CN113404749A - 一种水下射流涡流发生器的产生装置 - Google Patents

一种水下射流涡流发生器的产生装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水下射流涡流发生器的产生装置，第一进流管连接第一储水箱，第一储水箱连接第一出流管的一端，第一出流管的另一端连接变频自吸泵的进流口，变频自吸泵的出流口连接第二进流管的一端，第二进流管的另一端连接第二储水箱，第二储水箱连接第二出流管的一端，第二出流管的另一端连接电磁流量计的进流口，电磁流量计的出流口连接第三出流管，在第一储水箱里面放置橡胶球和铜球，在第二储水箱里面放置橡胶球和石英砂球；该射流涡流发生器的产生装置消除了泵源激励和流体脉动带来的背景噪声干扰问题，避免了压力、温度和含气量等流体物理特性差异所带来的空化等负面影响。

Description

一种水下射流涡流发生器的产生装置
技术领域
本发明涉及一种水下射流涡流发生器的产生装置，属于声学测量领域。
背景技术
射流涡流发生器是一种常用的主动控制流动的部件，它通过向流场中喷射定速或定量的流体，达到增加边界层动量、抑制边界层分离的效果。在工程实践中，产生射流涡流发生器的关键在于选择何种的射流源。常用的射流源有：一种压力恒定的水射流源装置(授权公告号CN105371946B)、利用空压机向储水压力容器中进行充气形成的射流源装置、柱塞泵结合蓄能器形成的射流源装置等。但是，在使用过程中遇到的问题是射流源水介质与外部水介质的物理特性不能相容，例如温度、压力和含气量等，这也是压力恒定的水射流源装置易发生空化的原因之一。同时，如何消除循环系统中泵源周期性的脉动力也是一个非常关键的问题。当电动机带动叶轮进行旋转时，由其产生的激励力以及流体的周期性脉动压力将使得水动力噪声的频谱中产生极强的线谱，严重削弱射流涡流发生器的使用效果，降低其工程应用性。此外，这些射流源的体积大，组成循环系统时占据了很大的空间，而且没有考虑消声设计，这在以声隐身为考核指标要求的水下航行器(例如潜艇、UUV等)中应用的可能性不大。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种水下射流涡流发生器的产生装置。
本发明的目的是这样实现的：包括第一进流管、第一储水箱、第一出流管、变频自吸泵、第二进流管、第二储水箱、第二出流管、电磁流量计、第三出流管，第一进流管连接第一储水箱，第一储水箱连接第一出流管的一端，第一出流管的另一端连接变频自吸泵的进流口，变频自吸泵的出流口连接第二进流管的一端，第二进流管的另一端连接第二储水箱，第二储水箱连接第二出流管的一端，第二出流管的另一端连接电磁流量计的进流口，电磁流量计的出流口连接第三出流管。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.在第一储水箱里设置有两个网栅，上部的网栅与第一水箱顶部之间设置有橡胶球，下部的网栅与第二水箱底部之间设置有铜球。
2.在第二储水箱里设置有两个网栅，上部的网栅与第二水箱顶部之间设置有橡胶球，下部的网栅与第二水箱底部之间设置有石英砂球。
3.第一进流管位于第一储水箱的上部，第一出流管位于第一储水箱的下部；第二进流管位于第二储水箱的上部，第二出流管位于第二储水箱的下部；第一进流管接外部来流，第三出流管接射流涡流发生器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：首先，将外部的来流进行抽取，经第一吸流管、第一储水箱、第一出流管，送至变频自吸泵，流体经变频自吸泵加压，通过第二进流管、第二储水箱、第二出流管、电磁流量计和第三出流管后，接至射流涡流发生器，将流体喷射至外部，实现水下射流，因此，该水下射流