CN110186647B - 一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，其包括位于水跃抹平器内的分水板、格栅，分水板具有分水板第一弯头；其中，第一弯头处设置为一突起结构的拐角结构，拐角结构的内侧为具有开口的圆弧壁，拐角结构的第一侧边与第一弯头的横向侧边具有一定夹角，拐角结构的第二侧边平行并外延于第一弯头的竖向侧边，圆弧壁的开口靠近第一侧边，在拐角结构的端部设置排气口。本发明还涉及一种含有上述排气装置的自由液面的循环水槽水力系统。本发明所述的排气装置，布置从水流中排出分离气泡的特殊格栅阵，在格栅阵后的分水板第一弯头处布置一特殊的拐角结构，以将气泡通过管道分离并通过排气管路收集到集气箱，从而达到排除水流中气泡的目的。

Description

一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置及其应用

技术领域

本发明属于舰船试验技术领域，尤其涉及一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置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。与拖曳水池相反，在循环水槽中，模型固定不动，水流在水槽内循环流动，并且保证试验工作段的水流均匀。国内外绝大部分普通的具有自由面的循环水槽，通常都是低速(Fr数小于1)的居多，而对于具有高速自由液面的循环水槽，一般是采用在试验工作段后布置大水箱的技术方案，以实现试验工作段保持自由液面的要求。由于该技术本质上是利用大水箱实现水跃过程，使试验工作段的高速水流经水跃后成为低速水流，从而实现自由液面的要求。但同时，此间水流的能量也相应完全损失了，并且，当试验工作段的水流速度在接近Fr＝1时，试验工作段的自由液面将很不平稳。因此，具有自由液面的开式循环水槽的驱动功率比之同样尺度的闭式空泡水筒要大得多。例如瑞典KaMeWa公司的水动力实验室中，试验工作段截面同样为0.8米×0.8米的具有自由面的循环水槽，驱动功率为1000kW，达到的最高流速为12米/秒，而具有同样试验工作段截面闭式空泡水筒的驱动功率为250kW，且达到的最高流速为14米/秒。也正因为如此，国际上具有超高速自由液面的大型循环水槽少至又少，且现有建成的也代价巨大。目前发明人已发明一种新型的水跃抹平器，其与传统的通过大水箱方案实现高速自由液面循环水槽技术方案相比，不仅能够比较容易地获得高品质的高速或超高速自由液面的循环水槽，且具有制造和运行成本低、节能、环保等特点，但采用该上述水跃抹平器由于水跃抹平器的分水板布置于试验工作段的下游，在高速水流中，分水板的下平面会有大量的气泡被带入下游的水流中，使分水板下平面处的水流(主流)中具有大量的气泡，这当然不是所期望的后果，其对设备的影响也是极其不利的。

发明内容

针对具有超高速自由液面的大型循环水槽利用水跃抹平器技术存在的上述问题，本发明旨在提供一种采用新型结构的组合除气的排气装置，该装置在循环水槽主流区水跃抹平器的下游，在第一弯头前部位置，布置从水流中排出分离气泡的特殊格栅阵，在格栅阵后的分水板第一弯头拐角处，布置一特殊的结构，通过这个结构将气泡通过管道分离并通过排气管路收集到布置于水槽体上部的集气箱上，从而达到排除水流中气泡的目的。

本发明涉及的是一种采用了水跃抹平器装置的高速自由液面的循环水循测试系统，实现喷水推进装置及船舶螺旋桨等模型水动力及流场性能的测试，该系统还能作为船舶推进器水中辐射噪声和空泡性能的测试平台。其实现的关键技术中采用了水跃抹平器装置，本发明是针对该装置运行过程中产生的气泡副作用提供一种新型结构的组合除气法，以消除水流中的气泡影响。

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水跃抹平器的排气装置，其包括位于试验段下游的水跃抹平器内的分水板、格栅，所述分水板具有分水板第一弯头；其中，所述分水板第一弯头处设置拐角结构，所述拐角结构为一突起结构，拐角结构的内侧为具有开口的圆弧壁，拐角结构的第一侧边与分水板第一弯头的横向侧边具有一定夹角，拐角结构的第二侧边平行并外延于分水板第一弯头的竖向侧边，所述圆弧壁的开口靠近所述第一侧边，在所述拐角结构的顶部侧壁设置排气口。

为了进一步优化上述用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，本发明采取的技术措施还包括：

进一步地，所述拐角结构的突起高度为水槽体当地宽度的0.055～0.065倍，突起部分的总长度为水槽体当地宽度的0.3～0.35倍

进一步地，所述分水板水平布置在水跃抹平器中，其把试验段下游的高速水流分成上下两部分，位于所述分水板的下方的主流水流通过扩散段恢复压力，而位于所述分水板上方的具有自由面的支流水流通过消能片，以消除高速水流水跃产生的能量。

