CN109058563B - 一种气动式水下高压气泡源 - Google Patents
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Abstract
一种气动式水下高压气泡源,属于水下气泡源装置技术领域。本发明通过三个电磁阀控制气泡源的触发与连发,电磁阀连通气源、储压腔、压紧腔及触发腔,在保证气泡源内压力定值的同时,实现连续触发,顶盖和活塞头可按照需求更换,模拟不同的射出口径,达到不同数值模拟的要求。整个气源有三处动密封,可保证稳定的高压气动密封,进气口电磁阀可阻碍再出发时进气端的气量影响装置气压及气量,压紧腔连接的电磁阀负责控制活塞压紧保证储压腔气压,连接储压腔的电磁阀负责触发,整个腔体通过中间法兰分隔,将各个气室分隔独立,又可通过电磁阀实现可控连通。本发明成本低廉,组合式活塞降低控制难度,保证整体联动性,清洁无污染且安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于水下气泡源装置技术领域,具体涉及一种气动式水下高压气泡源。
背景技术
水下气泡的数值特性在现代海洋研究中处于尤为重要的位置,在舰船抗爆、石油开采及海洋勘探等领域也有相当广泛的应用。目前国内对于水下气泡的研究虽然已经很多,但由于目前现有的设备做水下气泡实验设备较为局限,因而对于小型气泡的水下数值研究很有限。目前关于水下气泡源应用较为普遍的是电火花式、微量TNT炸药式及气囊加载式等水下气泡源,常用的气泡源产生主要分为两种,一种是依靠一定当量的炸药在不同容积的水槽中进行实药爆炸实现,这种加载方式存在危险性高、加载成本高、实验数据测试精度不足和实验资质要求高无法普及等缺点;另一种是采用高压电的方式形成小规模爆炸,这种方法存在成本较高,形成气泡一般尺寸较小等缺点。因此对于水下气泡源的研究具有一定的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气动式水下高压气泡源,该气动式水下高压气泡源可实现连续触发、可按需更换喷射口径,可循环使用,并且可储存超高压。
本发明的目的是这样实现的:
一种气动式水下高压气泡源主要由气缸外壁和中心活塞两大部分组成;所述的气缸外壁由顶盖1、第一密封圈2、上腔体3、第一高压管4、第一电磁阀5、中间法兰11、第三密封圈12、第三电磁阀13、第二高压管14、第二密封圈6、下腔体7、第二电磁阀8、底盖21、第四密封圈15、第一螺钉17、第二螺钉18、螺母19、第三螺钉20组成;所述的中心活塞由活塞头9、中活塞杆10及下活塞16组成,三者间均依靠螺纹连接,第二密封圈6、第四密封圈15、底盖21与下活塞16将下腔体7分隔成压紧腔、触发腔与气泡源下端。所述的顶盖1置于整个装置的顶部,其上有出气口,下部为第一密封圈2,顶盖1与活塞头9相连,活塞头9与顶盖1通过第一密封圈2密封,顶盖1与上腔体3之间通过第一密封圈2密封,第一密封圈2、顶盖1及上腔体3之间通过6个第一螺钉17密封紧固;第一高压管4与上腔体3之间通过螺纹连接,第一高压管4与第一电磁阀5气路连通储压腔与触发腔,第一高压管4与第一电磁阀5之间及第一电磁阀5与中间法兰11之间均通过螺纹连接,上腔体3、中间法兰11与下腔体7通过第二螺钉18与螺母19紧固,第三密封圈12与中间法兰11隔绝储压腔与触发腔;中间法兰11与第三电磁阀13之间通过螺纹连接,第二高压管14和第三电磁阀13连通压紧腔与储压腔,第二高压管14与下腔体7之间、第二高压管14与第三电磁阀13之间均通过螺纹连接,下腔体7与底盖21间通过第三螺钉20紧固,第二电磁阀8通过螺纹连接在下腔体7的进气口位置。下活塞16和中活塞杆10的内部由空心结构组成,在下活塞16和中活塞杆10的径向分别有小孔,小孔的直径不超过2MM,主要作用是平衡储压腔和压紧腔内的气压,且该小孔由于尺寸小不会影响压紧状态以及释放状态。
