CN204142497U - 一种气液两相混合射流反推力测试试验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气液两相混合射流反推力测试试验台，所述的试验台包括底座，底座上固定有水箱和转轴支架，在水箱和转轴支架之间设置有杠杆方管，固定于转轴支架上的传感器，杠杆方管的底部设置喷嘴和吸入口，在水箱上与喷嘴相对应位置处设置透明亚克力管。本实用新型所公开的气液两相混合射流反推力测试试验台，杠杆方管可绕转轴转动，因此喷嘴的喷射推力和/或吸入口的吸入推力可经杠杆方管放大传递至传感器，从而实现间接测量喷射推力和/或吸入口的吸入推力的效果。经杠杆方管等比例放大后测得喷射推力和吸入口的吸入推力，有助于提高测量精度；间接测量可以避免摩擦力矩等干扰因素的影响，有助于提高测量结果的准确度。

Description

一种气液两相混合射流反推力测试试验台

技术领域

本实用新型涉及反推力测试设备领域，具体的说涉及该领域中的一种气液两相混合射流反推力测试试验台。 

背景技术

水下气液两相喷射推进技术以高压气体为动力源，利用气液两相混合物作为工作介质，与水下喷气推进技术相比，水下气液两相喷射推进技术降低了工作介质的喷射速度，具有较大的推力和推进效率，可应用于一般高速、高性能舰船。目前对于气液两相流喷射推进的理论研究已经取得一定成果，但缺乏相应的实验验证。其中测量喷射推力是检验喷射推进技术的重要指标之一。 

在现有的水下喷射推力测量实验台中主要是利用传感器直接测量喷射推力的大小，由于试验阶段的功率和场地的限制，其喷射推进系统的功率都比较小，另外由于外接高压水管等管路的干扰力和摩擦力等因素的影响，使得测量结果与实际值存在一定误差。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种利用杠杆原理间接测量水下喷射推力的气液两相混合射流反推力测试试验台。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案： 

一种气液两相混合射流反推力测试试验台，其改进之处在于：所述的试验台包括底座，底座上固定有水箱和转轴支架，在水箱和转轴支架之间设置有杠杆方管，固定于转轴支架上的传感器与杠杆方管的顶部挤压接触，杠杆方管的顶部通过转轴与转轴支架活动连接，底部设置喷嘴和吸入口，在水箱上与喷嘴相对应位置处设置透明亚克力管，该透明亚克力管远离水箱的一端通过回水管与水箱相连接；所述的转轴内设置相通的高压水芯和高压水通道、相通的高压气芯和高压气体通道、相通的吸入水芯和正排量泵吸入水流通道，其中高压水芯和高压气芯可与喷嘴相通，吸入水芯可与吸入口相通，并且高压水芯、高压气芯和吸入水芯可相对于与之相通的通道转动，而相对于转轴静止。 

在一个优选的实施例中，所述的水箱由一块底端开孔的隔板隔成两个水室，水箱底端设置放水开关，距水箱上边缘1/5处设置溢流管接头。 

在一个优选的实施例中，所述的透明亚克力管通过法兰加垫片与水箱连接，所述的回水管远离水箱端高于近水箱端。 

在一个优选的实施例中，所述的转轴通过转轴管底座与转轴支架活动连接；传感器支架安装在转轴支架上，传感器支架上设置定位螺帽以及穿过定位螺帽的螺栓，在螺栓位于定位螺帽和杠杆方管之间的一端安装传感器，传感器与杠杆方管相对的端部设置圆头顶针，另一端安装锁紧螺母，通过改变定位螺帽的位置可以调整传感器在竖直方向的位置，通过调节螺栓可以调整传感器在水平方向的位置。 

在一个优选的实施例中，所述的转轴包括轴承端盖、转轴筒和转轴管，轴承端盖和转轴筒之间通过轴承座相连接，转轴管和轴承座之间通过深沟球轴承相连接；所述的转轴管内设置高压水通道、高压气体通道和正排量泵吸入水流通道；所述的转轴筒内设置高压水芯、高压气芯和吸入水芯。 

