CN104028393A - 一种液滴发生器及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液滴发生器及其工作方法，该装置包括马达、可伸缩凸轮、变频调速器、可控蠕动泵、内运动杆机构、堵头开关、液滴悬挂滴头、发生器台架、外运动杆机构、油域加热器、水平连接杆、第一竖直弹簧、第二竖直弹簧和液滴仓。本发明使液体在液滴悬挂滴头处形成液滴，利用内运动杆控制液滴的形成，利用外运动杆将液滴甩出，达到产生液滴的目的，结构简单，使用方便。产生液滴的尺寸可以指定、初始温度可以调节、初始速度可以控制、单位时间内射出液滴的数量可以选择，适用于诸如发动机的燃油燃烧前相关的油滴研究、打印机的喷墨研究、化学材料制备设备等领域。

Description

一种液滴发生器及其工作方法
技术领域
本发明涉及液滴制造领域，具体是一种液滴发生器及其工作方法。
背景技术
随着现代各种技术的发展，涉及到燃油的雾化、变形、破碎的动力装置中，小油滴各种研究越来越重要，对液滴发生器的要求越来越高。已知的液滴发生器结构复杂，并且只能产生液滴大小难以控制、初始温度处于常温状态、初始速度为零的一串液滴束。
发明内容
本发明为了解决现有液滴发生器结构复杂，液体状态不可控的问题，提供了一种结构简单的液滴发生器及其工作方法，可以控制产生液滴的尺寸大小、初始温度、初始速度和单位时间内射出液滴的数量。
该装置包括发生器台架，发生器台架侧面设有水平连接杆，外运动杆机构穿过水平连接杆做竖直运动，外运动杆机构外缘开有挡片，挡片与水平连接杆之间装有第一竖直弹簧，外运动杆机构下端为液滴仓，液滴仓下方开有液滴悬挂滴头；外运动杆机构内设有竖直运动的内运动杆机构，内运动杆机构下端装有堵头开关，堵头开关跟随内运动杆竖直运动，控制液滴悬挂滴头的开闭，内运动杆机构上端伸出外运动杆机构，通过凸轮与马达连接，凸轮与外运动杆机构之间装有第二竖直弹簧，第二竖直弹簧的弹性恢复力小于第一竖直弹簧，从而保证内外运动杆的运动顺序；发生器台架内部装有液体泵，液体泵出口与液滴仓相连。
该装置的工作方法包括以下步骤：
1）通过可控蠕动泵将液体推进到油域加热器中，加热到设定温度；
2）初始状态下，堵头开关与液滴悬挂滴头分离，加热后的液体进入液滴仓，在液滴悬挂滴头处形成一定尺寸的悬挂液滴；
3）马达控制可伸缩凸轮，带动外运动杆机构和内运动杆机构同时向下运动，在运动杆处于向下最低点时，堵头开关关闭，运动杆反向迅速运动，被堵头开关挤出液滴以一定的初始速度被甩出去。
进一步改进，所述的马达连接有变频调速器。通过调节变频调速器来调节马达的转速，改变液滴初始速度和单位时间内射出液滴的数量。
进一步改进，所述的液体泵为可控蠕变泵。通过调节可控蠕变泵的旋转速度，从而改变液体推进流量，即在相同的堵头开启时间内可以形成体积不同的液滴悬挂在滴头处，获得指定尺寸的液滴。
进一步改进，所述的液体泵和液滴仓之间连接有油域加热器。通过调节油域加热器的输入功率，使得油域温度升高或是降低，获得不同初始温度的液滴，液滴可获得温度低于油域加热器内部的沸点。
进一步改进，所述的凸轮为外径可改变的可伸缩凸轮。改变凸轮的凸起半径，即可以改变运动杆在处于最低点时向下的速度，即可获得不同初始速度的液滴。
本发明有益效果在于：
1、对于液滴能够悬挂在滴头处，这就是流体粘性的表现，称为内摩擦力或粘性力。这种现象在细管中表现的非常明显，液滴会待在细管中不会滴落。利用这种特性，使液体在液滴悬挂滴头处形成液滴，利用内运动杆控制液滴的形成，利用外运动杆将液滴甩出，达到产生液滴的目的，结构简单，使用方便。