涡流发生器的产生装置是一个循环系统，射流涡流发生器喷射出的流体属性与来流的流体属性相同，很好地避免了压力、含气量、温度等方面差异所带来的不利影响；其次，采用电磁流量计测量第三出流管的流体速度，根据第三出流管管径与射流涡流发生器喷口孔径之间的比例关系，即可推算出射流涡流发生器的喷流速度，如果需要调节射流涡流发生器的喷流速度，则只需调节变频自吸泵的频率和压力，使得流速调控较为便捷；再次，在第一储水箱内放置橡胶球和铜球，来消耗变频自吸泵在吸流过程中通过第一出流管引入至第一储水箱内的流体脉动力，橡胶球变形大，可很好地吸收低频脉动，铜球变形小，可很好地吸收高频脉动，而且铜球的质量效应可很好地减少第一出流管导致的第一储水箱的振动效应，在第二储水箱内的橡胶球和石英砂球，可很好地消耗变频自吸泵在排流过程中经第二进流管引入至第二储水箱内的流体脉动力及振动效应，石英砂球可在一定程度上吸附水中的浮游生物，保证水质纯净；从次，第一储水箱与第一出流管和第一储水箱与第一进流管皆组成了突变截面声波导，第一储水箱的截面积比第一出流管的截面积大得多，声反射系数很高，使得第一进流管内的声能极少进入至第一储水箱，第一储水箱的截面积比第一进流管的截面积大的多，声反射系数很高，使得第一储水箱内的声能很难进入至第一进流管，因此，变频自吸泵旋转和周期性脉动激励泵体所产生的声波经第一出流管和第一储水箱后进入至第一进流管的声波可以忽略，不会在吸流口处产生背景干扰；除此之外，第二储水箱与第二进流管和第二储水箱与第二出流管皆组成了突变截面管波导，第二储水箱的截面积比第二进流管的截面积大的多，声透射系数很小，由第二进流管进入第二储水箱的声能就很少，第二储水箱的截面积比第二出流管的截面积大的多，声透射系数很小，由第二储水箱进入至第二出流管的声能也很少，因此，变频自吸泵旋转和周期性脉动激励泵体所产生的声波经第二进流管和第二储水箱后进入第二出流管的声波可以忽略，不会在射流涡流发生器处产生背景干扰；最后，第一进流管位于第一储水箱的上部，第一出流管位于第一储水箱的下部，第二进流管位于第二储水箱的上部，第二出流管位于第二储水箱的下部，这种构造能够很好地排出来流在运行过程中产生的气体，使之存储在第一储水箱和第二储水箱的顶部，避免在射流涡流发生器处产生气泡以及含气射流所带来的较强噪声干扰及空化问题。
附图说明
图1是一种水下射流涡流发生器的产生装置的示意图；
图2是细密钢丝网14的示意图；
图3是细密钢丝网15的示意图；
图4是细密钢丝网16的示意图；
图5是细密钢丝网17的示意图；
其中，1为第一进流管，2为第一储水箱，3为第一出流管，4为变频自吸泵，5为第二进流管，6为第二储水箱，7为第二出流管，8为电磁流量计，9为第三出流管，10为橡胶球，11为铜球，12为橡胶球，13为石英砂球,，14为细密钢丝网，15为细密钢丝网，16为细密钢丝网，17为细密钢丝网。
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。
结合图1至图5，一种水下射流涡流发生器的产生装置，包括第一进流管1、第一储水箱2、第一出流管3、变频自吸泵4、第二进流管5、第二储水箱6、第二出流管7、电磁流量计8、第三出流管9、橡胶球10、铜球11、橡胶球12、石英砂球13；第一进流管1的一端连接第一储水箱2的上部，第一出流管3的一端连接第一储水箱2的下部，第一出流管3的另一端连接变频自吸泵4的进流口，变频自吸泵4的出流口连接第二进流管5的一端，第二进流管5的另一端连接第二储水箱6的上部，第二出流管7的一端连接第二储水箱6的下部，第二出流管7的另一端连接电磁流量计8的进流口，电磁流量计8的出流口连接第三出流管9。
