【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于船舶氣液兩相推進器，具體涉及一種船用離心氣泡發(fā)生器及工作方法。
技術(shù)介紹
1、目前，水中航行器的主流推進方式是螺旋槳推進，螺旋槳推進是一種傳統(tǒng)的水下推進方式，應(yīng)用于絕大多數(shù)的水中航行器。但是，在航行器高速航行的條件下，螺旋槳的高速旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致空化現(xiàn)象，進而降低螺旋槳推進的推力，并使其受到嚴重的空蝕破壞，因此螺旋槳推進使水中航行器的航行速度受到了極大的限制，這無法滿足現(xiàn)代艦船進行高速機動的要求。
2、基于上述螺旋槳推進的局限性，仿照空氣中噴氣式航空發(fā)動機的工作原理，有學者提出了水下噴射推進的概念，水下噴射推進主要包括噴水推進、金屬/水反應(yīng)沖壓推進、水下噴氣推進。泵壓噴水推進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、推進效率高，抗空化能力強，但是轉(zhuǎn)彎時其推力會消失，并且自身質(zhì)量大、推進泵葉片比較復(fù)雜，而且在高速航行時空化與空蝕的影響仍然存在；金屬/水反應(yīng)沖壓發(fā)動機可以使水下動力系統(tǒng)的性能得到顯著的提高，適用于水下的高速航行體，其中鋁水推進系統(tǒng)可以作為超高速、長航程超空泡水中兵器的理想推進系統(tǒng)，但存在比沖低，航程有限的缺點；
3、基于上述推進方式的局限性，采用水下氣泡兩相沖壓推進系統(tǒng)可以解決上述推進系統(tǒng)的缺陷，其主要原理為：利用氣泡在逆壓力梯度的作用下逐漸膨脹并對水流做功，促使水流加速，進而推動船舶向前行進。在應(yīng)用于高速艦船時，具有優(yōu)良的工作性能，但在實際運行中發(fā)現(xiàn)：其兩相流體中的氣泡易出現(xiàn)接觸、形變和成團等現(xiàn)象，使得產(chǎn)生的微小氣泡容易聚并成更大的氣泡，使得氣泡內(nèi)的氣壓變小，同時大氣泡也容易附著在管道內(nèi)壁上，不容易隨水流流動，
4、例如申請?zhí)枮椋?016100537523，專利名稱為“氣泡發(fā)生裝置”的專利，其利用高速旋轉(zhuǎn)的氣液混合體從出水口噴出時，混有氣柱的旋轉(zhuǎn)液流在離心力的作用下被甩出出水口，受到外部相對靜止液體的阻力影響，旋轉(zhuǎn)急速減弱被破壞，產(chǎn)生大量的氣泡，但是該方案產(chǎn)生的氣泡直徑較大，且相鄰氣泡容易聚并，無法應(yīng)用在推進系統(tǒng)中。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種船用離心氣泡發(fā)生器及工作方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的水下氣泡兩相沖壓推進系統(tǒng)在推進過程中產(chǎn)生的兩相流體中的氣泡易出現(xiàn)接觸、形變和成團等現(xiàn)象，使得推進效率低下的問題。
2、本專利技術(shù)采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
3、一種船用離心氣泡發(fā)生器，包括筒體、管道組件、第一運動組件和第二運動組件，所述管道組件包括進水管道和分流管口，所述分流管口設(shè)置在筒體內(nèi)部，所述進水管道與分流管口連接并伸出筒體；所述第一運動組件包括旋轉(zhuǎn)件和離心葉片，所述旋轉(zhuǎn)件設(shè)置在筒體內(nèi)部，并與管道組件間隔一定距離，所述旋轉(zhuǎn)件與管道組件均位于筒體的中垂線上且按照氣液混合體流向順序布置；所述第二運動組件包括環(huán)形支座和切割件，所述環(huán)形支座設(shè)置在筒體內(nèi)部底端，所述環(huán)形支座上設(shè)置有若干個切割件，所述切割件包括第一刀片支座、第二刀片支座、連桿和刀片，最下層所述切割件的第一刀片支座設(shè)置在環(huán)形支座上，所述第二刀片支座設(shè)置在第一刀片支座上方，所述連桿轉(zhuǎn)動設(shè)置在第一刀片支座和第二刀片支座之間，所述刀片設(shè)置在連桿上，最下層所述切割件的第二刀片支座與相鄰上層對應(yīng)切割件的第一刀片支座連接，所述刀片呈十字形結(jié)構(gòu)。
