CN109443693A - 一种高压水射流喷水推进装置的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于喷水推进试验装置领域，并具体公开了一种高压水射流喷水推进装置的试验装置，其包括支撑单元、进水单元、高压腔单元和出水单元，支撑单元包括支座和平板支撑组件；进水单元包括进水口过渡板和进水管，进水口过渡板通过进水套与进水管相连；高压腔单元包括高压腔壳体及位于高压腔壳体两端的高压腔前端盖和后端盖，高压腔前端盖上开设有进水口，高压腔壳体通过滑动组件支撑在平板支撑组件上，其与进水口过渡板之间设置有拉压力传感器；出水单元包括彼此连通的推力室内腔、喷嘴和喷嘴更换件，喷嘴更换件通过出水口过渡板连接有橡胶弹性软管。本发明可在试验室地面环境对喷水推进装置的性能进行测试，具有结构简单，操作便利等优点。
Description
技术领域
本发明属于喷水推进试验装置领域，更具体地，涉及一种高压水射流喷水推进装置的试验装置。
背景技术
高压水射流喷水推进装置是一种重要的船舶推进装置，良好的试验装置是研究、设计和改进高压水射流喷水推进装置的重要保证。
目前通常采用船模搭载推进装置在船池进行拖拽试验的方法对喷水推进装置的推力特性进行试验，但是该试验需要在专用船池并利用船模在水面或水槽中进行。试验环境复杂、试验过程复杂、搭载的推进装置可调节性能差、试验室建设要求高、难度大、试验室资源有限而且试验成本高，不利于进行高压水射流推进装置的性能试验和研究。
发明内容
为克服喷水推进装置拖拽试验的不足，简单、快捷、高效和准确地对高压水射流喷水推进装置的性能进行测试和试验，本发明提供了一种高压水射流喷水推进装置试验装置，其可以在试验室地面环境对喷水推进装置的性能进行测试，具有结构简单，操作便利等优点。
为实现上述目的，本发明提出了一种高压水射流喷水推进装置的试验装置，其包括支撑单元、进水单元、高压腔单元和出水单元，其中：
所述支撑单元包括支座和平板支撑组件；
所述进水单元包括进水口过渡板和进水管，该进水口过渡板安装在支座上，并通过进水套与进水管相连，以形成高压进水通道，为高压腔提供高压水介质；
所述高压腔单元包括高压腔壳体以及安装在高压腔壳体两端的高压腔前端盖和高压腔后端盖，三者之间形成封闭的高压腔，所述高压腔前端盖上开设有与进水管导通的进水口，所述高压腔壳体通过滑动组件支撑在平板支撑组件上，其与进水口过渡板之间还设置有拉压力传感器；
所述出水单元包括彼此连通的推力室内腔、喷嘴和喷嘴更换件，三者构成可更换的内腔收缩结构以将高压水介质转化为高速水射流，其中，所述推力室内腔安装在高压腔后端盖上，并位于高压腔内，所述喷嘴安装在高压腔后端盖上，并位于高压腔外，其入水口与推力室内腔导通，所述喷嘴更换件与喷嘴的出水口连通，并通过出水口过渡板连接有橡胶弹性软管，该橡胶弹性软管作为柔性低压水通道将由喷嘴更换件喷出的高速水射流喷入外部的水池中；
以此高压水通过高压腔前端盖的进水口进入高压腔，经推力室内腔和喷嘴收缩加速后从喷嘴更换件出口向外喷出，从而产生反推力推动高压腔壳体在平板支撑组件上移动，同时通过拉压力传感器测出反推力大小。
作为进一步优选的，所述平板支撑组件包括平板和设置在平板下方的平板支座。
作为进一步优选的，所述滑动组件包括底座和牛眼万向轮，该底座的上表面为圆弧面，下表面为平面，其中圆弧面与高压腔壳体的外圆面贴合，平面上开有均匀分布的沉头孔和螺纹孔，其中沉头孔用于安装连接高压腔壳体和底座的螺栓，并使螺栓完全沉入底座内部，螺纹孔则用于连接牛眼万向轮。
作为进一步优选的，所述进水口过渡板上设有螺纹孔和连接孔，其中螺纹孔用于安装进水套和拉压力传感器，连接孔用于将进水口过渡板固定于支座上，该固定孔为腰型孔，便于调节进水口过渡板的位置使进水套的中轴线与高压腔前端盖上的进水口的中轴线重合。
