當前位置：高壓水炮工作原理【高壓柱塞泵】
相對于連續(xù)射流,脈沖射流是斷續(xù)或單發(fā)射流。
水炮分為低壓水炮、高壓水炮和超高壓水炮。無論它們的脈沖頻率差異多大,不連續(xù)射流是水炮的共性。水炮設計的原則也就是如何產生這一共性,這種共性恰恰在某種場合達到了連續(xù)射流不能比及的作業(yè)效果。
1,高壓水炮工作原理
高壓水炮有兩種形式:一種由裝置形成脈沖射流,一種由噴頭形成脈沖射流。
圖3-16所示為第一種高壓水炮。其原理是用高壓小流量水壓縮氮氣蓄能,然后瞬間釋放,以獲得大功率和強沖擊力的水射流。
該裝置采用32MPa小功率高壓泵,由軟管2排出的高壓水進入活塞式蓄能器前腔,壓縮活塞6,由單向充氣閥7先期充好的氮氣,隨泵壓升高活塞向后移動體積減小,氣壓隨之升高,待供水壓力達到額定值時,打開組合閥3或預先開啟針閥5,這時蓄存的高壓水在氣體推動活塞作用下,在氣體由調定壓力的30MPa降至預沖氣壓力的20MPa(蓄能器容積為12L)的瞬間(5~7ms)以大流量釋放。這里,噴嘴口徑16mm,每發(fā)水量3L,該水炮由于功率小、頻率低, 適用于煤倉清堵。
低壓水炮的原理同上,不同之處是采用離心泵和消防噴嘴,特點是大流量擊發(fā),適應于防暴。
另一種高壓水炮是僅僅在噴頭(噴嘴)上做文章。
圖3-17所示為一種高壓水炮專用噴頭,它一改脈沖裝置的復雜機構,在噴嘴前利用超聲波形成脈沖射流。其擊發(fā)特點是高壓(70MPa)、高頻率(15kHz) ,使水射流在穿孔、開挖、掘進等工程中應用成為現(xiàn)實。
該噴頭的結構特點是在噴嘴內腔置入一個速度調諧的振子,由此調諧超聲波產生高頻脈沖水射流。圖3-18所示是這種高頻脈沖水射流在10MPa和13MPa情況下采用高速攝影所拍攝的演示照片。試驗表明70MPa的脈沖射流性能與200MPa的連續(xù)水射流相當(見圖3-19)。
圖3-20為另一種高壓水炮專用噴頭。在淹沒射流狀況下,高速水射流和淹沒水之間的擾動剪切層產生空化現(xiàn)象,人為地造成一種淹沒現(xiàn)象,即介入一束反向射流來裹脅中心射流。這樣,反向射流對中心射流的直接沖擊擾動或旋渦作用造成中心射流的脈動。圖中的中心射流由兩束同軸射流裹脅。內層同軸射流與主射流方向相對,外層同軸射流則形成一種覆罩層。反向射流與中心射流相互作用,外層同軸射流則加強了淹沒作用。由圖3-20可見,中心射流受到兩層同軸射流的裹脅,內層的作用是擾動,外層的作用是屏蔽。這里,中心射流壓力為70MPa、流量為50L/min,噴嘴直徑1mm:反向射流流量在0~6L/min之間變化,它直接影響著脈沖射流的結果。
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