4、為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：
5、進一步地，所述筒體包括按照氣液混合體流動方向依次連接的破碎區(qū)和噴射區(qū)，所述破碎區(qū)為中空圓柱體結(jié)構(gòu)，所述破碎區(qū)的進水端設(shè)置有擋板，所述擋板上開設(shè)有缺口，所述噴射區(qū)為中空的圓臺型結(jié)構(gòu)，所述噴射區(qū)的截面直徑沿著水流方向均勻減小。
6、進一步地，所述分流管口插入缺口內(nèi)設(shè)置在破碎區(qū)進水口的下端，所述分流管口呈中空的圓臺型結(jié)構(gòu)，所述分流管口包括進水口和出水口，所述分流管口的橫截面直徑沿著進水口向出水口的方向均勻減小，所述分流管口的側(cè)壁上開設(shè)有若干個分流孔，所述分流管口的進水口與進水管道連接，所述進水管道遠離分流管口的一端設(shè)置有安裝座。
7、進一步地，所述進水管道的直徑、分流管口的出水口直徑、分流孔的直徑之間的比例為1：(0.65-0.7)：(0.01-0.02)。
8、進一步地，所述旋轉(zhuǎn)件包括環(huán)形支架、槳葉、離心桿、固定座和電機，所述環(huán)形支架水平轉(zhuǎn)動設(shè)置在噴射區(qū)的側(cè)壁上，所述槳葉呈一定角度傾斜設(shè)置，多個所述槳葉周向分布在環(huán)形支架內(nèi)，所述槳葉一端與環(huán)形支架內(nèi)側(cè)壁連接，所述槳葉另一端與離心桿側(cè)壁連接，所述電機與離心桿遠離環(huán)形支架的一端連接，所述電機通過固定座與筒體內(nèi)壁連接。
9、進一步地，多個所述離心葉片呈螺旋形結(jié)構(gòu)分布在離心桿上，多個所述離心葉片的螺旋方向一致。
10、進一步地，所述環(huán)形支座設(shè)置在擋板上，所述環(huán)形支座上由下至上設(shè)置有若干個切割層，每個所述切割層均包括呈環(huán)形分布的內(nèi)圈和外圈，所述內(nèi)圈和外圈均由若干個切割件組成，上下對應(yīng)的切割件相互疊加設(shè)置。
11、進一步地，靠近所述筒體破碎區(qū)的內(nèi)側(cè)壁處設(shè)置有螺旋形軌道，所述螺旋形軌道下端設(shè)置在擋板上，所述螺旋形軌道位于筒體破碎區(qū)的內(nèi)側(cè)壁與切割件之間。
12、進一步地，所述電機外側(cè)設(shè)置有破流錐，所述破流錐的尖端朝向分流管口的出水口。
13、一種船用離心氣泡發(fā)生器的工作方法，包括如下步驟：
14、將高壓氣液混合體通過進水管道從分流管口進行初步分流，形成一條主流和若干條支流；
15、利用破流錐將主流破碎向四周散開，一部分主流繼續(xù)沖擊到達第一運動組件區(qū)域，若干條支流和另一部分主流到達第二運動組件區(qū)域；
16、根據(jù)氣液混合體流速的大小調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，驅(qū)動第一運動組件的離心桿旋轉(zhuǎn)，從而帶動到達第一運動組件區(qū)域的部分主流進行旋轉(zhuǎn)運動，離心桿旋轉(zhuǎn)帶動離心葉片打散氣液混合體產(chǎn)生微小氣泡；
17、利用第二運動組件區(qū)域的若干條支流和另一部分主流的沖擊力驅(qū)動切割件，使得切割件的刀片在第一刀片支座和第二刀片支座之間旋轉(zhuǎn)，使得氣液混合體產(chǎn)生微小氣泡；
18、利用旋轉(zhuǎn)中的槳葉對向噴射區(qū)移動匯合的微小氣泡再次切割破碎，產(chǎn)生微納米氣泡。
19、本專利技術(shù)的有益效果：
20、相比現(xiàn)有技術(shù)而言，本專利技術(shù)的一種船用離心氣泡發(fā)生器，在裝置內(nèi)部設(shè)置有多級破碎結(jié)構(gòu)，對高壓氣液混合體進行多級多重分散破碎，可以快速且持續(xù)形成大量的微納米氣泡，同時避免微納米氣泡聚并成團。同時配合靠近筒體內(nèi)壁處的螺旋形軌道，將微納米氣泡以螺旋形輸送至筒體尾端匯合，提高了推進效率。