作为进一步优选的，所述进水套和进水管为活塞式连接，进水管可在进水套内自由滑动，从而形成可伸缩的高压管路接头，使高压腔外壳前端处于自由状态。
作为进一步优选的，所述橡胶弹性软管包括橡胶软管和位于橡胶软管两端的法兰盘，所述橡胶软管的两端通过扣件扣压在两法兰盘上，两法兰盘分别与出水口过渡板和过墙管连接，从而形成低压水通道使高速水射流喷入外部水池中，同时，橡胶软管的柔性特性使高压腔壳体后端处于自由状态，便于其实现轴向自由移动。
作为进一步优选的，所述试验装置还设置有导向架，用于对高压腔壳体进行导向使其沿轴线方向移动。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明通过喷嘴向水池中喷水，利用高压壳体在平板上的运动测试反推力，使喷水推进装置的推力测试摆脱了对船模和专用船池的依赖，而且试验在试验室地面环境进行，试验环境得到有效改善。
2.本发明的高压壳体通过万向轮置于平板上，高压壳体与平板之间属于滚动摩擦，可以有效地减小摩擦力，消除摩擦力对试验结果的影响。
3.本发明采用进水管和进水套的方式形成高压水路，并通过橡胶弹性软管与低压水池连通形成低压通道，使高压腔壳体处于相对自由的状态，并且利用过渡板与外部高压进水管路连接，可消除进水管路扰动对试验结果的影响，最大程度的消除外界因素对试验结果的干扰。
附图说明
图1是本发明高压水射流喷水推进装置的试验装置的结构示意图；
图2是进水口过渡板的结构示意图；
图3是进水套和进水管的结构示意图；
图4是橡胶弹性软管的结构示意图；
图5是底座和牛眼万向轮的结构示意图；
图6是导向架的结构示意图。
图中：支座1、进水口过渡板2、进水套3、进水管4、平板支座5、平板6、底座7、牛眼万向轮8、高压腔后端盖9、出水口过渡板10、橡胶弹性软管11、喷嘴更换件12、喷嘴13、推力室内腔14、高压腔壳体15、导向架16、高压腔前端盖17、拉压力传感器18、橡胶软管111、法兰盘112、扣件113。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提供的一种高压水射流喷水推进装置的试验装置，其包括支撑单元、进水单元、高压腔单元和出水单元，其中，支撑单元用于实现其他单元的支撑固定，进水单元用于为高压腔单元提供高压水介质，出水单元用于将高压腔单元中的高压水介质转化为高速水射流并喷入外部的水池中，整个试验装置通过密封圈进行密封，以防止漏水。
如图1所示，支撑单元包括支座1和平板支撑组件，其中支座1为试验装置的轴向固定部件，用以限定试验装置的轴向位移，平板支撑组件用于支撑高压腔单元和出水单元，该平板支撑组件包括平板6和设置在平板6下方的平板支座5，平板6通过平板支座5固定于实验室平台上，调整平台支座5的高度可以使平板处于水平位置。
如图1所示，进水单元包括进水口过渡板2和进水管4，该进水口过渡板2安装在支座1上，并通过进水套3与进水管4相连，以形成高压进水通道，为高压腔提供10MPa的高压水介质。
如图1所示，高压腔单元包括高压腔壳体15以及安装在高压腔壳体15两端的高压腔前端盖17和高压腔后端盖9，三者之间形成封闭的高压腔，高压腔前端盖17上开设有与进水管4导通的进水口，高压腔壳体15通过滑动组件支撑在平板支撑组件上，其与进水口过渡板2之间还设置有拉压力传感器18。
如图2所示，进水口过渡板2上设有固定孔，用于将进水口过渡板2固定于支座1上，支座1上设有与固定孔配合的腰型孔便于调节进水口过渡板2在支座上的安装位置，使进水套3的中轴线与高压腔前端盖17上的进水口的中轴线重合，进水口过渡板2的两端还设置有螺纹孔，一端用于安装外界高压水管，另一端用于安装进水套3和拉压力传感器18，进水套3与外界高压水管导通，以此通过进水口过渡板2的设置，有效地将外界高压进水管路与试验装置分离，消除进水管路扰动对试验装置的影响。
