CN104895128A - 一种混合式高压射流喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合式高压射流喷嘴，其特征在于：所述喷嘴体内部开设有相互独立的锥直型流道和扇形流道，所述的锥直型流道包括依次相连的第一过渡孔、第一锥形进液孔和圆柱形喷液孔，第一锥形进液孔和圆柱形喷液孔同轴心，所述扇形流道包括依次相连的第二过渡孔、第二锥形进液孔、圆柱形进液孔和椭圆形喷液孔，所述第二锥形进液孔、圆柱形进液孔和椭圆形喷液孔同轴心，第一过渡孔和第二过渡孔组合成进液口，圆柱形喷液孔和椭圆形喷液孔组合成混合出口，第一锥形进液孔、第二锥形进液孔和椭圆形喷液孔在液体流向方向上前宽后窄，所述圆柱形喷液孔和椭圆形喷液孔的轴线相交，其夹角为锐角。该喷嘴射流面积大，射流冲击力强。

Description

一种混合式高压射流喷嘴

技术领域

本发明涉及一种混合式高压射流喷嘴，主要应用于吸盘式挖泥船和耙吸式挖泥船中，为其提供高压射流。

背景技术

疏浚工程广泛应用于岛礁、河流、湖泊、水库、港口、航道等存积有大量沉积物的水域中，疏浚工程就是挖掘水下沉积物,通过疏浚的方法使港口、航道等水域的水深和宽度达到预定的要求。目前国内外用于水下疏浚的工程机械主要是挖泥船，耙吸式挖泥船是目前运用较广泛的一种船型，现有的耙吸挖泥船一般都使用高压水射流辅助耙头挖掘,以提高挖掘深度和泥浆浓度,并降低挖掘阻力，吸盘式挖泥船则是另外一种以高压射流技术为开采方法的挖泥船。喷嘴的形状和结构直接影响高压射流在喷嘴内的能耗、射流面积以及射流冲击力,目前较为流行的挖泥船喷嘴为直管喷嘴、锥形喷嘴和锥-直喷嘴。直管喷嘴尽管射流的方向一致性比较好,但流速分布不均匀；锥形喷嘴的出口流速高，但是射流方向非常散乱；锥-直喷嘴的流速大小和方向分布均较为均匀、射流能量集中，但是也存在着与上述两种喷嘴共有的缺陷——射流面积较小。

目前公开的关于喷嘴的专利基本上都主要是针对岸上的清洗、切割和采矿等设备而设计的，针对水上挖泥船喷嘴研究的主要还是集中在锥-直喷嘴和锥形喷嘴领域，如：专利CN203978412U公开的一种锥直型喷嘴，其通孔后段为喷嘴集流段，前段为喷嘴加速段，喷嘴集流段为前窄后宽的空心圆台，喷嘴加速段为空心圆柱的一种水力喷射器喷嘴。该喷嘴射流能量和冲击力较强，抗冲蚀性能较好，然而它同样存在着射流面积较小的缺陷；专利CN203822274U公开了一种自激和它激脉冲射流喷嘴，为圆柱形喷嘴本体，所述圆柱形喷嘴本体内腔依次形成喷嘴进水孔、自激振荡腔、下喷嘴孔，自激振荡腔设有连通所述圆柱形喷嘴本体外部的它激腔孔。该喷嘴射流能量和冲击力较强，然而其流速大小和方向分布的均匀性较差，射流面积较小；专利CN203081296U公开了一种水力喷射多喷嘴径向钻孔装置，其解决了现有技术中前端射流喷嘴牵引力有限导致径向钻孔水平长度短、钻孔直径较小的问题，它射流能量和冲击力强，但是射流面积却很小。

上述几种高压射流喷嘴或射流面积较小或射流能量和冲击力较小，均不能同时满足射流面积大、射流冲击力强的要求。对于非高压射流喷嘴，尤其是扇形喷嘴，由于其特殊的喷嘴形状,会产生平坦且均匀的扁平状射流,这种射流的密集性比较好,冲击力在射流面上分布 也较为均匀，也就会产生较大的射流面积，但是其射流能量和冲击力较小，单独应用于挖泥船就要使用加大压力的泵组,这无疑增加了技术难度和成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合式高压射流喷嘴，该喷嘴射流面积大，射流冲击力强。

