CN103752433A - 一种高压水射流自激振荡喷嘴装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业清洗领域，尤其涉及一种高压水射流自激振荡喷嘴装置，包括上振荡腔、振荡腔体和下振荡腔，所述上振荡腔与振荡腔体固定的接触面处设有调节垫片，可通过更换调节垫片实现腔长的改变，获得最佳自激振荡效果，并且可通过传感器将信号传送到数据采集系统，通过HHT时频分析方法提取并分离出腔内振荡信号的频率和幅值，实现自激振荡射流信号的实时监测。本发明的有益效果：拓展了自激振荡喷嘴的应用工况，提供了自激振荡检测手段；结构简单，操作简便，成本低，工作效率高，具有实用性，为实现自激振荡射流信号的实时监测，进一步为射流调制并获得最佳自激振荡效果奠定了基础。

Description

一种高压水射流自激振荡喷嘴装置

技术领域

    本发明属于工业清洗领域，尤其涉及一种高压水射流自激振荡喷嘴装置。 

背景技术

高压水射流，是以水为介质，通过高压发生设备增压获得巨大能量后，经一定形状的喷嘴喷出的一股能量集中的高速水流。根据水射流本身特点的不同，通常将水射流分为三种类型：连续射流、脉冲射流和空化射流。而自激振荡射流是利用流体力学、流体共振、流体弹性学和水声学等原理发展起来的一种新型高效脉冲射流。通过自激在特殊的流体结构中产生振荡，将连续射流变成振荡脉冲射流。它兼有脉冲射流、空化射流的特点，因此成为近年来国内外许多学者研究的前沿性课题。目前自激振荡射流的研究主要集中在产生机理、发生装置、影响因素以及检测分析手段等几方面。经过多年研究，国内学者们对自激振荡射流产生机理达成一定共识，其原理是当稳定流体流过喷嘴振荡腔的出口收缩断面时，产生自激压力激动，这种压力激动反馈回振荡腔形成反馈压力振荡。适当控制振荡腔结构参数和流体的马赫数及Strouhal数，使反馈压力振荡的频率与振荡腔的固有频率相匹配，从而在振荡腔内形成声谐共振，使喷嘴出口射流变成断续涡环流，从而增强射流的空化作用和打击效果。 

自激振荡喷嘴装置是产生自激振荡射流的核心部件，其结构参数尤其是腔内尺寸直接决定了射流的振荡脉动效果。由上述自激振荡射流发生机理可知，振荡腔产生声谐共振的条件是来流参数、振荡腔参数必须满足反馈压力振荡的频率与振荡腔的固有频率相匹配，也就是说最佳的自激振荡效果的产生不仅与振荡腔结构尺寸有关，而且还与水射流的工作参数相关。但在实际应用过程中，由于射流本身的磨损，喷嘴腔内尺寸很难保持不变，即使做到腔内尺寸的不变，那么一种自激振荡喷嘴只能适用于某一特定工况，也不利于该类喷嘴的推广与应用。也正因为这些问题的存在，自激振荡喷嘴至今还没有形成正规产品，只在一些专用设备上有所应用。 

发明内容

本发明目的是提供了一种高压水射流自激振荡喷嘴装置可以通过自身结构的设计实现振荡腔结构参数的变化，并检测腔内自激振荡射流效果。无需进行传统的靶距打击试验便可以实现自激振荡射流信号的实时监测，从而为射流调制，获得最佳自激振荡射流效果奠定了基础，也为自激振荡喷嘴的产品化、系列化奠定了基础。 

一种高压水射流自激振荡喷嘴装置，包括上振荡腔、振荡腔体和下振荡腔，所述上振荡腔和下振荡腔分别固定在振荡腔体的两端；并且相互配合在振荡腔体内构成谐振腔，所述上振荡腔与振荡腔体固定的接触面处设有调节垫片； 

进一步地，所述振荡腔体为空心圆柱形，所述上振荡腔中部设有进水嘴，进水嘴一端置于振荡腔体内部，另一端置于振荡腔体外部；所述下振荡腔中部设有出水口，所述出水口一端置于振荡腔体内部，另一端置于振荡腔体外部；