如图1所示，出水单元包括彼此连通的推力室内腔14、喷嘴13和喷嘴更换件12，三者构成可更换的内腔收缩结构以将高压水介质转化为速度达120m/s的高速水射流，其中，推力室内腔14安装在高压腔后端盖9上，并位于高压腔内，喷嘴13安装在高压腔后端盖9上，并位于高压腔外，其入水口与推力室内腔14导通，喷嘴更换件12与喷嘴13的出水口连通，该喷嘴更换件12安装在出水口过渡板10上，该出水口过渡板10连接有橡胶弹性软管11，该橡胶弹性软管11作为柔性低压水通道将由喷嘴更换件12喷出的高速水射流喷入外部的水池中，具体的，橡胶弹性软管11通过过墙管与水池连通，从而形成封闭的试验环境。
如图3所示，进水套3和进水管4为活塞式连接，进水管4可在进水套3内自由滑动，从而形成可伸缩的高压管路接头，使高压腔外壳前端处于自由状态。
如图4所示，橡胶弹性软管11包括橡胶软管111和位于橡胶软管111两端的法兰盘112，橡胶软管111的两端通过扣件113扣压在两法兰盘上，两法兰盘分别与出水口过渡板10和过墙管连接，从而形成柔性低压水通道使由喷嘴更换件喷出的高速水射流喷入外部水池中，同时，橡胶软管的柔性特性使高压腔壳体后端处于自由状态，便于其实现轴向自由移动。
如图5所示，滑动组件包括底座7和牛眼万向轮8，该底座7的上表面为圆弧面，下表面为平面，其中圆弧面与高压腔壳体15的外圆面贴合，平面上开有均匀分布的沉头孔和螺纹孔，其中沉头孔用于安装连接高压腔壳体和底座的螺栓，并使螺栓完全沉入底座内部，螺纹孔则用于连接牛眼万向轮8，以此使得高压腔壳体15与底座7通过螺栓连接并通过牛眼万向轮放置于平板6上，使其可以在平板上以较小的摩擦力移动。
进一步的，试验装置还设置有导向架16，用于对高压腔壳体进行导向使其沿轴线方向移动。如图6所示，导向架16包括安装架及安装在安装架上的滚轮，高压腔壳体15嵌装在安装架内，其顶部设有与滚轮配合的凹槽，在高压腔壳体沿轴线方向移动时，通过相互配合的滚轮和凹槽实现高压腔壳体的导向。
试验过程中，外部高压进水管路中的高压水首先依次经进水口过渡板2、进水套3、进水管4和高压腔前端盖17的进水口进入高压腔，并通过推力室内腔14和喷嘴13收缩加速后从喷嘴更换件12经橡胶弹性软管11高速向水池喷出，高速喷出的水流形成反推力推动高压腔壳体移动，高压腔壳体在移动过程中压缩拉压力传感器，以此通过拉压力传感器测出反推力，高压腔壳体还通过导向架进行导向使其沿轴线方向移动，试验过程中还可以分别用安装于进水管路上的流量计、压力传感器测试推力室内部喷射流量及压力，也可利用高速相机测试喷射流场特性。本发明可作为通用的喷水推进装置试验平台用于喷水推进装置性能试验研究。
本发明试验装置的进水口过渡板用于连接高压进水管，橡胶弹性软管通过过墙管与低压水池连通，从而形成封闭的试验环境，进水口过渡板的设置可消除高压进水管扰动对试验结果的影响，进水管和进水套用于形成高压水路，使高压腔外壳前端处于自由状态，橡胶弹性软管用于连通低压水池，使高压腔外壳后端处于自由状态，配合进水套和进水管使高压腔壳体沿轴线自由移动。本发明的整个试验流程可在试验室地面环境进行，大大简化了试验过程，降低了试验难度。本发明为一种新型试验装置，用于测试高压水射流喷水推进装置的反推力、喷嘴内部流场特性和压力场特性，从而验证高压水射流喷水推进装置推力理论，优化喷嘴结构参数，为提高高压水射流喷水推进装置的性能提供试验依据。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高压水射流喷水推进装置的试验装置，其特征在于，包括支撑单元、进水单元、高压腔单元和出水单元，其中：