21、本裝置可以持續(xù)產(chǎn)生微納米氣泡，而微納米氣泡被噴出氣泡排出口后，在逆壓力梯度的作用下逐漸膨脹破裂并對水流做功產(chǎn)生推力，同時部分微納米氣泡在反作用力的作用下，會依附到船體表面，減少了船體的運行阻力。
22、本工作方法可以對氣液混合體進行多重破碎切割，可以持續(xù)產(chǎn)生大量直徑更小的微納米氣泡，同時也避免了微納米氣泡之間的聚并成團現(xiàn)象，提供了最終的推進效率。
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1.一種船用離心氣泡發(fā)生器，設(shè)于推進器末端，其特征在于：包括筒體、管道組件、第一運動組件和第二運動組件，所述管道組件包括進水管道和分流管口，所述分流管口設(shè)置在筒體內(nèi)部，所述進水管道與分流管口連接并伸出筒體；所述第一運動組件包括旋轉(zhuǎn)件和離心葉片，所述旋轉(zhuǎn)件設(shè)置在筒體內(nèi)部，并與管道組件間隔一定距離，所述旋轉(zhuǎn)件與管道組件均位于筒體的中垂線上且按照氣液混合體流向順序布置；所述第二運動組件包括環(huán)形支座和切割件，所述環(huán)形支座設(shè)置在筒體內(nèi)部底端，所述環(huán)形支座上設(shè)置有若干個切割件，所述切割件包括第一刀片支座、第二刀片支座、連桿和刀片，最下層所述切割件的第一刀片支座設(shè)置在環(huán)形支座上，所述第二刀片支座設(shè)置在第一刀片支座上方，所述連桿轉(zhuǎn)動設(shè)置在第一刀片支座和第二刀片支座之間，所述刀片設(shè)置在連桿上，最下層所述切割件的第二刀片支座與相鄰上層對應(yīng)切割件的第一刀片支座連接，所述刀片呈十字形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船用離心氣泡發(fā)生器，其特征在于：所述筒體包括按照氣液混合體流動方向依次連接的破碎區(qū)和噴射區(qū)，所述破碎區(qū)為中空圓柱體結(jié)構(gòu)，所述破碎區(qū)的進水端設(shè)置有擋板，所述擋板上開設(shè)有缺口，所述
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種船用離心氣泡發(fā)生器，其特征在于：所述分流管口插入缺口內(nèi)設(shè)置在破碎區(qū)進水口的下端，所述分流管口呈中空的圓臺型結(jié)構(gòu)，所述分流管口包括進水口和出水口，所述分流管口的橫截面直徑沿著進水口向出水口的方向均勻減小，所述分流管口的側(cè)壁上開設(shè)有若干個分流孔，所述分流管口的進水口與進水管道連接，所述進水管道遠離分流管口的一端設(shè)置有安裝座。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種船用離心氣泡發(fā)生器，其特征在于：所述進水管道的直徑、分流管口的出水口直徑、分流孔的直徑之間的比例為1：(0.65-0.7)：(0.01-0.02)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種船用離心氣泡發(fā)生器，其特征在于：所述旋轉(zhuǎn)件包括環(huán)形支架、槳葉、離心桿、固定座和電機，所述環(huán)形支架水平轉(zhuǎn)動設(shè)置在噴射區(qū)的側(cè)壁上，所述槳葉呈一定角度傾斜設(shè)置，多個所述槳葉周向分布在環(huán)形支架內(nèi)，所述槳葉一端與環(huán)形支架內(nèi)側(cè)壁連接，所述槳葉另一端與離心桿側(cè)壁連接，所述電機與離心桿遠離環(huán)形支架的一端連接，所述電機通過固定座與筒體內(nèi)壁連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船用離心氣泡發(fā)生器，其特征在于：多個所述離心葉片呈螺旋形結(jié)構(gòu)分布