CN114814155A - 一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于模拟深水环境爆炸试验技术领域。具体涉及一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置。本发明设计出一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，利用磁铁之间的斥力来对活塞式密闭罐进行加压。该装置由活塞式密闭罐、增压系统、冲击波压力测试系统、注排水系统组成。其技术方案是：根据试验目的来选择传感器位置和数量，通过注排水系统注水，再通电给增压系统赋予磁力来进行加压，完成试验后排出废水，导出测试数据。本发明利用电磁效应来进行加压，与传统深水爆炸测试装置相比，具有环保高效、实验周期短、系统设计简单、装置成本低的特点，可为后续研究提供一种新思路。
Description
技术领域
本发明属于模拟深水环境爆炸试验技术领域。具体涉及一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置。
背景技术
随着人们对自然的探索，水底蕴含的大量宝贵的矿产资源被发现，爆破开采也逐渐从陆地爆破深入到水下爆破，炸药在深海高压环境的水下爆炸研究也因此受到研究人员的广泛关注。为促进水下工程爆破技术的发展,研制出一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置显得十分重要。
为模拟深水环境,探索炸药在深水环境下爆炸的威力，需要对爆炸试验用容器内的水介质加压。研究者已设计出一些水下爆炸测试装置，目前的加压装置有采用高压气瓶对容器加压(钟帅.模拟深水爆炸装药输出能量的研究[D].安徽理工大学,2007),使用试压泵通过高压水管和水罐连接,利用电动球阀对进水接口、排水接口、加压接口和卸压接口进行控制(钟冬望,司剑峰,李琳娜,何理,朱宽,刘建程,黄小武,殷秀红,操鹏.模拟深水环境爆炸试验用容器的加压系统及其使用方法[P].湖北:CN103823037A,2017-05-28.)，使用高产气药剂发生化学反应生成大量气体来进行加压(聂建新，王秋实，焦清介，郭学永，梁晓爱.一种模拟深水爆炸试验用炸药能量输出性能测试装置[P].北京：CN108037264A，2017-11-27.)。通过高压气管连接高压气瓶以及使用高产药剂反应生成高压气体对模拟深水环境爆炸试验用容器进行加压,虽可完成对容器内部水介质的加压过程,但前者加压效率低、可控性差；后者反应生成的大量有毒气体若处理不当发生泄漏，可能造成人身危险。
发明内容
本发明旨在解决上述现有问题,提供一种测试结果精确、经济环保、安全可靠的模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置。该测试装置能满足模拟800m水深100g TNT当量的炸药水下实验。
为实现上述目的,本发明设计出一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，利用磁铁之间的斥力来对活塞式密闭罐进行加压。该装置由活塞式密闭罐、增压系统、冲击波压力测试系统、注排水系统组成。
所述的活塞式密闭罐为圆柱体结构，内壁喷涂有由橡胶及复合材料制成的且匹配水波阻抗的多层波阻抗材料(2)，用于吸收爆炸冲击波，达到模拟深水爆炸自由场的目的。活塞式密闭罐被活塞(1)分为上罐体和下罐体两部分。增压系统位于上罐体中，下罐体为深水爆炸测试区。活塞(1)下方设有上横梁(3)，活塞式密闭罐底部设有下横梁(4)，在活塞式密闭罐内部右侧间隔10cm均匀布置伸缩杆(5)，伸缩杆(5)螺旋垂直连接上下横梁(3)(4)，伸缩杆(5)上设有压电式传感器(6)，在活塞式密闭罐内壁上设置一个数码压力计(7)。在活塞(1)中心位置设有吊绳(8),吊绳下方固定药包(24)。压电式传感器(6)的导线可通过位于活塞式密闭罐右侧的线孔(9)与外部的压力测试系统相连，在活塞式密闭罐顶部设置有通气孔(10)，在罐体上设置有放药口(23)。
所述的增压系统由电源(11)、整流器(12)、电流放大器(13)、超强电磁铁盘(14)、永磁铁盘(15)组成。超强电磁铁盘(14)直径略小于上罐体内径，固定在在上罐体顶部，整流器(12)可将220V的家用交流电转化为直流电，通过改变接在电流放大器(13)上的导线的接头来改变N/S极，永磁铁盘(15)固定在在活塞(1)顶部。
所述的冲击波压力测试系统由压电式传感器(6)、数码压力计(7)、信号调节器(16)、计算机(17)组成，计算机(17)上安装有冲击波压力测试软件，可导出压力-时间曲线图。