所述支撑单元包括支座(1)和平板支撑组件；
所述进水单元包括进水口过渡板(2)和进水管(4)，该进水口过渡板(2)安装在支座(1)上，并通过进水套(3)与进水管(4)相连，以形成高压进水通道，为高压腔提供高压水介质；
所述高压腔单元包括高压腔壳体(15)以及安装在高压腔壳体(15)两端的高压腔前端盖(17)和高压腔后端盖(9)，三者之间形成封闭的高压腔，所述高压腔前端盖(17)上开设有与进水管(4)导通的进水口，所述高压腔壳体(15)通过滑动组件支撑在平板支撑组件上，其与进水口过渡板(2)之间还设置有拉压力传感器(18)；
所述出水单元包括彼此连通的推力室内腔(14)、喷嘴(13)和喷嘴更换件(12)，三者构成可更换的内腔收缩结构以将高压水介质转化为高速水射流，其中，所述推力室内腔(14)安装在高压腔后端盖(9)上，并位于高压腔内，所述喷嘴(13)安装在高压腔后端盖(9)上，并位于高压腔外，其入水口与推力室内腔(14)导通，所述喷嘴更换件(12)与喷嘴(13)的出水口连通，并通过出水口过渡板(10)连接有橡胶弹性软管(11)，该橡胶弹性软管(11)作为柔性低压水通道将由喷嘴更换件(12)喷出的高速水射流喷入外部的水池中；
以此高压水通过高压腔前端盖(17)的进水口进入高压腔，经推力室内腔(14)和喷嘴(13)收缩加速后从喷嘴更换件(12)出口向外喷出，从而产生反推力推动高压腔壳体(15)在平板支撑组件上移动，同时通过拉压力传感器(18)测出反推力大小。
2.如权利要求1所述的高压水射流喷水推进装置的试验装置，其特征在于，所述平板支撑组件包括平板(6)和设置在平板(6)下方的平板支座(5)。
3.如权利要求1所述的高压水射流喷水推进装置的试验装置，其特征在于，所述滑动组件包括底座(7)和牛眼万向轮(8)，该底座(7)的上表面为圆弧面，下表面为平面，其中圆弧面与高压腔壳体(15)的外圆面贴合，平面上开有均匀分布的沉头孔和螺纹孔，其中沉头孔用于安装连接高压腔壳体和底座的螺栓，并使螺栓完全沉入底座内部，螺纹孔则用于连接牛眼万向轮(8)。
4.如权利要求1所述的高压水射流喷水推进装置的试验装置，其特征在于，所述进水口过渡板(2)上设有螺纹孔和固定孔，其中螺纹孔用于安装外部高压进水管、进水套(3)和拉压力传感器(18)，固定孔用于将进水口过渡板(2)固定于支座(1)上，该固定孔为腰型孔，便于调节进水口过渡板(2)的位置使进水套(3)的中轴线与高压腔前端盖(17)上的进水口的中轴线重合。
5.如权利要求1所述的高压水射流喷水推进装置的试验装置，其特征在于，所述进水套(3)和进水管(4)为活塞式连接，进水管(4)可在进水套(3)内自由滑动，从而形成可伸缩的高压管路接头，使高压腔外壳前端处于自由状态。
6.如权利要求1-5任一项所述的高压水射流喷水推进装置的试验装置，其特征在于，所述橡胶弹性软管(11)包括橡胶软管(111)和位于橡胶软管(111)两端的法兰盘(112)，所述橡胶软管(111)的两端通过扣件(113)扣压在两法兰盘上，两法兰盘分别与出水口过渡板(10)和过墙管连接，从而形成低压水通道使高速水射流喷入外部水池中，同时，橡胶软管的柔性特性使高压腔壳体后端处于自由状态，便于其实现轴向自由移动。
7.如权利要求1-6任一项所述的高压水射流喷水推进装置的试验装置，其特征在于，所述试验装置还设置有导向架(16)，用于对高压腔壳体进行导向使其沿轴线方向移动。
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