此气动式水下高压气泡源,在三个电磁阀的控制下完成水下可控触发,通过易更换的顶盖和活塞头保证装置可完成不同形态的气泡数值研究。中间法兰将气泡源分隔为上下两个腔体,将各个气室分隔独立,又可通过电磁阀实现可控连通。本发明的气泡源有三处动密封,分别保证储压腔、触发腔及压紧腔之间的气密分隔,实现在触发及回弹过程中的高压动密封,进气口电磁阀可以阻碍再出发时进气端的气量影响装置气压及气量,压紧腔连接的电磁阀负责控制活塞压紧保证储压腔气压,连接储压腔的电磁阀负责触发,最终实现高压气源的连续触发。
本发明有益效果在于:
(1)本发明基于气压控制的水下高压气源,控制源为空气,清洁无污染,不会改变水下环境的成分或造成实验污染;
(2)本发明装置成本低廉,可按需求设置定值压力进行可控水下气泡试验;
(3)本发明利用动密封与静密封结合的方式保证三个电磁阀实现可控释放与连续触发,安全可靠;
(4)本发明中组合式活塞与组合式缸壁可实现快速更换,降低成本;此外组合式活塞降低了控制的难度,保证装置的整体联动性。
附图说明
图1为一种气动式水下高压气泡源主视图;
图2为一种气动式水下高压气泡源储压状态图;
图3为一种气动式水下高压气泡源左视图;
图4一种气动式水下高压气泡源仰视图;
图5为一种气动式水下高压气泡源俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步描述。
本发明涉及一种可连续触发且可更换喷射口径的超高压气泡源。本发明的气泡源通过三个电磁阀控制气泡源的触发与连发。电磁阀连通气源、储压腔、压紧腔及触发腔,完成在保证气泡源内压力定值的同时,实现连续触发的能力。顶盖和活塞头可按照需求更换,模拟不同的射出口径,达到不同数值模拟的要求。整个气源有三处动密封,可以保证稳定的高压气动密封,进气口电磁阀可以阻碍再出发时进气端的气量影响装置气压及气量,压紧腔连接的电磁阀负责控制活塞压紧保证储压腔气压,连接储压腔的电磁阀负责触发。整个腔体通过中间法兰分隔,将各个气室分隔独立,又可通过电磁阀实现可控连通。
本发明旨在制造一种成本低,可循环使用的,并且可储存超高压,可连续作用的水下气泡源。本发明的技术方案是:一种基于气压作动式的水下爆炸气源,通过三个电磁阀隔离进气管、压紧腔、储压腔及触发腔。此基于气压作动式的水下爆炸气源在工作时具有连续发射的能力,同时可通过更换不同的顶盖实现多种爆破口径的实验。本发明提供的是一种基于气压作动式的水下爆炸气源,既具有存储超高压快速发射的能力,又具连续发射的作动能力。
如图1及图3所示,气泡源主要由气缸外壁和中心活塞两大部分组成,其中气缸外壁部分主要由顶盖1、密封垫2、上腔体3、第一高压管4、第一电磁阀5、中间法兰11、螺钉17、螺钉18、螺母19、螺钉20、密封圈12、第三电磁阀13、第二高压管14、下腔体7、底盖21、密封圈6、密封圈15及第二电磁阀8组成,主要是保证储压腔、压紧腔、触发腔可以承受足够大的压力,隔绝腔内与外部的空气及水等介质。中心活塞部分主要由活塞头9、中活塞杆10及下活塞16组成,三者间均依靠螺纹连接,保证密闭和紧固连接,其主要功能是保证密封同时完成气泡源的连续触发。
如图1所示,第一电磁阀5、第二电磁阀8与第三电磁阀13中箭头的方向表示可控压方向,反方向是一直连通状态,电磁阀只有在通电情况下才会沿头方向连通,进而实现在可控条件下实现储压腔、压紧腔及触发腔的连通。
如图1及图3所示,其中密封圈2、顶盖1隔绝上出气口与储压腔,方便拆卸的同时可保证储压腔压力得以保持。在不同工况要求下,可按需更换顶盖1和活塞头9。如图1所示在气泡源未触发时,活塞头9与顶盖1通过密封圈2密封,顶盖1与上腔体3之间也通过密封圈2实现储压腔的保压性能,密封圈2、顶盖1及上腔体之间通过6个螺钉17完成密封紧固。
