用于水炮结构的90度弯管、U型弯管及大流量水炮结构的制作方法

本发明涉及一种水炮，具体涉及用于水炮结构的90度弯管、u型弯管及大流量水炮结构。

背景技术：

1、目前的水炮，特别是大流量水炮，因功能需要存在较为复杂的回转结构，在使用过程中水流经90度弯管、u型弯管、炮头等部件后，会产生较大的能量损失，同时引起内部流场紊乱，最终导致水炮炮头出口紊流程度高，水柱过早发散,影响到水炮射流的集束性及射程，因此为了提高水炮射流的集束性及射程,要尽量减小能量损失及降低炮头出口水流的紊流度。

2、水炮结构中的导流板、整流器及管道结构对于改善最终水炮炮头出流的稳定性至关重要，但是现有的导流板结构及管道结构，没有针对大流量水炮在较大管径下内外侧曲率差别过大的问题做出特殊设计，水流在经过90度弯管、u型弯管时，因受曲率半径的影响会产生较大的流速差，流体受离心力的作用在弯曲管道中产生横流，受管壁作用，在管道内形成涡流，造成能量损失及紊流度增高，这种涡流区如果从弯管一直持续到炮头，会产生延续性的不利影响，致使炮头喷嘴出口处水流的紊动程度依然较高，使射流发散、射程降低。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有水炮结构受到90度弯管、u型弯管曲率半径的影响，而导致能量损失，并影响到水炮射流集束性及射程的问题，而提供一种用于水炮结构的90度弯管、u型弯管及大流量水炮结构。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种用于水炮结构的90度弯管，包括90度弯管本体，90度弯管本体由内弯管和外弯管构成，其特殊之处在于：

4、所述内弯管内侧壁设置有连接内弯管两端，且轴向截面为月牙型结构的第一增厚件，第一增厚件远离内弯管圆心o1一侧为球形曲面结构，靠近内弯管圆心o1一侧与内弯管内侧壁相适配，第一增厚件的球形曲面圆心o2位于90度弯管的45度平分线上，在45度平分线上，第一增厚件与内弯管满足以下关系：1＜a/b≤1.1；其中，a表示第一增厚件球形曲面到内弯管圆心o1的距离，b表示内弯管内侧壁到内弯管圆心o1的距离。

5、进一步地，还包括沿90度弯管本体轴向设置在90度弯管本体中部的第一圆弧形导流板，第一圆弧形导流板沿90度弯管本体轴向的中分面圆心与内弯管圆心o1共心；第一圆弧形导流板的两侧壁与90度弯管本体的内壁连接；

6、所述第一圆弧形导流板远离第一增厚件一侧设置有连接第一圆弧形导流板两端，且轴向截面为月牙型结构的第二增厚件，第二增厚件远离内弯管圆心o1一侧为球形曲面结构，靠近内弯管圆心o1一侧与第一圆弧形导流板相适配，第二增厚件的球形曲面圆心o3位于90度弯管本体的45度平分线上，在45度平分线上，第二增厚件与第一圆弧形导流板满足以下关系：1＜a1/b1≤1.1；其中，a1表示第二增厚件球形曲面到内弯管圆心o1的距离，b1表示第一圆弧形导流板内侧壁到内弯管圆心o1的距离。

7、进一步地，所述第一增厚件中，a/b＝1.1；

8、所述第二增厚件中，a1/b1＝1.07。

9、本发明还提出一种用于水炮结构的u型弯管，包括u型弯管本体，u型弯管本体包括u型内弯管和u型外弯管，其特殊之处在于：

10、所述u型内弯管内侧壁设置连接u型内弯管两端，且轴向截面为月牙型结构的第三增厚件，第三增厚件远离u型内弯管圆心o4一侧为球形曲面结构，靠近u型内弯管圆心o4一侧与u型内弯管内侧壁相适配，第三增厚件的球形曲面圆心o5位于u型内弯管的90度平分线上，在90度平分线上，第三增厚件与u型内弯管满足以下关系：1＜a3/b3≤1.1；其中，a3表示第三增厚件到u型内弯管圆心o4的距离，b3表示u型内弯管内侧壁到u型内弯管圆心o4的距离。

