CN104907192A - 一种旋转式自激脉冲喷嘴 - Google Patents

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Abstract

一种旋转式自激脉冲喷嘴，涉及脉冲喷嘴技术领域。所述的喷嘴外壁（12）内安装进水板（1）和换向装置，换向装置安装在进水板（1）下部，进水板（1）和换向装置同轴设置；所述的换向装置由进口变向环（3）、异型环（6）和出口变向环（9）三部分组合而成，进水板（1）圆周开有多个进水口，进口变向环（3）、异型环（6）和出口变向环（9）圆周部分组合形成可变水流通道，出口变向环（9）上开设有多个脉冲出水单元，水流改变可变水流通道的截面积并推动异型环（6）或出口变向环（9）往复旋转。该旋转式自激脉冲喷嘴，采用连续射流和脉冲射流相结合的方式，避免空化射流的不利影响，保障优异的作业能力。

Description

一种旋转式自激脉冲喷嘴
技术领域
一种旋转式自激脉冲喷嘴，涉及脉冲喷嘴技术领域。
背景技术
在生产生活中，很多情况下需要用到喷嘴，如污染扩散、设备清洗、水力采矿、土石方冲挖等。高压的射流形式在工业化社会有着广泛的应用，目前应用比较普遍的射流形式主要包括连续射流，脉冲射流和空化射流。
连续射流是最为普遍的射流形式，对被冲击的表面有持续的作用，有较好的连续作业能力，但是往往受条件所限，很难有较高压力，当设备污垢较难清洗，土石方和矿石较坚硬时，连续射流很难达到生产要求。空化射流是一种在射流中自然产生空化气泡的连续射流，采用多种方法在流体中形成一个压力低于当地蒸汽压力的区域，这样也就激发了空化核的生长（流体中的气泡），这些气泡被卷入射流进一步生长，直到它们接近被清洗或切割的表面由于受阻滞而引起破裂。空化射流在操作过程中，喷嘴内部压力变化巨大，而且空化效果对构件本身存在很大的冲蚀作用，对结构的寿命以及可靠性都提出了苛刻的要求，使得空化射流喷嘴往往具有可靠性不高，结构冲蚀严重等问题。脉冲射流具有一定的频率，类似脉冲的形式，它主要是通过聚能骤放，压力挤出和流量调节等方式，形成具有足够高的能量产生了脉冲射流。实现脉冲射流的形式多种多样，机械式的脉冲射流喷嘴具有结构简单，密封要求低，可靠性高等优点，而如果利用机械式脉冲射流喷嘴同时实现连续射流和脉冲射流，则可以有效结合两者优点，避免空化射流的缺点，是未来脉冲喷嘴的发展方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种采用连续射流和脉冲射流相结合的方式，避免空化射流的不利影响，保障优异的作业能力的旋转式自激脉冲喷嘴。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该旋转式自激脉冲喷嘴，包括喷嘴外壁，所述的喷嘴外壁内安装进水板和换向装置，换向装置安装在进水板下部，进水板和换向装置同轴设置；
所述的换向装置由进口变向环、异型环和出口变向环三部分组合而成，进口变向环和出口变向环分别安装在异型环上下两端，进水板圆周开有多个进水口，进口变向环、异型环和出口变向环圆周部分组合形成可变水流通道，出口变向环上开设有多个脉冲出水单元，水流改变可变水流通道的截面积并推动异型环或出口变向环往复旋转，异型环或出口变向环旋转到位后交替打开不同的脉冲出水单元实现脉冲喷射。
所述的异型环的侧面设有四个第一挡板，两个相邻第一挡板之间形成一个储水腔，另两个相邻第一挡板之间形成另一个储水腔，出口变向环还具有两个分别向上伸入两个储水腔内的第二挡板，每个第二挡板将对应的储水腔分隔为第一储水腔和第二储水腔；所述进水口包括连通第一储水腔的第一进水口和连通第二储水腔的第二进水口，第一进水口和第二进水口数量分别为两个，进口变向环上设有出水口控制单元，出水口控制单元控制第一进水口和第二进水口交替开启，异型环和出口变向环同轴相对转动设置，进口变向环与进水板同轴相对转动设置，第一储水腔和第二储水腔交替注水并推动异型环或出口变向环往复旋转，进口变向环或进水板上设有接受异型环或出口变向环推动旋转的受力单元，且受力单元的旋转角度小于异型环或出口变向环的旋转角度。