进一步的，所述的高压水芯、高压气芯、吸入水芯同转轴管之间使用轴用格莱圈密封，同转轴筒之间使用O型圈密封。 

进一步的，在转轴管和深沟球轴承之间还设置卡簧；加工高压气体通道时产生的工艺孔由机米螺钉堵塞；高压水通道的入水端焊接外螺纹高压管。 

进一步的，所述的高压气体通道通过气动快换接头与外接高压气管连接；所述的正排量泵吸入水流通道通过卡箍与外接水管连接。 

在一个优选的实施例中，所述的喷嘴包括一级喷嘴和二级喷嘴，其中一级喷嘴由喷嘴基座经螺栓固定压紧在管道基座上，管道基座上开有与一级喷嘴相通的孔；二级喷嘴由喷嘴端盖经螺纹连接压紧在喷嘴基座上，喷嘴基座上开有与二级喷嘴相通的孔。 

进一步的，所述的吸入口由紧固螺母直接固定在管道基座上，管道基座上开有与吸入口相通的孔。 

本实用新型的有益效果是： 

本实用新型所公开的气液两相混合射流反推力测试试验台，杠杆方管可绕转轴转动，因此喷嘴的喷射推力和/或吸入口的吸入推力可经杠杆方管放大传递至传感器，从而实现间接测量喷射推力和/或吸入口的吸入推力的效果。经杠杆方管等比例放大后测得喷射推力和吸入口的吸入推力，有助于提高测量精度；间接测量可以避免摩擦力矩等干扰因素的影响，有助于提高测量结果的准确度。 

水箱由一块底端开孔的隔板隔成两个水室，防止回水水流对试验喷嘴造成影响；水箱底端设置放水开关，便于试验结束后排净水箱内的水；距水箱上边缘1/5处设置溢流管接头，用于溢流多余水。 

所述的回水管远离水箱端高于近水箱端，以便在试验结束后更加彻底的排净实验系统内 的水。 

所述的转轴管内设置高压水通道、高压气体通道和正排量泵吸入水流通道，各通道分体式设计可以避免管路的应力对测量结果的影响。 

高压水通道的入水端焊接外螺纹高压管用于与高压水泵连接，引导高压水，可以避免在转轴管上加工细长孔。 

喷嘴包括一级喷嘴和二级喷嘴，可分别连接高压水芯和/或高压气芯，以便分别测量水下喷水推力、喷气推力、气液两相喷射推力、不同喷射方式喷射所产生的推力以及正排量泵的吸入推力，检验水下气液两相流喷射推进技术的相关研究成果，比较不同喷嘴、吸入口及不同喷射方式的优劣情况，为进一步研究水下气液两相流喷射推进技术提供参考依据。 

附图说明

图1是本实用新型所公开的反推力测试试验台的工作原理图； 

图2是本实用新型实施例1所公开的反推力测试试验台的整体结构示意图； 

图3是本实用新型实施例1所公开的反推力测试试验台的传感器部分结构示意图； 

图4是本实用新型实施例1所公开的反推力测试试验台的转轴部分结构示意图； 

图5是本实用新型实施例1所公开的反推力测试试验台的喷嘴部分结构示意图。 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

