CN102069045A - 一种无动力可旋转空化射流喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无动力可旋转空化射流喷嘴，包括增压接头、无动力旋转接头、空化喷嘴、限位板、旋转头、组合密封圈和导向环；无动力旋转接头外圆上分别套装导向环和组合密封圈；无动力旋转接头套装在旋转头内部并由限位板固定，旋转头上有两个对称的通道与无动力旋转接头上在旋转头上用于安装外壳体的螺纹孔的位置与旋转头的中心线成一角度，为两射流喷头提供一个旋转的力矩，同时借助水动力使喷头绕无动力旋转接头做自由旋转运动，空化喷嘴内诱发空化的气泡，气泡随射出的射流体离开喷嘴。本发明利用空化气泡撞击被清扫的表面，使气泡在表面上破灭产生强大的冲击力，以达到快速、高效地清扫表面上附着物的目的。

Description

一种无动力可旋转空化射流喷嘴

技术领域

本发明涉及一种空化射流喷嘴，尤其涉及一种无动力可旋转空化射流喷嘴，属于液体阀门控制技术领域。

背景技术

海洋生物污损(biofouling)是指固着或栖息在船舶、平台和各种水下人工设施固体表面上动物、植物和微生物。近年来，随着航运、海防、水产养殖以及海滨电厂等的发展，海洋生物的污损所带来的危害越来越严重，所造成的损失难以精确计算。1974年美国海军因生物污损和钻孔生物的破坏就花费了2.15亿多美元。船只和海洋设施都会受到海洋腐蚀和生物污损的双重挑战，由于生物污损所引起的厌氧腐蚀，美国每年所损失的金属估计价值50～60亿美元。据估计，世界范围内在海湾用于防止海洋生物污损的费用每年至少14亿美元。据统计，当舰船生物污损率为5％时，则摩擦系数增加50％，燃料消耗要增加40-50％。据不完全统计，全世界仅生物污损给各种海洋工程设施与舰船设备造成的损失就可达到数十亿美元以上。如一艘万吨远洋轮如果10％面积被海洋生物污损，则可带来100万美元的损失。为此，世界各国投入了大量的人力和资金对海洋设施或水下平台的固体表面上附着的动植物和微生物进行了探索与研究，相应地采用了多种手段开发出多种形式的水下清除设备，用于清除水下平台固体表面上的海洋附着物，并取得了一定成效。据查阅相关资料获悉，国外虽然开发出了多品种的水下清洗设备，但适用于工程应用的仅有两类，即刷子清扫和水射流清除设备。目前国内对生物污损的清扫方法研究起步较晚，发展较缓慢。很多研究都还停留在理论或者实验室论证阶段，主要研究方向也是基于刷子清扫和水射流清除。

从国内外目前用于对水下平台固体表面附着物清洗所使用的设备情况来看：用刷子清扫方法来清除生物污损存在着一定的局限性，如对水下平台固体表面防护层有较大损伤等，特别是难以清扫曲率较小的曲面以及具有过渡面的局部地方；水射流清扫方法虽然可克服刷子清扫方法带来的问题，但是水射流的产生需要一定功率的水泵及其泵控系统，特别是与之相匹配且能产生强大冲洗力的喷嘴。

我国对海洋生物污损清扫工作几乎全靠潜水员携带清扫装备来完成。而清扫方法一般采用刷子，目前还未见到我国采用空化水射流方法完成水下清扫任务的报道。

发明内容

本发明提供一种无动力可旋转空化射流喷嘴，喷嘴能诱发气泡并使气泡在接触到靶面时发生溃灭而产生冲击力，使靶面附着物脱离，达到清洗靶面的目的；同时该喷嘴借助工作时产生的冲击力能在360度范围内连续旋转。

