CN102357439B - 流体脉冲喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种流体脉冲喷射装置。包括：壳体、活塞，活塞将壳体内腔分隔为进水腔和压缩腔，进水腔通过进水流道与水泵等流体压力源连接，活塞上设有压缩腔补水单向阀和弹性止水环，压缩腔内设有压缩弹簧、塔形弹簧、圆球形弹性阀体、喷射孔，压缩弹簧套于塔形弹簧外，压缩弹簧的一端抵在活塞上，另一端抵在挨近喷射孔的壳体的内壁上，塔形弹簧的大头一端固定于活塞上，小头一端固定于圆球形弹性阀体上，喷射孔的进水口曲面与圆球形弹性阀体的曲面吻合。该装置结构简单，无需电力驱动和控制，成本低，使用方便，特别适用于脉冲式微喷灌系统；替代布袋除尘器的脉冲电磁阀清灰装置，可克服先导孔易堵塞失灵、膜片开启时间长、膜片寿命短的缺陷。
Description
技术领域：
本发明属于流体机械设备技术领域，尤其涉及一种流体脉冲喷射装置。
背景技术：
微喷灌是通过管道系统利用微喷头将低压水或化学药剂以微流量低压喷洒在枝叶上或地面上的一种灌水形式。微喷灌和滴灌的不同之处在于灌水器由滴头改为微喷头，滴头是靠自身结构消耗掉毛管的剩余压力，而微喷头则是用喷洒方式消耗能量。湿润面积比滴灌大，这样有利于消除含水饱和区，使水分能被土壤随时吸收，改善了根区通气条件。与普通喷灌相比，它的工作压力低，射程小。具有能耗低，水滴打击力小，可以通过调节田间小气候改善收获物品质等优点。
现有的微喷灌喷头存在以下缺陷：①易堵塞；②洒水强度(水量)环状集中，接近洒水最大射程处的降水强度(水量)远高于靠近喷头处或其它地方，洒水均匀性差，且出流量越稳定洒水强度(水量)环状集中的问题越明显。
为克服上述缺陷，美国Intertec公司于20世纪80年代研究开发成功了一项全新的节水型灌溉设备——脉冲式微喷灌系统。它的突出优点是具有优异的抗堵塞性能，有效地解决了微喷灌系统易堵塞的难题，省去了昂贵的精细的过滤系统。脉冲灌溉方式用于微喷灌，喷水器喷水瞬间，喷水速度由零到最大值，然后降为零，喷射距离也随之变化，因此可以达到较高的喷洒均匀度，从而克服了其它微喷灌设备降水量(强度)环状集中的缺点。Intertec公司的脉冲式微喷灌系统包括：供水干、支管、在每条对称支管的首部安装的脉冲器总成、灌水弹性毛管和喷水器总成。其中，脉冲器总成由频率控制器、脉冲阀、压力调节阀和快速接口等部件组成，是系统的控制中心。灌水弹性毛管由专用弹性材料制造，因此称为灌水弹性毛管。喷水器总成由喷头、竖管、喷水器、支撑杆等组成。主要缺陷是：1、结构复杂，灌水弹性毛管需要专用弹性材料制造，投入成本过于高昂，不适合国情；2、后一个喷水器喷水是靠前一个喷水器喷水卸压后依次进行的，任何一支喷水器出现故障，系统都要停止运行；3、脉冲式微喷灌系统是通过脉冲器总成泄水失压的方式启动喷水器喷水过程的，每一轮启动喷水器喷水时，各灌水弹性毛管第一支喷水器至脉冲器总成管道内已被加压的水的一部分被直接泄放掉，既有能量损失，又有水量损失。
我国于1993年由天津英特泰克微灌公司独家引进美国这一专利技术并生产了该设备，但终因“水土不服”，不适合国情，而停止生产。
