[發明專利]球形活塞氣爆噴泉裝置及氣爆噴射方法

有效

• 申請號: 201811256598.5
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109013164B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 孫濱成
• 申請（專利權）人: 北京中科鴻正技術開發有限公司
• 主分類號: B05B17/08
• 分類號: B05B17/08;B05B9/047
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種球形活塞氣爆噴泉裝置，其特征在于，包括缸體（5），所述缸體（5）的內部放置球形活塞（6），所述球形活塞（6）的直徑小于所述缸體（5）的內徑；在所述缸體（5）的頂部形成缸體直徑擴大段（4），所述缸體直徑擴大段（4）的直徑大于所述缸體（5）的直徑；在所述缸體直徑擴大段（4）的上面密封連通漸縮管（2）的底端，所述漸縮管（2）的頂端設置噴頭（1）；其中，所述漸縮管（2）按由下向上方向，其內徑逐漸變??；在所述漸縮管（2）內壁均勻設置若干個限位整流板（3），每個所述限位整流板（3）具有與所述球形活塞（6）的表面對應的弧面，當所述球形活塞（6）沿所述缸體（5）上升，經過所述缸體直徑擴大段（4）后，所述球形活塞（6）的頂面與各個所述限位整流板（3）的弧面接觸，此時所述限位整流板（3）對所述球形活塞（6）的向上運動進行限位，所述球形活塞（6）運動到上止點；當所述球形活塞（6）運動到上止點時，所述球形活塞（6）的側面正好位于所述缸體直徑擴大段（4）中，并且，所述球形活塞（6）的側面與所述缸體直徑擴大段（4）之間存在間隙，該間隙為排氣加速環隙；

所述缸體（5）的下方連通安裝布氣均壓缸（7），所述布氣均壓缸（7）的內徑小于所述缸體（5）的內徑，同時，所述布氣均壓缸（7）的內徑小于所述球形活塞（6）的外直徑；當所述球形活塞（6）置于所述缸體（5）內并且未受壓力時，所述球形活塞（6）位于下止點；當所述球形活塞（6）位于下止點時，所述球形活塞（6）的底部位于所述布氣均壓缸（7）上開口內，所述球形活塞（6）的頂部位于所述缸體（5）內；所述布氣均壓缸（7）的底部密封安裝有底板（11）；

進氣管（8）水平設置，并且，所述進氣管（8）的外徑小于所述布氣均壓缸（7）的內徑，所述進氣管（8）的布氣端沿所述布氣均壓缸（7）的直徑方向水平密封伸入到所述布氣均壓缸（7）的內部，且與所述布氣均壓缸（7）的管壁連接固定；所述進氣管（8）位于所述球形活塞（6）的正下方，在位于所述布氣均壓缸（7）內的一段所述進氣管（8）的底壁開設與所述進氣管（8）內腔連通的縫隙布氣口（9），所述縫隙布氣口（9）垂直向下開設；從所述進氣管（8）進入的水平氣體通過所述縫隙布氣口（9）向下垂直排出，經過所述底板（11）的反射后向上運動，并通過所述進氣管（8）和所述布氣均壓缸（7）之間的間隙后向上流動，并均勻作用于所述球形活塞（6）的底部，推動所述球形活塞（6）向上運動；

當所述球形活塞（6）位于下止點時，在所述缸體（5）的側壁且與所述球形活塞（6）的頂部平齊的位置開設進水管（12），所述進水管（12）的進水端安裝單向閥（13）；所述單向閥（13）為橡膠膜片單向閥。

2.根據權利要求1所述的球形活塞氣爆噴泉裝置，其特征在于，還包括加固肋板（10）；所述加固肋板（10）固定安裝于所述布氣均壓缸（7）的外部。

3.根據權利要求1所述的球形活塞氣爆噴泉裝置，其特征在于，所述限位整流板（3）的設置數量為3-4個。

4.根據權利要求1所述的球形活塞氣爆噴泉裝置，其特征在于，所述缸體直徑擴大段（4）的高度小于所述球形活塞（6）的直徑。

5.一種基于權利要求1-4任一項所述的球形活塞氣爆噴泉裝置的氣爆噴射方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，球形活塞氣爆噴泉裝置浸于水池內部，僅噴頭（1）露于水面上方；