一种无动力可旋转空化射流喷嘴，包括增压接头、无动力旋转接头、空化喷嘴、限位板、旋转头、组合密封圈和导向环；无动力旋转接头的内部设计成“木”字形通道，通道出口与一道周向的环形槽贯通，环形槽的截面呈半圆形凹槽结构，开口尺寸大于“木”字形通道出口，环形槽的左右各有一道密封槽和导向槽，密封槽和导向槽内分别套装导向环和组合密封圈；旋转头上有两个对称的通道与无动力旋转接头上的环形槽对应；无动力旋转接头凸肩和旋转头的凹面处上各设有一V型凹槽，且保持两环状V型凹槽大小相等并同心，同时在旋转头与阀块凸肩上开设的V型槽相配合处加工环状三角凸台，在限位扳与旋转头的V型凹槽相配合处也加工有环状三角凸台，无动力旋转接头套装在旋转头内部并由限位板固定，V型凹槽与环状三角凸台的配合可限制旋转头工作时产生的串动和摆动；其中空化喷嘴还包括外壳体、限位阀针、方向调节头、定位螺塞、导向销、喷嘴和定位钢球，喷嘴内部为圆锥形孔，圆锥形孔的小孔端连接一圆形直孔，圆锥形孔的大端为凹形的半球形结构，与方向调节头的半球形外表面结构相配合；方向调节头的中心为凹形的半球形结构，与导向销的上部的半球形结构相配合，在导向销顶端面正中心开有一锥形沉孔；喷嘴套装在外壳体内部，导向销装入方向调节头中，再将定位钢球装在导向销顶端面的锥形沉孔后用定位螺塞封口组成一体，同时将喷嘴装入外壳体中，然后将限位阀针旋入外壳体的螺纹端，外壳体通过螺纹固定在旋转头的通道出口的螺纹孔内，旋转头上用于安装外壳体的螺纹孔的中心连线与旋转头通道出口的中心连线成a角，a角为3-5度。

导向销的末端延伸至喷嘴圆锥内腔的小径处，亦可伸出小径；导向销下端面的截面积与流体在该出口处的截面积相等；导向销自由端的圆锥形结构与其上端相联结的圆柱形结构为圆滑过渡。

工作原理：外部的水泵将流体经高压软管注入到增压接头中，增压接头输入的流体通过无动力旋转接头的内部的“木”字形通道和环形槽能均匀地分流至旋转头两端的通路中，流体进入由喷嘴和方向调节头组成的圆锥形腔体内，方向调节头中心的凹形的半球形结构以及定位钢球和限位阀针的安装确保导向销在工作过程中能准确地定位到喷嘴的中心轴上并防止导向销在工作过程中出现上下串动的现象，同时保证导向销在水动力做用下能灵活运转；流体沿导向销圆柱流动时，此时在圆柱表面的压强是对称的，当流体通过圆柱体到达圆锥形结构体时，在物体表面就产生边界层，边界成层发生分离后将产生尾涡区，此时压力下降从而诱发空化的气泡，气泡随射出的射流体离开喷嘴，然后撞击到被清扫的表面上，气泡在表面上破灭从而可以达到清扫表面的目的；由于旋转头上用于安装外壳体的螺纹孔的位置与旋转头的中心线成一定角度，根据作用与反作用的原理，流体为旋转头提供一旋转力矩作为动力源，即使旋转头带动空化喷嘴做旋转运动，达到使空化射流喷嘴在无需提供动力源的条件下即可做旋转运动。

有益效果：本发明利用作用与反作用的原理为两射流喷头提供一个旋转的力矩，同时借助水动力使喷头绕无动力旋转接头做自由旋转运动。空化喷嘴装配在旋转头上便可在高压流体作用下产生空化功效，从而利用空化气泡撞击被清扫的表面，使气泡在污染表面上破灭产生强大的冲击力，以达到快速、高效地清扫污染表面上附着的海洋动物、植物和微生物，拓宽了清扫区域，提高了设备的清扫效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明空化喷嘴的结构示意图；