优选的，所述的第一挡板每个均占据异型环外圈圆周20-40°的弧长。
所述的进水板、进口变向环、异型环和出口变向环中心均开有同轴的中心水流通道。水流从中心水流通道连续喷出，实现连续射流。可以形成两股射流，同时具有连续射流和脉冲射流的双重优点，可广泛应用于钻井破岩，水力冲砂，地下采煤等多种行业。
优选的，所述的第一进水口和第二进水口对称设置，两个第一进水口和两个第二进水口之间的角度均为50-70°。
所述的出口变向环与喷嘴外壁固定在一起，保持固定状态，所述的异型环在水压的动力作用下绕轴心进行转动。
所述的异型环与喷嘴外壁固定在一起，保持固定状态，所述的出口变向环在水压的动力作用下绕轴心进行转动。
所述的出水口控制单元为设置在进口变向环外圈圆周上的多个凸块，凸块数量与进水口数量相等；所述的受力单元为设置在凸块下部的伸长结构，每隔一凸块，在凸块下部设置一伸长结构，伸长结构数量为凸块数量的1/2，伸长结构长度与异型环的高度相同。
优选的，所述的凸块共四个，下方带有伸长结构的两个凸块，每个占据进口变向环外圈圆周40-60°的弧长，下方不带伸长结构的凸块每个占据进口变向环外圈圆周50-70°的弧长。
脉冲出水单元为轴向开设在出口变向环圆周面上的多个出水槽，第一挡板下端控制出水槽与储水腔的连通或断开。
优选的，所述的出水槽共四条，包括两条第一出水槽和两条第二出水槽，第一出水槽和第二出水槽对称设置，第一出水槽和第二出水槽与第二挡板呈40-60°夹角分布。
优选的，所述的第二挡板与异型环的高度相同，两个第二挡板呈180°对称分布。
与现有技术相比，该旋转式自激脉冲喷嘴的上述技术方案所具有的有益效果是：
1、通过液体压力作用，驱动换向装置工作，结合了压力挤出和聚能骤放的方式，造成脉冲射流，满足实际需要，避免了传统空化射流可靠性不高，结构冲蚀严重等问题。
2、该旋转式自激脉冲喷嘴为机械式脉冲喷嘴，通过内部旋转部件将连续的低压流动转变成间歇的高压脉冲流动，具有结构简单，密封要求低，可靠性高的优点。
3、该旋转式自激脉冲喷嘴可以形成两股射流，一股是从喷嘴中部射出的连续射流，一股是由喷嘴周边四个出水槽间歇射出的脉冲射流；同时具有连续射流和脉冲射流的双重优点，可广泛应用于钻井破岩，水力冲砂，地下采煤等多种行业。
附图说明
图1是该旋转式自激脉冲喷嘴的内部结构示意图。
图2是该旋转式自激脉冲喷嘴的结构爆炸示意图。
图3是该旋转式自激脉冲喷嘴的第一工作方位的结构示意图。
图4是该旋转式自激脉冲喷嘴的第二工作方位的结构示意图。
图5是该旋转式自激脉冲喷嘴的第三工作方位的结构示意图。
图6是该旋转式自激脉冲喷嘴的第四工作方位的结构示意图。
其中：1、进水板  2、第一进水口   3、进口变向环  4、伸长结构   5、第一挡板   6、异型环  7、第二挡板  8、第一出水槽  9、出口变向环  10、凸块  11、第二进水口  12、喷嘴外壁  13、第一储水腔  14、第二储水腔  15、第二出水槽。
具体实施方式
图1~2是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~6对本发明做进一步说明。
参照附图1、2：一种旋转式自激脉冲喷嘴，包括喷嘴外壁12，喷嘴外壁12内安装进水板1和换向装置，换向装置安装在进水板1下部，进水板1和换向装置同轴设置；换向装置由进口变向环3、异型环6和出口变向环9三部分组合而成，进口变向环3和出口变向环9分别安装在异型环6上下两端，进水板1圆周开有多个进水口，进口变向环3、异型环6和出口变向环9圆周部分组合形成可变水流通道，出口变向环9上开设有多个脉冲出水单元。出口变向环9与喷嘴外壁12固定在一起，保持固定状态，水流改变可变水流通道的截面积并推动异型环6往复旋转，异型环6旋转到位后交替打开不同的脉冲出水单元实现脉冲喷射。脉冲出水单元为轴向开设在出口变向环9圆周面上的多个出水槽。出水槽共四条，包括两条第一出水槽8和两条第二出水槽15，第一出水槽8和第二出水槽15对称设置，第一出水槽8和第二出水槽15与第二挡板7呈50°夹角分布。