脉冲式微喷灌系统的技术核心是流体脉冲喷射装置，其实，流体脉冲喷射装置已广泛应用于清洗、除尘、燃油燃气发动机等工业各个领域。流体脉冲喷射装置可分为二种：一是流体开关式；二是流体振荡式。流体振荡式的流体脉冲喷射装置，因为脉冲频率较高，显然不能应用于脉冲式微喷灌系统。而现行的流体开关式的流体脉冲喷射装置，是采用脉冲电磁阀作为流体开关的，需要电力驱动和控制。因脉冲电磁阀是以双面涂胶的尼龙基布硫化而成的橡胶膜片作为开关元件的，故又称此类脉冲阀为“隔膜阀”(Diaphragm Valve)。从便利性和经济性以及实用性方面考虑，也不适合用于脉冲式微喷灌系统。
综上所述，研发具有自主知识产权的适合中国国情的脉冲式微喷灌系统，必须先研发一种适合于脉冲式微喷灌系统的流体脉冲喷射装置。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种结构简单、投资小、适合于脉冲式微喷灌系统的流体脉冲喷射装置，以构建适合中国国情的具有自主知识产权的脉冲式微喷灌系统。
本发明的目的是这样实现的：
一种流体脉冲喷射装置，包括：壳体、活塞，活塞将壳体的内腔分隔为进水腔和压缩腔，进水腔通过进水流道和输水管道等与水泵等流体压力源连接，活塞上设有压缩腔补水单向阀和弹性止水环，弹性止水环固定于活塞的外侧，压缩腔内设有压缩弹簧、塔形弹簧、圆球形弹性阀体、喷射孔，压缩弹簧套于塔形弹簧外，压缩弹簧的一端抵在活塞上，另一端抵在挨近喷射孔的壳体的内壁上，塔形弹簧的大头一端固定于活塞上，小头一端固定于圆球形弹性阀体上，喷射孔的进水口曲面与圆球形弹性阀体的曲面吻合，活塞的阻水横断面积大于喷射孔的过流断面面积，喷射孔的过流断面面积大于压缩腔补水单向阀的最大允许过流断面面积，壳体、进水流道、进水腔、活塞、塔形弹簧构成的圆锥体、压缩弹簧构成的圆柱体、圆球形弹性阀体、喷射孔的横断面均为圆形且中垂线全部重合。
所述的压缩腔补水单向阀，位于活塞横断面的中心，由补水孔、弹性球2-2、过水栅组成，补水孔为大口朝向压缩腔小口朝向进水腔的圆台形，其内放入直径大于补水孔小口直径而小于补水孔大口直径的弹性球，补水孔大口一端覆盖过水栅。
本发明的流体脉冲喷射装置的工作原理和过程如下：
压力水通过进水流道进入到进水腔，推动活塞将压缩腔内的水通过打开的喷射孔快速推送出去，形成高速水流。在此过程中，压缩腔补水单向阀自动关闭，避免压缩腔内的水回流到进水腔，压缩弹簧被压缩，圆球形弹性阀体向喷射孔移动，直至圆球形弹性阀体堵塞喷射孔，喷射孔停止喷水。因为圆球形弹性阀体堵塞了喷射孔，压力卸放通道被堵死，压缩腔内的压力迅速回升，已被压缩的压缩弹簧开始释放，带动活塞向进水腔移动，压缩腔补水单向阀自动打开，向压缩腔内补水，因为圆球形弹性阀体内外侧存在压差，被吸附于喷射孔的内侧，塔形弹簧被逐渐拉伸。直至塔形弹簧的拉伸力达到足以克服圆球形弹性阀体吸附于喷射孔内侧的吸力，圆球形弹性阀体被从喷射孔的内侧迅速拉开，堵塞的喷射孔被打开，压缩腔内的水通过喷射孔快速喷出，压缩腔内的压力迅速降低，压力水通过进水流道进入到进水腔，推动活塞将压缩腔内的水通过打开的喷射孔快速推送出去，形成高速水流。在此过程中，压缩腔补水单向阀自动关闭，避免压缩腔内的水回流到进水腔，压缩弹簧被压缩，圆球形弹性阀体向喷射孔移动，直至圆球形弹性阀体堵塞喷射孔，喷射孔停止喷水。因为圆球形弹性阀体堵塞了喷射孔，压力卸放通道被堵死，压缩腔内的压力迅速回升，已被压缩的压缩弹簧开始释放，带动活塞向进水腔移动，压缩腔补水单向阀自动打开，向压缩腔内补水，因为圆球形弹性阀体内外侧存在压差，被吸附于喷射孔的内侧，塔形弹簧被逐渐拉伸。直至塔形弹簧的拉伸力达到足以克服圆球形弹性阀体吸附于喷射孔内侧的吸力，圆球形弹性阀体被从喷射孔的内侧迅速拉开，堵塞的喷射孔被打开，压缩腔内的水通过喷射孔快速喷出，压缩腔内的压力迅速降低，压力水通过进水流道进入到进水腔，推动活塞将压缩腔内的水通过打开的喷射孔快速推送出去，形成高速水流。在此过程中，压缩腔补水单向阀自动关闭，避免压缩腔内的水回流到进水腔，压缩弹簧被压缩，圆球形弹性阀体向喷射孔移动，直至圆球形弹性阀体堵塞喷射孔，喷射孔停止喷水。如此周而复始地自动进行流体的脉冲喷射。
