CN103331222A - 一种气溶性射流发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气溶性射流发生装置。其技术方案是：该装置的发生器上半球(4)的长半轴端部设有射流喷嘴(1)，负电极(14)通过负电极底座嵌入射流喷嘴(1)的扩孔中，负电极底座中心对称地设有6~8个负电极射流孔(15)；该装置的发生器下半球(7)的长半轴端部设有通孔，正电极(12)的一端穿过通孔位于发生器下半球(7)内，正电极(12)的另一端固定在端盖(9)的中心通孔中且与高压脉冲电源(8)的正极连接；正电极(12)顶部和负电极(14)顶部至空心椭圆球体中心点O的距离相等；该装置的进气口(2)和进水口(5)的中心线与对应的长半轴垂直且相交于各自的焦点F和F＇处。本发明具有结构简单、射流速度高、动力大、能耗小、节约水和射流压力调节方便的特点。
Description
技术领域
本发明属于射流技术领域，具体涉及一种气溶性射流发生装置。
技术背景
目前水射流技术在清洗、破岩、改善金属表面性能等领域得到了广泛应用，传统的高压水射流对动力设备和管道要求高，同时能源利用率低、耗水量大和使用成本高。“一种垂直射流发生器”(CN200910111049.3)，采用上下圆形条状的电极成对交错排列的方法避免了射流需要高压泵的要求，同时可方便调节射流强度；“水力脉冲空化射流发生装置”(CN201010141190.0)为一种利用自激振荡喷嘴产生空化射流的发生装置，该装置改变了井底流场及岩石受力状况，能有效提高机械钻速和叶轮轴的使用寿命；“可调式水气射流装置”(CN200920244096.0)公布了一种射流装置，该装置改善了现有射流装置中水和空气混比不可调等缺陷。
上述各种射流发生装置，虽在不同领域具有一定积极效果，但这些射流发生装置仍存在着如下问题：
(1)射流压力小、工作效果差和效率低；
(2)在实现较大的射流冲击力时消耗的能量较大和能量利用率低；
(3)射流的耗水量较大；
(4)装置结构复杂、使用寿命短、需要高压动力和管道设备要求高。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种结构简单、射流速度高、动力大、能耗小、节约水和射流压力调节方便的气溶性射流发生装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该装置由发生器上半球和发生器下半球通过螺栓固定连接为空心椭圆球体；发生器上半球和发生器下半球间设有中间密封圈，发生器上半球和发生器下半球的长半轴与短半轴长度比为(1.2~2.5)︰1。
发生器上半球的长半轴端部设有上凸台，上凸台中心设有射流喷嘴，射流喷嘴的中心线与发生器上半球的长半轴重合，射流喷嘴的端口到发生器上半球内壁的形状依次为圆孔、圆锥台孔和扩孔。负电极通过负电极底座嵌入扩孔中，负电极的中心线与发生器上半球内的长半轴重合；负电极底座设有6~8个负电极射流孔，6~8个负电极射流孔呈中心对称布置，负电极射流孔的直径为2~6mm，负电极射流孔的中心线与发生器上半球的长半轴的夹角为30~50o，所述的夹角角度为圆锥台孔的锥角角度的1/2，负电极射流孔与圆锥台孔相通，负电极射流孔的孔壁与圆锥台孔的孔壁延长面相内切。发生器上半球接地。
发生器下半球的长半轴端部设有下凸台，下凸台中心设有通孔。正电极的一端穿过通孔位于发生器下半球内，正电极的中心线与发生器下半球的长半轴重合，正电极的另一端固定在端盖的中心通孔中，端盖通过螺钉固定在下凸台平面上，端盖与下凸台平面间设有端盖密封圈。正电极顶部到空心椭圆球体中心点O的距离与负电极顶部到空心椭圆球体中心点O的距离相等，正电极的顶部与负电极顶部的距离为20~50mm。位于空心椭圆球体外的正电极的端部与高压脉冲电源的正极连接。