进一步地，所述格栅布置在所述分水板的下方，并布置在所述分水板第一弯头的前部位置，所述主流水流通过所述格栅以从中排出分离气泡。

进一步地，所述格栅为同规格不同长度的方管组合阵列；更进一步地，所述方管的边长为第一弯头宽度的0.06～0.07倍，最长管的长度为水槽体当地宽度的0.9～1.0倍，最短管的长度为水槽体当地宽度的0.01～0.09倍。

进一步地，所述拐角结构将气泡通过管道分离并通过排气口连通排气管路收集到布置于水槽体上部的集气箱。

进一步地，，所述排气管路布置于分水板第一弯头的两侧的气泡收集处与水槽体上部的集气箱之间；更进一步地，所述排气管路为圆管，其直径为水槽体当地宽度的0.03～0.04倍。

进一步地，在所述分水板第一弯头的内侧设置拐角分流板。

本发明的第二目的是提供一种含有任一上述的用于循环水槽水跃抹平器的排气装置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、蜂窝器、水槽体；其中，所述分水板在其分水板第一弯头处设置一用于收集气泡的拐角结构。

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：

本发明所述的用于大型循环水槽水跃抹平器的排气装置，其由格栅、水跃抹平器分水板第一弯头的拐角结构及排气管路等组成，水跃抹平器水平布置的分水板把工作段下游的高速水流分成上下两部分，大部分的水流在分水板的下方，使主流的水流通过扩散段恢复压力，而上部具有自由面的支流通过消能板的作用，消除高速水流水跃产生的能量，从而达到抹平和抑制自由面水波的目的；由于水跃抹平器的分水板布置于试验工作段的下游，在高速水流中，分水板的下平面会有大量的气泡被带入下游的水流中，使分水板下平面处的水流(主流)中具有大量的气泡，本装置在循环水槽上水平段扩散段主流区下游，水跃抹平器分水板在第一弯头前部位置，布置从水流中排出分离气泡的特殊格栅阵，在格栅阵后的第一弯头分水板拐角处，布置一特殊的拐角结构，通过这个结构将气泡通过管道分离并通过排气管路收集到布置于水槽体上部的集气箱上，从而达到排除水流中气泡的目的。

附图说明

图1为本发明一实施例中用于循环水槽水跃抹平器的排气装置的结构示意图；其中，a：第一侧视图；b：第二侧视图；

图2为本发明一实施例中基于水跃抹平器的超高速自由液面的大型循环水槽水力回路原理图；其中，a：侧视图；b：俯视图；

图3为本发明一实施例中排气装置到集气箱的排气管路的实物照片图；

其中，图中附图标记为：

主电机1；主循环泵2；辅助泵3；拐角导流片4；格栅5；分水板6；拐角结构61；排气口62；圆弧壁63；第一侧边64；第二侧边65；横向侧边66；竖向侧边67；分水板第一弯头68；消能片7；试验段8；蜂窝器9；立柱10；基座11；水槽体12。

具体实施方式

本发明涉及一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，其包括位于试验段下游的水跃抹平器内的分水板、格栅，所述分水板具有分水板第一弯头；其中，所述分水板第一弯头处设置拐角结构，所述拐角结构为一突起结构，拐角结构的内侧为具有开口的圆弧壁，拐角结构的第一侧边与分水板第一弯头的横向侧边具有一定夹角，拐角结构的第二侧边平行并外延于分水板第一弯头的竖向侧边，所述圆弧壁的开口靠近所述第一侧边，在所述拐角结构的顶部侧壁设置排气口。本发明还涉及一种含有上述用于循环水槽水跃抹平器的排气装置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水跃抹平器的排气装置。

如图1～图3所示，本实施例提供的一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，总体上由格栅5、布置在格栅5后的分水板第一弯头68处的拐角结构61、以及布置于分水板第一弯头68的两侧和水槽体上部的集气箱之间的排气管路所组成，通过上述结构将气泡通过管道分离并通过排气管路收集到布置于水槽体上部的集气箱上，从而达到排除水流中气泡的目的。

在本实施例中，水跃抹平器位于试验段8下游，其内部设置消能片7、分水板6、格栅5，分水板6具有分水板第一弯头68，在分水板第一弯头68的内侧设置拐角导流片4，分水板第一弯头68处设置一为突起结构的拐角结构61，其突起高度为水槽体当地宽度的0.055～0.065倍，突起部分的总长度为水槽体当地宽度的0.3～0.35倍；拐角结构61的内侧为具有开口的圆弧壁63，拐角结构61的第一侧边64与分水板第一弯头68的横向侧边66具有一定夹角，拐角结构61的第二侧边65平行并外延于分水板第一弯头68的竖向侧边67，圆弧壁63的开口靠近第一侧边64，在拐角结构61的顶部侧壁设置排气口62。