本发明采用的技术方案是：

一种混合式高压射流喷嘴，包括喷嘴体，其特征在于喷嘴体内部开设有相互独立的锥直型流道和扇形流道，所述的锥直型流道包括依次相连的第一过渡孔、第一锥形进液孔和圆柱形喷液孔依次，第一锥形进液孔和圆柱形喷液孔同轴心，所述扇形流道包括依次相连的第二过渡孔、第二锥形进液孔、圆柱形进液孔和椭圆形喷液孔，所述第二锥形进液孔、圆柱形进液孔和椭圆形喷液孔同轴心，第一过渡孔和第二过渡孔组合成进液口，圆柱形喷液孔和椭圆形喷液孔组合成混合出口，第一锥形进液孔、第二锥形进液孔和椭圆形喷液孔在液体流向方向上前宽后窄，所述圆柱形喷液孔和椭圆形喷液孔的轴线相交，其夹角为锐角。

作为本发明的进一步改进，所述的混合式高压射流喷嘴应用于吸盘式挖泥船和耙吸式挖泥船中，为其提供高压射流。

作为本发明的进一步改进，所述第一锥形进液孔的锥角为15度。

作为本发明的进一步改进，所述圆柱形喷液孔和椭圆形喷液孔的轴线夹角为11度。

作为本发明的进一步改进，所述的锥直型流道上的总体长径比为2～3。

作为本发明的进一步改进，所述椭圆形喷液孔的出口端外侧设有一段前窄后宽的圆锥面，所述圆锥面与椭圆形喷液孔同轴。

作为本发明的进一步改进，所述锥直型流道的流量与扇形流道的流量比值是2/3。

发明所达到的有益效果是：

1.液体分两路进入本发明的喷嘴，一路从第一过渡孔进入锥直型流道，经过第一锥形进液孔后流速增大，然后进入圆柱形喷液孔并喷出，液体在圆柱形喷液孔内流速大小和方向分布均较为均匀、射流能量更加集中，冲击力强；另一路从第二过渡孔进入扇形流道，经过第二锥形进液孔流速增大，然后进入圆柱形进液孔，使得其流速大小和方向分布均较为均匀，最后在椭圆形喷液孔中喷出形成平坦且均匀的扁平状射流，射流面积大。由于圆柱形喷液孔和椭圆形喷液孔的轴线具有夹角，且夹角为锐角，所以液体从圆柱形喷液孔和椭圆形喷液孔喷出后会有一定程度的交叉汇合，汇合的部分的射流既能够拥有大的射流面积又具有很好的冲击力，其余部分的射流分别具有冲击力强和射流面积大的优点。

2.本发明采用锥形进液孔代替单一的圆柱形进液孔，一方面使得喷嘴出口获得较大的射流能量和冲击力，另一方面又可以节约部分材料。

3本发明所提供的喷嘴比目前射流挖泥船上广泛应用的喷嘴射流面积要大，因而在开挖面积相同的情况下，可以减少喷嘴的数量，进而降低了购买和安装费用。

4.在椭圆形喷液孔的出口端外侧开设的圆锥面有助于约束和导向射流，防止射流面积过大而冲击力不够。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中不包含第一过渡孔的锥直型流道的结构示意图。

图3是本发明中不包含第二过渡孔的扇形流道的结构示意图。

图中：1-锥直型流道；2-扇形流道；3-混合出口；4-第一过渡孔；5-第一锥形进液孔；6-圆柱形喷液孔；7-第二过渡孔；8-第二锥形进液孔；9-圆柱形进液孔；10-椭圆形喷液孔；11-圆锥面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细的说明。

如图1所示，一种混合式高压射流喷嘴包括喷嘴体，喷嘴体内部开设有相互独立的锥直型流道1和扇形流道2，所述的锥直型流道1包括依次相连的第一过渡孔4、第一锥形进液孔5和圆柱形喷液孔6，如图2所示，第一锥形进液孔5和圆柱形喷液孔6同轴心；所述扇形流道2包括依次相连的第二过渡孔7、第二锥形进液孔8、圆柱形进液孔9和椭圆形喷液孔10，如图3所示，所述第二锥形进液孔8、圆柱形进液孔9和椭圆形喷液孔10同轴心；第一过渡孔4和第二过渡孔7组合成进液口，圆柱形喷液孔6和椭圆形喷液孔10组合成混合出口3，第一锥形进液孔5、第二锥形进液孔8和椭圆形喷液孔10在液体流向方向上前宽后窄，所述圆柱形喷液孔6和椭圆形喷液孔10的轴线相交，其夹角为锐角。

