一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪制造技术

本发明专利技术属于船舶与海洋工程实验领域，具体涉及一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪。本发明专利技术采用气推式水射流产生方式，可以产生间断式的高速水射流满足实验要求，并且相对于传统高速水射流装置，气推式方法压缩气体而非液体，加压所需的能量较低，安全性也有所提高。枪头前段的储水缸部分结构采用锥型结构设计，可以使水射流的能量损失较小并对水射流进行加速，相对于传统结构可以达到更高的水射流速度。本发明专利技术有效的实现了高速水射流的释放，操作安全方便，构造简单可靠，可应用于高速水射流破冰的流固耦合实验研究。

A high speed water jet gun for ice breaking experiment with high speed water jet

【技术实现步骤摘要】
一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪
本专利技术属于船舶与海洋工程实验领域，具体涉及一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪。
技术介绍
冰的力学变形机理以及其结构相互作用力问题的研究是力学领域内研究的重要课题。随着寒冷地带海洋石油资源的开发以及北极航道的顺利开通，新型高效的破冰方式越来越受到工程界的关注。极地航行以及疏通河道，清理冰凌过程中，目前较为主流的破冰方式包括爆炸破冰，机械破冰等，爆炸式破冰主要依靠人工在水面及水下投掷炸药包或炸药包群对于冰面进行爆破，对于海洋生物的生存环境以及生态环境产生巨大影响，机械式破冰主要通过机械切割，破冰船冲撞，挤压方法进行破冰，破冰效率较低对于船体本身的结构要求较高。水射流技术作为一种新技术，具有成本低、效率高、环保等优点，目前已被广泛应用于石油天然气勘探开发、超高压水射流钻井、钢材除锈、水力喷射分段压裂、高速水射流清洗等多种实际工况，在极地航行以及河流破冰过程中，水资源可以随时进行补充并且安全环保。高速水射流产生瞬间形成的冲击波作用于冰面可以引起冰板的变形和破坏，并且水射流可以直接冲击冰面对冰面造成弯曲破坏，水射流形成的滞后流还可以对碎冰进行清理和二次破损。由此可见，水射流技术可以作为一种新型的破冰方式，对于水射流破冰技术和破坏机理的研究十分重要。在现有对高速水射流的生成方法中，尚未出现采用气推式方法产生高速水射流的装置，以申请号为201930011282.9的专利技术专利高压水枪(AG1575)以及申请号为201820646687.X的专利技术专利一种手持直流高压水枪为例，均采用高压水泵对水进行压缩，从而通过管道产生高速水射流，同等情况下能源的消耗量较大，高压水泵体积质量较大，装置整体笨重。气推式水射流装置采用高压气体助推，可实现水射流的间断式工作过程，同时对于水射流和冰耦合的机理试验来说，与实验装置的匹配程度较高，安全性有所提高。在现有的水射流应用领域中，尚未出现采用水射流与冰进行耦合作用的实验装置。以申请号为CN201710461411.4的专利技术专利“一种纺织设备用高速水射流清洗装置及使用方法”为例，主要研究高速水射流对结构和材料的清洗作用，类似的作用还有采用高速水射流装置进行钢板除锈，打磨等。另外以申请号为201810025007.3的专利技术专利“基于高速水射流技术的盐岩底层钻井和开槽方法”为例，主要研究高速水射流对于岩石结构的作用，应用领域为岩石煤矿开采和工程钻井，高速水射流产生瞬间形成的冲击波作用于冰面可以引起冰板的变形和破坏，并且水射流可以直接冲击冰面对冰面造成弯曲破坏，水射流形成的滞后流还可以对碎冰进行清理和二次破损，可作为一种新型的破冰方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供采用高压气体助推，实现水射流的间断式工作过程的一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：包括枪身和枪头，枪头的末端与枪身的首端连接；所述的枪头的首端安装有喷嘴，枪头与枪身交界面处设有喷气口；所述的枪头上设有进水口，枪头内部设有水缸活塞；所述的枪身上设有进气口，枪身内部设有气缸活塞；所述的气缸活塞通过复位弹簧与枪身末端连接；所述的喷气口处设置有电磁活塞；所述的电磁活塞与电磁制动杆连接；所述的电磁制动杆穿过气缸活塞与电磁阀装置连接；所述的枪头上设有储水缸活塞限位点；所述的枪身上设有气缸活塞限位点。本专利技术还可以包括：所述的喷嘴内侧为瓣状喷口，外侧为张紧圈。所述的枪头首段部分为锥型结构，且锥型结构的长度与直径的比值范围在1/20到1/5之间。所述的储水缸活塞限位点的位置可调。所述的气缸活塞限位点的位置可调。本专利技术的有益效果在于：本专利技术属于船舶与海洋工程实验领域，具体涉及一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪。本专利技术采用气推式水射流产生方式，可以产生间断式的高速水射流满足实验要求，并且相对于传统高速水射流装置，气推式方法压缩气体而非液体，加压所需的能量较低，安全性也有所提高。