CN1220004A - 水下爆炸引起的水－气流的水导流器 - Google Patents

Abstract

爆炸流罩有两个相连部件,一个有孔的内罩(10),一个罩在外面的不可渗透的外罩(20)。内罩(10)底部敞开,用来收集水下爆炸时喷出的水和气的爆炸冲击流。其表面积20%为孔(11)的内罩(10)用来阻挡大部分的液体进入两罩间的空腔,而气体则迅速地通过孔(11)来平衡内罩(10)内外的压力。罩体顶端应有一个排气筒(40)来排出气体,一个压盘来防止罩体被向上顶起。

Description

水下爆炸引起的水-气流的水导流器

技术领域

本发明介绍了一种吸收爆炸能量的装置，更精确地说是一种吸收液体和扩散气体的爆炸物所形成的混合流的能量，例如水下爆炸所引起的混合流能量。

技术背景

美国专利5,328,403中介绍了一种利用爆炸装置引起的冲击波来弱化钢制爆炸容器底部燃料的装置。钢制爆炸容器被标注为容罐50，其顶端是敞开的。容罐的半球状底部排列着可被弱化的燃料并且充满水。爆炸装置安放于半球的几何中心并被引爆。冲击波穿过燃料，使其弱化。

该专利介绍的是一种用于抑制爆炸力及向上喷射的水气混合流的水力制动罩。现在已发现，爆炸引起的大部分冲击力与爆炸的副产品及水蒸气形成的气泡无关，而实际上是与被扩散气体向上推动的运动水有关。热气体的密度比水的密度小得多，因而它动量也相当小。罩52不将这种动量差别考虑在内，因而它直接考虑的是水的全部冲击力。正因为这样，这种罩必须做得比想象的更坚固。进一步地说，由于罩52是截头圆锥状的，向上的爆炸水流在圆锥的平面突出处趋向于被集中。被抛过这个大的实心角状物的水流，被挤入狭窄通道并被突然阻挡。这使得最大瞬间冲击力变得更大。

另外，这个简单的截头圆锥状的罩52几乎不能阻止水流飞溅。当这个罩被爆炸流向上推动时，仍然在其中急速飞溅的水流趋于溅出较低容罐和向上升起的罩52之间的狭缝。

发明目的

相应地，本发明的目的之一即克服正如上面指出的现有技术中，吸收水下爆炸能量的不足。发明内容

本发明提供一个多层爆炸流罩，它能从水平爆炸引起的爆炸流中将水从气体中分离出来。外罩基本上是不渗透液体的，它罩住了一个可透过液体的内罩。最好内罩有大约20％的表面积开通孔，例如开有圆孔。液体能顺畅地通过这些孔。位于内外罩之间是一个环形空腔，这形成了一个缓冲腔。两罩底部都是敞开的，最好缓冲腔底部也敞开。内外罩的边缘最好在垂直方向平行，如同轴，以使环形空腔的厚度径向一致。

内罩内部的空腔正对充满着水和爆炸物的容罐。当爆炸发生时，向外喷射的气体推动其上部的水，当其程度达到湍流时，就夹带着水。多数的水被以非常高的速度抛向内罩。由于水密度大，动量大，因而与气体相比它很难被折射。当水碰上有孔的内罩上的孔时，它将穿过孔并击中不可渗透的外罩的内壁。当孔面积大约占内罩表面积的20％时，这意味着外罩承受了如果内罩不存在时所受力的大约20％。

碰撞到内罩坚实表面的气体被更迅速地折射出去，并被孔处局部较低压力的驱使，气体将转向并急速穿过孔，进入内外罩之间的缓冲腔。一部分的水将被气体的侧向速度推动改变方向，并被带着穿过孔，但大部分的水仍有相当大的动量，仍将碰击内罩；于是很大的动量被传给内罩。由于内罩有一定的伸缩性，并且内罩与外罩内部之间的连接装置也有一定的伸缩性，这样动量从冲击内罩的水传递到外罩之间就有一个时间延迟。(在内罩将任何力施加给外罩之前，内罩应该在内部折射并且/或向上移动；由于内罩有相当的质量，因此它的加速将会相对较慢，并且花费一段时间向上移动。)因而，爆炸冲击将扩散更长的时间，于是作用在外罩和整个罩的安装构件上的力将较小。

