CN112863315A - 一种多功能射流发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于射流发生实验设备技术领域，具体涉及一种多功能射流发生装置，主体结构包括分流机构、升降机构、转向机构和喷嘴机构；分流机构与升降机构连接，升降机构与转向机构连接，转向机构与喷嘴机构连接，分流机构、升降机构、转向机构和喷嘴机构共同配合实现射流的功能，满足了喷嘴与泥沙水底不同距离的实验要求，实现喷嘴上下升降距离以及与水底之间距离的测定，能够准确控制和测量喷嘴到靶距(水底)物的距离，满足了不同实验工况要求和不同孔径大小喷嘴的实验要求，丰富了实验数据，喷嘴能够在‑30°到+30°的倾斜，提供了多样的实验数据，使喷射流体着色，便于高速摄像机捕捉射流介质，实时监测和保证流体射流的压力。

Description

一种多功能射流发生装置

技术领域：

本发明属于射流发生实验设备技术领域，具体涉及一种多功能射流发生装置，应用于水射流和空气射流实验。

背景技术：

射流是指流体从管口、孔口、狭缝射出，或靠机械推动，并同周围流体掺混的一股流体流动，射流在水泵、蒸汽泵、通风机、化工设备和喷气式飞机等许多技术领域得到广泛应用。水从喷管或孔口中喷出,脱离固体边界的约束,在液体或气体中作扩散流动，称为水射流，一般为紊流流型，具有紊动扩散作用，能进行动量、热量和质量传递，应用于水力发电、消防水枪、农田喷灌、污染扩散、人工喷泉、水力采矿、土石方冲挖等。空气射入静止环境中时，与周围静止流体之间存在速度不等的间断面，间断面受到不可避免的干扰，失去稳定产生涡旋，卷吸周围流体进入射流，同时不断移动、变形、分裂产生紊动，其影响逐渐向内外两侧发展形成自由紊动的混合层。

随着新技术和新工艺的发展，射流的应用场景也越来越广泛，开始应用于莲藕采收，利用射流(水或空气作为介质，满足一定射流压力的情况下)将藕塘中淤泥冲开，使莲藕充分暴露直至浮出水面。在此过程中，射流的压力要大小适中，过大会对莲藕造损伤，影响外形；过小则冲不开淤泥，不会使莲藕浮出水面，导致莲藕采收失败。为了更好地的研究射流(介质)冲击淤泥的过程和射流(介质)到达淤泥表面时水土耦合的情况，急需研发一套需要依靠室内射流实验装置。

