CN103817028B - 一种腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴，包括进口喷嘴、调节环、底座和出口喷嘴，底座为内空圆柱体，其内空腔为圆柱状的振荡腔，进口喷嘴的上端通过设置在其端部圆柱面上的外螺纹与高压管连接、其中部通过设置在其中部外圆柱面上的外螺纹与调节环的内圈螺纹螺旋连接、其下端可螺旋旋入底座的振荡腔内，底座分别通过螺钉、设置在底座上下底面的通孔、设置在调节环上的通孔和设置在出口喷嘴上的通孔与调节环和出口喷嘴固定连接。本发明的优点是：针对不同工作压力，通过旋转底座连续调节振荡腔的腔长从而将连续射流转变为强烈的脉冲射流；且喷嘴各部分加工容易，更换方便。
Description
技术领域
本发明属于机械设备领域，涉及一种自激振荡脉冲射流喷嘴，具体涉及可将不同工作压力下的连续射流转变为脉冲射流的一种腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴。
背景技术
自激振荡脉冲射流是利用流体力学、流体共振、瞬变流、水声学等理论发展起来的一种高效射流。不依靠任何其它旋转部件或外部激励，仅仅利用自激振荡脉冲射流喷嘴自身特殊结构就可将连续射流转化为脉冲射流，从而大大增强射流的打击力与破坏效果，提高射流的工作效率，并起到节能的作用。因此，自激振荡脉冲射流喷嘴是一种很有发展前途的装置，尤其在煤矿开采、石油钻井、清洗等领域的应用前景非常广阔。
专利号为ZL91214616.8的实用新型专利公布了一种自激振荡脉冲射流喷嘴，这种喷嘴虽然理论上可将连续射流转化为脉冲射流，但这种喷嘴很难甚至无法加工出来，且根据理论分析，对于不同的工作压力此喷嘴的脉冲效果会大大不同。
专利号为ZL91228775.6的实用新型专利“脉冲射流振荡发生器”公开了一种由两级喷嘴叠加而成的脉冲射流振荡发生器，但此实用新型进口喷嘴是通过螺纹与连接压盖相连，由于螺纹间隙的原因，进口喷嘴、振荡腔的中心线与出口喷嘴中心线存在微小偏差无法共线；然而对于高压水射流，射流流速很高、剪切层很薄，根据自激振荡脉冲理论，只有当进口喷嘴、振荡腔、出口喷嘴三者中心线严格共线，且振荡腔腔长为一特定值时，才能产生强烈的脉冲效果。因而对于高压流体，此喷嘴的脉冲效果并不理想。其次，此实用新型中的出口喷嘴无碰撞壁，振荡腔中没有压力波的周期性叠加放大，因而产生自激振荡脉冲的机理不清晰。另一方面，此种结构的振荡发生器的振荡腔腔长为一定值，当工作压力或上、出口喷嘴孔径改变时，腔长不能做出相应的改变，从而导致脉冲效果大大减弱。经实验，当工作压力高于5MPa时，此装置的脉冲效果几乎消失，所以此实用新型的普适性并不强。
自激振荡脉冲射流技术发展至今已有近三十年，理论较为成熟，但却没有一种合适的喷嘴来使这项技术得到广泛的推广与应用，自激振荡脉冲射流的理论远远超前于实践。近年来，随着自激振荡脉冲射流技术应用范围扩大，所需工作压力越来越高，目前在石油钻井、矿上开采上常用的压力一般都在10MPa以上。目前还不存在具有结构简单、加工容易、效果好、成本低的高压自激振荡脉冲射流喷嘴。因此，现亟需一种可适用于不同工作压力的高压自激振荡脉冲射流喷嘴来适应于此技术的广泛应用前景。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种可将不同工作压力下的连续射流转变为脉冲射流的一种腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴。
本发明所采用的技术方案是：一种腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴，其特征在于：包括进口喷嘴、调节环、底座和出口喷嘴，所述的底座为内空圆柱体，其内空腔为圆柱状的振荡腔，所述的进口喷嘴的上端通过设置在其端部圆柱面上的外螺纹与高压管连接、其中部通过设置在其中部外圆柱面上的外螺纹与所述的调节环的内圈螺纹螺旋连接、其下端可螺旋旋入所述的底座的振荡腔内，所述的底座分别通过螺钉、设置在底座上下底面的通孔、设置在调节环上的通孔和设置在出口喷嘴上的通孔与所述的调节环和出口喷嘴固定连接。
作为优选，所述的进口喷嘴中部处设置有锥孔、其出口处设置有直管段。
作为优选，所述的锥孔的锥角为13.5°、其孔表面粗糙度Ra小于等于0.8。
