一種高頻無泵式高壓脈沖水炮及射流發生方法
【專利說明】一種高頻無泵式高壓脈沖水炮及射流發生方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及水射流技術領域，具體的說是一種高頻無栗式高壓脈沖水炮及射流發生方法。
【背景技術】
[0003]水炮是一種通過能量轉換將一定量的水從管口高速噴出的裝置，主要應于消防領域，且水炮作為一種非殺傷性武器，在海上執法、維穩防暴等領域也得到了廣泛使用。目前正在使用的水炮主要為連續射流水炮，這種水炮一般通過離心栗或柱塞栗給水加壓，進而將水的壓能轉化為水的動能，并由炮口射出。為了增強水炮的打擊效果并提升其工作效率，已有不少方法對水炮的結構和系統進行改進。如公布號為CN10440147的專利公開了一種船舶用水炮，可使炮管360°旋轉且上下可調；公布號為CN104941095 A的專利公開了一種遠射程直流式消防水炮消旋裝置及加工工藝，用于顯著提高水炮的射程；公布號為CN102872561 A的專利公開了一種拖車移動式消防水炮，用于提高水炮的機動性。然而這些改進仍然是針對于連續射流型水炮，且無一例外的需要用大功率電機作為動力源，并用高壓栗作為能量轉換裝置將水高速射出。此外，大多發明多是針對消防水炮和船舶水炮，主要用于滅火或海上執法。
[0004]眾所周知，脈沖水射流由于可以充分利用“水錘”壓力，具有遠遠優于連續射流的打擊力和破壞效果。因而脈沖水炮除了可應用與消防以外，還可以應用與礦山開采，硬巖破碎、隧道等領域。然而，目前關于脈沖水炮的研究很少。公告號為CN 102908737 B的專利公開了一種超遠程高壓脈沖水炮，此裝置不需高壓栗，通過壓力繼電器控制蓄能器的開閉控制高能氣體對一定量的水做功，形成脈沖射流。但這種水炮的發射頻率很低，因為蓄能器需要存儲很長時間的壓縮空氣才能達到將水遠程射出的效果，并且在水炮流量較大時，此裝置可能無法工作。公告號為CN 103638622 B的專利公開了一種高壓氣體脈沖水炮裝置，通過儲氣罐中的高壓氣體對一定量的水進行做功，從而將其由炮管噴出。此裝置中工也無高壓栗或電動機，但用高壓氣體來做功，儲氣罐中的氣體消耗較快，且此水炮僅能水平發射，因而使用效果不好。
[0005]目前，還沒有一種結構簡單、操作方便、使用維護成本低，且能產生有效脈沖射流的水炮。
【發明內容】
[0006]本發明是針對目前市面上還沒有一種有效的高壓脈沖水炮這一現狀，借鑒發動機的工作原理，提出了一種高頻無栗式高壓脈沖水炮及發生方法，通過多個動力裝置有序且連續的工作，將一定量的水從炮口以較高的頻率射出，從而大大增強了水炮的使用效果，并擴大了水炮的應用領域，具有廣闊的應用前景。
[0007]一種高頻無栗式高壓脈沖水炮，其特征在于，包括小車、設置在小車上的炮臺、通過一支撐軸架設在炮臺上并能夠在炮臺上周向360°旋轉并可繞軸上下調節炮口的方向的炮管、設置在炮臺后方的水箱、以及通過管道分別與炮管和水箱連接的并固定在支座上的動力裝置，所述動力裝置能夠將水箱的儲水以高壓的形式經動力裝置后由炮管的高壓水進口進入后從炮管噴口噴出；所述動力裝置包括一個能夠儲水的下缸體以及一個用于油氣混合后燃燒產生推力的具有一個燃燒腔的上缸體，下缸體和上