如图3所示，所述椭圆形喷液孔10的出口端外侧设有一段前窄后宽的圆锥面11，所述圆锥面11与椭圆形喷液孔10同轴。圆锥面11有助于约束和导向射流，防止射流面积过大而冲击力不够。

液体分两路进入本发明的喷嘴，一路从第一过渡孔4进入锥直型流道1，经过第一锥形进液孔5后流速增大，然后进入圆柱形喷液孔6并喷出，液体在圆柱形喷液孔6内流速大小和方向分布均较为均匀、射流能量更加集中，冲击力强；另一路从第二过渡孔7进入扇形流道2，经过第二锥形进液孔8流速增大，然后进入圆柱形进液孔9，使得其流速大小和方 向分布均较为均匀，最后在椭圆形喷液孔10中喷出形成平坦且均匀的扁平状射流，射流面积大。由于圆柱形喷液孔6和椭圆形喷液孔10的轴线具有夹角，且夹角为锐角，所以液体从圆柱形喷液孔6和椭圆形喷液孔10喷出后会有一定程度的交叉汇合，汇合的部分的射流既能够拥有大的射流面积又具有很好的冲击力，其余部分的射流分别具有冲击力强和射流面积大的优点。

在本发明中，所述圆柱形喷液孔6和椭圆形喷液孔10的轴线夹角为11度，经过试验和反复对比，当轴线夹角为11度时，两股射流交叉汇合时相互抵消作用力的影响最小，效果最好。

在本发明中，所述第一锥形进液孔5的锥角为15度。所述的锥直型流道1上的总体长径比为2～3。

本发明采用锥形进液孔代替单一的圆柱形进液孔9，一方面使得喷嘴出口获得较大的射流能量和冲击力，另一方面又可以节约部分材料。本发明所提供的喷嘴比目前射流挖泥船上广泛应用的喷嘴射流面积要大，因而在开挖面积相同的情况下，可以减少喷嘴的数量，进而降低了购买和安装费用。

通过改变第一过渡孔4和第二过渡孔7的形状和口径可以控制锥直型流道和扇形流道的流量比，根据模拟和验算，当锥直型流道的流量与扇形流道的流量比值为2/3时，整体的射流效果最优。

本发明的主要作用是提供射流面积大、射流冲击力强的高压射流，适用于吸盘式挖泥船和耙吸式挖泥船等需要高压射流的场合中。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种混合式高压射流喷嘴，包括喷嘴体，其特征在于：所述喷嘴体内部开设有相互独立的锥直型流道和扇形流道，所述的锥直型流道包括依次相连的第一过渡孔、第一锥形进液孔和圆柱形喷液孔，第一锥形进液孔和圆柱形喷液孔同轴心，所述扇形流道包括依次相连的第二过渡孔、第二锥形进液孔、圆柱形进液孔和椭圆形喷液孔，所述第二锥形进液孔、圆柱形进液孔和椭圆形喷液孔同轴心，第一过渡孔和第二过渡孔组合成进液口，圆柱形喷液孔和椭圆形喷液孔组合成混合出口，第一锥形进液孔、第二锥形进液孔和椭圆形喷液孔在液体流向方向上前宽后窄，所述圆柱形喷液孔和椭圆形喷液孔的轴线相交，其夹角为锐角。

2.如权利要求1所述的一种混合式高压射流喷嘴，其特征在于：所述的混合式高压射流喷嘴应用于吸盘式挖泥船和耙吸式挖泥船中，为其提供高压射流。

3.如权利要求1所述的一种混合式高压射流喷嘴，其特征在于：所述第一锥形进液孔的锥角为15度。

4.如权利要求1所述的一种混合式高压射流喷嘴，其特征在于：所述圆柱形喷液孔和椭圆形喷液孔的轴线夹角为11度。

5.如权利要求1所述的一种混合式高压射流喷嘴，其特征在于：所述的锥直型流道上的总体长径比为2～3。

6.如权利要求1所述的一种混合式高压射流喷嘴，其特征在于：所述椭圆形喷液孔的出口端外侧设有一段前窄后宽的圆锥面，所述圆锥面与椭圆形喷液孔同轴。

7.如权利要求1所述的一种混合式高压射流喷嘴，其特征在于：所述锥直型流道的流量与扇形流道的流量比值是2/3。