作为优选，所述的直管段的长度为自身孔径的3~5倍、其孔表面粗糙度Ra小于等于0.8。
作为优选，所述的振荡腔的直径为所述进口喷嘴的直管段孔径的12~14倍。
作为优选，所述的振荡腔内圆柱面的表面粗糙度Ra小于等于0.8。
作为优选，所述的出口喷嘴上端面设置有一圆槽，用以安放O型圈。
作为优选，所述的出口喷嘴上端中心设置有一锥体，其内部设置有出口喷嘴中心孔。
作为优选，所述的出口喷嘴中心孔长度为自身孔径的3~5倍。
作为优选，所述的出口喷嘴中心孔孔径为所述的进口喷嘴的出口处孔径的1.2~1.4倍。
作为优选，所述的出口喷嘴中心孔孔表面粗糙度Ra小于等于0.8。
作为优选，所述的锥体的锥角为120°。
作为优选，所述的锥体表面粗糙度Ra小于等于0.8。
作为优选，所述的进口喷嘴的下端外圆柱面与振荡腔的内圆柱面的配合精度为H5/g4。
作为优选，所述的出口喷嘴外圆柱面与底座内圆柱面的配合精度为H6/f5。
本发明的有益效果是：将自激振荡脉冲射流喷嘴分为四部分分别加工再装配，从而降低了加工难度与成本，且各部分更换简单，方便使用；特别是调节环的使用不仅保证了振荡腔长连续可调，也保证了进口喷嘴下端外圆柱面与振荡腔表面的配合精度得以实现，从而使得进口喷嘴中心线与振荡腔中心线共线；出口喷嘴外圆柱面与底座端内圆柱面的配合精度保证了出口喷嘴中心线与振荡腔中心线共线，从而进口喷嘴、振荡腔、出口喷嘴三者中心线共线。经计算，采用此种结构后，进口喷嘴、振荡腔、出口喷嘴三者中心线共线的精度比专利号为ZL91228775.6的专利“脉冲射流振荡发生器”的三者共线精度提高了至少10倍。此外，本发明中出口喷嘴锥形碰撞壁的使用，有效的反馈了振荡压力波，因而脉冲效果好。另外，本发明中进口喷嘴孔壁、振荡腔壁面、出口喷嘴孔壁粗糙度Ra小于等于0.8，不仅减小了射流与壁面摩擦引起的能量损耗，也减小了振荡压力波传播过程中的损耗，从而使得出口射流能量更集中，脉冲效果更好。经实验验证，采用本发明后，在压力为20MPa时仍能产生良好的脉冲效果。
附图说明
图1：是本发明实施例的轴向剖视结构示意图。
图2：是本发明实施例的调节环的正视图。
图3：是本发明实施例的底座的轴向剖视图。
图4：是本发明实施例的出口喷嘴的C向视图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1、图2、图3和图4，本发明所采用的技术方案是：一种腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴，包括进口喷嘴1、调节环2、底座3和出口喷嘴4；进口喷嘴1中部处设置有锥孔7、其出口处设置有直管段8，锥孔7的锥角为13.5°、其孔表面粗糙度Ra小于等于0.8，直管段8的长度为自身孔径的3~5倍、其孔表面粗糙度Ra小于等于0.8，振荡腔14的直径为所述进口喷嘴1的直管段8孔径的12~14倍；底座3为内空圆柱体，其内空腔为圆柱状的振荡腔14，振荡腔14内圆柱面的表面粗糙度Ra小于等于0.8，进口喷嘴1的上端通过设置在其端部圆柱面上的外螺纹与高压管连接、其中部通过设置在其中部外圆柱面上的外螺纹与调节环2的内圈螺纹螺旋连接、其下端可螺旋旋入底座3的振荡腔14内，进口喷嘴1的下端外圆柱面与振荡腔14的内圆柱面的配合精度为H5/g4；底座3分别通过螺钉22、23、设置在底座3上下底面的通孔12、15、设置在调节环2上的通孔11和设置在出口喷嘴4上的通孔18与调节环2和出口喷嘴4固定连接，出口喷嘴上端面设置有一圆槽21，用以安放O型圈24，出口喷嘴4上端中心设置有一锥体19，其内部设置有出口喷嘴中心孔20，出口喷嘴中心孔20长度为自身孔径的3~5倍，出口喷嘴中心孔20孔径为进口喷嘴1的直管段8的孔径的1.2~1.4倍，出口喷嘴中心孔20孔表面粗糙度Ra小于等于0.8，锥体19的锥角为120°，锥体19表面粗糙度Ra小于等于0.8；出口喷嘴4外圆柱面与底座3内圆柱面的配合精度为H6/f5。