2、产生液滴的尺寸可以指定、初始温度可以调节、初始速度可以控制、单位时间内射出液滴的数量可以选择，适用于诸如发动机的燃油燃烧前相关的油滴研究、打印机的喷墨研究、化学材料制备设备等领域。
附图说明
图1 为液滴发生器结构示意图。
图2 为运动杆系统机构结构示意图。
图3 为堵头开关打开时示意图。
图4为堵头开关关闭时示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步说明。
本发明一种具体实施方式如图1所示，包括发生器台架8，发生器台架8侧面设有水平连接杆11，外运动杆机构9穿过水平连接杆11做竖直运动，外运动杆机构9外缘开有挡片，挡片与水平连接杆3之间装有第一竖直弹簧12，外运动杆机构9下端为液滴仓14，液滴仓14下方开有液滴悬挂滴头7；外运动杆机构9内设有竖直运动的内运动杆机构5，内运动杆机构5下端装有堵头开关6，堵头开关6跟随内运动杆竖直运动，控制液滴悬挂滴头7的开闭，内运动杆机构5上端伸出外运动杆机构9，通过可伸缩凸轮2与马达1连接，马达1连接有变频调速器3。可伸缩凸轮2与外运动杆机构9之间装有第二竖直弹簧13，第二竖直弹簧13的弹性恢复力小于第一竖直弹簧12；发生器台架8内部装有可控蠕变泵4，可控蠕变泵4和液滴仓14之间连接有油域加热器10。
所述的液滴发生器产生的液滴尺寸在可以控制的范围为 ，根据现在技术的发展对液滴发生器的要求，以及根据相关机理性研究，保证射出去的液滴是完整的球形，不会变形和破碎。
所述的带有变频调速器的马达转速可控范围为转/分钟，避免转速过快、过慢影响液滴的形成状态；
所述的液滴发生器产生的液滴初始速度在可控的范围为，根据相关机理性研究表明：时，才能保证液滴不破碎，其中为液滴直径，为液滴的初始速度，分别为液滴的表面张力系数。所以有，根据产生液滴直径的可控范围，可得速度需要满足时，液滴才不会破碎，保持完整性。如图2所示：，其中值很小。为凸轮端点脱离运动杆端点时，所处的位置与水平方向的夹角；为可伸缩凸轮端点的周向速度；为马达的转速；为可伸缩凸轮的长度，通过伸缩实现可控尺寸范围为；而24V马达的转速可控范围为转/分钟，可以实现液滴射出速度可控范围为，完全满足液滴不会破碎。
所述的蠕动泵流量可控范围为，液滴尺寸为时，液滴的体积为，而堵头开关处于开启状态的时间最短约为，所以可以知道蠕动泵的最高流量应满足。针对蠕动泵有间歇性特点，正好符合所述液滴发生器中堵头开关的状态中短暂的关闭。
所述的运动杆机构中内运动杆的运动行程h为1cm，外运动杆行程H为2cm，运动杆的总行程（h + H）为3cm。而且内运动杆弹簧阻尼力要小于外部运动杆的弹簧阻尼力，这样才能先驱动内部运动杆，关闭堵头开关，然后驱动外部运动杆，将液滴推出去。
所述的堵头和滴头的作用是相互配合组成开关，在液滴形成阶段，开关处于开启状态（如图3所示），液体在泵驱动力的作用下，液滴聚集到滴头处，液滴形成之后，开关关闭（如图4所示），将液滴推射出去，并且防止液滴尾部牵扯一些小液滴。其中图中所示长度尺寸a=10mm ，直径b=3mm ，堵头尺寸c=6mm 。
所述的油域加热器中用油采用植物油，因为植物油沸点比较高，无害无毒，可以很好地将热量传递给需要加热的液体，受热均匀。其中油域加热器在底部采用电加热片加热，通过调节供电功率，来调节油域温度。赋予液滴初始温度范围为：从常温到液体沸点之间的任意温度。
本发明工作方法如下：
1）通过可控蠕动泵将液体推进到油域加热器中，加热到设定温度；
2）初始状态下，堵头开关与液滴悬挂滴头分离，加热后的液体进入液滴仓，在液滴悬挂滴头处形成一定尺寸的悬挂液滴；