在水-气流碰击内罩不久，较大部分易折射的气体将已进入缓冲腔，而较大部分大密度的水将仍滞留在内罩里。由于气体能迅速地进入缓冲腔，所以缓冲腔的压力将很快接近内罩内侧的压力。于是气体和水穿过内罩孔向外的流动将中止。由于爆炸能量被消散，因而大部分水流仍滞留在内罩里。内罩直径最好选择接近于下面容罐的直径，这样大部分水流易于跌落回容罐。

与现有技术中的爆炸吸收器相比，罩内气体和液体的运动被气体通过孔时产生的摩擦更好地制动。这意味着那时被吸收的全部向上动量与没有多孔内罩时几乎一样，但被支座吸收的能量将更少，因此支座不必做非常坚固。

综上所述，本发明能减缓容罐喷射出混合流的飞溅，能减弱应被不会渗透的罩体和其支座所吸收的力和能量。实施例

本发明的实施例包括一第三部件，安装在内罩里的折射器，比如可安装在内罩上部中央。在最佳实施例中，内罩有一个底面边缘敞开的简体部分(通常与容罐上部边缘相接)，并且上部连接一个球顶。由于爆炸冲击通常向上，因此内罩的上部球顶的顶端承受向上的爆炸水-气流的冲击力。折射器具有诸如一个倒置的圆锥(尖端向下)的形状，使向上冲击的水和气转向。

本发明的倒置圆锥状折射器与专利403中所介绍的罩52的尖端向上截头圆锥作用相反。罩52使水-气流横向集中，然后在圆锥尖端处使其突然中止。在水和压缩气体重新集中向下折射出圆锥的情况下，传递给罩52的动量就增加了。相反，本发明倒置的圆锥折射器能将水-气流扩散，将水-气流向外折射而碰击内罩的内壁。由于被折射的水-气流辐射状向外的动量部分不能抬起爆炸流罩，所以这就减弱了水-气流向上的力；向外的气流能在内罩壁上上下飞射，这就能抵消这些辐射状水流的水平动量。

相反，罩52中由于水-气流被集中，水-气流困在了尖部向上的圆锥内而不能向下溅出。在本发明中，压盘上的应力被减弱了。本发明的向外折射作用还将水-气流的动能在内罩内较大的内部空间中分散，而不是在其圆锥尖部的小范围内将能量集中。这就减弱了内部应力，并准许采用较轻的结构。

向内罩一样，折射器可选有孔的。特别是当折射器有孔时，可在其上安装一个排气筒。排气筒是使内罩内部与外面的装置相通的管，能够将水反射但可使气体从内罩中排出。

本发明的上述目的和其他目的以及一般特性和优点将在下面结合附图对实施例的详细说明中会更明显。其中：

图1是根据本发明的爆炸流罩的局部剖视图。

图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ方向的剖视图。

图3是显示本发明上部的局部剖视图。

图1显示了多组件的水折射器爆炸流罩100设置于发明USP5,328,403中的环境中的状况，当然其它的环境也是可以适用的。一个有孔的内罩10有多处开口或通孔11，从而内罩10的表面积接近20％是敞开的。罩在内罩10外周的是外罩20，基本上不渗透水的外罩20没有任何开口，内部能盛装液体。内罩和外罩最好都由大厚度的不锈钢或类似能抗爆炸冲击的高强材料构成。内罩和外罩最好都采用球顶圆柱形。内罩10朝向爆炸冲击的下端敞开。

内罩10和外罩20在接近下部边缘处通过下法兰盘121连接，通过筋板123固定，在它们上端由上法兰盘122固定。尽管可采用任何其它具有适当强度的连接形式，但这个组件最好还是焊在一起。这样罩10和罩20这两个罩被连接，就组成了一个单一完整的爆炸流罩100。

