CN110161185A - 一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置，包括：储压室、连接法兰、控制室、顶盖、底盖、驱动活塞、连杆、压缩弹簧、高压管和四套电磁阀装置组成。本发明可实现在水下将高压气储存于储压室内，并以环状的喷口方式释放高压气。特别指出，本发明是通过控制四套电磁阀的开关，控制高压气在储压室和控制室内的流向，完成装置从自然状态到气动式密封，再到高压气的储存和释放。本发明采用电磁阀和压力变送器反馈式控制系统，全程安全可靠，控制精度高。采用空气压缩，安全环保，可重复性试验。结构简单，密封效果好。可以应对不同工况要求进行更换结构件，为高压气水下爆喷实验提供一种具体的实验手段。

Description

一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置

技术领域

本发明涉及一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置，属于水下高压气爆喷实验领域。

背景技术

水下爆炸对水中结构物的损伤一直处于各个国家海军研究的重点，但是应用真实的炸药来研究，其一危险性极大，其二对实验场地和经济消耗无法支撑研究的持续性，其三水下爆炸实验的重复性较差，无法得到其中常规规律。

众所周知，地球表面超过70％的面积都被浩瀚的海洋所包围，海洋中的宝藏数不胜数，当今各个国家将能源、矿产等资源的开采逐渐从陆地转移到丰富的海底资源。由于海底资源的勘探存在多种困难，在深水区的水压，以及海底的各种动物、植物均影响正常的勘探作业，当前最常用的方法是在一定水深下投放炸药，通过炸药在水中爆炸产生的冲击波以及反射波来预测海底地貌以及海底所蕴藏的资源，但此方式对海洋环境带来极大损伤，且具有一定的危险性。

对此，本发明拟在设计一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置。该装置具有良好的密封性，安全性以及可操作性，通过四套电磁阀开关智能控制环状喷口的水下高压气爆喷实验，本发明所设计的高压气爆喷实验装置采用环状喷口，更符合真实炸药在水中爆炸的物理现象。本发明专利重复性较好，采取空气压缩作为驱动介质，安全环保，可以实验高精度的水下高压气爆喷模拟水下爆炸现象，实现不同高压气体的爆喷实验。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置，用以实现浅水或深水情况下，以环状喷口的形式进行高压气的爆喷。本发明通过四套电磁阀装置控制高压气的流向来控制高压气枪的储压和释放，从而控制驱动活塞带动连杆和顶盖的运动从而进行高压气在装置内以环状喷口的形式释放。其中四套电磁阀装置通过与控制器连接，预先设置好程序智能控制高压气枪装置，工作流程可控，系统安全。装置结构紧凑灵活，具有良好的密闭性，用途广泛，便于安装拆卸和重复使用。

本发明的目的是这样实现的：由上至下包括顶盖、储压室、连接法兰、控制室、底盖，储压室外表面设置有三个螺纹孔且三个螺纹孔内分别设置有防爆螺栓、储压室压力变送器、充气段高压管A，控制室外表面设置有五个螺纹孔且螺纹孔内分别设置有充气段高压管B、泄气电磁阀、触发端高压管、触发电磁阀和控制室压力变送器，在控制室内设置有驱动活塞，在驱动活塞和底盖之间设置有压缩弹簧，在顶盖与驱动活塞之间设置有连杆，连杆穿过中间位置的连接法兰，充气段高压管A的端部与充气段高压管B的端部分别连接储压室冲压电磁阀和控制室冲牙电磁阀，储压室冲压电磁阀和控制室冲牙电磁阀连接在充气段三通上，充气段三通的第三端连接高压气泵，触发段高压管的端部与触发电磁阀连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.顶盖与储压室连接处、顶盖与连接法兰连接处、连接法兰与控制室连接处、控制室与底盖连接处均设置有密封圈。

2.驱动活塞与控制室接触处设置有Y型密封圈。

3.连杆的上端与顶盖、下端与驱动活塞均通过螺纹连接，并设置有连接螺栓进行加固。

4.初始状态时，驱动活塞带动连杆和顶盖在底部压缩弹簧的作用下相对向上运动到极限，当开始作用时，触发电磁阀和泄气电磁阀关闭，高压气泵向充气段三通内充入高压气，储压室充压电磁阀和控制室充压电磁阀开启，高压气同时充入储压室和控制室内，当两个室内的高压气达到目标之后，储压室充压电磁阀和控制室充压电磁阀分别关闭，；当高压气进入控制室内时，高压气作用于驱动活塞上表面，由于控制室内全部密封，在高压气的作用下，驱动活塞受到向下的力，从而带动连杆和顶盖一起向下运动，直到顶盖与储压室完全压紧密封，此时将装置放入水池或水箱内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明采用电磁阀和压力变送器反馈式控制系统，控制装置内高压气的流向从而控制高压气的储存、释放，全程安全可靠，控制精度高。2、本发明高压气枪喷口为环形，且可通过更改顶盖来更换喷口环形的尺寸，方便快捷。3、本发明控制室内通过高压气控制高压活塞运动，释放和储存高压气，密封效果好，同轴度高，精度高。4、本发明采用空气压缩，安全环保，可重复性试验且重复性较高5、本发明采用的罐体结构简单，密封效果良好，尺寸更换容易，可以应对不同工况要求进行更换结构件，为高压气水下爆喷实验提供一种具体的实验手段。