发生器上半球的球体上设有进气口，发生器下半球的球体上设有进水口，进气口和进水口的中心线与对应的长半轴垂直且相交于各自的焦点F和F＇处； 进气口和进水口对应设有进气单向阀和进水单向阀。
所述的高压脉冲电源的电压为25~90KV，脉冲放电频率为80~200Hz，单周期脉冲放电持续时间为3×10-4~2×10-3 s。
所述的发生器上半球和发生器下半球的壁厚为30~80mm，发生器上半球和发生器下半球的空腔总容积为400~1000cm 3。
所述的正电极的直径为6~20mm，正电极的顶部为圆锥体状，圆锥体的锥角为45~65o，正电极的圆柱面敷设有电极绝缘层。
所述的负电极由负电极本体和负电极底座构成，负电极本体为圆柱体，负电极本体和正电极的直径相同，负电极本体的顶部形状和正电极的顶部形状相同，负电极底座厚度为发生器上半球的壁厚的0.4~0.5倍，负电极本体和负电极底座为一整体，安装后的负电极底座的表面与发生器上半球内表面构成平滑的半椭圆球面。
所述的射流喷嘴的圆孔直径和圆锥台孔的小直径均为5~16 mm。
由于采用上述技术方案，本发明实现了电极在高压脉冲瞬间放电时使液体介质产生了高压冲击波，高压冲击波迫使水冲击空气，在装置内均匀混合形成气溶性射流后从射流喷嘴射出；由于放电时间短，瞬间的能量大，因而该装置产生的射流速度高，压力大。
为了有效利用电液压脉冲效应，本发明采用空心椭圆球体结构，空心椭圆球体结构能利用球面反射作用将脉冲冲击波聚集在一起，从而使能量集中，提高能量利用率和增大气溶性射流的速度和压力。
进气口和进水口的中心线与对应的长半轴垂直且相交于各自的焦点F和F＇处，能利用焦点处的高能量促进气液混合均匀；为避免脉冲波的逆流造成能量损失，本发明在进气口和进水口对应地设置有进气单向阀和进水单向阀，该设计也有效地降低了供气和供水的动力要求。
正电极圆柱面敷设电极绝缘层，减小放电的能量损失；负电极底座设有6~8个负电极射流孔，使气液混合更为均匀；负电极射流孔中心线与发生器上半球的长半轴的夹角角度为圆锥台孔的锥角角度的的1/2，负电极射流孔的孔壁与圆锥台孔的孔壁延长面相内切，能降低气溶性射流由负电极射流孔进入射流喷嘴圆锥台孔时的阻力，从而减小能量损失。
因此，本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
1)本发明无需高压动力设备，其动力由电极瞬间高压放电产生的电液压脉冲提供，射流速度为1500～2500m/s，射流压力为500～2500Mpa，射流中含有气体，比传统射流节水40~55%；
2)本发明具有聚能作用，正电极采用绝缘设计，负电极射流孔中心线与发生器上半球的长半轴的夹角角度为圆锥台孔的锥角角度的1/2，负电极射流孔的孔壁与圆锥台孔的孔壁延长面相内切，减少了能量损失，提高了效率，其能源利用率达80%；
3)本发明的电极放电特性由高压脉冲电源控制，通过调节高压脉冲电源的电学参数，实现了射流压力的任意调节，应用范围大。
因此，本发明具有结构简单、射流速度高、动力大、能耗小、节约水和射流压力调节方便等特点。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制：
实施例1
一种气溶性射流发生装置。如图1所示，该装置由发生器上半球4和发生器下半球7通过螺栓固定连接为空心椭圆球体；发生器上半球4和发生器下半球7间设有中间密封圈13，发生器上半球4和发生器下半球7的长半轴与短半轴长度比为(1.2~2.0)︰1。