在内罩10和外罩20之间是环在罩100的圆柱部分的腔体30。下法兰盘121有准许水从缓冲腔30排出的通孔125。腔30内侧通过孔11与内罩10内部相通，但外侧由封闭的外罩20密闭。

本发明的爆炸流罩100设计用于抑制含有液体流的爆炸冲击，如由水下爆炸引起的冲击。图1所示为一个实施例结构，它与专利USP5,328,403中所述形式一样。容罐T中充满水W和爆炸物E。当爆炸物E引爆时，气体和水流被直接向上喷射出，由本发明的罩来抑制。

正如上面所描述的，内罩10上的孔11有助于减弱对外罩20的冲击，吸收爆炸能量，并且使大部分的水被容纳在内罩10内，以便水直接向下排入容罐T。由孔11溅出进入腔30的水通过下法兰盘121上的孔125和上法兰盘122上的孔124排出。剖视图2显示了下法兰盘孔125和加强筋板123的平面图。

爆炸流罩100通过具有间断环列凸齿25的卡口接收器与合适的支座R固定，凸齿25可是法兰盘121伸出部。接收器或支座R(图1)上的配合内向凸齿之间插入爆炸流罩上的凸齿25齿，爆炸流罩100向下并绕其轴线旋转，以便凸齿25分别滑入接收器凸齿下面，这样就将罩100锁定位了。另外也可选用夹板或其它固定方式，包括压板、螺栓、卡圈和类似的可拆的机械固紧件；焊接和粘接；重物；弹性件如弹簧；能量吸收件如减震器或类似元件，等等。

图3显示的是爆炸流罩100的上端，其中有一个中空的管状排气筒40，筒上面盖着一个盖50，这个盖最好不要像图例所示那样，而应与排气筒40永久固定在一起，图例是为了让排气筒40的锯齿上端显现出来而将它分离出来的。这个锯齿状上端准许气体从内罩10内部排出。等同结构如洞等也可，另外在盖50上也可开口。图3还显示了带上排水孔124的上法兰盘122，它通过焊接或其它牢固连接方式将内罩10和外罩20相连接。排气筒40从盖50开始向下延伸，穿过外罩20和内罩10。排气筒40在缓冲腔30内的部分最好不渗透，而伸入内罩10内部的部分则有孔。

排气筒40的底端最好罩上有孔的折射器60，用于折射向上喷射的水和气的爆炸流。折射器60最好有孔，也可以是不渗透的，其形状最好是圆锥形，但也可用其他较好的形状，特别是那些有斜边的，例如向下突出的尖角、楔等。最佳形状应有向下的尖形，这里的“尖形”是指尖端、尖角、边等，即它有长尖或截面只有一个单尖的楔。这样的形状可在向旁边折射水-气流的同时扩散碰撞并减弱传给爆炸流罩的动量。

本发明的爆炸流罩100旨在用于抑制液体流的爆炸冲击，如由水下爆炸引起的冲击。图1中所示的实施例结构与专利USP 5,328,403中所述形式一样。容罐T中充满水并搁放爆炸物E。当爆炸物E引爆时，气体和水流被直接向上喷射出，由本发明的罩抑制。

内罩10上的孔11用于减弱对外罩20的冲击，吸收爆炸能量，并且使大部分的水包容在内罩10内，以便水直接向下排入容罐T。由孔11溅出进入缓冲腔30的水通过下法兰盘121上的孔125和上法兰盘122上的孔124排出。

“上”、“下”等这些词是用于描述爆炸发生在下面的容罐时的最佳实施例的，但只是为了参考方便，并不限制本发明在其他方向上的应用。由于爆炸引起的力、压力等远大于它们的重力，因此本发明可不考虑重力和方向的影响而起作用。例如，如果该装置安放在离心机上，重力学术语将不必严格精确，但仍可描述；另外若用胶状物代替水，该装置便可转向任何方向，甚至顶部向下。