在本实施例中，分水板6水平布置在水跃抹平器中，其把试验段8下游的高速水流分成上下两部分，位于分水板6的下方的主流水流通过扩散段恢复压力，而位于分水板6上方的具有自由面的支流水流通过消能片7，以消除高速水流水跃产生的能量。在高速水流中，分水板6的下方的主流水流会有大量的气泡被带入下游的水流中，使分水板6下平面处的水流(主流)中具有大量的气泡，本实施例设置了比较特殊的同规格不同长度的方管阵列组成的格栅5，格栅5布置在分水板6的下方，并布置在分水板第一弯头68的前部位置，以完成水跃抹平器的分水板6下平面水流中气泡的分离；其中，格栅5为同规格不同长度的方管组合阵列，方管的边长为第一弯头68宽度的0.06～0.07倍，最长管的长度为水槽体当地宽度的0.9～1.0倍，最短管的长度为水槽体当地宽度的0.01～0.09倍。

在本实施例中，拐角结构61为一特殊的突起结构，其用于收集上游格栅5从水流中分离的气泡，并防止其冲入下游的水流中。拐角结构61将气泡通过管道分离并通过排气口连通排气管路收集到布置于水槽上部的集气箱，排气管路一般布置于分水板第一弯头68的两侧的气泡收集处与水槽体上部的集气箱之间，该排气管路为圆管，其直径为水槽体当地宽度的0.03～0.04倍，该排气管路用于把从水流中收集的气泡汇集到水槽的集气箱中，从而完成排气的功能。

实施例2

本实施例为含有实施例1所述的用于循环水槽水跃抹平器的排气装置的自由液面的循环水槽水力系统。

如图2所示，该循环水槽水力系统包括管路连通的主电机1、主循环泵2、辅助泵3、拐角导流片4、格栅5、分水板6、消能片7、试验段8、蜂窝器9、水槽体12；分水板6在其分水板第一弯头68处设置一用于收集气泡的拐角结构61；水槽体12安装于基座11上，并通过立柱10与试验段8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，本发明所述的用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，在循环水槽主流区水跃抹平器的下游，在第一弯头前部位置，布置从水流中排出分离气泡的特殊格栅阵，在格栅阵后的分水板第一弯头拐角处，布置一特殊的结构，通过这个结构将气泡通过管道分离并通过排气管路收集到布置于水槽体上部的集气箱上，从而达到排除水流中气泡的目的。

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水跃抹平器的排气装置，其特征在于，包括位于试验段下游的水跃抹平器内的分水板、格栅，所述分水板具有分水板第一弯头；其中，所述分水板第一弯头处设置拐角结构，所述拐角结构为一突起结构，所述拐角结构的内侧为具有开口的圆弧壁，所述拐角结构的第一侧边与所述分水板第一弯头的横向侧边具有一定夹角，所述拐角结构的第二侧边平行并外延于所述分水板第一弯头的竖向侧边，所述圆弧壁的开口靠近所述第一侧边，在所述拐角结构的顶部侧壁设置排气口。

2.根据权利要求1所述的一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，其特征在于，所述拐角结构的突起高度为水槽体当地宽度的0.055～0.065倍，突起部分的总长度为水槽体当地宽度的0.3～0.35倍。

3.根据权利要求1所述的一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，其特征在于，所述分水板水平布置在水跃抹平器中，其把试验段下游的高速水流分成上下两部分，位于所述分水板的下方的主流水流通过扩散段恢复压力，而位于所述分水板上方的具有自由面的支流水流通过消能片，以消除高速水流水跃产生的能量。

4.根据权利要求3所述的一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，其特征在于，所述格栅布置在所述分水板的下方，并布置在所述分水板第一弯头的前部位置，所述主流水流通过所述格栅以从中排出分离气泡。

5.根据权利要求1所述的一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，其特征在于，所述格栅为同规格不同长度的方管组合阵列，所述方管的边长为第一弯头宽度的0.06～0.07倍，最长管的长度为水槽体当地宽度的0.9～1.0倍，最短管的长度为水槽体当地宽度的0.01～0.09倍。

6.根据权利要求1所述的一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，其特征在于，所述拐角结构将气泡通过管道分离并通过排气口连通排气管路收集到布置于水槽体上部的集气箱。

7.根据权利要求6所述的一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，其特征在于，所述排气管路布置于分水板第一弯头的两侧的气泡收集处与水槽体上部的集气箱之间，所述排气管路为圆管，其直径为水槽体当地宽度的0.03～0.04倍。

8.根据权利要求1所述的一种用于循环水槽水跃抹平器的排气装置，其特征在于，在所述分水板第一弯头的内侧设置拐角分流板。

9.一种含有权利要求1～8中任一项所述的用于循环水槽水跃抹平器的排气装置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、蜂窝器、水槽体；其中，所述分水板在其分水板第一弯头处设置一用于收集气泡的拐角结构。

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。

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