CN2605482Y - 气体激波发生装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种气体激波发生装置，包括整体活塞组、密封腔、密封储能腔、激波管、中隔板，整体活塞组的活塞具有不相等密封横截面积，整体活塞组的一个活塞在密封腔运动，中隔板分开密封腔与密封储能腔，整体活塞组的一个活塞可沿激波管运动，激波管在密封储能腔的一端，与密封储能腔相连。本实用新型在于提供一种以气体为工作介质的可用做锅炉吹灰、气体动力激波管、大冲击能量高声压级空气炮的激波发生装置，克服现有的激波产生方法和装置所存在的不足和局限并能安全有效的工作。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种气体激波发生装置，尤其是一种适用于锅炉吹灰器、气体动力激波管、大能量空气炮的气体激波发生装置。
背景技术：
现有的技术中，人工产生管内平面激波的方法有：爆轰燃烧法，可燃气体与助燃气体混合爆轰燃烧经冲击管生成；破膜法，高压气体冲破隔开高压室及低压室间的膜片，利用膜片瞬时破膜高压气体与低压气体突然接触后沿***冲击方向在低压气体段管内生成；活塞法，管内活塞突然向前加速运动在活塞运动方向前方管内生成。三种方法中爆轰燃烧法已经在一些领域中得到实际应用，如用于锅炉低温受热面吹灰，机场为保证飞机起降安全专用于轰鸟的气体炮等，由于采用的是可燃气体，存在着设备使用、维护安全性问题，例如用于锅炉受热面吹灰尽管效果明显，但只能用于锅炉烟气温度较低的尾部受热面吹灰，高温区段很难应用。破膜法则因破膜膜片为一次性使用品，且存在着不容易精确控制破膜压力，操作烦琐的问题，所以仅限于气体动力研究中的激波管实验用。活塞法则较难产生可用强度的激波，也仅限于实验室。
破膜法的关键在于隔开高、低压气体的膜片是在高压气体的作用下瞬时***开的，时间非常短，现在已经得到应用的气体炮所采用的快速阀装置，如柱塞式、膜片式快速阀，还很难实现接近破膜速度的开门效果，并产生可用强度的激波。
发明内容：
本实用新型的目的：在于提供一种以气体为工作介质的可用做锅炉吹灰、气体动力激波管、大冲击能量高声压级空气炮的激波发生装置，克服现有的激波产生方法和装置所存在的不足和局限并能安全有效的工作。
为达到本实用新型的目的，本实用新型的技术方案如下：
一种气体激波发生装置，包括整体活塞组、密封腔、密封储能腔、激波管、中隔板，整体活塞组的活塞具有不相等密封横截面积，整体活塞组的一个活塞在密封腔运动，中隔板分开密封腔与密封储能腔，整体活塞组的一个活塞可沿激波管运动，激波管在密封储能腔的一端，与密封储能腔相连。
本实用新型所述的整体活塞组包括活三个活塞，密封腔分为密封前腔、密封后腔，三个活塞具有不相等密封横截面积，其中一个活塞与另一个活塞的密封横截面积差值趋小，第三个活塞密封横截面积值趋大，第三个活塞与密封前腔、密封后腔连接，中隔板分开密封腔与密封储能腔，中隔板上开有冲击孔，其中一个活塞可沿激波管运动，激波管在密封储能腔的一端，与密封储能腔相连。
本实用新型所述的第三个活塞上固定连接缓冲柱塞，在密封前腔顶端固定连接缓冲室与缓冲柱塞配套，缓冲室上有缓冲节流孔。
本实用新型所述的整体活塞组的活塞与缓冲室组成一个整体。
本实用新型所述的活塞通过活塞杆联接，缓冲室置于密封储能腔内并与活塞杆轴连为一体，周向进气缝在缓冲室与激波管之间。
本实用新型所述的缓冲装置位于密封储能腔内。
本实用新型所述的活塞的密封可用锥面柱塞密封或者端面接触密封
可以通过优选活塞密封横截面积比例关系，精心设计活塞组重量，选取合适的一个活塞开门前运行段距离，在确定的气体工作压力前提下，可以精确地确定活塞的开门速度，可以将其速度设定在3m/s以上，可在几十微秒至一毫秒的时间范围内控制活塞的开启时间。由于活塞的开门速度非常高，为保证装置工作安全、可靠，均要设置类似由缓冲室、缓冲柱塞组成的缓冲装置。大多数气体包括水蒸汽均可用做工作气体。活塞的密封形式除常规的活塞密封形式外也可选择锥面活塞密封、端面接触式密封。
这种气体激波发生装置的特点是将高压气体的一部分能量转化为高、低压气体间活塞高速运动的动能，赋予活塞经过一段距离运动后以高速度，形成活塞的高速瞬时开门动作，使高、低压气体突然接触，形成初始压缩波，经一段距离后压缩波发展成激波。
附图及图面说明：