通过检索可知，目前射流研究主要集中在混合式水射流切割以及水力破岩方面。例如：中国专利201320198563.7公开的一种高压水射流破岩实验装置，包括动力模块、射流发生与检测模块、岩样调控模块、流体介质循环模块和破岩装置台架；所述的动力模块为射流发生与检测模块提供高压射流，射流发生与检测模块射出高压射流并采集检测数据，岩样调控模块安装于破岩装置台架上，对岩样进行夹紧及调整，流体介质循环模块对高压水射流破岩实验过程中流体介质进行过滤与往复循环；其利用固定的实验装置，仅通过更换不同结构型式的喷嘴实现对不同喷嘴进行高压水射流破岩的试验研究，从而达到检测不同喷嘴性能的目的，并可不断对其结构型式进行优化改进以提升喷嘴的性能。内部空间可调节的岩样箱可以满足不同规格尺寸的岩样进行高压水射流破岩实验的要求，此外还能够给岩样表面施加一定力的作用，在一定程度上模拟岩样处于地下时周围受到围压作用的状况。高压水射流喷射靶距与喷射角度的双重调节，能够更好地研究对于某一固定岩样进行高压水射流破岩时的相关工艺参数与影响规律。三级过滤网和沉淀箱的设置能够有效确保实验用水流的闭式循环，保证高压水射流破岩实验的正常进行。中国专利201420593437.6公开的一种前混合式水射流切割实验系统，包括矿井用乳化液移动泵站、过滤器、高压单向阀、乳化液高压水泵、压力表、高压节流阀、高压磨料罐、磨料水射流喷嘴、传感器、宽频高速采集系统、计算机、防护罩、喷嘴移动自动控制系统和高压软管；乳化液移动泵站通过过滤器连接于乳化液高压水泵，乳化液高压水泵依次连接磨料罐、喷嘴，利用定位螺丝将磨料水射流喷嘴固定在不同尺寸的靶距位置上，且喷头与切割件垂直，放置被切割部件的加装压电石英测力传感器依次连接于宽频高速采集系统、计算机。其为实验室开展相关水射流实验研究提供了平台，采用矿井用乳化液泵站做动力源，便于真实模拟井下环境，利于井下危险环境的水射流项目研究和设备开发；可以开展多种水射流实验，便于开展不同水射流特性实验，有利于水射流理论研究。中国专利201810061978.7公开的一种喷嘴综合性能测试装置，包括射流实验架，所述射流实验架包括顶部开口且能固定夹持靶件的作业箱体，所述作业箱体的上方设置喷嘴给进系统，所述喷嘴给进系统包括能上下移动的升降结构，所述升降结构上自上而下地设置有射流通道结构，所述射流通道结构的底部能拆卸地密封连通设置测试喷嘴；所述喷嘴综合性能测试装置还包括数据接收与控制单元，所述射流通道结构上设置有测试数据采集单元，所述测试数据采集单元与所述数据接收与控制单元电连接。其可以进行高压射流冲蚀特性研究、高压射流连续钻进实验研究、高压射流喷嘴流场特性研究、高压射流喷嘴流量系数测试研究等实验研究工作，用途广泛。

上述专利以及现有技术中的文献基本上均未涉及射流发生机构。因此，研发设计一种多功能射流发生装置，对于研究射流理论具有重要的试验价值和指导意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种多功能射流发生装置，应用于水射流和空气射流实验，为射流理论的研究提供实验数据。

为了实现上述目的，本发明涉及的多功能射流发生装置的主体结构包括分流机构、升降机构、转向机构和喷嘴机构；分流机构与升降机构连接，升降机构与转向机构连接，转向机构与喷嘴机构连接；分流机构、升降机构、转向机构和喷嘴机构共同配合实现射流的功能。

本发明涉及的分流机构的主体结构包括双向导轨、上部双向步进电机、分流器、压力表和染色试剂盒；两个互相平行的双向导轨分别与上部双向步进电机连接，双向导轨之间设置有分流器，分流器的内腔与压力表连接，分流器的一端与染色试剂盒连接。

本发明涉及的升降机构的主体结构包括安装架、蜗杆、涡轮、下部双向同步电机、连接管、伸缩水管、尼龙水管、喷嘴移动滑轨和螺栓滑道；安装架的中部设置有蜗杆，蜗杆与涡轮连接，涡轮与下部双向同步电机连接，安装架的两端分别与连接管连接，连接管与伸缩水管连接，伸缩水管与尼龙水管连接，安装架上设置有喷嘴移动滑轨和螺栓滑道。

本发明涉及的转向机构的主体结构包括转珠壳体、转珠、防水垫和出水管；转珠壳体的内部设置有转珠，转珠壳体与转珠之间设置有防水垫，转珠与出水管连接。

本发明涉及的喷嘴机构的主体结构包括喷嘴、环形套、LED灯、激光灯和转换接头；喷嘴的上部套设有环形套，环形套上等间距式设置有6-8个LED灯，环形套上还设置有激光灯，喷嘴的顶端与转换接头连接。

