CN110186646A - 一种用于循环水槽的自由面加速器及其自由液面的循环水槽水力系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于循环水槽的自由面加速器，其包括加速器腔体和自由面加速器喷水口，所述加速器腔体上连接有进水口；所述加速器腔体的底部与自由面加速器喷水口的顶部固定安装，所述自由面加速器喷水口的底部安装至收缩段后的等面积矩形部位。本发明还涉及一种包含用于循环水槽的自由面加速器的自由液面的循环水槽水力系统。本发明提供的基于喷水口结构结合限位调整机构的自由面加速器，其为静态结构，且限位调整机构采用的也是普通橡胶密封垫和标准螺栓(或螺柱)，具有结构简单、可靠，容易实施的特点，因此，具有很大的实用价值和推广意义。

Description

一种用于循环水槽的自由面加速器及其自由液面的循环水槽 水力系统

技术领域

本发明属于水动力试验技术领域，尤其涉及一种用于循环水槽的自由面加速器及其自由液面的循环水槽水力系统。

背景技术

循环水槽是专门从事舰船推进器性能研究和操纵性研究的装置，一般具有自由液面的循环水槽，在工程上对于试验段自由表面的流场品质，具有比较高的控制要求。但由于试验段上游收缩段的顶面边界层的影响，自由面的流速一般均低于主流的速度，因此，一般自由面的流场都不是很理想。要求有自由面精细流场的循环水槽，一直没有较好的解决方案。国外有研究机构在低速的循环水槽上，在试验段前布置由电机驱动的边界层加速器，取得了较好的效果。但对于Fr数大于1的高速循环水槽，仍然没有比较有效的技术方案，且该方案采用电机驱动机构，结构较复杂。因此，国际上具有高品质、高速自由液面的循环水槽少之又少。

发明内容

本发明针对上述船舶水动力试验的循环水槽存在的问题，提供一种用于循环水槽的自由面加速器，其为一机械结构装配体，其基于喷水口结构结合限位调整机构，以实现循环水槽的自由面加速，以改善循环水槽自由表面的流场品质。本发明所述的自由面加速器适用于具有自由液面的循环水槽自由表面的流场加速，以达到循环水槽试验工作段自由表面流场的高品质要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个目的是提供一种用于循环水槽的自由面加速器，其包括加速器腔体和自由面加速器喷水口，所述加速器腔体上连接有进水口；所述加速器腔体的底部与自由面加速器喷水口的顶部固定安装，所述自由面加速器喷水口的底部安装至收缩段后的等面积矩形部位。

为了进一步优化上述自由面加速器，本发明采取的技术措施还包括：

进一步地，所述进水口连通有加速管路系统，所述加速管路系统包括依次由管路连接的自由面加速器进水泵、流量计和控制阀，所述自由面加速器进水泵连通至水槽体下水平段的最大管径处，所述控制阀出口连通至进水口。

进一步地，所述自由面加速喷水口的水平喷流厚度为1～3mm，所述自由面加速器的水平喷流的速度为试验段主流的约1.5～2倍。

进一步地，所述自由面加速器喷水口包括上安装部、下安装部和喷水腔，在所述喷水腔内部设置弧形内腔壁，所述弧形内腔壁的端部为出水口。

进一步地，所述收缩段后的等面积矩形部位的收缩段壁开设一个开口，在开口的边缘处增设一喷水口安装部，所述自由面加速器喷水口的底部嵌入所述开口，所述自由面加速器喷水口的下安装部与喷水口安装部之间采用调整螺栓进行安装。

进一步地，所述下安装部与喷水口安装部之间设置调整密封圈，所述调整螺栓及调整密封圈在保证密封的情况下具有2～4mm的调整能力，所述调整密封圈为6～8mm的橡胶密封垫。

进一步地，所述加速器腔体与所述自由面加速器喷水口之间卡设喷流装置稳流板，在所述加速器腔体的底部外延设置腔体安装部，所述腔体安装部的内侧与所述上安装部的内侧采用螺钉连接，所述腔体安装部的外侧与所述上安装部的外侧采用螺栓和螺母连接，所述腔体安装部与上安装部之间设置密封垫。

进一步地，所述加速器腔体的顶部设置一排气口。

进一步地，所述循环水槽为立式循环水槽。

本发明的第二个目的提供一种含有任一上述的用于循环水槽的自由面加速器的自由液面的循环水槽水力系统，其包括管路连通的主电机、主循环泵、辅助泵、拐角导流片、格栅、分水板、消能片、试验段、收缩段、蜂窝器、水槽体；所述自由面加速器布置于试验段的上游、收缩段后的等面积矩形部位处。