步驟2，在未噴水時，進氣管（8）的進氣電磁閥（14）關閉，此時，球形活塞（6）位于下止點位置，由于進水管（12）所在位置的水壓大于缸體（5）內部的壓力，因此，單向閥（13）打開，水通過單向閥（13）注入到缸體（5）內部，直到將缸體（5）、缸體直徑擴大段（4）、漸縮管（2）和布氣均壓缸（7）內部充滿水；進氣管（8）中被注入少量水；

然后，在沒有打開所述進氣電磁閥（14）時，所述缸體（5）、所述缸體直徑擴大段（4）、所述漸縮管（2）和所述布氣均壓缸（7）內部一直處于注滿水的狀態；

步驟3，當需要噴水時，打開所述進氣電磁閥（14），經由進氣電磁閥（14）注入的高壓氣體從縫隙布氣口（9）向下垂直排出，因此，縫隙布氣口（9）將高壓氣體向下方沿直徑方向散布，經過底板（11）的反射，將氣壓和氣體流量均勻分布于布氣均壓缸（7）內，并通過所述進氣管（8）和所述布氣均壓缸（7）之間的間隙后向上流動，并均勻作用于所述球形活塞（6）的底部，推動所述球形活塞（6）向上運動；

其中，當所述高壓氣體均勻作用于所述球形活塞（6）的底部時，一方面，使所述球形活塞（6）獲得沿缸體軸線向上運動的運動初速度；另一方面，由于所述球形活塞（6）的直徑小于所述缸體（5）的直徑，因此，所述球形活塞（6）產生受強度剛度設計限制的橢圓變形，進而減小了所述球形活塞（6）與所述缸體（5）內壁間的間隙，提高了高能效的高壓氣體的能量利用；另一方面，在所述球形活塞（6）沿所述缸體（5）的軸線向上運動時，利用所述球形活塞（6）在運動流體中因旋轉而產生側向壓力分布變化的自穩定效應，使所述球形活塞（6）穩定地沿缸體軸線運動，與缸壁始終存在流體潤滑，達到球形活塞氣爆噴泉裝置能夠低磨損高效率地長期穩定運行使用；

其中，當所述高壓氣體均勻作用于所述球形活塞（6）的底部時，由于所述缸體（5）的壓力大于所述進水管（12）所在位置的水壓，因此，所述單向閥（13）保持關閉狀態；

步驟4，在所述球形活塞（6）沿所述缸體（5）的軸線向上運動時，所述球形活塞（6）推動所述缸體（5）內的水通過漸縮管（2）加速后，最終通過噴頭（1）向外排出；

當所述球形活塞（6）運動到與限位整流板（3）接觸時的上止點位置時，所述缸體（5）內的水量已經基本射出，此時，由于球形活塞（6）的主體位于缸體直徑擴大段（4）中，與缸體直徑擴大段（4）具有較大間隙，一方面，在高壓空氣將缸體（5）水基本全部推出后，尚有殘余壓力的壓縮氣體自噴口高速排出形成響亮干脆的爆鳴聲，而通過間隙增大過流斷面，增強氣體的爆鳴音響度；另一方面，方便所述缸體（5）內進入的懸浮雜質通過間隙向外排出；

步驟5，當所述球形活塞（6）運動到上止點位置后，關閉進氣電磁閥（14）；所述缸體（5）內注入的高壓氣體迅速通過噴頭（1）向外排出；當進水管（12）所在位置的水壓大于缸體（5）內壓力時，單向閥（13）被自動打開，水通過單向閥（13）注入到缸體（5）內部，直到將缸體（5）、缸體直徑擴大段（4）、漸縮管（2）和布氣均壓缸（7）內部充滿水；由于進氣管（8）中進氣電磁閥（14）為關閉狀態，因此，進氣管（8）中形成封閉空間，僅通過縫隙布氣口（9）與缸體（5）內部連通，因此，進氣管（8）中僅被注入少量水；而所述球形活塞（6）在重力作用下下落到下止點位置；此時形成步驟2所示的狀態；

由此形成一個循環。