附图说明

图1是本发明专利的整体结构示意图。

图2a和图2b是本发明专利的充压时结构作用示意图一和图二。

图3a和图3b是本发明专利的高压气释放作用示意图一和图二。

图4a、图4b、图4c分别是本发明专利的结构三视图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的装置顶盖顶部有螺栓沉头孔，内部设置有连接螺栓28，底部有螺纹孔；储压室侧面开有三个螺纹孔，且三个螺纹孔端面均为平面，分别连接充压段高压管B、防爆螺栓和储压室压力变送器，顶端开有O型密封圈槽孔，底部开有O型圈密封槽孔，储压室法兰处有六个螺栓间隙孔。连接法兰中心上下分别有对轴心凸台，且中心孔开有密封槽孔且里面设置有密封圈43，法兰外圈开有六个螺栓间隙孔。控制室顶部端面开有O型圈密封槽孔，顶部法兰处开有六个螺纹孔，三个侧面分别开有两个、两个、一个螺纹孔，也即侧面开有五个螺纹孔，分别与充压段高压管A、泄气电磁阀、触发段高压管、触发电磁阀和控制室压力变送器连接，底部开有六个螺纹孔，控制室内圈开有两个Y型密封圈槽孔，一个O型圈密封槽孔。底盖外圈开有六个螺栓沉头孔，内圈开有六个螺纹孔。驱动活塞上端开有螺纹孔，下端开有螺栓间隙孔(螺栓沉头孔)，两端均开有减重槽孔，且与控制室配合段均为倒圆角，底部配备压缩弹簧。充气段三通一端与高压气泵连接，另外两端与储压室充压电磁阀和控制室充压电磁阀连接，两个电磁阀分别连接高压管与储压室和控制室连接。储压室和控制室所开螺纹孔的连接部件，储压室连接件有防爆螺栓、储压室压力变送器、充压段高压管A，控制室所开螺纹孔连接部件有泄气电磁阀、触发电磁阀、触发段高压管、充压段高压管B、控制室压力变送器。所述的顶盖与连杆螺纹连接，后用顶部连接螺栓加固，连杆另一端与驱动活塞螺纹连接，同样的，使用底部连接螺栓29加固；所述的储压室与连接法兰和控制室通过6个螺栓12连接，中间接触平面均带有O型密封圈，在控制室底部通过螺栓与底盖连接，二者之间添加密封垫9密封。

所述的压力变送器和充压电磁阀互相反馈控制，当储压室内压力达到预设值，储压室压力变送器将信息反馈回控制器，控制器控制储压室充压电磁阀的关闭，控制储压室内压力大小；同样的，当控制室内压力达到预设值，控制室压力变送器将信息反馈回控制器，控制器控制控制室充压电磁阀的关闭；

控制器总体控制触发电磁阀的开关，控制储压室内高压气的释放，以及控制泄气电磁阀的开关，排出控制室内高压气

高压气同时由打开的储压室充压电磁阀和控制室充压电磁阀向储压室和控制内输入高压气，输压前关闭触发电磁阀和泄气电磁阀，中间驱动活塞连接部分在压力作用下驱动活塞运动，致使装置完成密封。

在装置完成密封后，储压室和控制室内压力值达到预定目标后，各自气室内的压力变送器将数值传输回控制计算机，计算机根据两个气室的压力变送器数值分别控制电磁阀的关闭。

在充压完成后，打开触发电磁阀，高压气流向改变，致使驱动活塞连接部分向上运动，顶盖与储压室出现空隙，高压气释放，释放结束后，打开泄气电磁阀排出高压气。

图1是本发明的总体结构示意图。主要结构包括：储压室1、连接法兰4、控制室3、顶盖6、底盖8、储压室压力变送器24、防爆螺栓17、充压段高压管B22、充压段高压管A23、充气段三通19、储压室冲压电磁阀31、控制室冲压电磁阀32、泄气电磁阀33、触发电磁阀15、触发段高压管16、控制室压力变送器36等外部零部件组成。

请参阅图2a-图3b。装置内部中心区域有连杆5，连杆5分别与顶盖6和驱动活塞2螺纹连接，二者连接部分分别由螺栓加固，在驱动活塞2下端有压缩弹簧7，连接法兰4上下端面O型槽口内加入大O型圈10密封，在储压室1顶端添加O型圈密11，在控制室3内侧添加两个Y型密封圈14和一个O型密封圈11。

进一步的，在本发明专利未开始作用时，其初始状态如图3所示，装置内部驱动活塞2带动连杆5和顶盖6在底部压缩弹簧7的作用下，相对向上运动到极限。当本专利装置开始作用时，关闭触发电磁阀15和泄气电磁阀33，由空气压缩机向充气段三通19内充入高压气，储压室充压电磁阀31和控制室充压电磁阀32开启，高压气同时充入储压室1和控制室3内，在储压室1和控制室3内均螺纹连接,有储压室压力变送器24和控制室压力变送器36，当两个室内的高压气达到目标之后，压力变送器将压力数值反馈给控制计算机，计算机分别控制储压室充压电磁阀31和控制室充压电磁阀32的关闭，注意两个电磁阀是分别控制，不是同时控制。

