无炮头情形下，水流在炮管中流动，使得水流中间部分的流速最快，而与管壁接触的部分由于受到管壁的阻尼导致流速下降，由此使得水束呈现中间高，边缘低的情形。曲线M和N显示加入炮头后，流速分布改善，中间和边缘的流速差减少。虽然曲线M和N显示效果差不多，但这里没有表现径向流速。在普通锥形炮口之下，内压产生径向流速，该径向流速远远大于本实施例的结构，根据实际测试效果显示，相比于普通锥形炮口，本实施例可增加5％～20％的射程。普通锥形炮口比本实施例通常具有20％以上的面中面积，由此可见，普通锥形炮口导致水束发散。另一方面假如不考虑水束在中央和边缘的流速分布，整体流速分布假设相同，由于炮腔223是由抛物线段围绕轴心旋转360度后形成的旋转体，在炮腔223中，水流流速的增加呈现线性。而普通锥形炮口，正比于行进距离的平方。
实施例2
一种高压水炮，如图3所示，用于消防或舰艇，包括水炮罐1、储气罐41、空气压缩机42、蓄水箱3以及炮管21和炮头22。水炮罐1用于放置发射后成为水炮的水，通过支撑架11竖直安装在地面或底座上。储气罐41用于存储高压压缩空气，与空气压缩机42相连。空气压缩机42将大气中的空气压缩后成为高压压缩空气，通过管道送入储气罐41。储气罐41通过电磁阀43与水炮罐1相连。当电磁阀43打开后，储气罐41内的高压压缩空气冲入水炮罐1内，将水炮罐1内的水压出水炮罐1形成水炮，通过出水口发射。水炮罐1平时存储在蓄水箱3内。蓄水箱3通过水泵31和止回阀32与水炮罐1相连。当水炮罐1需要水时，蓄水箱3内的水通过水泵31经止回阀32泵入水炮罐1内。水炮罐1设有出水管12。水炮罐1的出水管12通过炮管方向调整机构5连接炮管21和炮头22。经出水管12发射的水炮通过炮管方向调整机构5进行方向调整后最终通过炮管21和炮头22射向目标。炮头22是安装在炮管21末端的机构，即为本实施例1的水炮炮头。如图4所示，炮管21的内径，也即内管212的内径大于炮头22的炮口222的内径。
需要说明的是，本实施例的蓄水箱3在那些具有充足水源的场合是不必要的。水炮罐1可以通过水泵31和止回阀32从提供水源的池塘或江河中获得水炮需要的供水。

Claims (6)

1.一种水炮炮头，包括与炮管相连的底部(221)和炮口(222)，其特征在于，底部(221)的内径大于炮口(222)内径使得水炮炮头的内部形成锥形的炮腔(223)；炮腔(223)是由曲线段围绕轴心旋转360度后形成的旋转体。
2.如权利要求1所述的水炮炮头，其特征在于，所述曲线段为抛物线段，所述抛物线段为抛物线在A点(xA,yA)和B点(xB,yB)之间的曲线段，其中，yB＞yA；炮腔(13)是所述抛物线段围绕X轴旋转360度形成的旋转体。
3.如权利要求1所述的水炮炮头，其特征在于，炮腔(223)的腔壁上铺设有疏水层(226)；疏水层(226)由疏水材料制成。
4.如权利要求3所述的水炮炮头，其特征在于，所述疏水材料为聚四氟乙烯。
5.一种高压水炮，其特征在于，包括水炮罐(1)、储气罐(41)、空气压缩机(42)以及炮管(21)和炮头(22)；水炮罐(1)设有出水管(12)、进水口(13)、进气口(14)和内管(15)；进气口(14)位于水炮罐(1)的顶部，并通过电磁阀(43)与储气罐(41)相连；储气罐(41)连接空气压缩机(42)；水炮罐(1)的进水口(13)设有止回阀(32)；出水管(12)竖直设立于水炮罐(1)的顶部，并通过炮管方向调整机构(5)连接炮管(21)和炮头(22)；出水管(12)通过内管(15)伸入至水炮罐(1)的罐腔底部；炮头(22)安装在炮管(21)的末端，是如权利要求1或2或3或4所述的水炮炮头；炮管(21)的内径大于炮头(22)的炮口的内径。
6.如权利要求5所述的高压水炮，其特征在于，还包括蓄水箱(3)；蓄水箱(3)通过水泵(31)和止回阀(32)连接水炮罐(1)。
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