CN108844709B - 一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置。该破膜装置包括了装置本体和针刺部件；装置本体包括法兰端盖(1)、破膜管体(2)、破膜管体底座和紧固螺栓(3)；针刺部件包括紧固体(4)、刺针(5)、导向环(6)、3个弹簧(7)、弹簧支承架(8)和紧固螺母(9)；导向环(6)焊接在法兰端盖(1)下端，3个弹簧(7)的两端分别与导向环(6)和弹簧支承架(8)固定连接，刺针(5)的一端与紧固体(4)固定连接，刺针(5)的中部与弹簧支承架(8)固定连接，紧固体(4)的外周被2个紧固螺栓(3)的端部夹住。本发明解决了针刺破膜装置中密封问题，具有出针速度快、更换方便、造价低和可重复使用等优点。

Description

一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置

技术领域

本发明属于激波管破膜技术领域，具体涉及一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置。

背景技术

激波管是通过入射基波和反射基波对介质进行一维均匀绝热非等熵压缩的实验设备。由于激波管结构简单,使用方便而且价格低廉,能提供范围宽广的实验参量,因此在物理、化学等的基础研究中有着广泛的应用。

目前通常采用的破膜办法有以下几种：

1、双膜法。膜片破膜压力小于高压段与低压段的压差.大于高压段与低压段压差的一半。在高压段与低压段之间设置两道膜片，高压段充气前，两膜之间(中间段)气体压力约为高压段与低压段压力的平均值。当高压段充气完成后，两道膜所受的压差均为高压段与低压段压差的一半，未达到破膜压力。破膜时，将两膜片中间段抽真空，高压段与中间段的膜片先破裂，之后第二道膜片的压差迅速上升、并大于破膜压力，第二道膜立即破裂，并在低压段形成激波。

2、针刺破膜。膜片破膜压力应大于高压段与低压段压差，充气完成后，通过针刺使膜片破裂。

3、电热破膜。对膜片破膜压力的要求同(2)。不同的是：电热破膜将电阻丝(约5mm)粘附在膜片上，由低压、大电流放电电路在电阻丝瞬时放电产生高温，并使膜片破裂。

双膜法适合压差范围较广的实验工况。原则上，只要有适合厚度的膜片，几乎所有压力范围均可选用。但是，在低压条件下，对膜片破膜压力的要求变得较为苛刻，中间段压力不好控制，易造成误破膜。针刺破膜只适合低压差(<1MPa)工况。高压实验(>1MPa)采用较厚铝膜、甚至不锈钢膜，直径较细的刺针难以刺破膜片，直径较粗的刺针对流场扰动较大，高压条件下的刺针密封也存在较大困难。电热破膜适用低压差工况(<1MPa)，激波管低压差实验采用聚酯膜片，放电加热易使膜片局部融化，实现破膜。高压情况下，通常采用金属膜片，其导电性和耐热性限制了电热破膜方法的应用。

传统的针刺破膜装置出针速度不高，可以对塑料破膜进行较好的破膜，但是当工况需要使用铝膜及钢膜时，传统的针刺破膜往往无法实现较好的破膜；并且人工手动出针不好控制出针的速度和压力，容易出现误操作；而且针刺部分在整个装置的外部，在破膜的时候容易出现漏气等现象，对实验结果造成一定影响。最为重要的是传统手动推杆针刺破膜装置中推杆与高压端法兰连接处的密封较为困难，实际使用时漏气现象较为严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置，解决了传统手推杆针刺破膜装置中推杆与高压端法兰连接处的密封问题，具有出针速度快、更换方便、造价低和可重复使用等优点。

本发明的技术方案是，一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置包括了装置本体和针刺部件；装置本体包括法兰端盖、破膜管体、破膜管体底座和紧固螺栓；法兰端盖和破膜管体底座分别固定在破膜管体的两端，2个紧固螺栓分别固定在破膜管体的下部，2个紧固螺栓沿破膜管体的径向；针刺部件包括紧固体、刺针、导向环、3个弹簧、弹簧支承架和紧固螺母；导向环为环形结构，导向环通过外周焊接在法兰端盖下端，3个弹簧的一端分别与导向环固定连接，3个弹簧的另一端分别与弹簧支承架固定连接，3个弹簧和弹簧支承架均位于破膜管体内，刺针的一端依次穿过导向环和弹簧支承架的中心，且刺针的一端与紧固体固定连接，刺针的中部通过紧固螺母与弹簧支承架固定连接，处于初始状态时，弹簧处于拉伸状态，且紧固体的外周被2个紧固螺栓的端部夹住。