异型环6的侧面设有四个第一挡板5，第一挡板5每个均占据异型环外圈圆周30°的弧长。两个相邻第一挡板5之间形成一个储水腔，另两个相邻第一挡板5之间形成另一个储水腔，出口变向环9还具有两个分别向上伸入两个储水腔内的第二挡板7，第二挡板7与异型环6的高度相同，两个第二挡板7呈180°对称分布。每个第二挡板7将对应的储水腔分隔为第一储水腔13和第二储水腔14。
进水口包括连通第一储水腔13的第一进水口2和连通第二储水腔14的第二进水口11，第一进水口2和第二进水口11数量分别为两个。第一进水口2和第二进水口11对称设置，两个第一进水口2和两个第二进水口11之间的角度均为60°。进口变向环3上设有出水口控制单元，出水口控制单元控制第一进水口2和第二进水口11交替开启。异型环6和出口变向环9同轴相对转动设置，进口变向环3与进水板1同轴相对转动设置，第一储水腔13和第二储水腔14交替注水并推动异型环6或出口变向环9往复旋转，进口变向环3或进水板1上设有接受异型环6或出口变向环9推动旋转的受力单元，且受力单元的旋转角度小于异型环6或出口变向环9的旋转角度。出水口控制单元为设置在进口变向环3外圈圆周上的多个凸块10，凸块10数量与进水口数量相等。受力单元为设置在凸块10下部的伸长结构4，每隔一凸块10，在凸块10下部设置一伸长结构4，伸长结构4数量为凸块10数量的1/2，伸长结构4长度与异型环6的高度相同。凸块10共四个，下方带有伸长结构4的两个凸块10，每个占据进口变向环外圈圆周50°的弧长，下方不带伸长结构4的两个凸块10每个占据进口变向环外圈圆周60°的弧长。
进水板1、进口变向环3、异型环6和出口变向环9中心均开有同轴的中心水流通道。水流从中心水流通道连续喷出，实现连续射流。可以形成两股射流，同时具有连续射流和脉冲射流的双重优点，可广泛应用于钻井破岩，水力冲砂，地下采煤等多种行业。
上述实施例中，也可以将异型环6与喷嘴外壁12固定在一起，保持固定状态，出口变向环9在水压的动力作用下绕轴心进行转动。
工作过程如下，参照附图3-6，由于本发明为对称结构，所以只对一半的结构进行介绍，另一部分完全一致。
如附图3所示，当上游管路来流时，水流通过进水板1的第一进水口2进入喷嘴的换向装置，流入到第一储水腔13；由于出口变向环9是固定安装的，随着水量的增多，第一储水腔13中的水压越来越高，从而推动异型环6转动，异型环6与进口变向环3的伸长结构 4接触，并带动进口变向环3一起转动，直到转动到附图4中所示位置。
此时，随着进口变向环3的转动，上部的第一进水口2被进口变向环3的凸块10堵住，底部的位于出口变向环9上的第一出水槽8被打开，第一储水腔13开始在高压的作用下排水，同时第二进水口11打开，水流通过第二进水口11流入到第二储水腔14中。
如附图5所示，随着第二储水腔14中的水压越来越大，异型环6开始反方向转动，异型环6反向带动进口变向环3转动，逐渐将第一出水槽8堵住。
如附图6所示，随着第二进水口11的持续进水，异型环6带动进口变向环3继续转动，直至打开第二出水槽15，关闭第二进水口11，对第二储水腔14进行排水，同时第一进水口2被打开，继续向第一储水腔13中注水，重复以上过程，产生连续的脉冲射流。
同时，另一股水流从喷嘴中心水流通道内射出，形成连续射流，该旋转式自激脉冲喷嘴同时具有连续射流和脉冲射流的双重优点，可广泛应用于钻井破岩，水力冲砂，地下采煤等多种行业。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋转式自激脉冲喷嘴，包括喷嘴外壁（12），其特征在于：所述的喷嘴外壁（12）内安装进水板（1）和换向装置，换向装置安装在进水板（1）下部，进水板（1）和换向装置同轴设置；