在離心桿上，多個所述離心葉片的螺旋方向一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船用離心氣泡發(fā)生器，其特征在于：所述環(huán)形支座設(shè)置在擋板上，所述環(huán)形支座上由下至上設(shè)置有若干個切割層，每個所述切割層均包括呈環(huán)形分布的內(nèi)圈和外圈，所述內(nèi)圈和外圈均由若干個切割件組成，上下對應(yīng)的切割件相互疊加設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種船用離心氣泡發(fā)生器，其特征在于：靠近所述筒體破碎區(qū)的內(nèi)側(cè)壁處設(shè)置有螺旋形軌道，所述螺旋形軌道下端設(shè)置在擋板上，所述螺旋形軌道位于筒體破碎區(qū)的內(nèi)側(cè)壁與切割件之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種船用離心氣泡發(fā)生器，其特征在于：所述電機外側(cè)設(shè)置有破流錐，所述破流錐的尖端朝向分流管口的出水口。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述船用離心氣泡發(fā)生器的工作方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種船用離心氣泡發(fā)生器，設(shè)于推進器末端，其特征在于：包括筒體、管道組件、第一運動組件和第二運動組件，所述管道組件包括進水管道和分流管口，所述分流管口設(shè)置在筒體內(nèi)部，所述進水管道與分流管口連接并伸出筒體；所述第一運動組件包括旋轉(zhuǎn)件和離心葉片，所述旋轉(zhuǎn)件設(shè)置在筒體內(nèi)部，并與管道組件間隔一定距離，所述旋轉(zhuǎn)件與管道組件均位于筒體的中垂線上且按照氣液混合體流向順序布置；所述第二運動組件包括環(huán)形支座和切割件，所述環(huán)形支座設(shè)置在筒體內(nèi)部底端，所述環(huán)形支座上設(shè)置有若干個切割件，所述切割件包括第一刀片支座、第二刀片支座、連桿和刀片，最下層所述切割件的第一刀片支座設(shè)置在環(huán)形支座上，所述第二刀片支座設(shè)置在第一刀片支座上方，所述連桿轉(zhuǎn)動設(shè)置在第一刀片支座和第二刀片支座之間，所述刀片設(shè)置在連桿上，最下層所述切割件的第二刀片支座與相鄰上層對應(yīng)切割件的第一刀片支座連接，所述刀片呈十字形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船用離心氣泡發(fā)生器，其特征在于：所述筒體包括按照氣液混合體流動方向依次連接的破碎區(qū)和噴射區(qū)，所述破碎區(qū)為中空圓柱體結(jié)構(gòu)，所述破碎區(qū)的進水端設(shè)置有擋板，所述擋板上開設(shè)有缺口，所述噴射區(qū)為中空的圓臺型結(jié)構(gòu)，所述噴射區(qū)的截面直徑沿著水流方向均勻減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種船用離心氣泡發(fā)生器，其特征在于：所述分流管口插入缺口內(nèi)設(shè)置在破碎區(qū)進水口的下端，所述分流管口呈中空的圓臺型結(jié)構(gòu)，所述分流管口包括進水口和出水口，所述分流管口的橫截面直徑沿著進水口向出水口的方向均勻減小，所述分流管口的側(cè)壁上開設(shè)有若干個分流孔，所述分流管口的進水口與進水管道連接，所述進水管道遠離分流管口的一端設(shè)置...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈中祥，羅嘉鑫，張雨婷，雍允豪，畢玙璠，
申請(專利權(quán))人：江蘇科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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