如图1及图3所示,密封圈12与中间法兰11隔绝储压腔与触发腔,在活塞移动过程中密封圈12与中活塞杆10之间实现动密封,静态时密封圈12与中间法兰11同时作用实现静态密封,储压腔与触发腔之间除此之外还有第一高压管4与第一电磁阀5气路连通,第一高压管4与上腔体3之间、第一高压管4与第一电磁阀5之间及第一电磁阀5与中间法兰11之间均通过螺纹连接。电磁阀实现气路可在人为控制下连通实现可控触发,通过螺钉18与螺母19将上腔体3、中间法兰11与下腔体7进行紧固,保证储压腔和触发腔的密闭性。
如图1及图3所示,密封圈6、密封圈15、底盖21与下活塞16将下腔体7分隔成压紧腔、触发腔与气泡源下端。密封圈6是动密封,保证在活塞运动时触发腔与压紧腔之间的气压隔绝。密封圈15与密封圈功能上相似,在活塞运动时隔绝压紧腔与气缸外壁,底盖21与下腔体7间依靠螺钉20紧固。第二电磁阀8通过螺纹连接在下腔体7的进气口位置,其作用是控制进气端的气体在可控的条件下进入压紧腔。
如图1及图3所示,在压紧腔与储压腔之间通过第二高压管14和第三电磁阀13连通,第二高压管14与下腔体7之间、第二高压管14与第三电磁阀13之间及第三电磁阀13与中间法兰11之间均通过螺纹连接。在压紧腔优先充气时关闭第三电磁阀13,下活塞16在压紧腔内的表面Ⅰ与表面Ⅱ受到相同的压力,但由于表面Ⅰ面积大于表面Ⅱ的面积,因此下活塞16受到向上的压力,使得下活塞16向上移动,带动中间活塞杆10和活塞头9向上移动,进而将活塞头9压紧在密封圈2上如图2所示。
如图1所示,在压紧腔与储压腔之间还有一条气路,该气路由下活塞16和中活塞杆10的内部空心结构组成,在下活塞16和中活塞杆10的径向分别有小孔,小孔的直径不超过2MM,主要作用时平衡储压腔和压紧腔内的气压。但该小孔由于尺寸小不会影响压紧状态以及释放状态,属于本专利的创新点之一。
气泡源工作工作过程如下:
步骤一:如图2所示,初始状态下连通第二电磁阀8且关闭第三电磁阀13和第一电磁阀5,先充一定量的空气到压紧腔,此时虽然在压紧腔与储压腔之间还有一条气路,该气路由下活塞16和中活塞杆10的内部空心结构组成,在下活塞16和中活塞杆10的径向分别有小孔,小孔的直径不超过2MM,主要作用时平衡储压腔和压紧腔内的气压。但该小孔由于尺寸小不会影响压紧状态以及释放状态,因而由于压紧腔的下活塞16在压紧腔内的表面Ⅰ与表面Ⅱ受到相同的压力,但由于表面Ⅰ面积大于表面Ⅱ的面积,因此下活塞16受到向上的压力,使得下活塞16向上移动,带动中间活塞杆10和活塞头9向上移动,进而将活塞头9压紧在密封圈2上,这是初始封闭状态。
步骤二:连通第三电磁阀13使空气进入储压腔,持续充压至预定压力,然后关闭第二电磁阀8和第三电磁阀13。这是气泡源达到预定触发状态。
步骤三:连通第一电磁阀5,高压气体迅速进入触发腔,推动下活塞16向下移动,虽然下活塞16此时受到向上的压紧力,但相同气压条件下触发腔内下活塞16受力面积大得多,使得下活塞16向下移动且带动中活塞杆10和活塞头9向下移动,从而打开出气口,储压腔内的高压气体瞬间释放,触发腔内压力随储压腔内压力减小,下活塞16上表面的压力减小如图1所示。虽然由于压紧腔与储压腔连通,但由于连通气孔尺寸过小,储压腔的压力瞬间释放后,压紧腔内仍存在高压,压紧腔的下活塞16在压紧腔内的表面Ⅰ与表面Ⅱ受到相同高压强,但由于表面Ⅰ面积大于表面Ⅱ的面积,因此下活塞16受到向上的压力,使得下活塞16向上移动,带动中间活塞杆10和活塞头9向上移动,进而将活塞头9压紧在密封圈2上,封住出气口,完成一次触发同时阻止水进入气泡源内如图2所示。迅速关闭第一电磁阀5后等待几分钟,这时气泡源内压紧腔的气体通过通气孔进气储压腔,并且两个腔体内的气压达到平衡,此时气泡源又回到初始封闭状态。