进一步地，所述上振荡腔通过内六角螺钉M6和放松垫板固定在振荡腔体的一端，下振荡腔通过内六角螺钉M3和放松垫板固定在振荡腔体的另一端；

进一步地，所述上振荡腔置于振荡腔体内部的进水嘴一端、下振荡腔的出水口置于振荡腔体的一端和振荡腔体配合构成谐振腔；

进一步地，所述谐振腔为锥形碰撞面；

进一步地，所述振荡腔体腔壁均匀设置有腔壁信号采集孔，下振荡腔设有底部信号采集孔；腔壁信号采集孔和底部信号采集孔内均连接有高动态微型压力传感器。

本发明的有益效果：本发明实现了喷嘴振荡腔结构参数的可调，拓展了自激振荡喷嘴的应用工况，为自激振荡喷嘴的产品化、系列化奠定了基础；并且通过专用软件分析腔内振荡信号的频率和幅度，结合腔体结构参数调整，可获得最佳的打击效；结构简单，操作简便，无需传统的靶距打击试验，便可得到振荡腔内流体振荡脉动信息，成本低，工作效率高，具有实用性。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图； 

图2（a）为本发明的振荡腔壁信号孔布置的俯视图；图2（b）为本发明的振荡腔壁信号孔布置的正视图；

图3为本发明的下振荡腔结构示意图；

图中，1-上振荡腔、2-调整垫片、3-振荡腔体、4-下振荡腔、5-腔壁信号采集孔、6-进水嘴、7-腔壁o形橡胶密封圈、8-底部o形橡胶密封圈、9-出水孔、10-底部信号采集孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。 

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。 

参见图1所示的一种高压水射流自激荡喷嘴装置，包括上振荡腔1、振荡腔体3和下振荡腔4，所述振荡腔体3为空心圆柱型，上振荡腔1中部设有进水嘴6，下振荡腔4中部设有出水口9，上振荡腔1通过内六角螺钉M6和放松垫板拧合固定在振荡腔体3一端，上振荡腔1的进水嘴6一端置于振荡腔体3内，上振荡腔体1的进水嘴6另一端置于振荡腔体3外，下振荡腔体4通过内六角螺钉M3和放松垫板拧合固定在振荡腔体3另一端，下振荡腔4出水口9一端置于振荡腔体3内，另一端置于振荡腔体3外，在上振荡腔1和振荡腔体3的接触面处设有调节垫片2，通过更换不同厚度的调节垫片2来改变腔长。 

上振荡腔1进水嘴6置于腔体内的一端与振荡腔体3间隙配合，振荡腔体3在对应上振荡腔1进水嘴6该端处的内部腔壁上设有两道沟槽，两道沟槽内分别环置有腔壁o型橡胶密封圈7配合密封；下振荡腔4出水孔置于腔体内的一端与振荡腔体3间隙配合；在振荡腔体3与下振荡腔4连接面处，振荡腔体3设有一道沟槽，沟槽内设置有底部o形橡胶密封圈8配合密封；所述置于振荡腔体3内的上振荡腔1进水嘴6一端端头和下振荡腔4出水口9一端端头配合振荡腔体3构成谐振腔。 

所述振荡腔体3外部周围均匀设置有腔壁信号采集孔5，如图2所示下振荡腔4设有底部信号采集孔10，腔壁信号采集孔5和底部信号采集孔10内连接高动态微型压力传感器，拾取信号，其中信号采集孔设计为M8螺纹孔，高动态微型压力传感器通过螺纹连接拧入信号采集孔中的，调整腔长时，将上振荡腔1拆卸，更换不同厚度的调节垫片2即可，腔壁信号采集孔5和底部信号采集孔10连接高动态微型压力传感器拾取信号。 