本发明具有如下积极效果：
1、本发明的流体脉冲喷射装置，结构简单，不需要电力驱动和控制，投入成本低，使用方便，非常适合用于脉冲式微喷灌系统；
2、本发明的流体脉冲喷射装置，可靠性高，使用寿命长，开启时间短，脉冲强度可以得到充分发挥。现行的膜片式结构的脉冲电磁阀，由于其先导孔的路径长，孔径小，极易堵塞造成脉冲电磁阀失灵，加之膜片的寿命有限，使脉冲电磁阀的使用寿命过短，另外，膜片式结构开启时间长，脉冲强度没有得到充分发挥。而本发明的流体脉冲喷射装置，很好的克服了脉冲电磁阀的上述缺陷；
3、本发明的流体脉冲喷射装置，不仅适用于水等低粘度的液体，也同样适用于气体。例如替代布袋除尘器上的脉冲电磁阀清灰装置，可克服脉冲电磁阀先导孔易堵塞失灵、膜片开启时间长、膜片寿命短的缺陷，构成可靠性高、使用寿命长、效果好的布袋除尘器。
附图说明：
附图1、2、3为本发明的流体脉冲喷射装置处于不同工作状态时的示意图。
具体实施方式：
一种流体脉冲喷射装置，如附图1、2、3所示，包括：壳体1、活塞2，活塞2将壳体1的内腔分隔为进水腔3和压缩腔4，进水腔3通过进水流道3-1和输水管道等与水泵等流体压力源连接，活塞2上设有压缩腔4补水单向阀和弹性止水环2-4，弹性止水环2-4固定于活塞2的外侧，压缩腔4内设有压缩弹簧4-1、塔形弹簧4-2、圆球形弹性阀体4-3、喷射孔5，压缩弹簧4-1套于塔形弹簧4-2外，压缩弹簧4-1的一端抵在活塞2上，另一端抵在挨近喷射孔5的壳体1的内壁上，塔形弹簧4-2的大头一端固定于活塞2上，小头一端固定于圆球形弹性阀体4-3上，喷射孔5的进水口曲面与圆球形弹性阀体4-3的曲面吻合，活塞2的阻水横断面积大于喷射孔5的过流断面面积，喷射孔5的过流断面面积大于压缩腔4补水单向阀的最大允许过流断面面积，壳体1、进水流道3-1、进水腔3、活塞2、塔形弹簧4-2构成的圆锥体、压缩弹簧4-1构成的圆柱体、圆球形弹性阀体4-3、喷射孔5的横断面均为圆形且中垂线全部重合。
所述的压缩腔4补水单向阀，位于活塞2横断面的中心，由补水孔2-1、弹性球2-2、过水栅2-3组成，补水孔2-1为大口朝向压缩腔4小口朝向进水腔3的圆台形，其内放入直径大于补水孔2-1小口直径而小于补水孔2-1大口直径的弹性球2-2，补水孔2-1大口一端覆盖过水栅2-3。
本发明的流体脉冲喷射装置的工作原理和过程如下：
如附图1所示，压力水通过进水流道3-1进入到进水腔3，推动活塞2将压缩腔4内的水通过打开的喷射孔5快速推送出去，形成高速水流。在此过程中，压缩腔4补水单向阀自动关闭，避免压缩腔4内的水回流到进水腔3，压缩弹簧4-1被压缩，圆球形弹性阀体4-3向喷射孔5移动，直至圆球形弹性阀体4-3堵塞喷射孔5，喷射孔5停止喷水，如附图2所示。因为圆球形弹性阀体4-3堵塞了喷射孔5，压力卸放通道被堵死，压缩腔4内的压力迅速回升，已被压缩的压缩弹簧4-1开始释放，带动活塞2向进水腔3移动，压缩腔4补水单向阀自动打开，向压缩腔4内补水，因为圆球形弹性阀体4-3内外侧存在压差，被吸附于喷射孔5的内侧，塔形弹簧4-2被逐渐拉伸，如附图3所示。