本发明涉及的分流机构设置在基座的顶部之间；双向导轨中设置有支架，支架之间设置有支撑板，支撑板上设置有2个以上的安装座，安装座与分流器连接，紧固环将分流器紧固在支撑板上，分流器上设置有2个以上的出水口，分流器的一端与进水口的一端连接，进水口上设置有染色试剂盒，进水口与染色试剂盒之间设置有单向阀，进水口的另一端与进水管连接，进水口与进水管之间设置有过滤器；安装架的中部设置有固定块，固定块与蜗杆的一端连接，蜗杆的另一端与涡轮连接，涡轮与下部双向同步电机连接，连接管的上端与伸缩水管连接，伸缩水管通过上部活接头与尼龙水管连接，安装架上固定块与连接管之间设置有喷嘴移动滑轨和螺栓滑道，螺栓滑道中设置有喷嘴固定螺栓，连接管能够在喷嘴移动滑轨中滑动，喷嘴固定螺栓能够在螺栓滑道中滑动，安装架上固定块与连接管之间还设置有刻度线；转珠壳体的顶端设置有螺纹接口，螺纹接口与下部活接头连接；转珠壳体与防水垫通过螺栓组件连接，转珠壳体内下部留有转珠倾斜空间，转珠的内部设置有内螺纹，出水管的顶端设置有外螺纹，转珠内螺纹与通过内螺纹和外螺纹连接，出水管的外壁设置有角度标志线；转珠壳体的下部开设有弧形结构的通孔，通孔的边沿设置有角度刻度线；喷嘴的顶端设置有阴螺纹，转换接头的底部内侧设置有阳螺纹，喷嘴与转换接头通过阴螺纹和阳螺纹连接。

本发明涉及的双向导轨设置在基座的顶部；出水口与尼龙水管连接，实现分流机构与升降机构的连接；连接管与下部活接头连接，实现升降机构与转向机构的连接；出水管与转换接头连接，实现转向机构与喷嘴机构的连接。

本发明涉及的多功能射流发生装置能够进行水射流的发生，也能够进行空气射流的发生。

本发明与现有技术相比，基于下部双向同步电机驱动蜗轮和蜗杆传动实现喷嘴在水中的上下升降，满足了喷嘴与泥沙水底不同距离的实验要求；基于环形套上设置的LED灯和激光灯，实现喷嘴上下升降距离以及与水底之间距离的测定，能够准确控制和测量喷嘴到靶距(水底)物的距离，满足了不同实验工况要求；基于转换接头的设置，实现了满足不同孔径大小喷嘴的实验要求，丰富了实验数据；基于可调节的转向结构，实现了喷嘴在-30°到+30°的倾斜，满足了射流实验的不同入射角度的需求，提供了多样的实验数据；基于染色试剂盒中的有色试剂和透明亚克力透明板材的分流器，使喷射流体着色，便于高速摄像机捕捉射流介质；基于喷嘴之间的滑动和固定，实现喷嘴之间不同距离的射流，满足喷嘴之间距离不同的实验需求；基于可拆卸的过滤环，能够滤流体中的杂质和除管路中的空气；基于压力表的设置，能够实时监测和保证流体射流的压力。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的分流机构的主体结构原理示意图。

图3为本发明涉及的分流机构的主体结构主视图。

图4为本发明涉及的升降机构的主体结构原理示意图。

图5为本发明涉及的转向机构的主体结构爆炸图。

图6为本发明涉及的转向机构的主体结构剖视图。

图7为本发明涉及的喷嘴机构的主体结构爆炸图。

图8为本发明涉及的喷嘴机构的主体结构仰视图。

图9为本发明涉及的过滤器的滤网的主体结构原理示意图。

图10为本发明涉及的单向阀的主体结构剖视图。

具体实施方式：

下面通过实施实例并结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

本实施例涉及的多功能射流发生装置的主体结构包括基座1、分流机构2、升降机构3、转向机构4和喷嘴机构5；基座1的顶部之间设置有分流机构2，分流机构2与升降机构3连接，升降机构3与转向机构4连接，转向机构4与喷嘴机构5连接；分流机构2、升降机构3、转向机构4和喷嘴机构5共同配合实现水射流的功能。