图1是气体激波发生装置原理图；
图2是一体化活塞式装置图；
图3是储气罐与密封储能腔一体式装置图。图中标记：1活塞 2活塞 3活塞 4激波管 5进气口 6进排气孔7泄流孔 8缓冲节流孔 9缓冲柱塞 10缓冲室 11密封储能腔12密封前腔 13中隔板 14密封后腔 15冲击孔 16活塞杆17活塞杆轴 18周向进气缝
具体实施方式：
实施例1：活塞1、活塞2、活塞3组成了不等密封横截面积的密封活塞组，活塞1隔开密封储能腔11与激波管4间的气体，活塞2隔开密封后腔14与密封储能腔11间的气体，活塞2的密封横截面积是指活塞2对储能腔11侧的密封横截面积，活塞3隔开密封前腔12与密封后腔14间的气体，其对应密封截面直径分别为D1、D2、D3，中隔板13及活塞3将装置分为密封前腔12、密封后腔14、密封储能腔11三个腔室，D3＞D2，D3-D2取很大，D2＞D1，D2-D1取很小。图1中所示的工作过程可分为三个阶段：复位段、储能段、高速冲击瞬时开门段。复位段：高压气体通过进排气孔6向密封前腔12充气，整体活塞组由左向右运动，活塞1进入激波管4，活塞1发挥密封作用，活塞2封住中隔板13的冲击孔15后，后腔14的余气从孔径很小的泄流孔7排出，缓冲节流孔8孔径很小，泄漏量极少。储能段：停止进排气孔6的充气，打开大口径进气口5联接的储气罐上的充气阀，向储气罐及密封储能腔11充气，充气完毕时：
π/4D3 2P12+Ff＞π/4(D2 2-D1 2)P11+π/4D1 2P4Ff为活塞刚开始启动瞬时密封件的摩擦力，P11为密封储能腔11的气体压力，P12为密封前腔12的气体压力，P4为激波管4内气体压力，此时P11≈P12，活塞1、活塞2、活塞3三个密封截面同时发挥密封作用，活塞组此时静止不动。
高速冲击瞬时开门段：打开连接在进排气孔6上的排气阀门，密封前腔12向外排气，P12下降：
π/4D3 2P12+Ff+≤π/4(D2 2-D1 2)P11+π/4D1 2P4此时，活塞组开始向左运动，活塞组开始运动前瞬时压力平衡等式为：
π/4D3 2Pb+Ff＝π/4(D2 2-D1 2)P11+π/4D1 2P4Pb为密封前腔排气至活塞组开始运动前瞬时密封前腔气体压力称其为活塞组启动背压，Ff、π/4D1 2P4值很小可忽略不计，则上式为：
π/4D3 2Pb＝π/4(D2 2-D1 2)P11由上式可以看出减小π/4(D2 2-D1 2)即活塞2与活塞1截面积差或增加π/4D3 2即活塞3截面积，均可减小Pb，Pb可以通过调节活塞1、活塞2、活塞3的密封横截面积关系进行精确控制。活塞2离开中隔板13上的冲击孔15密封面，密封后腔14与密封储能腔11间的密封解除后，密封储能腔11内的高压气体高速向密封后腔14充气，由于密封后腔14的容积很小，泄流孔7的直径也很小，活塞3、密封后腔14侧受到的作用力迅速从π/4(D2 2-D1 2)P11+π/4D1 2P4增加为π/4(D3 2-D1 2)P11+π/4D1 2P4，作用力增加的幅度非常高，表现为猛烈的冲击，在保证π/4(D2 2-D1 2)P11+π/4D1 2P4-π/4 D3 2Pb＞Ff使活塞组所受的作用力可以克服启动摩擦力Ff顺利启动的前提下，选取活塞组启动背压Pb接近大气压，使密封前腔12接近处于排空状态，同时尽量选取较大的活塞3横截面积，即较大的活塞3直径D3值，则活塞3两侧产生很大的压差力F，
F＝π/4〔(D3 2-D1 2)P11+D1 2P4-D3 2Pb〕由F-Fr＝ma，m为活塞组的总质量，活塞组随即产生很大的加速度a，经过一段行程s后，在活塞1离开激波管4管口瞬间，活塞组已获得很大的动能mv2，活塞1离开激波管4管口瞬间，获得极高的运动速度v，从而使活塞1瞬时开门，活塞1所承担的密封作用瞬时解除，使密封储能腔11内的高压气体与激波管4内的低压气体瞬间突然接触，形成***破膜般的效果，由初始压缩波经过一段距离后发展成相当强度的管内平面激波。
可以通过优选活塞1、活塞2、活塞3密封横截面积比例关系，精心设计活塞组重量，选取合适的活塞1开门前运行段距离，在确定的气体工作压力前提下，可以精确地确定活塞1的开门速度，可以将其速度设定在3m/s以上，可在几十微秒至一毫秒的时间范围内控制活塞1的开启时间。由于活塞1的开门速度非常高，为保证装置工作安全、可靠，均要设置类似由缓冲室10、缓冲柱塞9组成的缓冲装置。大多数气体包括水蒸汽均可用做工作气体。活塞2的密封形式除常规的活塞密封形式外也可选择锥面柱塞密封、端面接触式密封。
