CN113848035A - 一种多功能射流发生试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于射流试验设备技术领域，涉及一种多功能射流发生试验设备，在射流基础上对射流冲击产生泥坑测量和填平，满足后续射流试验无关因素的一致性，在泥坑侧壁环向的测量，利用双探头采用倒三角类比的方式对不同入射压力和倾斜角度射流产生的泥坑进行深度和宽幅的测量，通过电动马达带动螺纹丝杆实现上下升降，基于外部的声源发射器和声源接收器，有效保证测量的精度和效率，通多双向步进电机控制锥齿轮啮合传动，带动开有透水孔的分泥铲和平整板上下升降，对不同深度的泥坑和水底泥沙表面进行填充和摊平，保证后续射流基准面一致，减小试验误差，透水孔有效减小了分泥铲和平整板在水中运行的阻力；其结构简单，成本低廉，原理科学，装拆便利。

Description

一种多功能射流发生试验设备

技术领域：

本发明属于射流试验设备技术领域，涉及一种多功能射流发生试验设备，能够在射流发生时对射流产生的泥坑进行深度和宽幅测量后填充或摊平泥坑。

背景技术：

中国专利202110012274.2公开的一种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，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，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，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，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；其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试验要求；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，满足了不同试验工况要求；基于转换接头的设置，实现了满足不同孔径大小喷嘴的试验要求，丰富了试验数据；基于可调节的转向结构，实现了喷嘴在-30°到+30°的倾斜，满足了射流试验的不同入射角度的需求，提供了多样的试验数据；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试验需求；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。但是，由于射流试验会在水底淤泥坑冲击产生一定深度和宽度的泥坑，基于不同工况下的射流(水射流和空气射流)试验，需要测量泥坑的深度和宽幅不同，为了便于后续的反复试验，测量完成后，需要将冲击产生的泥坑填上并摊平。因此，为了研究不同射流压力和射流倾斜角度下射流产生的泥坑深度和宽幅以及泥坑的摊平和压实，研发设计一种基射流发生、泥坑测量和填平的装置，以便研究不同工况下射流产生的泥坑大小和变化规律。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，研发设计一种多功能射流发生试验设备，在满足室内多条件下射流试验要求的基础上，对射流产生的泥坑深度和宽幅进行非接触测量后填充和摊平泥坑，提高试验效率，确保后续试验的准确性。

本发明涉及的多功能射流发生试验设备的主体结构包括多功能射流发生装置、测量机构和填平机构，多功能射流发生装置上设置有前后相互平行的测量机构和填平机构。

本发明涉及的测量机构的主体结构包括导轨、滑块、升降杆、旋转罗盘、上声源探头、下声源探头和声源接收器；导轨的轨道内设置有滑块，滑块与升降杆连接，升降杆与旋转罗盘连接，旋转罗盘的侧部设置有上声源探头，底部中心设置有下声源探头，上声源探头和下声源探头上均设置有声源接收器。

本发明涉及的填平机构的主体结构包括安装板、螺杆丝杆、步进电机、传动杆、悬吊支架、平整板、连接架和分泥铲；安装板的两端穿设有螺杆丝杆，安装板的上部中心设置有步进电机，步进电机的两端均设置有传动杆，传动杆与螺杆丝杆连接，螺杆丝杆的下部与悬吊支架连接，悬吊支架上设置有平整板，平整板上设置有连接架，连接架上至少设置两排分泥铲。

本发明涉及的升降杆的上部杆段上设置有电动马达，下部杆段上设置有刻度线，升降杆与旋转罗盘通过升降杆底端设置的轴瓦与旋转罗盘内设置的紧固块配合实现连接；安装板与螺杆丝杆通过法兰盘连接；传动杆与螺杆丝杆通过传动杆端部设置的一号锥齿轮和螺杆丝杆上部设置的二号锥齿轮啮合连接；平整板和分泥铲上均设置有阵列式排布的圆形结构的透水孔，平整板的透水孔直径大于分泥铲的透水孔直径。

本发明涉及的多功能射流发生试验设备使用时，喷头机构射流完成后，电动马达启动，将旋转罗盘移动到水底未发生射流冲击的位置，获得原始测量数据，然后，将旋转罗盘平移到射流形成的泥坑中间，下声源探头测得泥坑深度数据，原始测量数据与泥坑深度数据之差为泥坑的最大深度，记为EF，通过电动马达带动伸缩杆的伸长，将旋转罗盘深入泥坑中的某一位置，标记为B处，上声源探头和下声源探头测得第一组测量数据，标记为BC和AB，然后，继续伸长伸缩杆，使旋转罗盘下降到泥坑中的另一位置，标记为D处，上声源探头和下声源探头测得第二组测量数据，标记为DF和CD，最后，基于公式2HE＝2EF×((AB-CD)/BD)得到泥坑的最大宽幅；测量结束后，开启步进电机，通过传动杆、相互啮合的一号锥齿轮与二号锥齿轮、螺杆螺杆丝杆和悬吊支架带动平整板和分泥铲运动，先对泥坑进行填充，再对泥坑进行摊平。