所述的换向装置由进口变向环（3）、异型环（6）和出口变向环（9）三部分组合而成，进口变向环（3）和出口变向环（9）分别安装在异型环（6）上下两端，进水板（1）圆周开有多个进水口，进口变向环（3）、异型环（6）和出口变向环（9）圆周部分组合形成可变水流通道，出口变向环（9）上开设有多个脉冲出水单元，水流改变可变水流通道的截面积并推动异型环（6）或出口变向环（9）往复旋转，异型环（6）或出口变向环（9）旋转到位后交替打开不同的脉冲出水单元实现脉冲喷射。
2.根据权利要求1所述的一种旋转式自激脉冲喷嘴，其特征在于：所述的异型环（6）的侧面设有四个第一挡板（5），两个相邻第一挡板（5）之间形成一个储水腔，另两个相邻第一挡板（5）之间形成另一个储水腔，出口变向环（9）还具有两个分别向上伸入两个储水腔内的第二挡板（7），每个第二挡板（7）将对应的储水腔分隔为第一储水腔（13）和第二储水腔（14）；所述进水口包括连通第一储水腔（13）的第一进水口（2）和连通第二储水腔的第二进水口（11），第一进水口（2）和第二进水口（11）数量分别为两个，进口变向环（3）上设有出水口控制单元，出水口控制单元控制第一进水口（2）和第二进水口（11）交替开启，异型环（6）和出口变向环（9）同轴相对转动设置，进口变向环（3）与进水板（1）同轴相对转动设置，第一储水腔（13）和第二储水腔（14）交替注水并推动异型环（6）或出口变向环（9）往复旋转，进口变向环（3）或进水板（1）上设有接受异型环（6）或出口变向环（9）推动旋转的受力单元，且受力单元的旋转角度小于异型环（6）或出口变向环（9）的旋转角度。
3.根据权利要求1或2所述的一种旋转式自激脉冲喷嘴，其特征在于：所述的进水板（1）、进口变向环（3）、异型环（6）和出口变向环（9）中心均开有同轴的中心水流通道。
4.根据权利要求2所述的一种旋转式自激脉冲喷嘴，其特征在于：所述的第一进水口（2）和第二进水口（11）对称设置，两个第一进水口（2）和两个第二进水口（11）之间的角度均为50-70°。
5.根据权利要求1或2所述的一种旋转式自激脉冲喷嘴，其特征在于：所述的出口变向环（9）与喷嘴外壁（12）固定在一起，保持固定状态，所述的异型环（6）在水压的动力作用下绕轴心进行转动。
6.根据权利要求1或2所述的一种旋转式自激脉冲喷嘴，其特征在于：所述的异型环（6）与喷嘴外壁（12）固定在一起，保持固定状态，所述的出口变向环（9）在水压的动力作用下绕轴心进行转动。
7.根据权利要求2所述的一种旋转式自激脉冲喷嘴，其特征在于：所述的出水口控制单元为设置在进口变向环（3）外圈圆周上的多个凸块（10），凸块（10）数量与进水口数量相等；所述的受力单元为设置在凸块（10）下部的伸长结构（4），每隔一凸块（10），在凸块（10）下部设置一伸长结构（4），伸长结构（4）数量为凸块（10）数量的1/2，伸长结构（4）长度与异型环（6）的高度相同。
8.根据权利要求2所述的一种旋转式自激脉冲喷嘴，其特征在于：脉冲出水单元为轴向开设在出口变向环（9）圆周面上的多个出水槽，第一挡板（5）下端控制出水槽与储水腔的连通或断开。
9.根据权利要求8所述的一种旋转式自激脉冲喷嘴，其特征在于：所述的出水槽共四条，包括两条第一出水槽（8）和两条第二出水槽（15），第一出水槽（8）和第二出水槽（15）对称设置，第一出水槽（8）和第二出水槽（15）与第二挡板（7）呈40-60°夹角分布。
10.根据权利要求2或9所述的一种旋转式自激脉冲喷嘴，其特征在于：所述的第二挡板（7）与异型环（6）的高度相同，两个第二挡板（7）呈180°对称分布。
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