直至塔形弹簧4-2的拉伸力达到足以克服圆球形弹性阀体4-3吸附于喷射孔5内侧的吸力，圆球形弹性阀体4-3被从喷射孔5的内侧迅速拉开，如附图1所示，堵塞的喷射孔5被打开，压缩腔4内的水通过喷射孔5快速喷出，压缩腔4内的压力迅速降低，压力水通过进水流道3-1进入到进水腔3，推动活塞2将压缩腔4内的水通过打开的喷射孔5快速推送出去，形成高速水流。在此过程中，压缩腔4补水单向阀自动关闭，避免压缩腔4内的水回流到进水腔3，压缩弹簧4-1被压缩，圆球形弹性阀体4-3向喷射孔5移动，直至圆球形弹性阀体4-3堵塞喷射孔5，喷射孔5停止喷水，如附图2所示。因为圆球形弹性阀体4-3堵塞了喷射孔5，压力卸放通道被堵死，压缩腔4内的压力迅速回升，已被压缩的压缩弹簧4-1开始释放，带动活塞2向进水腔3移动，压缩腔4补水单向阀自动打开，向压缩腔4内补水，因为圆球形弹性阀体4-3内外侧存在压差，被吸附于喷射孔5的内侧，塔形弹簧4-2被逐渐拉伸，如附图3所示。直至塔形弹簧4-2的拉伸力达到足以克服圆球形弹性阀体4-3吸附于喷射孔5内侧的吸力，圆球形弹性阀体4-3被从喷射孔5的内侧迅速拉开，如附图1所示，堵塞的喷射孔5被打开，压缩腔4内的水通过喷射孔5快速喷出，压缩腔4内的压力迅速降低，压力水通过进水流道3-1进入到进水腔3，推动活塞2将压缩腔4内的水通过打开的喷射孔5快速推送出去，形成高速水流。在此过程中，压缩腔4补水单向阀自动关闭，避免压缩腔4内的水回流到进水腔3，压缩弹簧4-1被压缩，圆球形弹性阀体4-3向喷射孔5移动，直至圆球形弹性阀体4-3堵塞喷射孔5，喷射孔5停止喷水，如附图2所示。如此周而复始地自动进行流体的脉冲喷射。
Claims (2)
1.一种流体脉冲喷射装置，其特征在于：包括壳体(1)、活塞(2)，活塞(2)将壳体(1)的内腔分隔为进水腔(3)和压缩腔(4)，进水腔(3)通过进水流道(3-1)和输水管道与流体压力源连接，活塞(2)上设有压缩腔(4)补水单向阀和弹性止水环(2-4)，弹性止水环(2-4)固定于活塞(2)的外侧，压缩腔(4)内设有压缩弹簧(4-1)、塔形弹簧(4-2)、圆球形弹性阀体(4-3)、喷射孔(5)，压缩弹簧(4-1)套于塔形弹簧(4-2)外，压缩弹簧(4-1)的一端抵在活塞(2)上，另一端抵在挨近喷射孔(5)的壳体(1)的内壁上，塔形弹簧(4-2)的大头一端固定于活塞(2)上，小头一端固定于圆球形弹性阀体(4-3)上，喷射孔(5)的进水口曲面与圆球形弹性阀体(4-3)的曲面吻合，活塞(2)的阻水横断面积大于喷射孔(5)的过流断面面积，喷射孔(5)的过流断面面积大于压缩腔(4)补水单向阀的最大允许过流断面面积，壳体(1)、进水流道(3-1)、进水腔(3)、活塞(2)、塔形弹簧(4-2)构成的圆锥体、压缩弹簧(4-1)构成的圆柱体、圆球形弹性阀体(4-3)、喷射孔(5)的横断面均为圆形且中垂线全部重合。
2.根据权利要求1所述的一种流体脉冲喷射装置，其特征在于：所述的压缩腔(4)补水单向阀，位于活塞(2)横断面的中心，由补水孔(2-1)、弹性球(2-2)、过水栅(2-3)组成，补水孔(2-1)为大口朝向压缩腔(4)小口朝向进水腔(3)的圆台形，其内放入直径大于补水孔(2-1)小口直径而小于补水孔(2-1)大口直径的弹性球(2-2)，补水孔(2-1)大口一端覆盖过水栅(2-3)。
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