发生器上半球4的长半轴端部设有上凸台，上凸台中心设有射流喷嘴1，射流喷嘴1的中心线与发生器上半球4的长半轴重合，射流喷嘴1的端口到发生器上半球4内壁的形状依次为圆孔、圆锥台孔和扩孔。负电极14通过负电极底座嵌入扩孔中，负电极14的中心线与发生器上半球4内的长半轴重合；负电极底座设有6~7个负电极射流孔15，6~7个负电极射流孔15呈中心对称布置，负电极射流孔15的直径为2~5mm，负电极射流孔15的中心线与发生器上半球4的长半轴的夹角为30~40o，所述的夹角角度为圆锥台孔的锥角角度的的1/2，负电极射流孔15与圆锥台孔相通，负电极射流孔15的孔壁与圆锥台孔的孔壁延长面相内切。发生器上半球4接地。
发生器下半球7的长半轴端部设有下凸台，下凸台中心设有通孔。正电极12的一端穿过通孔位于发生器下半球7内，正电极12的中心线与发生器下半球7的长半轴重合，正电极12的另一端固定在端盖9的中心通孔中，端盖9通过螺钉固定在下凸台平面上，端盖9与下凸台平面间设有端盖密封圈10。正电极12顶部到空心椭圆球体中心点O的距离与负电极14顶部到空心椭圆球体中心点O的距离相等，正电极12的顶部与负电极14顶部的距离为20~35mm。位于空心椭圆球体外的正电极12的端部与高压脉冲电源8的正极连接。
发生器上半球4的球体上设有进气口2，发生器下半球7的球体上设有进水口5，进气口2和进水口5的中心线与对应的长半轴垂直且相交于各自的焦点F和F＇处； 进气口2和进水口5对应设有进气单向阀3和进水单向阀6。
所述的高压脉冲电源8的电压为25~60KV，脉冲放电频率为80~150Hz，单周期脉冲放电持续时间为3×10-4~1.5×10-3 s。
所述的发生器上半球4和发生器下半球7的壁厚为30~60mm，发生器上半球4和发生器下半球7的空腔总容积为400~700cm 3。
所述的正电极12的直径为6~15mm，正电极12的顶部为圆锥体状，圆锥体的锥角为45~55o，正电极12的圆柱面敷设有电极绝缘层11。
所述的负电极14由负电极本体和负电极底座构成，负电极本体为圆柱体，负电极本体和正电极12的直径相同，负电极本体的顶部形状和正电极12的顶部形状相同，负电极底座厚度为发生器上半球4的壁厚的0.45~0.5倍，负电极本体和负电极底座为一整体，安装后的负电极底座的表面与发生器上半球4内表面构成平滑的半椭圆球面。
所述的射流喷嘴1的圆孔直径和圆锥台孔的小直径均为5~12 mm。
实施例2
一种气溶性射流发生装置。如图1所示，该装置由发生器上半球4和发生器下半球7通过螺栓固定连接为空心椭圆球体；发生器上半球4和发生器下半球7间设有中间密封圈13，发生器上半球4和发生器下半球7的长半轴与短半轴长度比为(2.0~2.5)︰1。
发生器上半球4的长半轴端部设有上凸台，上凸台中心设有射流喷嘴1，射流喷嘴1的中心线与发生器上半球4的长半轴重合，射流喷嘴1的端口到发生器上半球4内壁的形状依次为圆孔、圆锥台孔和扩孔。负电极14通过负电极底座嵌入扩孔中，负电极14的中心线与发生器上半球4内的长半轴重合；负电极底座设有7~8个负电极射流孔15，7~8个负电极射流孔15呈中心对称布置，负电极射流孔15的直径为3~6mm，负电极射流孔15的中心线与发生器上半球4的长半轴的夹角为40~50o，所述的夹角角度为圆锥台孔的锥角角度的1/2，负电极射流孔15与圆锥台孔相通，负电极射流孔15的孔壁与圆锥台孔的孔壁延长面相内切。发生器上半球4接地。