3）马达控制可伸缩凸轮，带动外运动杆机构和内运动杆机构同时向下运动，在运动杆处于向下最低点时，堵头开关关闭，运动杆反向迅速运动，被堵头开关挤出液滴以一定的初始速度被甩出去。
4）通过调节变频调速器来调节马达的转速，改变液滴初始速度和单位时间内射出液滴的数量。
5）通过调节可控蠕变泵的旋转速度，从而改变液体推进流量，即在相同的堵头开启时间内可以形成体积不同的液滴悬挂在滴头处，获得指定尺寸的液滴。
6）通过调节油域加热器的输入功率，使得油域温度升高或是降低，获得不同初始温度的液滴，液滴可获得温度低于油域加热器内部的沸点。
7）改变凸轮的凸起半径，即可以改变运动杆在处于最低点时向下的速度，即可获得不同初始速度的液滴。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液滴发生器，其特征在于：包括发生器台架（8），发生器台架（8）侧面设有水平连接杆（11），外运动杆机构（9）穿过水平连接杆（11）做竖直运动，外运动杆机构（9外缘开有挡片，挡片与水平连接杆3之间装有第一竖直弹簧（12），外运动杆机构（9）下端为液滴仓（14），液滴仓（14）下方开有液滴悬挂滴头（7）；外运动杆机构（9）内设有竖直运动的内运动杆机构（5），内运动杆机构（5下端装有堵头开关（6），堵头开关（6）跟随内运动杆竖直运动，控制液滴悬挂滴头（7）的开闭，内运动杆机构（5）上端伸出外运动杆机构（9），通过凸轮（2）与马达（1）连接，凸轮（2）与外运动杆机构（9）之间装有第二竖直弹簧（13），第二竖直弹簧（13）的弹性恢复力小于第一竖直弹簧（12）；发生器台架（8）内部装有液体泵，液体泵出口与液滴仓（14）相连。
2.根据权利要求1所述的液滴发生器，其特征在于：所述的马达（1）连接有变频调速器（3）。
3.根据权利要求1所述的液滴发生器，其特征在于：所述的液体泵为可控蠕变泵（4）。
4.根据权利要求1所述的液滴发生器，其特征在于：所述的液体泵和液滴仓（14）之间连接有油域加热器（10）。
5.根据权利要求1所述的液滴发生器，其特征在于：所述的凸轮（2）为外径可改变的可伸缩凸轮。
6.一种以上任意一项权利要求所述液滴发生器的工作方法，其特征在于包括以下步骤：
1）通过可控蠕动泵将液体推进到油域加热器中，加热到设定温度；
2）初始状态下，堵头开关与液滴悬挂滴头分离，加热后的液体进入液滴仓，在液滴悬挂滴头处形成一定尺寸的悬挂液滴；
3）马达控制可伸缩凸轮，带动外运动杆机构和内运动杆机构同时向下运动，在运动杆处于向下最低点时，堵头开关关闭，运动杆反向迅速运动，被堵头开关挤出液滴以一定的初始速度被甩出去。
7.根据权利要求6所述的液滴发生器的工作方法，其特征在于：改变凸轮的凸起半径，即可以改变运动杆在处于最低点时向下的速度，即可获得不同初始速度的液滴。
8.根据权利要求6所述的液滴发生器的工作方法，其特征在于：通过调节可控蠕变泵的旋转速度，从而改变液体推进流量，即在相同的堵头开启时间内可以形成体积不同的液滴悬挂在滴头处，获得指定尺寸的液滴。
9.根据权利要求6所述的液滴发生器的工作方法，其特征在于：通过调节油域加热器的输入功率，使得油域温度升高或是降低，获得不同初始温度的液滴。
10.根据权利要求6所述的液滴发生器的工作方法，其特征在于：通过调节变频调速器来调节马达的转速，改变液滴初始速度和单位时间内射出液滴的数量。
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