如下图所示为超高压水炮原理示意图。氮气腔充满一定压力的氮气。
    压力油由a口进入,通过缸壁上的多个周向孔进入滑套前端油腔,这时压力油推动滑套往右运动,将窗口关闭,滑套前端油腔的压力油还通过活塞套与滑套之间的间隙进入油腔;紧接着油腔油压升高(这时窗口已关闭),推动活塞向右运动压缩氮气,直至活塞尾端与氮气腔端部相碰。活塞杆随活塞向右运动,水随之从6口进入,使活塞杆前端充水,接着快速泄油阀迅速泄油。在此瞬间,油腔中的压力油推动滑套迅速打开窗口,油从c口排出,油腔油压急速降低;与此同时,氮气膨胀,推动活塞向左产生加速运动,使活塞杆把水窗口封住。活塞的动能迅速传递给活塞杆前端的水柱,使水柱(水炮的一发炮弹)压力急速升高至680MPa,活塞继续运动至预期位置时,水柱从喷嘴发射出去,称之水炮。紧接着,压力油再次注入缸壁上的多个周向孔进入滑套前端油腔。于是水炮将水柱间断有序地发射出去。

    这里,氮气初始压力为10MPa,氮气工作压力为15MPa,在变升压过程中,水炮把低效率动能转换成了高效率动能,打击力约100kN,即通过直接应用气体压力,借助于自由活塞的作用,把水速加速到相当的速度,然后直接射向一定形状的收缩喷嘴,而喷嘴的作用则使发射时射流前端的小部分液体基本包含了所有的能量。这样得到的射流滞止压力甚至可以比最坚硬的岩石强度高许多倍,从而用于隧道和煤矿的掘进等。
油压、气压、水压依次形成,水压与活塞极端面积比和水压的梯度有着直接关系。
    直接蓄能式水炮实现了30MPa水炮采煤,每次喷水量4~8L,喷射频率10-20次/min,氮气室容积11L。这是一种实用性很强的超高压水炮。原理同上。
    图3-22所示为该水炮结构示意图。其动作原理是:A室充氮气到需要压力,D室充以根据每次喷射水量确定的油量,高压水由进水口E进入,推动活塞7,D室液体及活塞6同时左移,并压缩氮气,当活塞6碰到炮筒5上凸肩时即推动炮筒5左移,在炮筒左移时带动阀体8左移,并打开阀体与阀环间的密封锥面,这样C室变为高压,在压差作用下,迅速打开喷口,B室高压水在氮气推动活塞挤压下由内喷口高速流出,经稳流管由喷嘴1喷射出。当喷射快终了时,活塞带动炮筒和阀体右移,直到密封锥面严密封住,即完成一次炮击,以后重复进行。该结构特点是采用双活塞夹液体,有利于水、气密封。
    若保持这一特点,且将高压进水改在前端,即发炮机构与炮主体分开,就有了另一种结构。这里,C室充氮,D室充油,A口进高压水推动活塞5,使活塞6间接压缩氮气,当B室达到调定压力时,压力控制发炮机构5的“变压室”打开内喷口,高压水便经喷嘴1形成炮击(见图3-23)。
    图3-24所示为水炮性能曲线即打击力与靶距关系曲线。阴影区为压力11MPa、喷嘴直径19.5mm的连续水射流打击力;1、11则为上述两图所示结构的试验曲线。



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