如图1所示，本实用新型所公开的气液两相混合射流反推力测试试验台的工作原理为： 

试验台采用杠杆原理，根据公式：L1·F1＝L2·F2，将喷射推力F2放大后由传感器测量。 

试验分为两步： 

第一步，长臂端施加一系列已知力F2，短臂端获得相对于F1的数据，建立数据对照库； 

第二步，进行喷射推进实验，获得测量数据F1，对照第一步建立的数据库得到长臂端实际喷射推力。 

实施例1，如图2所示，本实施例公开了一种气液两相混合射流反推力测试试验台，所述的试验台包括底座210，底座上固定有水箱21和转轴支架22，在水箱21和转轴支架22之间设置有杠杆方管25，固定干转轴支架22上的传感器27与杠杆方管25的顶部挤压接触，杠杆方管的顶部通过转轴26与转轴支架22活动连接，底部设置喷嘴24和吸入口23，在水箱上与喷嘴相对应位置处设置透明亚克力管28，该透明亚克力管远离水箱的一端通过回水管 29与水箱相连接；所述的转轴内设置相通的高压水芯和高压水通道、相通的高压气芯和高压气体通道、相通的吸入水芯和正排量泵吸入水流通道，其中高压水芯和高压气芯可与喷嘴相通，吸入水芯可与吸入口相通，并且高压水芯、高压气芯和吸入水芯可相对于与之相通的通道转动，而相对于转轴静止。 

其中，试验台主体总体长2.5米，宽0.5米，高1.2米。转轴支架由40x40x40铝型材组装而成，各段之间由角接件连接，便于整体尺寸根据试验需要调整。杠杆方管由方铝管加工而成，除去多余部分可尽量减轻试验台总体质量。所述的水箱由一块底端开孔的隔板隔成两个水室，水箱底端设置放水开关，距水箱上边缘1/5处设置溢流管接头。所述的透明亚克力管通过法兰加垫片与水箱连接，所述的回水管远离水箱端高于近水箱端。 

其中，反推力测试试验台的传感器部分结构示意图如图3所示，所述的转轴通过转轴管底座31与转轴支架活动连接；传感器支架32安装在转轴支架上，传感器支架32上设置定位螺帽33以及穿过定位螺帽33的细牙内六角螺栓34，在细牙内六角螺栓34位于定位螺帽33和杠杆方管之间的一端安装拉压力传感器27，拉压力传感器27与杠杆方管相对的端部设置圆头顶针36，另一端安装锁紧螺母35，通过改变定位螺帽33的位置可以调整拉压力传感器27在竖直方向的位置，通过调节细牙内六角螺栓34可以调整拉压力传感器27在水平方向的位置。在试验时圆头顶针36与杠杆方管25挤压接触，以便传递经杠杆放大后的喷射推力，通过细牙内六角螺栓34可以调节拉压力传感器27的预紧力。调节好拉压力传感器27在水平方向的位置后可通过锁紧螺母35锁紧细牙内六角螺栓34位置，防止拉压力传感器27位移变化影响数据测量的准确性。杠杆方管与转轴上的法兰边通过螺栓连接，保证杠杆方管与转轴相对静止从而顺利传递被放大的喷射推力。 

其中，反推力测试试验台的转轴部分结构示意图如图4所示，所述的转轴包括轴承端盖41、转轴筒410和转轴管42，轴承端盖41和转轴筒410之间通过轴承座44相连接，转轴管42和轴承座44之间通过深沟球轴承43相连接；所述的转轴管42内设置高压水通道C、高压气体通道B和正排量泵吸入水流通道A；所述的转轴筒410内设置高压水芯c、高压气芯b、吸入水芯a。 

所述的高压水芯c、高压气芯b、吸入水芯a同转轴管42之间可转动，因此使用4个轴用格莱圈45密封，同转轴筒之间相对静止，因此使用4个O型圈46密封。 

在转轴管42和深沟球轴承43之间还设置卡簧411；加工高压气体通道B时产生的工艺孔由机米螺钉412堵塞；高压水通道C的入水端焊接外螺纹高压管413。 

所述的高压气体通道B通过气动快换接头与外接高压气管连接；所述的正排量泵吸入水 流通道A通过卡箍与外接水管连接。 

试验时转轴管42通过转轴管底座固定在转轴支架上，通过两个深沟球轴承43将转轴其他零部件支撑在转轴管上。轴承座44另外还有密封圈端盖和连接法兰的功能，为了减少零部件数目，增加结构的紧凑性，故将其设计成一个零件。根据深沟球轴承43安装的结构特点，此处采用固定两个轴承的外圈和一个轴承的内圈。另一轴承内圈不约束，以防止转轴管和其他零部件因温度变化导致的热胀冷缩不一致而产生应力，增大转轴摩擦力矩。 