2个紧固螺栓位于破膜管体的同一个横截面上。

法兰端盖与激波管法兰端盖通过螺栓固定连接，法兰端盖端面与激波管法兰端盖端面之间设置有密封圈。

导向环的外周上设置有三个凸起，导向环通过外周三个凸起焊接在法兰端盖下端。

所述弹簧支承架包括中心筒和6个连接件，6个连接件的一端焊接在中心筒的外周上，且6个连接件沿中心筒周向均匀分布，3个弹簧的另一端分别与弹簧支承架中的三个连接件固定连接。

紧固体外周一侧设置有多个弧形凹槽，多个弧形凹槽沿紧固体的轴线方向均匀分布，一个紧固螺栓的端部插入其中一个弧形凹槽内。

所述刺针的另一端固定两个针片，两个针片十字交叉固定在刺针的另一端上，两个针片上部轮廓构成刺针的刃。

所述针片的上部轮廓为弧形。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过利用弹簧拉力进行破膜的方式，解决了传统手动破膜速度慢、不稳定的特点；

2、本发明通过将刺针部分放置在装置内部，解决了传统手推杆针刺破膜装置中推杆与高压端法兰连接处的密封问题；

3、本发明中的刺针更换方便，可根据膜片的不同选择不同类型的刺针，，具有出针速度快、更换方便、造价低和可重复使用等优点。

附图说明

图1为本发明一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置的立体结构示意图；

图2为图1的二维结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置的结构示意图；

图5为图4的左视图；

图6为图5的右剖视图；

图7为本发明中刺针的俯视图；

图8为图7的左视图；

图9为本发明中紧固件的结构示意图；

图10为图9的左视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图4和图5所示，本发明一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置包括了装置本体和针刺部件。

装置本体包括法兰端盖1、破膜管体2、破膜管体底座和紧固螺栓3。装置本体的材料为304不锈钢，破膜管体2的尺寸与激波管的管体尺寸一致，法兰端盖1的尺寸与激波管法兰端盖的尺寸一致。法兰端盖1和破膜管体底座分别固定在破膜管体2的两端。2个紧固螺栓3分别固定在破膜管体2的下部，2个紧固螺栓3沿破膜管体2的径向，且2个紧固螺栓3位于破膜管体2的同一个横截面上。法兰端盖1与激波管法兰端盖通过螺栓固定连接，法兰端盖1端面与激波管法兰端盖端面之间设置有密封圈，以保证二者之间的紧密连接。

针刺部件包括紧固体4、刺针5、导向环6、3个弹簧7、弹簧支承架8和紧固螺母9。导向环6为环形结构，导向环6的外周上设置有三个凸起，导向环6通过外周上凸起焊接在法兰端盖1下端，导向环6主要是用来固定弹簧的位置。3个弹簧7的一端分别与导向环6固定连接。3个弹簧7的另一端分别与弹簧支承架8固定连接，3个弹簧7和弹簧支承架8均位于破膜管体2内。刺针5的一端依次穿过导向环6和弹簧支承架8的中心，且刺针5的一端与紧固体4固定连接。刺针5的中部通过紧固螺母9与弹簧支承架8固定连接。

如图7和图8所示，刺针5的另一端为针尖。刺针5的另一端固定两个针片，两个针片十字交叉固定在刺针5的另一端上，两个针片上部轮廓构成刺针的刃。针片上部轮廓为弧形。弹簧支承架8包括中心筒和6个连接件，6个连接件的一端焊接在中心筒的外周上，且6个连接件沿中心筒周向均匀分布，3个弹簧7的另一端分别与弹簧支承架8中的三个连接件固定连接。刺针5的尺寸以及材料可以根据实验膜片性质进行相应更换，刺针尖端可以通过角磨机进行打磨，从而实现更好的破膜效果。如图9所示，紧固体4外周一侧设置有多个弧形凹槽，多个弧形凹槽沿紧固体4的轴线方向均匀分布，一个紧固螺栓3的端部插入其中一个弧形凹槽内，根据结构不同，通过紧固螺栓3的端部插入不同弧形凹槽内调整刺针的位置和弹簧7的拉力。