缸體首尾連接固定，內部的連接處通過一封堵在連接處的底座連接固定；上缸體上設有噴油器、火花塞、通氣孔；所述噴油器和火花塞與氣燃油系統連接，通氣孔與鼓風系統連接；上缸體內設有一個主動活塞，且通過一個傳動桿穿過底座后與設置在下缸體內的被動活塞連接；炮管中空，一端開口，另一端設有錐直形流道，且開口的一端由端蓋封閉，端蓋和錐直形流道的進口之間設有一個能夠往復運動并能夠將高壓水實時釋放后經錐直形流道射出的開閉機構；所述動力裝置、氣燃油系統以及鼓風系統均通過控制器控制。
[0008]在上述的一種高頻無栗式高壓脈沖水炮，所述上缸體和下缸體均具有凸緣，通過螺栓連接，并將底座夾緊固定，噴油器、火花塞和通氣孔設置在上缸體的封閉端面上；
在上述的一種高頻無栗式高壓脈沖水炮，所述上缸體外圓柱面上沿平行于軸線一上一下對稱設置有兩個矩形槽，且在槽的外部設有兩個液壓桿；所述傳動桿一端與主動活塞剛性連接，另一端穿過底座與被動活塞剛性連接，底座內設置有密封環并與傳動桿緊密接觸，防止在傳動桿運動時壓力水進入上缸體的空腔；所述連桿穿過傳動桿，且兩端分別與兩個液壓桿剛性連接；初始位置時連桿位于矩形槽的最左端，液壓腔內無壓力，且被動活塞與底座接觸。
[0009]在上述的一種高頻無栗式高壓脈沖水炮，所述開閉機構包括設置在端蓋和錐直形流道的進口之間的閥芯，所述閥芯為中空臺階圓柱體，包括依次連接的閥芯第一圓柱、閥芯第二圓柱以及閥芯第三圓柱；且閥芯第一圓柱、閥芯第二圓柱以及閥芯第三圓柱的直徑依次減小，閥芯一端開口，另一端封閉，靠近封閉端的外圓柱面上沿徑向均布有若干通孔；彈簧套在閥芯上，一端抵靠在閥芯第一圓柱端面，另一端抵靠在卡簧上，所述卡簧固定在炮管內靠近端蓋處，且兩端通過密封環密封固定；所述卡簧的高度大于或等于通孔的孔徑。
[0010]在上述的一種高頻無栗式高壓脈沖水炮，所述氣燃油系統包括一個油箱、油栗以及鼓風機，所述油箱經油栗后通過管道噴油器連接，鼓風系統包括一個鼓風機，所述鼓風機通過管道經閥門與通氣孔連接；
在上述的一種高頻無栗式高壓脈沖水炮，下缸體內設有出水孔和進水孔，水箱經一個進水單向閥連通進水孔，再由出水孔經另一出水單向閥后與炮管的高壓水進口連接。
[0011]在上述的一種高頻無栗式高壓脈沖水炮，所述動力裝置為兩個，分別與水箱、鼓風系統、氣燃油系統、以及炮管連接。
[0012]在上述的一種高頻無栗式高壓脈沖水炮，還包括一個設置在炮管3上的方向舵以及設置在方向舵后方的座椅。
[0013]—種高頻無栗式高壓脈沖水炮的射流發生方法，其特征在于包括:
步驟1、水箱向動力裝置中下缸體的空腔中供水，水由進水孔進入，并由出水孔經出水單向閥流入炮管閥芯左側的空腔中。由于此時水的壓力很小，彈簧不被壓縮，閥芯不移動，一定質量的水被封在下缸體的空腔、管道和炮管的左端空腔。
[0014]步驟2、打開闊門，啟動s支風機，并啟動油栗和嗔油器，向動力裝置中上缸體左立而的密閉空腔中同時噴入空氣和燃油。
[0015]步驟3、啟動火花塞。此時燃油被點燃并釋放出巨大的能量，推動主動活塞向右迅速移動，在傳動桿的作用下，被動活塞開始擠壓第一步中貯存的水做功。由于出水單向閥和進水單向閥的作用，受壓的水開始推動閥芯右移，彈簧被壓縮。隨后，壓力由水閥芯上的通孔進入炮管右側的錐直形流道并被加速，最后從炮管高速噴出，形成一次射流。