发生器下半球7的长半轴端部设有下凸台，下凸台中心设有通孔。正电极12的一端穿过通孔位于发生器下半球7内，正电极12的中心线与发生器下半球7的长半轴重合，正电极12的另一端固定在端盖9的中心通孔中，端盖9通过螺钉固定在下凸台平面上，端盖9与下凸台平面间设有端盖密封圈10。正电极12顶部到空心椭圆球体中心点O的距离与负电极14顶部到空心椭圆球体中心点O的距离相等，正电极12的顶部与负电极14顶部的距离为35~50mm。位于空心椭圆球体外的正电极12的端部与高压脉冲电源8的正极连接。
发生器上半球4的球体上设有进气口2，发生器下半球7的球体上设有进水口5，进气口2和进水口5的中心线与对应的长半轴垂直且相交于各自的焦点F和F＇处； 进气口2和进水口5对应设有进气单向阀3和进水单向阀6。
所述的高压脉冲电源8的电压为60~90KV，脉冲放电频率为150~200Hz，单周期脉冲放电持续时间为1.5×10-3~2×10-3 s。
所述的发生器上半球4和发生器下半球7的壁厚为50~80mm，发生器上半球4和发生器下半球7的空腔总容积为700~1000cm 3。
所述的正电极12的直径为10~20mm，正电极12的顶部为圆锥体状，圆锥体的锥角为55~65o，正电极12的圆柱面敷设有电极绝缘层11。
所述的负电极14由负电极本体和负电极底座构成，负电极本体为圆柱体，负电极本体和正电极12的直径相同，负电极本体的顶部形状和正电极12的顶部形状相同，负电极底座厚度为发生器上半球4的壁厚的0.4~0.45倍，负电极本体和负电极底座为一整体，安装后的负电极底座的表面与发生器上半球4内表面构成平滑的半椭圆球面。
所述的射流喷嘴1的圆孔直径和圆锥台孔的小直径均为5~16 mm。
本具体实施方式实现了电极在高压脉冲瞬间放电时使液体介质产生了高压冲击波，高压冲击波迫使水冲击空气，在装置内均匀混合形成气溶性射流后从射流喷嘴1射出；由于放电时间短，瞬间的能量大，因而该装置产生的射流速度高，压力大。
为了有效利用电液压脉冲效应，本具体实施方式采用空心椭圆球体结构，空心椭圆球体结构能利用球面反射作用将脉冲冲击波聚集在一起，从而使能量集中，提高能量利用率和增大气溶性射流的速度和压力。
进气口2和进水口5的中心线与对应的长半轴垂直且相交于各自的焦点F和F＇处，能利用焦点处的高能量促进气液混合均匀；为避免脉冲波的逆流造成能量损失，本具体实施方式在进气口2和进水口5对应地设置有进气单向阀3和进水单向阀6，该具体实施方式也有效地降低了供气和供水的动力要求。
正电极12圆柱面敷设电极绝缘层11，减小放电的能量损失；负电极底座设有6~8个负电极射流孔15，使气液混合更为均匀；负电极射流孔15中心线与发生器上半球4的长半轴的夹角角度为圆锥台孔的锥角角度的1/2，负电极射流孔15的孔壁与圆锥台孔的孔壁延长面相内切，能降低气溶性射流由负电极射流孔15进入射流喷嘴1的圆锥台孔时的阻力，从而减小能量损失。
因此，本具体实施方式与现有技术相比，具有以下积极效果：
1)本具体实施方式无需高压动力设备，其动力由电极瞬间高压放电产生的电液压脉冲提供，射流速度为1500～2500m/s，射流压力为500～2500Mpa，射流中含有气体，比传统射流节水40~55%；
2)本具体实施方式具有聚能作用，正电极采用绝缘设计，负电极射流孔15中心线与发生器上半球4的长半轴的夹角角度为圆锥台孔的锥角角度的1/2，负电极射流孔15的孔壁与圆锥台孔的孔壁延长面相内切，减少了能量损失，提高了效率，其能源利用率达80%；
3)本具体实施方式的电极放电特性由高压脉冲电源8控制，通过调节高压脉冲电源的电学参数，实现了射流压力的任意调节，应用范围大。
Claims (6)