本实施例涉及的分流机构2的主体结构包括双向导轨201、上部双向步进电机202、支架203、支撑板204、安装座205、分流器206、紧固环207、出水口208、压力表209、进水口210、染色试剂盒211、单向阀212、进水管213和过滤器214；两个互相平行的双向导轨201分别与上部双向步进电机202连接，双向导轨201中设置有支架203，支架203之间设置有支撑板204，支撑板204上设置有2个以上的安装座205，安装座205与分流器206连接，紧固环207将分流器206紧固在支撑板204上，分流器206上设置有2个以上的出水口208，分流器206的内腔与压力表209连接，分流器206的一端与进水口210的一端连接，进水口210上设置有染色试剂盒211，进水口210与染色试剂盒211之间设置有单向阀212，进水口210的另一端与进水管213连接，进水口210与进水管213之间设置有过滤器214。

本实施例涉及的升降机构3的主体结构包括安装架301、固定块302、蜗杆303、涡轮304、下部双向同步电机305、连接管306、伸缩水管307、上部活接头308、尼龙水管309、喷嘴移动滑轨310、螺栓滑道311、喷嘴固定螺栓312和刻度线313；安装架301的中部设置有固定块302，固定块302与蜗杆303的一端连接，蜗杆303的另一端与涡轮304连接，涡轮304与下部双向同步电机305连接，安装架301的两端分别与连接管306连接，连接管306的上端伸缩水管307连接，伸缩水管307通过上部活接头308与尼龙水管309连接，安装架301上固定块302与连接管306之间设置有喷嘴移动滑轨310和螺栓滑道311，螺栓滑道311中设置有喷嘴固定螺栓312，连接管306能够在喷嘴移动滑轨310中滑动，喷嘴固定螺栓312能够在螺栓滑道311中滑动，安装架301上固定块302与连接管306之间还设置有刻度线313。

本实施例涉及的转向机构4的主体结构包括转珠壳体401、螺纹接口402、下部活接头403、转珠404、防水垫405、螺栓组件406、转珠倾斜空间407、出水管408、内螺纹409、外螺纹410、角度标志线411、通孔412和角度刻度线413；转珠壳体401的顶端设置有螺纹接口402，螺纹接口402与下部活接头403连接；转珠壳体401的内部设置有转珠404，转珠壳体401与转珠404之间设置有防水垫405，转珠壳体401与防水垫405通过螺栓组件406连接，转珠壳体401内下部留有转珠倾斜空间407，转珠404与出水管408连接，转珠404与出水管408连接，转珠404的内部设置有内螺纹409，出水管408的顶端设置有外螺纹410，通过内螺纹409和外螺纹410连接，出水管408的外壁设置有角度标志线411；转珠壳体401的下部开设有弧形结构的通孔412，通孔412的边沿设置有角度刻度线413。

本实施例涉及的喷嘴机构5的主体结构包括喷嘴501、环形套502、LED灯503、激光灯504、转换接头505、阴螺纹506和阳螺纹507；锥形结构的喷嘴501的上部外侧套设有环形套502，环形套502上等间距式设置有6-8个LED灯503，环形套502上还设置有激光灯504，喷嘴501的顶端与转换接头505连接，喷嘴501的顶端设置有阴螺纹506，转换接头505的底部内侧设置有阳螺纹507，喷嘴501与转换接头505通过阴螺纹506和阳螺纹507连接。

本实施例涉及的双向导轨201设置在基座1的顶部；出水口208与尼龙水管309连接，实现分流机构2与升降机构3的连接；连接管306与下部活接头403连接，实现升降机构3与转向机构4的连接；出水管408与转换接头505连接，实现转向机构4与喷嘴机构5的连接。