本实施实例的工作过程和原理是：首先在出口喷嘴圆槽21中安放O型圈24，将出口喷嘴4放入底座下端（图1所示的D端）圆柱槽内，并使通孔18与螺纹孔15对齐，拧紧螺钉23；然后将进口喷嘴下端（图1所示的B端）慢慢旋入振荡腔14，通过调节环2的内螺纹慢慢旋入直至与底座3接触，并使通孔11与螺纹孔12对齐，拧紧螺钉22；最后将装配好的喷嘴经进口喷嘴1上端（图1所示的A端）的外螺纹与高压管相连。使用时，高速流体经进口喷嘴1喷出进入振荡腔14，在进口喷嘴1出口处形成的压力扰动波会诱发射流剪切层中产生漩涡，一定频率的漩涡将被选择性放大，并与出口喷嘴4上端（图1所示的C端）的锥体19壁面碰撞，碰撞产生压力扰动波并向上游反射，若反射压力波与进口喷嘴1出口处的扰动波互为反相，就会导致振荡腔内流体阻抗形成周期性变化，从而将连续射流转变为脉冲射流。对于不同的工作压力，射流进入振荡腔14的速度不同，剪切层中漩涡与出口喷嘴上端锥体19壁面的碰撞频率不同，从而导致压力波不同，因而针对不同的工作压力需要有不同的振荡腔腔长来使得反射压力波与初始扰动波互为反相。这时，只需旋转调节环2就可连续改变振荡腔14的腔长，从而使发射压力波与初始扰动波互为反相，产生强烈的脉冲效果。
本发明结构简单、易加工、成本低、效果好，对自激振荡脉冲射流技术的广泛应用起到巨大的推动作用。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴，包括进口喷嘴（1）、调节环（2）、底座（3）和出口喷嘴（4），所述的底座（3）为内空圆柱体，其内空腔为圆柱状的振荡腔（14），所述的进口喷嘴（1）的上端通过设置在其端部圆柱面上的外螺纹与高压管连接、其中部通过设置在其中部外圆柱面上的外螺纹与所述的调节环（2）的内圈螺纹螺旋连接、其下端可螺旋旋入所述的底座（3）的振荡腔（14）内，所述的底座（3）分别通过螺钉（22、23）、设置在底座（3）上下底面的通孔（12、15）、设置在调节环（2）上的通孔（11）和设置在出口喷嘴（4）上的通孔（18）与所述的调节环（2）和出口喷嘴（4）固定连接；其特征在于：所述的进口喷嘴（1）中部处设置有锥孔（7）、其出口处设置有直管段（8），锥孔（7）表面粗糙度Ra小于等于0.8；所述的振荡腔（14）的直径为所述进口喷嘴（1）的直管段（8）孔径的12~14倍；所述的振荡腔（14）内圆柱面的表面粗糙度Ra小于等于0.8；所述的出口喷嘴（4）内部设置有出口喷嘴中心孔（20），所述的出口喷嘴中心孔（20）孔表面粗糙度Ra小于等于0.8；所述的进口喷嘴（1）的下端外圆柱面与振荡腔（14）的内圆柱面的配合精度为H5/g4，所述的出口喷嘴（4）外圆柱面与底座（3）内圆柱面的配合精度为H6/f5；所述的出口喷嘴（4）上端中心设置有一锥体（19），所述的锥体（19）表面粗糙度Ra小于等于0.8。
2.根据权利要求1所述的腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴，其特征在于：所述的锥孔（7）的锥角为13.5°。
3.根据权利要求1所述的腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴，其特征在于：所述的直管段（8）的长度为自身孔径的3~5倍、其孔表面粗糙度Ra小于等于0.8。
4.根据权利要求1所述的腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴，其特征在于：所述的出口喷嘴上端面设置有一圆槽（21），用以安放O型圈（24）。
5.根据权利要求1所述的腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴，其特征在于：所述的出口喷嘴中心孔（20）长度为自身孔径的3~5倍。
6.根据权利要求1所述的腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴，其特征在于：所述的出口喷嘴中心孔（20）孔径为所述的进口喷嘴（1）的出口处孔径的1.2~1.4倍。
7.根据权利要求1所述的腔长连续可调高压自激振荡脉冲射流喷嘴，其特征在于：所述的锥体（19）的锥角为120°。
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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 | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160210 |