导向环6、弹簧支承架8、紧固螺母8和紧固体4的材料均为304不锈钢。

法兰端盖1和破膜管体2的壁厚以及截面尺寸与配合的激波管管体相同。导向环和弹簧支承架8的作用固定弹簧和引导刺针沿着破膜管体的轴线水平出针。紧固螺母3和紧固体4的作用是限制刺针的初始位置和初始状态。

安装时，导向环6通过焊接与装置本体连接。在进行安装时，先将紧固体4和刺针5的针杆通过螺纹旋合在一起，然后通过紧固体4将弹簧7拉伸至所需位置，然后将紧固螺栓3和紧固体4契合紧密，固定好刺针5的位置，最后将法兰端盖1与激波管通过螺栓固定连接，且装置本体位于激波管高压区与低压区之间。

本发明的工作过程是，如图4所示，处于初始状态时，弹簧7处于拉伸状态，且紧固体4的外周被2个紧固螺栓3的端部夹住。进行实验时，只需松开与紧固件4凹槽配合的紧固螺栓3，刺针5在弹簧7的拉力的作用下，瞬间快速移动，从而将激波管高压区与低压区之间的膜片刺穿。

综上所述：该破膜装置，通过利用弹簧，解决了传统手推杆针刺破膜装置中推杆与高压端法兰连接处的密封问题，同时解决了传统手动破膜速度慢、不稳定的特点。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置，其特征是：该破膜装置包括了装置本体和针刺部件；装置本体包括法兰端盖(1)、破膜管体(2)、破膜管体底座和紧固螺栓(3)；法兰端盖(1)和破膜管体底座分别固定在破膜管体(2)的两端，2个紧固螺栓(3)分别固定在破膜管体(2)的下部，2个紧固螺栓(3)沿破膜管体(2)的径向，2个紧固螺栓(3)位于破膜管体(2)的同一个横截面上；针刺部件包括紧固体(4)、刺针(5)、导向环(6)、3个弹簧(7)、弹簧支承架(8)和紧固螺母(9)；导向环(6)为环形结构，导向环(6)通过外周焊接在法兰端盖(1)下端，3个弹簧(7)的一端分别与导向环(6)固定连接，3个弹簧(7)的另一端分别与弹簧支承架(8)固定连接，3个弹簧(7)和弹簧支承架(8)均位于破膜管体(2)内，刺针(5)的一端依次穿过导向环(6)和弹簧支承架(8)的中心，且刺针(5)的一端与紧固体(4)固定连接，刺针(5)的中部通过紧固螺母(9)与弹簧支承架(8)固定连接，处于初始状态时，弹簧(7)处于拉伸状态，且紧固体(4)的外周被2个紧固螺栓(3)的端部夹住；

所述弹簧支承架（8）包括中心筒和6个连接件，6个连接件的一端焊接在中心筒的外周上，且6个连接件沿中心筒周向均匀分布，3个弹簧(7)的另一端分别与弹簧支承架(8)中的三个连接件固定连接；

紧固体(4)外周一侧设置有多个弧形凹槽，多个弧形凹槽沿紧固体(4)的轴线方向均匀分布，一个紧固螺栓(3)的端部插入其中一个弧形凹槽内。

2.按照权利要求1所述的一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置，其特征在于：法兰端盖( 1) 与激波管法兰端盖通过螺栓固定连接，法兰端盖( 1) 端面与激波管法兰端盖端面之间设置有密封圈。

3.按照权利要求1所述的一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置，其特征在于：导向环(6)的外周上设置有三个凸起，导向环(6)通过外周三个凸起焊接在法兰端盖(1)下端。

4.按照权利要求1所述的一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置，其特征在于：所述刺针(5)的另一端固定两个针片，两个针片十字交叉固定在刺针(5)的另一端上，两个针片上部轮廓构成刺针的刃。

5.按照权利要求4所述的一种用于激波管低驱动压力的可控破膜装置，其特征在于：所述针片的上部轮廓为弧形。

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