在试验过程中，低压水由吸入口进入，经吸入水芯a上的接口进入正排量泵吸入水流通道A后，再经外接水管流入正排量泵吸入口。 

低压水通过高压水泵加压后变为高压水，高压水经外螺纹高压管进入高压水通道C，最后经高压水芯c进入喷嘴，与经高压气体通道B和高压气芯b进入喷嘴的高压气体混合喷射。 

其中，反推力测试试验台的喷嘴部分结构示意图如图5所示，所述的喷嘴包括一级喷嘴54和二级喷嘴52，其中一级喷嘴54由喷嘴基座53经螺栓固定压紧在管道基座55上，管道基座55上开有与一级喷嘴54相通的孔；二级喷嘴52由喷嘴端盖51经螺纹连接压紧在喷嘴基座53上，喷嘴基座53上开有与二级喷嘴52相通的孔。所述的吸入口23由紧固螺母57直接固定在管道基座55上，管道基座55上开有与吸入口23相通的孔。根据试验需求的不同，一级喷嘴54和二级喷嘴52可分别与高压水芯c和高压气芯b相通。 

在使用本实施例所公开的反推力测试试验台进行试验的过程中，水箱中水位液面高于喷嘴一定高度以保证水下喷射环境。实验装置中的高压水泵要低于水箱内的液面以保证泵进水口的充分吸入。调节两拉压力传感器处的细牙内六角螺栓使其示数与采集原始数据时的初始值相同。 

分别将高压水通道C接高压水泵出水口，高压气体通道B接高压气泵，吸入口接吸入水芯a，正排量泵吸入水流通道A接正排量泵吸入口。启动高压水泵与高压气泵。向喷嘴中同时加入高压水与高压气体，在喷嘴中混合成为高压气液两相流并经喷嘴喷出，产生喷射推力和吸入推力。待拉压力传感器受力稳定后，记录下此时短力臂端的受力情况并转换为所受合力F_台，应用相应软件，对照原始数据中的F_合-F_c坐标图，即可得出此时喷嘴端由于喷射推力和吸入推力共同产生的综合推力数值。 

试验台可测量仅吸入口吸入推力、单独喷水时的喷射推力、单独喷气时的喷射推力、双动力源气液两相流喷射推力。其中双动力源水下气液两相喷射推进又可分为一级喷嘴喷水式和一级喷嘴喷气式。一级喷嘴喷水式即从喷嘴中心喷水，环周喷气。一级喷嘴喷气式即从喷 嘴中心喷气，环周喷水。 

试验台经微小改变后可进行如下具体试验： 

试验一：进行单动力源水下喷水推进力测量时，需将转轴筒上高压气芯b和吸入水芯a堵上，高压水芯c接一级喷嘴入口，高压水泵入口直接接入水箱。 

试验二：进行单动力源下喷气推进力测量时，需将转轴筒上高压水芯c和吸入水芯a堵上，高压气芯b接一级喷嘴入口，高压水泵入口直接接入水箱。 

试验三：进行吸入口吸入推力测量时，需将转轴筒上高压水芯c和高压气芯b堵上，转轴筒上吸入水芯a接吸入口。 

试验四：进行双动力源水下气液两相喷水推进力——一级喷嘴喷水测量时，需将转轴筒上吸入水芯a堵上，高压水芯c接一级喷嘴入口，高压气芯b接二级喷嘴入口，高压水泵入口直接接入水箱。 

实验五：进行双动力源水下气液两相喷水推进力——一级喷嘴喷气测量时，需将转轴筒上吸入水芯a堵上，高压气芯b接一级喷嘴入口，高压水芯c接二级喷嘴入口，高压水泵入口直接接入水箱。 

实验六：进行吸入推力与双动力源水下气液两相喷水推进力合力测量时，需要在实验四或实验五的基础上将转轴筒上吸入水芯a接吸入口，正排量泵吸入口接正排量泵吸入水流通道A。 