内罩可以是带开口的任意形状，尺寸配置较自由，并且可以由网状物、链接物或类似结构构成，可以固定或悬挂在外罩上；可以是由如棒或管这样分离件连接在一起的笼；可以是通常沿冲击方向呈放射状，局部由细管排列的蜂窝状结构；也可以是这些结构的组合或功能相同的结构，或象最佳实施例所描述的有孔硬壳。

外罩可以为任何形状，可以含有常规的冲击吸收材料，或其内表面可附设具有折射作用或防飞溅作用的结构。

本发明工业上的应用就是抑制爆炸。本发明解决的问题就是抑制爆炸引起的水流。

上述对具体实施例的描述十分充分地揭示了本发明的一般特性，以致于只应用现有知识，就能像具体实施例那样不用过多实践，不用脱离一般概念，可进行改进和/或进行各种应用。为此这些应用和改进必须在充分理解实施例所描述的方法和范围后进行。这里应用的措辞或术语，只是为了便于理解本发明的目的及其范围。

Claims (18)

1．一个抑制水下爆炸引起的水-气流的爆炸流罩，其特征在于，它包括有：

一个具有敞开底端的有孔的内罩；

一个包围内罩的无孔外罩；

一个内罩与外罩之间的腔体；

将内罩与外罩结合为一整体的连接机构；

其中，爆炸流中的气体比爆炸流中的激体更易于迅速通过内罩排出。

2．根据权利要求1中所述的爆炸流罩，其特征在于，它还包括使爆炸流罩保持于一固定位置的压盘机构。

3．根据权利要求2中所述的爆炸流罩，其特征在于其中的压盘机构包括从所述内罩向外凸出的齿环缘。

4．根据权利要求1～3中任一项所述的爆炸流罩，其特征在于它包括用于从所述为水抑制器中排出气体的排气筒。

5．根据权利要求4中所述的爆炸流罩，其特征在于其中的排气筒至少部分是有孔的。

6．根据权利要求4或5中所述的爆炸流罩，其特征在于其中的排气筒机构包括处于内罩内部的指向下部的水折射器。

7．根据权利要求6中所述的爆炸流罩，其特征在于其中的水折射器是有孔的。

8．根据权利要求6或7中所述的爆炸流罩，其特征在于其中的水折射器是圆锥形的。

9．根据上述权利要求4～8中任意一项所述的爆炸流罩，其特征在于其中排气筒有一个盖着盖的上端，该上端和盖之间有一狭缝，用于从水抑制器通过排气筒排出气体。

10．根据上述权利要求1～9中任意一项所述的爆炸流罩，其特征在于其中内罩和外罩均是带圆顶的圆柱形状。

11．根据上述权利要求1～10中任意一项所述的爆炸流罩，其特征在于其中腔体是在内罩和外罩之间有一基本恒定厚度的腔体。

12．根据上述权利要求1～11中任意一项所述的爆炸流罩，其特征在于其中连接机构包括至少一个将内罩、外罩连接起来的法兰。

13．根据上述权利要求12中所述的爆炸流罩，其特征在于它包括法兰盘上的排水孔。

14．根据上述权利要求1～13中任意一项所述的爆炸流罩，其特征在于其中有孔内罩有近20％的表面积上开有通孔。

15．一个抑制爆炸驱动的向上运动的水一气流的爆炸流罩，其特征在于它包括有：

一个有敞开的底端并有同轴心的内外罩的罩体，其中内罩具有穿通孔，而外罩基本是不渗透的；

一个用于从爆炸流罩中排出气体的排气筒；

一个折射器，它处于内罩内部，安装在排气筒的内部端头上的，它有一个向下指向水一气流的顶并具有用于放射状地分散水一气流的机构；

其中，爆炸流中的气体比水更易于迅速地通过内罩排出。

16．根据权利要求15中所述的爆炸流罩，其特征在于其中折射器是有孔的。

17．根据权利要求15或16中所述的爆炸流罩，其特征在于其中排气筒是至少部分有孔的。

18．根据权利要求15～17中任意一项所述的爆炸流罩，其特征在于其中排气筒有一个盖着盖的上端，该上端和盖之间有一狭缝，用于从水抑制器通过排气筒排出气体。

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