本实施例涉及的基座1为透明材质的水箱。

本实施例涉及的上部双向步进电机202通过支架203带动支撑板204随着双向导轨201移动，从而使喷嘴501在运动状态下实现射流；分流器206为圆柱形结构，材质为透明度高的亚克力板，具有存储射流介质的作用；压力表209用于实时监测分流器206中的流体压力，以便控制喷嘴501的入射压力；染色试剂盒211中储存有颜料，为管路中的流体添加颜色，以观察流体从喷嘴501射入水中后的扩散路径，便于摄像机识别、捕捉和拍摄；过滤器214的滤网中间为栅栏式结构，能够滤除管路中的杂质和流体中的气泡；下部双向同步电机305带动安装架301上下升降；伸缩水管307为具有高弹性的橡皮管，内嵌有Z形弹性钢丝，能够在一定范围内伸缩；喷嘴移动滑轨310的长度与螺栓滑道311的长度相等，通过螺栓滑道311与喷嘴固定螺栓312的配合，喷嘴501能够在喷嘴移动滑轨310滑动至设定位置；喷嘴固定螺栓312能够固定喷嘴501的位置；刻度线313便于准确设定或测量喷嘴501之间的距离；转珠壳体401的内部开设有与转珠404对应的球滑面，转珠壳体401与转珠404之间存在不会使转珠404掉落的空隙，便于转珠404在转珠壳体401内转动，进而实现喷嘴501在-30°到+30°的范围内的转动，满足对不同入射角度影响射流结果的研究；转珠404为柱球形，中心为圆柱形，侧面为球面；防水垫405的材质为高密度橡胶，紧贴于转珠404的表面，能够防止水流到转珠404的外面，又能卡住转珠404，以限定转珠404的位置，进而对喷嘴501的位置进行限定；转珠倾斜空间407为转珠404提供倾斜活动的空间；角度刻度线413为鲜艳的易于观察的红色，角度值范围为-30°到+30°，沿通孔412的中心左右对称，其与角度标示线412配合，能够设定或读取喷嘴501倾斜角度；环形套502的材质为富有弹性的橡胶，在喷嘴501上的位置可调，也便于喷嘴501的更换，满足不同尺寸喷嘴501的实验要求；LED灯503能够在水下射流时，照亮喷嘴501喷射出来的流体束，为相机提供补光；激光灯504发射的激光能够测量喷嘴501到水底的距离。

本实施例涉及的多功能射流发生装置制备使用时，下部双向同步电机305、LED灯503和激光灯504分别与外接的电源和计算机连接，计算机能够显示包括蜗杆303升降位移、激光灯504探测距离的信息。

Claims (10)

1.一种多功能射流发生装置，其特征在于，主体结构包括分流机构、升降机构、转向机构和喷嘴机构；分流机构与升降机构连接，升降机构与转向机构连接，转向机构与喷嘴机构连接；分流机构、升降机构、转向机构和喷嘴机构共同配合实现射流的功能。

2.根据权利要求1所述的多功能射流发生装置，其特征在于，分流机构的主体结构包括双向导轨、上部双向步进电机、分流器、压力表和染色试剂盒；两个互相平行的双向导轨分别与上部双向步进电机连接，双向导轨之间设置有分流器，分流器的内腔与压力表连接，分流器的一端与染色试剂盒连接。

3.根据权利要求2所述的多功能射流发生装置，其特征在于，升降机构的主体结构包括安装架、蜗杆、涡轮、下部双向同步电机、连接管、伸缩水管、尼龙水管、喷嘴移动滑轨和螺栓滑道；安装架的中部设置有蜗杆，蜗杆与涡轮连接，涡轮与下部双向同步电机连接，安装架的两端分别与连接管连接，连接管与伸缩水管连接，伸缩水管与尼龙水管连接，安装架上设置有喷嘴移动滑轨和螺栓滑道。

4.根据权利要求3所述的多功能射流发生装置，其特征在于，转向机构的主体结构包括转珠壳体、转珠、防水垫和出水管；转珠壳体的内部设置有转珠，转珠壳体与转珠之间设置有防水垫，转珠与出水管连接。

5.根据权利要求4所述的多功能射流发生装置，其特征在于，喷嘴机构的主体结构包括喷嘴、环形套、LED灯、激光灯和转换接头；喷嘴的上部套设有环形套，环形套上等间距式设置有6-8个LED灯，环形套上还设置有激光灯，喷嘴的顶端与转换接头连接。