实施例2：图2所示的实施例中，活塞1、活塞2、活塞3与缓冲室10组成一个整体，活塞间无连接构件，外置式储气罐通过大口径进气口5与密封储能腔11部分相通、连接。当活塞组高速冲击，活塞1开门经一段距离后，缓冲柱塞9进入缓冲室10，缓冲柱塞9开有小直径的缓冲节流孔，活塞组经一段距离的缓冲作用后，冲击停止。
实施例3：图3所示的实施例中，储气罐与储能室11合为一体，活塞2、活塞3与活塞1通过活塞杆16联接，缓冲室10置于密封储能腔11内并与活塞杆轴17连为一体，周向进气缝18在缓冲室10与激波管4之间。
Claims (7)
1、一种气体激波发生装置，其特征在于：包括整体活塞组、密封腔、密封储能腔(11)、激波管(4)、中隔板(13)，整体活塞组的活塞具有不相等密封横截面积，整体活塞组的一个活塞在密封腔运动，中隔板(13)分开密封腔与密封储能腔(11)，整体活塞组的一个活塞可沿激波管(4)运动，激波管(4)在密封储能腔(11)的一端，与密封储能腔(11)相连。
2、如权利要求1所述的气体激波发生装置，其特征在于：所述的整体活塞组包括活塞(1)、活塞(2)、活塞(3)，密封腔分为密封前腔(12)、密封后腔(14)，活塞(1)、活塞(2)、活塞(3)具有不相等密封横截面积，活塞(2)与活塞(1)的密封横截面积差值趋小，活塞(3)密封横截面积值趋大，活塞(3)与密封前腔(12)、密封后腔(14)连接，中隔板(13)分开密封腔与密封储能腔(11)，中隔板(13)上开有冲击孔(15)，活塞(1)可沿激波管(4)运动，激波管(4)在密封储能腔(11)的一端，与密封储能腔(11)相连。
3、如权利要求1所述的气体激波发生装置，其特征在于：所述的活塞(3)上固定连接缓冲柱塞(9)，在密封前腔(12)顶端固定连接缓冲室(10)与缓冲柱塞(9)配套，缓冲室(10)上有缓冲节流孔(8)。
4、如权利要求1所述的气体激波发生装置，其特征在于：活塞(1)、活塞(2)、活塞(3)与缓冲室(10)可组成一个整体。
5、如权利要求1所述的气体激波发生装置，其特征在于：活塞(2)、活塞(3)与活塞(1)通过活塞杆(16)连接，缓冲室(10)置于密封储能腔(11)内并与活塞杆轴(17)连为一体，周向进气缝(18)在缓冲室(10)与激波管(4)之间。
6、如权利要求1所述的气体激波发生装置，其特征在于：缓冲装置可位于密封储能腔(11)内。
7、如权利要求1所述的气体激波发生装置，其特征在于：活塞2的密封可用锥面柱塞密封或者端面接触密封。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 03233622 CN2605482Y (zh) | 2003-03-21 | 2003-03-21 | 气体激波发生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN 03233622 CN2605482Y (zh) | 2003-03-21 | 2003-03-21 | 气体激波发生装置 |
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| CN2605482Y true CN2605482Y (zh) | 2004-03-03 |
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ID=34165903
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN104062070A (zh) * | 2014-06-18 | 2014-09-24 | 中北大学 | 球面激波产生方法 |
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-
2003
- 2003-03-21 CN CN 03233622 patent/CN2605482Y/zh not_active Expired - Lifetime
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