第一进流管1是聚四氟乙烯管，管的内径为25mm，外径为40mm，长度为0.5m，第一进流管1的一端连接进水口，第一进流管1的另一端连接第二储水箱2左上侧的开口，利用高温环氧胶将第一进流管1与第二储水箱2左上侧的开口进行密封。
第一储水箱2是不锈钢制成的长方体，长为1.0m、宽为1.0m、高为1.0m，在第一储水箱2的左上侧开有直径40mm的通孔，在第一储水箱2的右下侧开有直径40mm的通孔，在第一储水箱2里面的上半部分安装有细密钢丝网14，在第一储水箱2里面的下半部分安装细密钢丝网15，橡胶球10密集均布在细密钢丝网14组成的夹层之间，铜球11密集均布在细密钢丝网15组成的夹层之间。
第一出流管3是聚四氟乙烯管，管的内径为25mm，外径为40mm，长度为0.3m，第一出流管3的一端连接第二储水箱2的右下侧开口，并利用高温环氧胶进行密封，第一出流管3的另一端连接变频自吸泵4的进流口，采用高温环氧胶进行密封。
变频自吸泵4的品牌为Fujiwara/藤原，型号为智汇e变频喷射泵，功率为400瓦，用作驱动射流涡流发生器工作的动力源。
第二进流管5是聚四氟乙烯管，管的内径为25mm，外径为40mm，长度为0.3m，采用高温环氧胶将变频自吸泵4的出口端与第二进流管5的一端进行密封，第二进流管5的另一端连接第二储水箱2的左上侧开口，利用高温环氧胶将第二进流管5与第二储水箱2左上侧的开口进行密封。
第二储水箱6是由不锈钢制成的长方体，长为1.0m、宽为1.0m、高为1.0m，在第二储水箱6的左上侧开有直径40mm的通孔，在第一储水箱6的右下侧开有直径40mm的通孔，在第二储水箱6里面的上半部分安装有细密钢丝网16，在第二储水箱6里面的下半部分安装有细密钢丝网17，橡胶球12密集均布在细密钢丝网16形成的夹层之间，石英砂球13密集均布在细密钢丝网17形成的夹层之间。
第二出流管7是聚四氟乙烯管，管的内径为25mm，外径为40mm，长度为0.3m，第二出流管7的一端连接第二储水箱6的右下侧开口，利用高温环氧胶进行密封，第二出流管7的另一端连接电磁流量计8的进口，利用高温环氧胶进行密封。
电磁流量计8的品牌是智能直显型电磁流量计，型号是DN20四氟衬里(基础款)，电磁流量计8的进口连接第二出流管7的另一端，电磁流量计8的出口连接第三出流管9的一端，采用抱箍卡锁紧和高温环氧胶进行密封。
第三出流管9是PVC钢丝软管，管的内径为25mm，厚度为1.5mm，长度为3m，第三出流管9的另一端连接射流涡流发生器。
橡胶球10是直径15mm的硅胶球，密布在细密钢丝网14形成的夹层之间，硅胶球与硅胶球之间的空隙易于水流动，硅胶球与硅胶球之间的摩擦阻尼可达到抑振和消耗声能的作用；
铜球11是直径15mm铜制球体，密布在细密钢丝网15形成的夹层之间，铜球和铜球之间的空隙易于水流动，铜球和铜球之间的重质量效应可起到减振作用。
橡胶球12是直径10mm硅胶球，密布在细密钢丝网16形成的夹层之间，硅胶球与硅胶球之间的空隙易于水流动，硅胶球与硅胶球之间的摩擦阻尼可达到抑振和消耗声能的作用；
石英砂球13是直径20mm的球体，由石英砂、高铝土、水玻璃溶液、固化剂等制成，密布在细密钢丝网17形成的夹层之间，石英砂球和石英砂球形成的空隙和孔隙易于水流动，石英砂球和石英砂球之间的吸附能力，可很好地去除水中的浮游杂质，保证射流水的纯净。
钢丝网14是筛孔尺寸为3.35mm、标准目数为6的钢丝网，放置在第一储水箱2里面的上半部分，一方面用于固定橡胶球10，另一方面起到栅格化第一储水箱2内流体的作用。
钢丝网15是筛孔尺寸为3.35mm、标准目数为6的钢丝网，放置在第一储水箱2里面的下半部分，一方面用于固定铜球11，另一方面起到栅格化第一储水箱2内流体的作用。
钢丝网16是筛孔尺寸为3.35mm、标准目数为6的钢丝网，放置在第二储水箱6里面的上半部分，一方面用于固定橡胶球12，另一方面起到栅格化第二储水箱6内流体的作用。