本发明与现有技术相比，在射流基础上对射流冲击产生泥坑测量和填平，满足后续射流试验无关因素的一致性，在泥坑侧壁环向的测量，利用双探头采用倒三角类比的方式对不同入射压力和倾斜角度射流产生的泥坑进行深度和宽幅的测量，通过电动马达带动螺纹丝杆实现上下升降，基于外部的声源发射器和声源接收器，有效保证测量的精度和效率，通多双向步进电机控制锥齿轮啮合传动，带动开有透水孔的分泥铲和平整板上下升降，对不同深度的泥坑和水底泥沙表面进行填充和摊平，保证后续射流基准面一致，减小试验误差，透水孔有效减小了分泥铲和平整板在水中运行的阻力；其结构简单，成本低廉，原理科学、装拆便利，工作效率高，采用声源非接触测量方式和电动控制方式实现泥坑深度和宽幅的测量以及填充和平整，节能环保，工作强度低。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的测量机构的主体结构原理示意图。

图3为本发明涉及的测量机构的剖面示意图。

图4为本发明涉及的测量机构的局部结构示意图。

图5为本发明涉及的测量结构的工作原理示意图。

图6为本发明涉及的填平机构的主体结构示意图。

图7为本发明涉及的填平机构的剖面示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的多功能射流发生试验设备的主体结构包括多功能射流发生装置10、测量机构6和填平机构7，多功能射流发生装置10为中国专利202110012274.2公开的一种多功能射流发生装置，多功能射流发生装置10的支撑板204上设置有前后互相平行的测量机构6和填平机构7，测量机构6位于喷嘴机构5的后方，填平机构7位于测量机构6的后方。

本实施例涉及的测量机构6的主体结构包括导轨601、滑块602、升降杆603、电动马达604、刻度线605、旋转罗盘606、上声源探头607、下声源探头608、声源接收器609、轴瓦610和紧固块611；槽状结构的导轨601的轨道内设置有滑块602，滑块602与能够伸缩的升降杆603连接，升降杆603的上部杆段上设置有电动马达604，升降杆603的下部杆段上设置有刻度线605，升降杆603的底端与漏斗形结构的旋转罗盘606连接，旋转罗盘606的侧部设置有上声源探头607，旋转罗盘606的底部中心设置有下声源探头608，上声源探头607和下声源探头608上均设置有声源接收器609，升降杆603与旋转罗盘606通过升降杆603底端设置的轴瓦610与旋转罗盘606内设置的紧固块611配合实现连接。

本实施例涉及的填平机构7的主体结构包括安装板701、螺杆丝杆702、法兰盘703、步进电机704、传动杆705、一号锥齿轮706、二号锥齿轮707、悬吊支架708、平整板709、连接架710、分泥铲711和透水孔712；矩形板状结构的安装板701的两端穿设有圆柱形结构的螺杆丝杆702，安装板701与螺杆丝杆702通过法兰盘703连接，安装板701的上部中心设置有步进电机704，步进电机704的两端均设置有传动杆705，传动杆705的端部设置有一号锥齿轮706，一号锥齿轮706与设置在螺杆丝杆702上部的二号锥齿轮707啮合，螺杆丝杆702的下部与U形框架式结构的悬吊支架708连接，悬吊支架708的下端与矩形板状结构的平整板709连接，平整板709的侧部与框架式结构的连接架710连接，连接架710上至少设置两排分泥铲711，两排分泥铲711错位设置，平整板709和分泥铲711上均设置有阵列式排布的圆形结构的透水孔712，平整板709的透水孔712直径大于分泥铲711的透水孔712直径。

本实施例涉及的测量机构6和填平机构7的材质均为不锈钢，使用寿命长；步进电机704为双向步进电机；上声源探头607和平整板709的倾斜角度均为30°；分泥铲711的下端为三角形，上端为长方形；透水孔712能够减小平整板709和分泥铲711在水中动作的阻力。