图3是本发明空化喷嘴安装位置示意图。

其中：1-增压接头、2-无动力旋转接头、3-空化喷嘴、4-限位扳、5-组合密封圈、6-旋转头、7-导向环、9-外壳体、10-限位阀针、11-方向调节头、12-定位螺塞、13-导向销、14-喷嘴、15-定位钢球。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如附图1所示，本发明的一种无动力空化射流喷嘴装配在增压接头1上，增压接头1的内部采用类似于消防喷头的结构，外部采用标准的螺纹结构，以便与无动力旋转接头2连接，增压接头1用于提供高速的高压流体，无动力旋转接头2的内部设计成“木”字形通道，通道出口与一道周向的环形槽贯通，环形槽的截面呈半圆形凹槽结构，开口尺寸大于“木”字形通道出口，环形槽的左右各有一道密封槽和导向槽，密封槽和导向槽内分别套装导向环7和组合密封圈5；旋转头6上有两个对称的通道与无动力旋转接头2上的环形槽对应；无动力旋转接头2凸肩和旋转头6的凹面处上各设有一V型凹槽，且保持两环状V型凹槽大小相等并同心，同时在旋转头6与阀块8凸肩上开设的V型槽相配合处加工环状三角凸台，在限位扳4与旋转头6的V型凹槽相配合处也加工有环状三角凸台，无动力旋转接头2套装在旋转头6内部并由限位板4固定，V型凹槽与环状三角凸台的配合可限制旋转头6工作时产生的串动和摆动；

如图2所示，显示了本发明中空化喷嘴3的结构示意图，将导向销13装入方向调节头11中，再将定位钢球15装在方向调节头11上方后用定位螺塞12封口组成一体，同时将喷嘴14装入外壳体9中，在将前述装配好的部件装入，然后将限位阀针10旋入外壳体9的螺纹端，即完成了空化喷嘴3的组装。为使空化喷嘴3能将流入的流体以空化射流的方式喷出，将喷嘴14内部设计成一个圆锥形孔，与圆锥形孔的小孔端相接的是一圆形孔，同时将圆形孔的通径与锥形孔的小孔设计完全相同尺寸，射流从圆形孔射出；为保证方向调节头11装配完成后具有一定的调整量，将喷嘴14的圆锥形孔的大端设计成凹形的半球形结构，将与之相配合的方向调节头11的外表面设计成半球形结构，喷嘴14上的半球形尺寸取正公差，方向调节头11外表面半球形取负公差，这样在装配完成后可保证有一定的调整量；为保证从增压接头1输入的流体能顺利进入由喷嘴14和方向调节头11组成的圆锥形腔体内，在方向调节头11中心凹形的半球形外围有若干环形阵列的孔；为确保导向销13在工作过程中能准确地定位到喷嘴14的中心轴上，将方向调节头11的中心设计成凹形的半球形结构，同样将导向销13的上部加工成与之相配的半球形结构，见图3A处所示，这样设计的目的是当喷嘴14内腔中的流体在外压的作用下(来至增压接头1输出的水压)从空化喷嘴3出口喷出时能自动调节导向销13在腔体内的位置，确保其与喷嘴14中心轴对正；为防止导向销13在工作过程中出现上下串动的现象，同时又要保证导向销13在水动力做用下能灵活运转，在导向销13顶端面正中心开有一锥形沉孔，装配时在锥形沉孔中装有一定位钢球15后，再用定位螺塞12封堵，这样即可限制导向销13在工作过程中出现串动，又可保证其能自由运转；为保证方向调节头11在工作过程中运转灵活，同时具有一定的防串动能力，在方向调节头11上设有限位阀针10，限位阀针10上端圆盘采用辐射的轮骨结构，外表面加工有螺纹，以便安装，下端采用圆锥形阀针结构，这样即可保证零件的强度，同时又不影响从增压接头1输入的流体能均匀进入喷嘴14内腔中；为使导向销13在工作过程中保持与喷嘴14内腔中轴对中，将导向销13的末端延伸至喷嘴14圆锥内腔的小径处，亦可伸出小径，导向销13下端面的截面积，如图3所示B处，与流体在该出口处等截面，如图3所示C处；另外将导向销13装配后的自由端设计成圆锥形结构，与其上端相联结的部分采用圆柱形结构，两者间圆滑过渡，这样设计的目的是：流体沿圆柱流动时，此时在圆柱表面的压强是对称的，当流体通过圆柱体到达圆锥形结构体时，在物体表面就产生边界层，边界成层发生分离后将产生尾涡区，此时压力下降从而诱发空化的气泡，气泡随射出的射流体离开喷嘴14，然后撞击到被清扫的表面上，气泡在表面上破灭从而可以达到清扫表面的目的。