进一步地，所述水槽体安装于基座上，并通过立柱与试验段下游进行固定连接。

本发明采用上述技术方案，具有如下技术效果：

本发明提供的基于喷水口结构结合限位调整机构的自由面加速器，其为静态结构，且限位调整机构采用的也是普通橡胶密封垫和标准螺栓(或螺柱)，具有结构简单、可靠，容易实施的特点，因此，具有很大的实用价值和推广意义。

附图说明

图1是本发明一实施例中的用于循环水槽的自由面加速器结构及安装布置示意图；其中，a：立体结构图；b：侧视图；c：A-A面剖视图；d：自由面加速器B的放大结构图；

图2为本发明一实施例中的自由面加速器喷水口的结构图；其中，a：立体结构图；b：俯视图；c：C-C面剖视图；d：D-D面剖视图；

图3为本发明一实施例的自由液面的大型循环水槽水力回路的结构示意图；其中，a：侧视图；b俯视图；

其中，图中附图标记为：

收缩段1；自由加速器B；进水管2；自由加速喷水口3；上安装部31；下安装部32；弧形内腔壁33；出水口34；喷水腔35；密封垫4；喷流装置稳流板5；螺钉6；螺栓7；螺母8；调整螺栓9；调整密封条10；加速器腔体11；收缩段壁12；主电机41；主循环泵42；辅助泵43；拐角导流片44；格栅45；分水板46；消能片47；试验段48；蜂窝器49；立柱50；基座51；水槽体52；自由面加速器进水泵P；流量计FM；控制阀V。

具体实施方式

本发明涉及一种用于循环水槽的自由面加速器，其包括加速器腔体和自由面加速器喷水口，所述加速器腔体上连接有进水口；所述加速器腔体的底部与自由面加速器喷水口的顶部固定安装，所述自由面加速器喷水口的底部安装至收缩段后的等面积矩形部位。本发明还涉及一种包含用于循环水槽的自由面加速器的自由液面的循环水槽水力系统。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及一种较佳结构形式的用于循环水槽的自由面加速器。

如图1～图2所示，本实施例提供的一种用于循环水槽的自由面加速器，用以用于试验工作段上游喷出口自由表面水流的加速，以降低喷水口上表面边界层的影响，提高试验工作段流场的品质。该自由面加速器包括加速管路系统和自由面加速器主体两部分组成。

在本实施例中，上述自由面加速器主体包括加速器腔体11和自由面加速器喷水口3，加速器腔体11上连接有进水口2，所述进水口2采用主管加支管的形式，主管为水平布置的管道，在其上向下竖直分为2个支管，支管出口对称地与加速器腔体11的侧壁连通；加速器腔体11的主体形状为直角梯形结构，其直角边侧朝下并与自由面加速器喷水口的顶部固定安装，其斜边侧位于顶部，短底边侧连接进水口，在与进水口相对侧的较高处的斜边侧顶部设置排气孔。采用该直角梯形结构的加速器腔体11可利于维持进入水流的平稳性。

在本实施例中，自由面加速器喷水口3包括上安装部31、下安装部32和喷水腔35，在所述喷水腔35内部设置弧形内腔壁33，弧形内腔壁33的端部为出水口34；自由面加速器喷水口与当地水槽体同宽，其出水口的水平高度为1～3mm(可调)，经CFD仿真优化及模型试验验证，其上、下型线的构成规律分别如下所述，上型线(外凸)，由垂直直线及小圆弧(外凸)和出水口端部的直线段三部分构成，下型线(内凹)，由大圆弧(内凹)及出水口端部的直线段二部分构成，这样既能保证加速水流具有优越的水动力性能，也能使型线的精密机械加工容易实现，从而保证喷水口的性能，此外，出水口端部在宽度方向上应布置若干加强筋，以控制出水口下型线在高压高速状态下的变形量，从而保证喷水口的水动力性能。在收缩段1后的等面积矩形部位的收缩段壁12开设一个开口，在开口的边缘处增设一喷水口安装部，自由面加速器喷水口3的底部嵌入该开口，其下安装部32与喷水口安装部之间采用调整螺栓9进行安装，下安装部32与喷水口安装部之间设置调整密封圈10，自由面加速喷水口3的出水口34与收缩段1的连接高度位置，通过控制机械加工的公差和调整密封垫10用调整螺栓9的松紧来调节，从而达到所要求的尺寸，具体为：调整螺栓9及调整密封圈10在保证密封的情况下具有2～4mm的调整能力，调整密封圈为6～8mm的橡胶密封垫。通过该调整螺栓9及调整密封圈10的设置使得，自由面加速喷水口3的水平喷流厚度为1～3mm，自由面加速器的水平喷流的速度为试验工作段主流的约1.5～2倍。