本实施例涉及的多功能射流发生试验设备使用时，喷头机构5冲击水底泥土，产生的泥坑类似倒立的圆锥形结构，为了更加准确的测量泥坑的深度和宽幅，旋转罗盘606采用漏斗形结构，电动马达604通过伸缩杆603带动旋转罗盘606上下移动，滑块602通过伸缩杆603带动旋转罗盘606左右移动，旋转罗盘606在轴瓦610的作用下转动，以调整旋转罗盘606上的上声源探头607和下声源探头608的位置，以便测量不同位置泥坑的深度和宽幅：首先，垂直于水平面的下声源探头608测量泥坑的最大深度EF，然后，伸缩杆603缩回，上声源探头607到达D处，测量CD段的长度，伸缩杆603进一步缩回，上声源探头607到达B处，测量AB段的长度，最后，通过公式：2HE＝2EF×((AB-CD)/BD)计算得到泥坑的最大宽幅2HE，BD段的长度为伸缩杆603移动的数值，由两次缩回之间刻度线605的差值计算得到；测量完成后，步进电机704通过传动杆705带动一号锥齿轮706旋转，基于一号锥齿轮706与二号锥齿轮707啮合关系，二号锥齿轮707带动螺杆螺杆丝杆702旋转，上下伸缩，满足不同深度泥坑的摊平要求，螺杆螺杆丝杆702上下伸缩的同时带动悬吊支架708的上下伸缩，悬吊支架708带动平整板709和分泥铲711运动，分泥铲711对泥坑进行填充，平整板109对泥坑进行摊平。

Claims (10)

1.一种多功能射流发生试验设备，其特征在于，主体结构包括多功能射流发生装置、测量机构和填平机构，多功能射流发生装置上设置有前后相互平行的测量机构和填平机构。

2.根据权利要求1所述的多功能射流发生试验设备，其特征在于，测量机构的主体结构包括导轨、滑块、升降杆、旋转罗盘、上声源探头、下声源探头和声源接收器；导轨的轨道内设置有滑块，滑块与升降杆连接，升降杆与旋转罗盘连接，旋转罗盘的侧部设置有上声源探头，底部中心设置有下声源探头，上声源探头和下声源探头上均设置有声源接收器。

3.根据权利要求2所述的多功能射流发生试验设备，其特征在于，填平机构7的主体结构包括安装板、螺杆丝杆、步进电机、传动杆、悬吊支架、平整板、连接架和分泥铲；安装板的两端穿设有螺杆丝杆，安装板的上部中心设置有步进电机，步进电机的两端均设置有传动杆，传动杆与螺杆丝杆连接，螺杆丝杆的下部与悬吊支架连接，悬吊支架上设置有平整板，平整板上设置有连接架，连接架上至少设置两排分泥铲。

4.根据权利要求3所述的多功能射流发生试验设备，其特征在于，升降杆的上部杆段上设置有电动马达，下部杆段上设置有刻度线，升降杆与旋转罗盘通过升降杆底端设置的轴瓦与旋转罗盘内设置的紧固块配合实现连接；安装板与螺杆丝杆通过法兰盘连接；传动杆与螺杆丝杆通过传动杆端部设置的一号锥齿轮和螺杆丝杆上部设置的二号锥齿轮啮合连接；平整板和分泥铲上均设置有阵列式排布的圆形结构的透水孔，平整板的透水孔直径大于分泥铲的透水孔直径。

5.根据权利要求3或4所述的多功能射流发生试验设备，其特征在于，测量机构和填平机构的材质均为不锈钢。

6.根据权利要求5所述的多功能射流发生试验设备，其特征在于，步进电机为双向步进电机。

7.根据权利要求5所述的多功能射流发生试验设备，其特征在于，上声源探头和平整板的倾斜角度均为30°。

8.根据权利要求5所述的多功能射流发生试验设备，其特征在于，分泥铲的下端为三角形，上端为长方形。

9.根据权利要求5所述的多功能射流发生试验设备，其特征在于，透水孔能够减小平整板和分泥铲在水中动作的阻力。

10.根据权利要求5所述的多功能射流发生试验设备，其特征在于，使用时，喷头机构5射流完成后，电动马达启动，将旋转罗盘移动到水底未发生射流冲击的位置，获得原始测量数据，然后，将旋转罗盘平移到射流形成的泥坑中间，下声源探头测得泥坑深度数据，原始测量数据与泥坑深度数据之差为泥坑的最大深度，记为EF，通过电动马达带动伸缩杆的伸长，将旋转罗盘深入泥坑中的某一位置，标记为B处，上声源探头和下声源探头测得第一组测量数据，标记为BC和AB，然后，继续伸长伸缩杆，使旋转罗盘下降到泥坑中的另一位置，标记为D处，上声源探头和下声源探头测得第二组测量数据，标记为DF和CD，最后，基于公式2HE＝2EF×((AB-CD)/BD)得到泥坑的最大宽幅；测量结束后，开启步进电机，通过传动杆、相互啮合的一号锥齿轮与二号锥齿轮、螺杆螺杆丝杆和悬吊支架带动平整板和分泥铲运动，先对泥坑进行填充，再对泥坑进行摊平。

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