钢丝网17是筛孔尺寸为3.35mm、标准目数为6的钢丝网，放置在第二储水箱6里面的下半部分，一方面用于固定石英砂球13，另一方面起到栅格化第一储水箱2内流体的作用。
根据来流的速度，调节变频自吸泵4的压力，并利用电磁流量计8测量流速，根据电磁流量计8的内径与射流涡流发生器喷口的内径之比，计算射流涡流发生器的喷流速度。
第一储水箱、第一出流管、变频自吸泵、第二进流管、第二储水箱、第二出流管、电磁流量计、第三出流管均放置于水下航行体内部，且不与水接触。
经在重力式低噪声水洞中所开展的试验测试，由此射流涡流发生器的产生装置所制成的射流涡流发生器的降噪效果如下：在v＝4.62m/s时，射流涡流发生器可降低模型总脉动压力级为3.50dB、降低总辐射声功率级为7.87dB；在v＝6.87m/s时，射流涡流发生器可降低总脉动压力级为3.17dB、降低总辐射声功率级为6.65dB；在v＝7.72m/s时，射流涡流发生器可降低模型总脉动压力级为3.16dB、降低总辐射声功率级为7.02dB；在试验测试过程中，当射流涡流发生器工作时，脉动压力及辐射声功率的频谱特性中均不存在典型的线谱特征。
综上，包括第一进流管、第一储水箱、第一出流管、变频自吸泵、第二进流管、第二储水箱、第二出流管、电磁流量计、第三出流管，第一进流管连接第一储水箱，第一储水箱连接第一出流管的一端，第一出流管的另一端连接变频自吸泵的进流口，变频自吸泵的出流口连接第二进流管的一端，第二进流管的另一端连接第二储水箱，第二储水箱连接第二出流管的一端，第二出流管的另一端连接电磁流量计的进流口，电磁流量计的出流口连接第三出流管，在第一储水箱里面放置橡胶球和铜球，在第二储水箱里面放置橡胶球和石英砂球；该射流涡流发生器的产生装置消除了泵源激励和流体脉动带来的背景噪声干扰问题，避免了压力、温度和含气量等流体物理特性差异所带来的空化等负面影响。

Claims (5)

1.一种水下射流涡流发生器的产生装置，其特征在于：包括第一进流管、第一储水箱、第一出流管、变频自吸泵、第二进流管、第二储水箱、第二出流管、电磁流量计、第三出流管，第一进流管连接第一储水箱，第一储水箱连接第一出流管的一端，第一出流管的另一端连接变频自吸泵的进流口，变频自吸泵的出流口连接第二进流管的一端，第二进流管的另一端连接第二储水箱，第二储水箱连接第二出流管的一端，第二出流管的另一端连接电磁流量计的进流口，电磁流量计的出流口连接第三出流管。
2.根据权利要求1所述的一种水下射流涡流发生器的产生装置，其特征在于：在第一储水箱里设置有两个网栅，上部的网栅与第一水箱顶部之间设置有橡胶球，下部的网栅与第二水箱底部之间设置有铜球。
3.根据权利要求1或2所述的一种水下射流涡流发生器的产生装置，其特征在于：在第二储水箱里设置有两个网栅，上部的网栅与第二水箱顶部之间设置有橡胶球，下部的网栅与第二水箱底部之间设置有石英砂球。
4.根据权利要求1或2所述的一种水下射流涡流发生器的产生装置，其特征在于：第一进流管位于第一储水箱的上部，第一出流管位于第一储水箱的下部；第二进流管位于第二储水箱的上部，第二出流管位于第二储水箱的下部；第一进流管接外部来流，第三出流管接射流涡流发生器。
5.根据权利要求3所述的一种水下射流涡流发生器的产生装置，其特征在于：第一进流管位于第一储水箱的上部，第一出流管位于第一储水箱的下部；第二进流管位于第二储水箱的上部，第二出流管位于第二储水箱的下部；第一进流管接外部来流，第三出流管接射流涡流发生器。
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马英华等: "涡流发生器引起的流动阻力特性研究", 《中国水运(下半月)》 *

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