所述信号采集孔在高动态微型压力传感器通过螺纹连接方式的基础上优选的采用变径设计。 

工作原理：工作系统提供的高压水通过高压软管接入喷嘴装置，由上振荡腔1进水嘴6进入，高压水流进入振荡腔体3内的谐振腔，上喷嘴出口射流在谐振腔内产生涡量扰动，在射流和碰撞面的相互作用下扰动波向上游反馈形成信号发生、传输、反馈的封闭环，把上喷嘴的连续射流变换成下喷嘴的振荡射流。下游碰撞面在自激振荡的形成过程中发挥重要的作用，经锥形碰撞面碰撞后形成自激振荡射流由下振荡腔4的出水口9喷出。振荡腔体腔壁信号采集孔5连接高动态微型压力传感器并输出静压信号，如图2（b）所示，所述腔壁信号采集孔5分布高度不同，同时如图2（a）所示，所述腔壁信号采集孔5分布角度为120°，这样优选的腔壁信号采集孔5分配，可全面的获得静压信号，并传输到数据采集系统进行显示，下振荡腔的底部信号采集孔10连接高动态微型压力传感器输出动压信号，传输到数据采集系统进行显示，并通过HHT时频分析方法对振荡信号进行分析处理，进而提取所需要的自激振荡信息，实现对腔内自激振荡信息的实时监测，同时调整腔长时，将上振荡腔1拆卸，更换厚度不同的调节垫片2以满足所需腔长，通过设计一系列不同厚度的调节垫片2，即可调整上振荡腔1置于振荡腔体3内部的进水嘴一端的位置，即可改变谐振腔的腔长，获得自激振荡效果最好的谐振腔长。 

本发明还包括一种选取上述喷嘴装置最优谐振腔长的方法，包括： 

a）获取信号，首先高压水流进入振荡腔体3内，在谐振腔内经锥形碰撞面碰撞后形成自激振荡射流由下振荡腔4的出水口9喷出，腔壁信号采集孔的高动态微型压力传感器采集静压信号，底部信号采集孔内的高动态微型压力传感器采集动压信号；

b）处理信号，高动态微型压力传感器将采集的动压信号和静压信号发送至数据采集系统并进行显示，同时应用HHT时频分析方法对动压信号和静压信号进行分析处理，进而提取所需要的自激振荡信息，实现对腔内自激振荡信息的实时监测；

c）  调节腔长，根据步骤b）获取的自激振荡信息，对调节垫片进行更换，应用最佳的厚度的垫片，实现获得自激振荡效果最佳的谐振腔长。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡是本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。  

Claims (7)

1.一种高压水射流自激振荡喷嘴装置，其特征在于：包括上振荡腔（1）、振荡腔体（3）和下振荡腔（4），所述上振荡腔（1）和下振荡腔（4）分别固定在振荡腔体（3）的两端；并且相互配合在振荡腔体（3）内构成谐振腔，所述上振荡腔（1）与振荡腔体（3）固定的接触面处设有调节垫片（2）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述振荡腔体（3）为空心圆柱形，所述上振荡腔（1）中部设有进水嘴（6），进水嘴（6）一端置于振荡腔体（3）内部，另一端置于振荡腔体（3）外部；所述下振荡腔（4）中部设有出水口（9），所述出水口（9）一端置于振荡腔体（3）内部，另一端置于振荡腔体（3）外部。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述上振荡腔（1）通过内六角螺钉M6和放松垫板固定在振荡腔体（3）的一端，下振荡腔（4）通过内六角螺钉M3和放松垫板固定在振荡腔体（3）的另一端。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述上振荡腔（1）置于振荡腔体（3）内部的进水嘴（6）一端、下振荡腔（4）的出水口（9）置于振荡腔体（3）的一端和振荡腔体（3）配合构成谐振腔。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述谐振腔为锥形碰撞面。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述振荡腔体（3）腔壁均匀设置有腔壁信号采集孔（5），下振荡腔（4）设有底部信号采集孔（10）；腔壁信号采集孔（5）和底部信号采集孔（10）内均连接有高动态微型压力传感器。

7.根据权利要求1-6所述的装置，其特征在于：还提供一种选取上述喷嘴装置最优谐振腔长的方法，包括：

a) 获许信号，首先高压水流进入振荡腔体3内，在谐振腔内经锥形碰撞面碰撞后形成自激振荡射流由下振荡腔4的出水口9喷出，腔壁信号采集孔的高动态微型压力传感器采集静压信号，底部信号采集孔内的高动态微型压力传感器采集动压信号；

b) 处理信号，高动态微型压力传感器将采集的动压信号和静压信号发送至数据采集系统并进行显示，同时应用HHT时频分析方法对动压信号和静压信号进行分析处理，进而提取所需要的自激振荡信息，实现对腔内自激振荡信息的实时监测；

c) 调节腔长，根据步骤b）获取的自激振荡信息，对调节垫片进行更换，应用最佳的厚度的垫片，实现获得自激振荡效果最佳的谐振腔长。

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