所述的注排水系统由注水孔(18)、排水孔(19)、蓄水池(20)、水泵(21)、水管(22)组成。注水孔(18)和排水孔(19)分别位于活塞式密闭罐底端两侧，蓄水池(20)位于排水孔(19)一侧。排水孔(19)通过水管(22)直接将废水排入蓄水池(20)，注水孔(18)通过水泵(21)从蓄水池(20)抽水完成注水效果。
所述的活塞式密闭罐远离传感器一侧设有放药口(23)，可将炸药(24)通过放药口(23)固定在吊绳(8)下端。放药口(23)内侧为内螺纹结构，配套的盖子为外螺纹结构，二者公称尺寸相同，且盖子内侧设有密封圈。
所述的线孔(9)、注水孔(18)、排水孔(19)和放药口(23)均采用螺旋密封结构，并采用环氧树脂作为密封胶对螺旋盖和孔洞接触处做防泄漏处理。
所述的伸缩杆(5)为可拆卸结构，与上下横梁(3)(4)接头处采用螺旋固定结构，可根据试验情况选择伸缩杆(5)数量，试验完成拆卸储存。
所述的活塞(1)为夹心结构，为两块厚度为2.5cm的铝合金板(25)中间包裹浮木(26)组成。且活塞上端面装有永磁铁盘(15)，下端面连接上横梁(3)。
所述的所述活塞式密闭罐半径至少为1m,高度至少为3m,容积至少为5m3，壁厚不小于25mm,可进行800m水深100g TNT当量以内的炸药水下爆炸试验，可有效模拟水下800m范围内的爆炸冲击波作用。
本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、系统设计简单、装置成本低。本发明采用磁铁间的斥力作为加压系统,不仅有效降低了装置成本，还可以通过电流放大器来调节通过电磁铁的电流，从而改变斥力的大小，达到实验设计目的。
2、操作简单、可控性强。本发明与实际深水自由场环境相似度极高。通过活塞式密闭罐内壁喷涂的多层波阻抗材料来吸收冲击波，减少壁面反射的冲击波对压电式传感器示数的影响。
3、适用范围广泛。本发明不仅可以测试炸药在深水自由场环境下冲击波超压，还适用于密闭容器内进行的伴随有放射性物质或有毒气体产生的相关试验。同时本发明在活塞式密闭罐内距离药包不同距离处均匀设置了多个传感器，可进行水介质对冲击波衰减影响的研究。
4、环保高效、实验周期短。采用加压泵等加压设备需要消耗大量能源,加泄压过程为保证安全均需要大量时间,故试验周期较长。采用高产药剂会生成大量有毒气体，污染环境。本装置利用普通220V交流电即可完成操作，可为后续研究提供一种新思路。
因此,本发明具有系统设计简单、装置成本低、操作简单、可控性强、适用范围广泛、环保高效和实验周期短的特点。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置图。
图2是活塞的侧面结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步解释说明，但并不构成对本发明的任何限制。
实施例1：
参照图1，圆柱形罐体半径1m，高度3.5m，壁厚4mm。活塞(1)为夹心结构，为两块厚度为2.5cm的铝合金板(25)中间包裹厚度为5cm浮木(26)组成。上横梁(3)和下横梁(4)为直径2cm不锈钢材质的钢管，上横梁(3)中端连接吊绳(8)用于悬挂炸药(24)。通气孔(10)直径20cm，放药口(23)直径40cm。压电式传感器(6)位于不锈钢材质直径2cm的伸缩杆(5)上。在活塞式密闭罐内壁上设置一个量程为0-20MPa的数码压力计(7)。整流器(12)可将普通220V家用电源转为直流电，再通过电流放大器(13)改变电流大小，从而可以调节超强电磁铁盘(14)的磁力大小。注水孔(18)与排水孔(19)直径20cm，废水通过水管(22)流入3m深的蓄水池(20)。水泵(21)功率为50kw左右，注水孔(18)与水泵(21)连接从蓄水池(20)中抽水，达到注水效果。
本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)、系统设计简单、装置成本低。本发明采用磁铁间的斥力作为加压系统,不仅有效降低了装置成本，还可以通过电流放大器来调节通过电磁铁的电流，从而改变斥力的大小，达到实验设计目的。
(2)、操作简单、可控性强。本发明与实际深水自由场环境相似度极高。通过活塞式密闭罐内壁喷涂的多层波阻抗材料来吸收冲击波，减少壁面反射的冲击波对压电式传感器示数的影响。
(3)、适用范围广泛。本发明不仅可以测试炸药在深水自由场环境下冲击波超压，还适用于密闭容器内进行的伴随有放射性物质或有毒气体产生的相关试验。同时本发明在活塞式密闭罐内距离药包不同距离处均匀设置了多个传感器，可进行水介质对冲击波衰减影响的研究。