11、进一步地，还包括沿u型弯管本体轴向设置在u型弯管本体中部的第二圆弧形导流板，第二圆弧形导流板沿u型弯管本体轴向的中分面圆心与u型内弯管圆心o4共心；第二圆弧形导流板的两侧壁与u型弯管本体的内壁连接；

12、所述第二圆弧形导流板远离第三增厚件一侧设置有连接第二圆弧形导流板两端，且轴向截面为月牙型结构的第四增厚件，第四增厚件远离u型内弯管圆心o4一侧为球形曲面结构，靠近u型内弯管圆心o4一侧与第二圆弧形导流板相适配，第四增厚件的球形曲面圆心o6位于u型弯管本体的90度平分线上，在90度平分线上，第四增厚件与第二圆弧形导流板满足以下关系：1＜a4/b4≤1.1；其中，a4表示第四增厚件球形曲面到u型内弯管圆心o4的距离，b4表示第二圆弧形导流板内侧壁到u型内弯管圆心o4的距离。

13、进一步地，所述第三增厚件中，a3/b3＝1.07；

14、所述第四增厚件中，a4/b4＝1.06。

15、本发明还提出一种大流量水炮结构，包括u型弯管以及多个90度弯管，其特殊之处在于：

16、所述90度弯管采用上述90度弯管；

17、所述u型弯管采用上述u型弯管。

18、进一步地，还包括炮头和同轴设置在炮头内部的整流器；

19、所述整流器靠近炮头后端一侧为平面，靠近炮头前端一侧从内向外为三层阶梯状结构。

20、进一步地，所述整流器中的流道为方形格栅流道。

21、本发明的有益效果是：

22、1、本发明中，在90度弯管本体的内弯管内侧壁设置连接内弯管两端，且轴向截面为月牙型结构的第一增厚件，一是降低了90度弯管本体内侧区域较高的曲率，曲率越高，能量损失越大，因此本发明中的设计能够降低90度弯管本体内侧区域较高的能量损失；二是流体沿90度弯管本体轴向流动时，由于弯曲管道的离心力作用，沿管外侧压强大于弯曲内侧，而内弯管内侧壁处的水流速度要高于外弯管内侧壁处，在内外壁之间横向压力差的作用下，弯管截面上沿侧壁出现与主流轴线方向垂直的次生流动，水流由内壁向外壁横流，而本发明中的设计，减小了内弯管和外弯管离心力的差值，降低了横流，改善了较大的横流造成的流动紊乱和能量损失；三是由于水流由内弯管向外弯管横流，水流自内壁脱离形成涡流区，在内壁脱离区域容易引起乱流，而该内弯管内侧壁处理方式对该区域做了一定的填充，抑制了乱流产生的空间，进一步改善流体流动状态，降低能量损失，提高水炮射程。

23、2、本发明中，第一圆弧形导流板/第二圆弧形导流板采用相同的设计，进一步对该区域做了一定的填充，抑制了乱流产生的空间，进一步改善流体流动状态，降低能量损失，提高水炮射程。

24、3、本发明中，针对流体在管道中间流速大，边缘流速小的现象，对整流器结构做出了特殊的设计，以往的整流器各流道都采取等长度的设计，而该整流器设计为三层阶梯状整流结构，第一层中心流道设计为最长，第二层中间流道长度次之，边缘流道长度最短，并且整流器的流道采取方形结构，一是针对流体流动特性优化了从中心到边缘的流道长度，通过对中间区域流道的加长加强了流体高速区的整流效果，以达到更好的整流效果，对边缘低速流体区减小流道长度亦能达到同样整流效果，避免了边缘区域流道过长流道带来的沿程压力损失；二是改善了流速分布不均的现象，流道越长，能量损失越大，也会导致局部流速的降低，内外不同流道长度的整流器，对于改善中间流道与边缘流道流速差有益，进一步降低紊流程度；三是采用方形格栅结构相较于圆形格栅结构抑制旋流方面效果更佳，可达到更好的整流效果。

25、4、本发明中，通过对大流量水炮结构中的关键结构90度弯管、u型弯管管内壁与第一圆弧形导流板、第二圆弧形导流板独特的结构设计，配合整流器的独特结构设计较好的进一步抑制了紊流的产生，降低了能量损失，对于改善炮内流体流动状态，提高水炮射程起到了重要作用。