[0016]步驟4、開啟閥門。由于主動活塞的運動，導致連桿帶動液壓桿收縮。此時向液壓腔中充入液壓油，連桿開始伸長，并帶動連桿左移，從而導致傳動桿帶動主動活塞左移，并回到初始位置。在其中一個動力裝置恢復初始位置的同時，另一個動力裝置開始按照上述步驟工作，從而形成第二次射流。
[0017]步驟5、兩個動力裝置連續不斷重復上述步驟，從而形成高壓脈沖水射流。
[0018]本發明具有如下優點:通過燃油在動力裝置內的燃燒產生動力推動活塞做功，并配合閥芯的啟閉，將一定質量的水由炮管周期性射出，在不使用大功率電機和高壓水栗的條件下就能產生有效的脈沖水炮；此外，通過多個動力裝置的有序工作，使水炮的發生頻率大大提高，從而擴大了水炮的應用范圍并提高了水炮的工作效率和能量利用率。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明中高頻無栗式高壓脈沖水炮的結構示意圖；
圖2a為本發明一種高頻無栗式高壓脈沖水炮中動力裝置的立體結構示意圖；
圖2b為本發明一種高頻無栗式高壓脈沖水炮中動力裝置的主視結構示意圖；
圖3為本發明一種高頻無栗式高壓脈沖水炮中炮管的結構示意圖；
圖4a為本發明一種高頻無栗式高壓脈沖水炮的炮管中閥芯的主視結構示意圖；
圖4b為本發明一種高頻無栗式高壓脈沖水炮的炮管中閥芯的立體結構示意圖；
圖5為本發明一種高頻無栗式高壓脈沖水炮的工作原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明做進一步說明:
圖中，圖中1為小車、2為炮臺、3為炮管、4為動力裝置、5為支座、6為控制器、7為座椅、8為油箱、9為油栗、10為方向舵、11為水箱、12為噴油器、13為火花塞、14為通氣孔、15為上缸體、16為矩形槽、17為液壓桿、18為下缸體、19為閥門、20為主動活塞、21為傳動桿、22為連桿、23為液壓腔、24為底座、25為被動活塞、26為出水孔、27為進水孔、28為密封圈、29為端蓋、30為高壓水進口、31為閥芯、32為彈簧、33為密封環、34為卡簧、35為錐直形流道、36為閥芯第一圓柱、37為閥芯第二圓柱、38為閥芯第三圓柱、39為通孔、40為鼓風機、41為單向閥。
[0021]如圖1所示，一種高頻無栗式高壓脈沖水炮，由小車1、炮臺2、炮管3、動力裝置4、支座5、控制器6、座椅7、油箱8、油栗9、方向舵10、水箱11組成；所述小車1將其他所有裝置承載其上，所述方向舵10可以控制炮管3在炮臺2上360°旋轉，并可繞軸上下調節炮口的方向。
[0022]如圖2a和圖2b所示，動力裝置4主要由噴油器12、火花塞13、上缸體15、液壓桿17、下缸體18、主動活塞20、傳動桿21、連桿22、底座24、被動活塞25組成；
上缸體15和下缸體18均具有凸緣，通過螺栓連接，并將底座24夾緊固定，且上缸體15的封閉端面上設有噴油器12、火花塞13和通氣孔14 ;
上缸體15外圓柱面上沿平行于軸線一上一下對稱設置有兩個矩形槽16，且在槽的外部設有兩個液壓桿17 ;
傳動桿21 —端與主動活塞20剛性連接，另一端穿過底座24與被動活塞25剛性連接，底座24內