(4)、环保高效、实验周期短。采用加压泵等加压设备需要消耗大量能源,加泄压过程为保证安全均需要大量时间,故试验周期较长。采用高产药剂会生成大量有毒气体，污染环境。本装置利用普通220V交流电即可完成操作，可为后续研究提供一种新思路。
因此,本发明具有系统设计简单、装置成本低、操作简单、可控性强、适用范围广泛、环保高效和实验周期短的特点。
Claims (9)
1.一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，其特征在于：所述装置由活塞式密闭罐、增压系统、冲击波压力测试系统、注排水系统组成，活塞式密闭罐内壁喷涂有由橡胶及复合材料制成的且匹配水波阻抗的多层波阻抗材料(2)，活塞式密闭罐被活塞(1)分为上罐体和下罐体两部分，增压系统位于上罐体中，下罐体为深水爆炸测试区，活塞下方设有上横梁(3)，活塞式密闭罐底部设有下横梁(4)，在活塞式密闭罐内部右侧间隔5cm均匀布置伸缩杆(5)，伸缩杆(5)连接上下横梁(3)(4)，伸缩杆(5)上设有压电式传感器(6)，在活塞式密闭罐内壁上设置有数码压力计(7)，在活塞(1)中心位置设有吊绳(8)，压电式传感器(6)和数码压力计(7)可通过位于活塞式密闭罐右侧的线孔(9)与外部的压力测试系统相连，在活塞式密闭罐顶部设有通气孔(10)。
2.根据权利要求书1所述的一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，其特征在于：所述的增压系统由电源(11)、整流器(12)、电流放大器(13)、超强电磁铁盘(14)、永磁铁盘(15)组成，超强电磁铁盘(14)直径略小于上罐体内径，固定在在上罐体顶部，整流器(12)可将220V的家用交流电转化为直流电，通过改变接在电流放大器(13)上的导线的接头来改变N/S极，永磁铁盘(15)固定在在活塞(1)顶部。
3.根据权利要求书1所述的一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，其特征在于：所述的冲击波压力测试系统由压电式传感器(6)、数码压力计(7)、信号调节器(16)、计算机(17)组成，计算机(17)上安装有冲击波压力测试软件。
4.根据权利要求书1所述的一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，其特征在于：所述的注排水系统由注水孔(18)、排水孔(19)、蓄水池(20)、水泵(21)、水管(22)组成，注水孔(18)和排水孔(19)分别位于活塞式密闭罐底端两侧，蓄水池(20)位于排水孔(19)一侧，排水孔(19)通过水管(22)直接将废水排入蓄水池(20)，注水孔(18)通过水泵(21)从蓄水池(20)抽水完成注水效果。
5.根据权利要求书1所述的一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，其特征在于：所述的活塞式密闭罐远离传感器一侧设有放药口(23)，可将炸药(24)通过放药口(23)固定在吊绳(8)下端，放药口(23)内侧为内螺纹结构，配套的盖子为外螺纹结构，二者公称尺寸相同，且盖子内侧设有密封圈。
6.根据权利要求书1所述的一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，其特征在于：所述的线孔(9)、注水孔(18)、排水孔(19)和放药口(23)均采用螺旋密封结构，并采用环氧树脂作为密封胶对螺旋盖和孔洞接触处做防泄漏处理。
7.根据权利要求书1所述的一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，其特征在于：所述的伸缩杆(5)为可拆卸结构，与上下横梁(3)(4)接头处采用螺旋固定结构，可根据试验情况选择伸缩杆(5)数量，试验完成拆卸储存。
8.根据权利要求书1所述的一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，其特征在于：所述的活塞(1)为夹心结构，为两块铝合金板(25)中间包裹浮木(26)组成，且活塞上端面装有永磁铁盘(15)，下端面连接上横梁(3)。
9.根据权利要求书1所述的一种模拟深水自由场环境下爆炸冲击波压力测试装置，其特征在于：所述的所述活塞式密闭罐半径至少为1m,高度至少为3m,容积至少为5m3，壁厚不小于25mm,可进行800m水深、100g TNT当量以内的炸药水下爆炸试验。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220729 |