在本实施例中，加速器腔体11与自由面加速器喷水口3之间卡设喷流装置稳流板5，在加速器腔体11的底部外延设置腔体安装部，腔体安装部的内侧与自由面加速器喷水口3的上安装部31的内侧采用螺钉连接，以实现腔体安装部与自由面加速器喷水口3的侧壁之间的固定连接；腔体安装部的外侧与上安装部31的外侧采用螺栓和螺母连接，以实现腔体安装部与上安装部31的固定连接，该腔体安装部与上安装部之间设置密封垫4。上述各安装部均为矩形环状结构，其各安装部上均设置一定间距分布的安装螺纹孔。

在本实施例中，如图3所示，加速器腔体11的进水口2连通有加速管路系统，加速管路系统具有加速泵及流量控制能力，具体为：包括依次由管路连接的自由面加速器进水泵P、流量计FM和控制阀V，对于立式循环水槽而言，自由面加速器进水泵P连通至水槽体52下水平段的最大管径处，控制阀V出口连通至自由面加速器B的进水口2。

实施例2

本实施例为含有实施例1所述的用于循环水槽的自由面加速器的自由液面的循环水槽水力系统。

如图3所示，该循环水槽水力系统包括管路连通的主电机41、主循环泵42、辅助泵43、拐角导流片44、格栅45、分水板46、消能片47、试验段48、收缩段1、蜂窝器49、水槽体52；自由面加速器B布置于试验段48的上游、收缩段1后的等面积矩形部位处；水槽体52安装于基座51上，并通过立柱52与试验段48下游进行固定连接。上述各设备的连接方式可参照本领域的常规方式进行布置。

由上述实施例可知，本发明所述的具有自由液面循环水槽试验段自由表面的加速装置，主要基于喷水口结构结合限位调整机构的技术，采用的自由面加速器为静态结构，且限位调整机构采用的也是普通橡胶密封垫和标准螺栓(或螺柱)，具有结构简单、可靠，容易实施的特点，具有很大的实用价值和推广意义。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于循环水槽的自由面加速器，其特征在于，所述自由面加速器包括加速器腔体和自由面加速器喷水口，所述加速器腔体上连接有进水口；所述加速器腔体的底部与自由面加速器喷水口的顶部固定安装，所述自由面加速器喷水口的底部安装至收缩段后的等面积矩形部位。

2.根据权利要求1所述的一种用于循环水槽的自由面加速器，其特征在于，所述进水口连通有加速管路系统，所述加速管路系统包括依次由管路连接的自由面加速器进水泵、流量计和控制阀，所述自由面加速器进水泵连通至水槽体下水平段的最大管径处，所述控制阀出口连通至进水口。

3.根据权利要求1所述的一种用于循环水槽的自由面加速器，其特征在于，所述自由面加速喷水口的水平喷流厚度为1～3mm，所述自由面加速器的水平喷流的速度为试验段主流的约1.5～2倍。

4.根据权利要求1所述的一种用于循环水槽的自由面加速器，其特征在于，所述自由面加速器喷水口包括上安装部、下安装部和喷水腔，在所述喷水腔内部设置弧形内腔壁，所述弧形内腔壁的端部为出水口。

5.根据权利要求4所述的一种用于循环水槽的自由面加速器，其特征在于，所述收缩段后的等面积矩形部位的收缩段壁开设一个开口，在开口的边缘处增设一喷水口安装部，所述自由面加速器喷水口的底部嵌入所述开口，所述自由面加速器喷水口的下安装部与喷水口安装部之间采用调整螺栓进行安装。

6.根据权利要求5所述的一种用于循环水槽的自由面加速器，其特征在于，所述下安装部与喷水口安装部之间设置调整密封圈，所述调整螺栓及调整密封圈在保证密封的情况下具有2～4mm的调整能力，所述调整密封圈为6～8mm的橡胶密封垫。

7.根据权利要求4所述的一种用于循环水槽的自由面加速器，其特征在于，所述加速器腔体与所述自由面加速器喷水口之间卡设喷流装置稳流板，在所述加速器腔体的底部外延设置腔体安装部，所述腔体安装部的内侧与所述上安装部的内侧采用螺钉连接，所述腔体安装部的外侧与所述上安装部的外侧采用螺栓和螺母连接，所述腔体安装部与上安装部之间设置密封垫。

8.根据权利要求1所述的一种用于循环水槽的自由面加速器，其特征在于，所述加速器腔体的顶部设置一排气口。

9.一种含有权利要求1～8中任一项所述的用于循环水槽的自由面加速器的自由液面的循环水槽水力系统，其特征在于，所述循环水槽水力系统包括管路连通的主电机、主循环泵、辅助泵、拐角导流片、格栅、分水板、消能片、试验段、收缩段、蜂窝器、水槽体；所述自由面加速器布置于试验段的上游、收缩段后的等面积矩形部位处。

10.根据权利要求9所述的自由液面的循环水槽水力系统，所述水槽体安装于基座上，并通过立柱与试验段下游进行固定连接。