6.根据权利要求5所述的多功能射流发生装置，其特征在于，分流机构设置在基座的顶部之间；双向导轨中设置有支架，支架之间设置有支撑板，支撑板上设置有2个以上的安装座，安装座与分流器连接，紧固环将分流器紧固在支撑板上，分流器上设置有2个以上的出水口，分流器的一端与进水口的一端连接，进水口上设置有染色试剂盒，进水口与染色试剂盒之间设置有单向阀，进水口的另一端与进水管连接，进水口与进水管之间设置有过滤器；安装架的中部设置有固定块，固定块与蜗杆的一端连接，蜗杆的另一端与涡轮连接，涡轮与下部双向同步电机连接，连接管的上端与伸缩水管连接，伸缩水管通过上部活接头与尼龙水管连接，安装架上固定块与连接管之间设置有喷嘴移动滑轨和螺栓滑道，螺栓滑道中设置有喷嘴固定螺栓，连接管能够在喷嘴移动滑轨中滑动，喷嘴固定螺栓能够在螺栓滑道中滑动，安装架上固定块与连接管之间还设置有刻度线；转珠壳体的顶端设置有螺纹接口，螺纹接口与下部活接头连接；转珠壳体与防水垫通过螺栓组件连接，转珠壳体内下部留有转珠倾斜空间，转珠的内部设置有内螺纹，出水管的顶端设置有外螺纹，转珠内螺纹与通过内螺纹和外螺纹连接，出水管的外壁设置有角度标志线；转珠壳体的下部开设有弧形结构的通孔，通孔的边沿设置有角度刻度线；喷嘴的顶端设置有阴螺纹，转换接头的底部内侧设置有阳螺纹，喷嘴与转换接头通过阴螺纹和阳螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的多功能射流发生装置，其特征在于，双向导轨设置在基座的顶部；出水口与尼龙水管连接，实现分流机构与升降机构的连接；连接管与下部活接头连接，实现升降机构与转向机构的连接；出水管与转换接头连接，实现转向机构与喷嘴机构的连接。

8.根据权利要求6或7所述的多功能射流发生装置，其特征在于，基座为透明材质的水箱。

9.根据权利要求6或7所述的多功能射流发生装置，其特征在于，上部双向步进电机通过支架带动支撑板随着双向导轨移动，从而使喷嘴在运动状态下实现射流；分流器为圆柱形结构，材质为亚克力板；压力表用于实时监测分流器中的流体压力；染色试剂盒中储存有颜料，为管路中的流体添加颜色；过滤器的滤网中间为栅栏式结构；下部双向同步电机带动安装架上下升降；伸缩水管为橡皮管，内嵌有Z形弹性钢丝，能够在一定范围内伸缩；喷嘴移动滑轨的长度与螺栓滑道的长度相等，通过螺栓滑道与喷嘴固定螺栓的配合，喷嘴能够在喷嘴移动滑轨滑动至设定位置；喷嘴固定螺栓能够固定喷嘴的位置；刻度线便于准确设定或测量喷嘴之间的距离；转珠壳体的内部开设有与转珠对应的球滑面，转珠壳体与转珠之间存在不会使转珠掉落的空隙，实现喷嘴在-30°到+30°的范围内的转动；转珠为柱球形，中心为圆柱形，侧面为球面；防水垫的材质为橡胶，紧贴于转珠的表面，能够防止水流到转珠的外面，又能卡住转珠，对喷嘴的位置进行限定；转珠倾斜空间为转珠提供倾斜活动的空间；角度刻度线为红色，角度值范围为-30°到+30°，沿通孔的中心左右对称；环形套的材质为橡胶，在喷嘴上的位置可调；LED灯能够在水下射流时，照亮喷嘴喷射出来的流体束，为相机提供补光；激光灯发射的激光能够测量喷嘴到水底的距离。

10.根据权利要求6、7或9所述的多功能射流发生装置，其特征在于，使用时，下部双向同步电机、LED灯和激光灯分别与外接的电源和计算机连接，计算机能够显示包括蜗杆升降位移、激光灯探测距离的信息；能够进行水射流的发生和空气射流的发生。

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