如图3所示，为保证喷嘴14在工作过程中能自由旋转，且尽量减小旋转所消耗的能量，将旋转头6的多余部分切除，但需保留其与无动力旋转接头2的装配部分，以减小运动体旋转头6的质量；为使空化喷嘴3在工作时能自由旋转，旋转头6上用于安装外壳体9的螺纹孔的中心连线与旋转头6通道出口的中心连线成3度角。

Claims (4)

1.一种无动力可旋转空化射流喷嘴，包括增压接头(1)、无动力旋转接头(2)、空化喷嘴(3)、限位板(4)、旋转头(6)、组合密封圈(5)和导向环(7)；无动力旋转接头(2)的内部为“木”字形通道，通道出口与一道周向的环形槽贯通，环形槽的截面呈半圆形凹槽结构，凹槽开口尺寸大于“木”字形通道出口，环形槽的左右各有一道密封槽和导向槽，密封槽和导向槽内分别套装导向环(7)和组合密封圈(5)；旋转头(6)上有两个对称的通道与无动力旋转接头(2)上的环形槽对应；无动力旋转接头(2)凸肩和旋转头(6)的凹面处上各设有一V型凹槽，两环状V型凹槽大小相等并同心，旋转头(6)与阀块(8)凸肩上开设的V型槽相配合处加工环状三角凸台，在限位扳(4)与旋转头(6)的V型凹槽相配合处也加工有环状三角凸台，无动力旋转接头(2)套装在旋转头(6)内部并由限位板(4)固定。

2.如权利要求1所述的一种无动力可旋转空化射流喷嘴，其特征在于所述空化喷嘴(3)还包括外壳体(9)、限位阀针(10)、方向调节头(11)、定位螺塞(12)、导向销(13)、喷嘴(14)和定位钢球(15)，喷嘴(14)内部为圆锥形孔，圆锥形孔的小孔端连接一圆形直孔，圆锥形孔的大端为凹形的半球形结构，与方向调节头(11)的半球形外表面结构相配合；方向调节头(11)的中心为凹形的半球形结构，与导向销(13)的上部的半球形结构相配合，在导向销(13)顶端面正中心开有一锥形沉孔；喷嘴(14)套装在外壳体(9)内部，导向销(13)装入方向调节头(11)中，再将定位钢球(15)装在导向销(13)顶端面的锥形沉孔后用定位螺塞(12)封口组成一体，喷嘴(14)装入外壳体(9)中，限位阀针(10)旋入外壳体(9)的螺纹端，外壳体(9)通过螺纹固定在旋转头(6)的通道出口的螺纹孔内。

3.如权利要求2所述的一种无动力可旋转空化射流喷嘴，其特征在于所述导向销(13)下端面的截面积与流体在该出口处的截面积相等；导向销(13)自由端的圆锥形结构与其上端相联结的圆柱形结构为圆滑过渡。

4.如权利要求1、2或3所述的一种无动力可旋转空化射流喷嘴，其特征在于所述旋转头(6)上用于安装外壳体(9)的螺纹孔的中心连线与旋转头(6)通道出口的中心连线成的角为3-5度。

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