进一步的，当高压气进入控制室3内时，高压气作用于驱动活塞2上表面，由于控制室内全部密封，在高压气的作用下，驱动活塞2受到向下的力，从而带动连杆5和顶盖6一起向下运动，直到顶盖6与储压室1完全压紧密封，此时将装置放入水池或水箱内。

进一步的，当储压室1内高压气达到目标值后，停止充入高压气。打开触发电磁阀15，控制室3内高压气由触发段高压管16从控制室3上端流向控制室3下端，此时驱动活塞2上、下表面也同时受到高压气的作用，作用力相互抵消，装置结构内部受到两个作用力作用，一个是顶盖6下表面受到高压气的作用，一个是驱动活塞2受到压缩弹簧7的作用，两个力的合力向上，从而使驱动活塞2，连杆5和顶盖6向上运动，此时高压气瞬间释放。在完成高压气的爆喷后打开泄气电磁阀33，将控制室内的高压气排出，至此，实验结束。

请参阅图4a-c。其中图4a-c是本发明的结构三视图，由此三视图可见，装置结构简单，外观简洁，安全性和可操作性良好。

综上，本发明属于水下高压气爆喷实验领域。具体涉及一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置。包括：储压室、连接法兰、控制室、顶盖、底盖、驱动活塞、连杆、压缩弹簧、高压管和四套电磁阀装置组成。本发明可实现在水下将高压气储存于储压室内，并以环状的喷口方式释放高压气。特别指出，本发明是通过控制四套电磁阀的开关，控制高压气在储压室和控制室内的流向，完成装置从自然状态到气动式密封，再到高压气的储存和释放。本发明采用电磁阀和压力变送器反馈式控制系统，全程安全可靠，控制精度高。采用空气压缩，安全环保，可重复性试验。结构简单，密封效果好。可以应对不同工况要求进行更换结构件，为高压气水下爆喷实验提供一种具体的实验手段。

Claims (6)

1.一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置，其特征在于：由上至下包括顶盖、储压室、连接法兰、控制室、底盖，储压室外表面设置有三个螺纹孔且三个螺纹孔内分别设置有防爆螺栓、储压室压力变送器、充气段高压管A，控制室外表面设置有五个螺纹孔且螺纹孔内分别设置有充气段高压管B、泄气电磁阀、触发端高压管、触发电磁阀和控制室压力变送器，在控制室内设置有驱动活塞，在驱动活塞和底盖之间设置有压缩弹簧，在顶盖与驱动活塞之间设置有连杆，连杆穿过中间位置的连接法兰，充气段高压管A的端部与充气段高压管B的端部分别连接储压室冲压电磁阀和控制室冲牙电磁阀，储压室冲压电磁阀和控制室冲牙电磁阀连接在充气段三通上，充气段三通的第三端连接高压气泵，触发段高压管的端部与触发电磁阀连接。

2.根据权利要求1所述的一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置，其特征在于：顶盖与储压室连接处、顶盖与连接法兰连接处、连接法兰与控制室连接处、控制室与底盖连接处均设置有密封圈。

3.根据权利要求2所述的一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置，其特征在于：驱动活塞与控制室接触处设置有Y型密封圈。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置，其特征在于：连杆的上端与顶盖、下端与驱动活塞均通过螺纹连接，并设置有连接螺栓进行加固。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置，其特征在于：初始状态时，驱动活塞带动连杆和顶盖在底部压缩弹簧的作用下相对向上运动到极限，当开始作用时，触发电磁阀和泄气电磁阀关闭，高压气泵向充气段三通内充入高压气，储压室充压电磁阀和控制室充压电磁阀开启，高压气同时充入储压室和控制室内，当两个室内的高压气达到目标之后，储压室充压电磁阀和控制室充压电磁阀分别关闭，；当高压气进入控制室内时，高压气作用于驱动活塞上表面，由于控制室内全部密封，在高压气的作用下，驱动活塞受到向下的力，从而带动连杆和顶盖一起向下运动，直到顶盖与储压室完全压紧密封，此时将装置放入水池或水箱内。

6.根据权利要求4所述的一种环状喷口式水下高压气爆喷实验装置，其特征在于：初始状态时，驱动活塞带动连杆和顶盖在底部压缩弹簧的作用下相对向上运动到极限，当开始作用时，触发电磁阀和泄气电磁阀关闭，高压气泵向充气段三通内充入高压气，储压室充压电磁阀和控制室充压电磁阀开启，高压气同时充入储压室和控制室内，当两个室内的高压气达到目标之后，储压室充压电磁阀和控制室充压电磁阀分别关闭，；当高压气进入控制室内时，高压气作用于驱动活塞上表面，由于控制室内全部密封，在高压气的作用下，驱动活塞受到向下的力，从而带动连杆和顶盖一起向下运动，直到顶盖与储压室完全压紧密封，此时将装置放入水池或水箱内。