枪头前段的储水缸部分结构采用锥型结构设计，可以使水射流的能量损失较小并对水射流进行加速，相对于传统结构可以达到更高的水射流速度。本专利技术有效的实现了高速水射流的释放，操作安全方便，构造简单可靠，可应用于高速水射流破冰的流固耦合实验研究。附图说明图1为一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪初始状态的结构示意图。图2为一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪工作状态的结构示意图。图3为一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪的喷嘴部分局部放大图。图4为应用本专利技术的一种用于高速水射流破冰实验的实验装置的整体结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术提供了一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪。本专利技术有效的实现了高速水射流的释放，操作安全方便，构造简单可靠，主要应用于高速水射流破冰的流固耦合实验研究。一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪，包括喷嘴1、储水缸2、气缸8和电磁阀装置13四部分组成，喷嘴1和装置主体之间以螺纹连接，喷嘴由张紧圈16、瓣状喷口17和水射流出口18构成；其中储水缸8用于储存实验所需的高速水射流，其由进水口3、储水缸调节阀4和水缸挡板5组成，气缸8用于储存实验所需的高压气体，由进气口7、压力表9、气缸挡板10和气缸调节阀11组成；电磁装置13用于控制气缸内气体的释放，其外壳结构为耐压材质15，由电磁活塞6、复位弹簧14组成。所述的喷嘴1带有螺纹，用于其和装置主体相连，由圆周到圆心依次为为张紧圈16、瓣状喷口17和水射流出口18，通过对于张紧圈16的控制可对水射流直径，水射流的形态柱状水射流、雾状水射流进行调节。所述的储水缸2侧边安装有进水口3用于输送水，同时储水缸2的容积可以由内部一水缸挡板5和储水缸调节阀4进行调节。所述的气缸8侧边安装有进气口7用于输送气体，同时气缸8的容积可以由气缸挡板10和气缸调节阀11进行调节，且气缸8内气体压强可以由压力表9读得。储水缸采用锥型结构设计，可以使水射流的能量损失较小并对水射流进行加速，相对于传统结构可以达到更高的水射流速度，锥型结构的长度与直径的比值范围在1/20到1/5之间。所述的电磁阀装置13的外壳15由耐压材料制成，其在内部的两侧面装有复位弹簧14用于在实验中复位气缸挡板10，并对气体产生助推作用，电磁阀装置13带动电磁制动杆12进而控制电磁活塞6的状态，达到高压气体快速释放的效果。当实验开始后，首先通过进水口3往已经设定好容积的储水缸2中输送水，并且通过进气口7往已经设定好容积的气缸8中输送预定压力的高压气体，并且通过压力表9检验气体压强是否满足实验要求，随后启动电磁阀装置13，电磁活塞6在电磁制动杆12作用下向左运动，带动高压气体从气缸8向储水缸2中水缸挡板5和气缸8产生的隔绝室迅速运动，高压气体推动位于储水缸2中的水缸挡板5，水缸挡板5压缩储水缸2中的水，水通过挤压从喷嘴1喷射而出，储水缸2的锥型结构可以使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪，包括枪身和枪头，枪头的末端与枪身的首端连接；其特征在于：所述的枪头的首端安装有喷嘴，枪头与枪身交界面处设有喷气口；所述的枪头上设有进水口，枪头内部设有水缸活塞；所述的枪身上设有进气口，枪身内部设有气缸活塞；所述的气缸活塞通过复位弹簧与枪身末端连接；所述的喷气口处设置有电磁活塞；所述的电磁活塞与电磁制动杆连接；所述的电磁制动杆穿过气缸活塞与电磁阀装置连接；所述的枪头上设有储水缸活塞限位点；所述的枪身上设有气缸活塞限位点。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪，包括枪身和枪头，枪头的末端与枪身的首端连接；其特征在于：所述的枪头的首端安装有喷嘴，枪头与枪身交界面处设有喷气口；所述的枪头上设有进水口，枪头内部设有水缸活塞；所述的枪身上设有进气口，枪身内部设有气缸活塞；所述的气缸活塞通过复位弹簧与枪身末端连接；所述的喷气口处设置有电磁活塞；所述的电磁活塞与电磁制动杆连接；所述的电磁制动杆穿过气缸活塞与电磁阀装置连接；所述的枪头上设有储水缸活塞限位点；所述的枪身上设有气缸活塞限位点。


2.根据权利要求1所述的一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪，其特征在于：所述的喷嘴内侧为瓣状喷口，外侧为张紧圈。


3.根据权利要求1或2所述的一种用于高速水射流破冰实验的高速水射流枪，其特征在于：所述的枪头首段部分为锥型结构，且锥型结构的长度与直径的比值范围在1/20到1/5之间。

【专利技术属性】
技术研发人员：倪宝玉，袁广宇，王赢旋，武奇刚，黄其，狄少丞，鞠磊，鲁阳，薛彦卓，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23