在上述实验中，待拉压力传感器受力稳定后，记录下此时短力臂端的受力情况，应用相应软件，对照原始数据中的F_合-F_c坐标图，即可得出此时喷嘴端产生的相应推力值。 

Claims (10)

1.一种气液两相混合射流反推力测试试验台，其特征在于：所述的试验台包括底座，底座上固定有水箱和转轴支架，在水箱和转轴支架之间设置有杠杆方管，固定于转轴支架上的传感器与杠杆方管的顶部挤压接触，杠杆方管的顶部通过转轴与转轴支架活动连接，底部设置喷嘴和吸入口，在水箱上与喷嘴相对应位置处设置透明亚克力管，该透明亚克力管远离水箱的一端通过回水管与水箱相连接；所述的转轴内设置相通的高压水芯和高压水通道、相通的高压气芯和高压气体通道、相通的吸入水芯和正排量泵吸入水流通道，其中高压水芯和高压气芯可与喷嘴相通，吸入水芯可与吸入口相通，并且高压水芯、高压气芯和吸入水芯可相对于与之相通的通道转动，而相对于转轴静止。 

2.根据权利要求1所述的气液两相混合射流反推力测试试验台，其特征在于：所述的水箱由一块底端开孔的隔板隔成两个水室，水箱底端设置放水开关，距水箱上边缘1/5处设置溢流管接头。 

3.根据权利要求1所述的气液两相混合射流反推力测试试验台，其特征在于：所述的透明亚克力管通过法兰加垫片与水箱连接，所述的回水管远离水箱端高于近水箱端。 

4.根据权利要求1所述的气液两相混合射流反推力测试试验台，其特征在于：所述的转轴通过转轴管底座与转轴支架活动连接；传感器支架安装在转轴支架上，传感器支架上设置定位螺帽以及穿过定位螺帽的螺栓，在螺栓位于定位螺帽和杠杆方管之间的一端安装传感器，传感器与杠杆方管相对的端部设置圆头顶针，另一端安装锁紧螺母，通过改变定位螺帽的位置可以调整传感器在竖直方向的位置，通过调节螺栓可以调整传感器在水平方向的位置。 

5.根据权利要求1所述的气液两相混合射流反推力测试试验台，其特征在于：所述的转轴包括轴承端盖、转轴筒和转轴管，轴承端盖和转轴筒之间通过轴承座相连接，转轴管和轴承座之间通过深沟球轴承相连接；所述的转轴管内设置高压水通道、高压气体通道和正排量泵吸入水流通道；所述的转轴筒内设置高压水芯、高压气芯和吸入水芯。 

6.根据权利要求5所述的气液两相混合射流反推力测试试验台，其特征在于：所述的高压水芯、高压气芯、吸入水芯同转轴管之间使用轴用格莱圈密封，同转轴筒之间使用O型圈密封。 

7.根据权利要求6所述的气液两相混合射流反推力测试试验台，其特征在于：在转轴管和深沟球轴承之间还设置卡簧；加工高压气体通道时产生的工艺孔由机米螺钉堵塞；高压水通道的入水端焊接外螺纹高压管。 

8.根据权利要求7所述的气液两相混合射流反推力测试试验台，其特征在于：所述的高压气体通道通过气动快换接头与外接高压气管连接；所述的正排量泵吸入水流通道通过卡箍 与外接水管连接。 

9.根据权利要求1所述的气液两相混合射流反推力测试试验台，其特征在于：所述的喷嘴包括一级喷嘴和二级喷嘴，其中一级喷嘴由喷嘴基座经螺栓固定压紧在管道基座上，管道基座上开有与一级喷嘴相通的孔；二级喷嘴由喷嘴端盖经螺纹连接压紧在喷嘴基座上，喷嘴基座上开有与二级喷嘴相通的孔。 

10.根据权利要求9所述的气液两相混合射流反推力测试试验台，其特征在于：所述的吸入口由紧固螺母直接固定在管道基座上，管道基座上开有与吸入口相通的孔。