1.一种气溶性射流发生装置，其特征在于该装置由发生器上半球(4)和发生器下半球(7)通过螺栓固定连接为空心椭圆球体；发生器上半球(4)和发生器下半球(7)间设有中间密封圈(13)，发生器上半球(4)和发生器下半球(7)的长半轴与短半轴长度比为(1.2~2.5)︰1；
发生器上半球(4)的长半轴端部设有上凸台，上凸台中心设有射流喷嘴(1)，射流喷嘴(1)的中心线与发生器上半球(4)的长半轴重合，射流喷嘴(1)的端口到发生器上半球(4)内壁的形状依次为圆孔、圆锥台孔和扩孔；负电极(14)通过负电极底座嵌入扩孔中，负电极(14)的中心线与发生器上半球(4)内的长半轴重合，负电极底座设有6~8个负电极射流孔(15)，6~8个负电极射流孔(15)呈中心对称布置，负电极射流孔(15)的直径为2~6mm，负电极射流孔(15)的中心线与发生器上半球(4)的长半轴的夹角为30~50o，所述的夹角角度为圆锥台孔的锥角角度的1/2，负电极射流孔(15)与圆锥台孔相通，负电极射流孔(15)的孔壁与圆锥台孔的孔壁延长面相内切；发生器上半球(4)接地；
发生器下半球(7)的长半轴端部设有下凸台，下凸台中心设有通孔；正电极(12)的一端穿过通孔位于发生器下半球(7)内，正电极(12)的中心线与发生器下半球(7)的长半轴重合，正电极(12)的另一端固定在端盖(9)的中心通孔中，端盖(9)通过螺钉固定在下凸台平面上，端盖(9)与下凸台平面间设有端盖密封圈(10)；正电极(12)顶部到空心椭圆球体中心点O的距离与负电极(14)顶部到空心椭圆球体中心点O的距离相等，正电极(12)的顶部与负电极(14)顶部的距离为20~50mm；位于空心椭圆球体外的正电极(12)的端部与高压脉冲电源(8)的正极连接；
发生器上半球(4)的球体上设有进气口(2)，发生器下半球(7)的球体上设有进水口(5)，进气口(2)和进水口(5)的中心线与对应的长半轴垂直且相交于各自的焦点F和F＇处； 进气口(2)和进水口(5)对应设有进气单向阀(3)和进水单向阀(6)。
2.根据权利要求1所述的气溶性射流发生装置，其特征在于所述的高压脉冲电源(8)的电压为25~90KV，脉冲放电频率为80~200Hz，单周期脉冲放电持续时间为3×10-4~2×10-3 s。
3.根据权利要求1所述的气溶性射流发生装置，其特征在于所述的发生器上半球(4)和发生器下半球(7)的壁厚为30~80mm，发生器上半球(4)和发生器下半球(7)的空腔总容积为400~1000cm 3。
4.根据权利要求1所述的气溶性射流发生装置，其特征在于所述的正电极(12)的直径为6~20mm，正电极(12)的顶部为圆锥体状，圆锥体的锥角为45~65o，正电极(12)的圆柱面敷设有电极绝缘层(11)。
5.根据权利要求1所述的气溶性射流发生装置，其特征在于所述的负电极(14)由负电极本体和负电极底座构成，负电极本体为圆柱体，负电极本体和正电极(12)的直径相同，负电极本体的顶部形状和正电极(12)的顶部形状相同，负电极底座厚度为发生器上半球(4)的壁厚的0.4~0.5倍，负电极本体和负电极底座为一整体，安装后的负电极底座的表面与发生器上半球(4)内表面构成平滑的半椭圆球面。
6.根据权利要求1所述的气溶性射流发生装置，其特征在于所述的射流喷嘴(1)的圆孔直径和圆锥台孔的小直径均为5~16 mm。
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| CN2013102841914A CN103331222A (zh) | 2013-07-08 | 2013-07-08 | 一种气溶性射流发生装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131002 |