步骤四:如果需要连续触发,只需要在初始封闭状态的基础上,打开第三电磁阀13,然后重复步骤二和步骤三即可。其中不可在关闭第一电磁阀5后直接打开第三电磁阀13,主要是防止压紧腔内的高压瞬间进入储压腔,可能造成瞬态冲击使得活塞组件向下移动,导致气泡源储压腔进水无法连续作动。
此气动式水下高压气泡源,在三个电磁阀的控制下完成水下可控触发,通过易更换的顶盖1和活塞头9保证装置可完成不同形态的气泡数值研究,装置主要是中间法兰11将气泡源分隔为上下两个腔体,将各个气室分隔独立,又可通过电磁阀实现可控连通。本发明的气泡源有三处动密封,分别保证储压腔、触发腔及压紧腔之间的气密分隔,实现在触发及回弹过程中的高压动密封。顶盖1隔绝上出气口与储压腔,方便拆卸的同时可保证储压腔压力得以保持。在不同工况要求下,可按需更换顶盖1和活塞头9。密封圈12与中间法兰11隔绝储压腔与触发腔,在活塞移动过程中密封圈12与中活塞杆10之间实现动密封,静态时密封圈12与中间法兰11同时作用实现静态密封。
Claims (4)
1.一种气动式水下高压气泡源,其特征在于:包括气缸外壁和中心活塞两大部分;所述的气缸外壁由顶盖(1)、第一密封圈(2)、上腔体(3)、第一高压管(4)、第一电磁阀(5)、中间法兰(11)、第三密封圈(12)、第三电磁阀(13)、第二高压管(14)、第二密封圈(6)、下腔体(7)、第二电磁阀(8)、底盖(21)、第四密封圈(15)、第一螺钉(17)、第二螺钉(18)、螺母(19)、第三螺钉(20)组成;所述的中心活塞由活塞头(9)、中活塞杆(10)及下活塞(16)组成,三者间均依靠螺纹连接,第二密封圈(6)、第四密封圈(15)、底盖(21)与下活塞(16)将下腔体(7)分隔成压紧腔、触发腔与气泡源下端;所述的顶盖(1)置于整个装置的顶部,其上有出气口,下部为第一密封圈(2),顶盖(1)与活塞头(9)相连,活塞头(9)与顶盖(1)通过第一密封圈(2)密封,顶盖(1)与上腔体(3)之间通过第一密封圈(2)密封,第一密封圈(2)、顶盖(1)及上腔体(3)之间通过第一螺钉(17)密封紧固;第一高压管(4)与上腔体(3)之间通过螺纹连接,第一高压管(4)与第一电磁阀(5)气路连通储压腔与触发腔,第一高压管(4)与第一电磁阀(5)之间及第一电磁阀(5)与中间法兰(11)之间均通过螺纹连接,上腔体(3)、中间法兰(11)与下腔体(7)通过第二螺钉(18)与螺母(19)紧固,第三密封圈(12)与中间法兰(11)隔绝储压腔与触发腔;中间法兰(11)与第三电磁阀(13)之间通过螺纹连接,第二高压管(14)和第三电磁阀(13)连通压紧腔与储压腔,第二高压管(14)与下腔体(7)之间、第二高压管(14)与第三电磁阀(13)之间均通过螺纹连接,下腔体(7)与底盖(21)间通过第三螺钉(20)紧固,第二电磁阀(8)通过螺纹连接在下腔体(7)的进气口位置。
2.根据权利要求1所述的一种气动式水下高压气泡源,其特征在于:所述的第一电磁阀(5)、第二电磁阀(8)与第三电磁阀(13)向内方向是控压方向,向外方向是连通方向。
3.根据权利要求1所述的一种气动式水下高压气泡源,其特征在于:所述的第二密封圈(6)、第三密封圈(12)和第四密封圈(15)是动密封。
4.根据权利要求1所述的一种气动式水下高压气泡源,其特征在于:所述的下活塞(16)和中活塞杆(10)内部为空心结构;下活塞(16)和中活塞杆(10)的径向有小孔,小孔的直径不超过2MM。
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- 2018-10-08 CN CN201811168678.5A patent/CN109058563B/zh active Active
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