CN104923436A - 一种低频超声三次雾化喷头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低频超声三次雾化喷头，包括超声换能器、变幅杆、法兰、进液孔、出液孔、偏心球、压块、限位弹簧、支撑架；超声换能器的上端面与变幅杆的下端面粘接在一起，变幅杆的上端锥面与法兰连接成为一体，法兰上端面与支撑架焊接在一起，支撑架所在平面经过低频超声三次雾化喷头所在轴线，所述限位弹簧一端焊接在支撑架的内侧上方，限位弹簧的另一端与压块焊接在一起，压块和限位弹簧长度方向与低频超声三次雾化喷头所在轴线共线，压块将偏心球压在喷头凹槽中。本发明使营养液在二次雾化的基础上进行三次雾化，突破了低频超声雾化喷头难以生成超细雾滴的瓶颈，使低频超声雾化喷头在雾化栽培领域有更好的发展前景。

Description

一种低频超声三次雾化喷头
技术领域
本发明是一种用于雾化栽培领域的超声雾化器，尤其涉及超声雾化器的雾化喷头结构。
背景技术
超声雾化是运用电子超高频震荡原理，在超声波发生器上通过一定频率的振荡电流，产生高频电能信号，通过换能器将其转换为超声机械振动(即超声波)；超声波通过雾化介质传播，在气液界面处形成表面张力波，由于超声空化作用而使液体分子作用力破坏，从液体表面脱出形成雾滴，从而实现液体的雾化，超声雾化的雾滴直径达微米级，水雾中含有大量负离子，能够增加空气湿度及清新空气，并吸收空气中的尼古丁、甲醛等有害物质。超声雾化器由于其雾滴尺寸细小均匀等优势在农业工程领域有着广泛的应用前景。超声雾化器的应用可以有效减少农药对环境的污染，雾化产生的细小雾滴弥散在植物根须周围，与根须接触表面积大，营养液含氧量高，有利于植物根须的生长，发挥植物的生长潜力，提高了生产效率。
超声二次雾化喷头是超声雾化器的最关键部件，由超声换能器、变幅杆、喷嘴和钢悬浮球四部分组成，变幅杆的一端连接超声换能器，另一端连接喷嘴，在喷嘴前部分设置钢球。超声换能器将高频振荡的电信号转化成超声机械振动，变幅杆将超声换能器产生的声波振幅放大，在喷嘴前的雾化面处产生空化效应，将液体雾化，同时产生聚焦声场将钢球悬浮起来，产生的雾滴与悬浮球碰撞产生细小雾滴。这种超声雾化喷头雾化量大、可靠性高，其缺点是声场能量未得到充分利用，其产生的雾滴虽然比一次雾化产生的雾滴小，但是平均雾滴对于雾化栽培仍然偏大。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的不足，提供一种低频超声三次雾化器，充分利用声辐射场能量，产生比低频超声二次雾化更细的雾滴，更有利于植物对营养液的吸收。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低频超声三次雾化喷头，包括超声换能器、变幅杆、偏心球、压块、限位弹簧、支撑架、进液孔、出液孔；所述超声换能器的上端面与变幅杆的下端面粘接在一起，变幅杆的上端锥面开有喷头凹槽，喷头凹槽内设有偏心球；所述换能器的波节点处设有法兰，换能器与法兰连接成为一体，所述法兰上开有一对扇形缺口，所述换能器在扇形缺口的中线上开有一个进液孔，所述换能器中轴线上开有出液孔，所述进液孔同所述出液孔的一端相连通，所述出液孔的另一端和喷头凹槽相连通；所述法兰的上端面与支撑架用螺栓连接在一起，支撑架所在平面经过低频超声三次雾化喷头所在轴线，位于偏心球上方的支撑架，其内侧下方同限位弹簧的一端相焊接，限位弹簧的另一端与压块相焊接，压块和限位弹簧长度方向与低频超声三次雾化喷头所在轴线共线，所述压块将偏心球限制在喷头凹槽中。
进一步，所述压块贴近偏心球的一面为弧形凹面。
进一步，所述偏心球分为两个相粘结的半球，一个半球为铝质半球，另一个半球为铁质半球，两个半球的直径相同，直径取值范围10-30mm。
进一步，所述偏心球的质心和几何中心不重合，偏心球所受的向上的声悬浮力作用在偏心球的几何中心，而向下的重力作用在其重心，向下的重力和向上的悬浮力不在一条直线上。
进一步，所述法兰的扇形缺口的夹角为15°-30°。
进一步，所述喷头凹槽为球缺形状，其高度为偏心球直径的四分之一到三分之一。
进一步，所述进液孔、出液孔的孔径均为1-2mm。
与同类雾化器相比，本发明具有以下技术效果：
1.偏心球即可产生在声辐射力和重力形成的转矩作用下，高速旋转，无需外加驱动装置，结构简单可靠，成本低廉。
2.通过偏心球相关参数的设置，当其高速旋转，对二次雾化的雾滴通过离心效应使营养液进行三次雾化，能够产生比二次雾化更细的雾滴，更有利于植物根系的充分吸收。
附图说明
图1是超声雾化喷头的三维图；
图2是超声雾化喷头未工作时的状态图；
图3是超声雾化喷头的A-A剖面图；
图4是法兰和进液孔的B-B剖面位置关系图；
图5是偏心球的结构图；
图6是偏心球的旋转原理图；
图7为轻质偏心球未被抬起时的状态图；
图8为偏心球在悬浮力的作用下被抬起时的状态图；
图9为营养液在雾化面形成水膜的状态图；
图10为水膜破碎产生的雾滴与轻质偏心球碰撞进行二次雾化图；
图11为第三次雾化图。
图中：1.超声换能器；2.变幅杆；3.法兰；4.进液孔；5.出液孔；6.偏心球；7.压块；8.限位弹簧；9.支承架；10.铝质半球；11.铁质半球；12.水膜；13.雾滴。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明：
如图1-5所示，一种低频超声三次雾化喷头，包括超声换能器1、变幅杆2、偏心球6、压块7、限位弹簧8、支撑架9、进液孔4、出液孔5；所述超声换能器1的上端面与变幅杆2的下端面粘接在一起，变幅杆2的上端锥面开有喷头凹槽，喷头凹槽内设有偏心球6；所述换能器1的波节点处设有法兰3(如图3所示，λ代表波长，图右边的曲线是为了说明法兰的位置处于波节点处，因为在波节点处的振动幅度最小，布置法兰最合适，不容易发生振动破坏)，换能器1与法兰3连接成为一体，所述法兰3上开有一对扇形缺口，所述换能器1在扇形缺口的中线上开有一个进液孔4，所述换能器1中轴线上开有出液孔5，所述进液孔4同所述出液孔5的一端相连通，所述出液孔5的另一端和喷头凹槽相连通；所述法兰3的上端面与支撑架9用螺栓连接在一起，支撑架9所在平面经过低频超声三次雾化喷头所在轴线，位于偏心球6上方的支撑架9，其内侧下方同限位弹簧8的一端相焊接，限位弹簧8的另一端与压块7相焊接，压块7和限位弹簧8长度方向与低频超声三次雾化喷头所在轴线共线，所述压块7将偏心球6限制在喷头凹槽中。
所述压块7贴近偏心球6的一面为弧形凹面。
所述偏心球6分为两个相粘结的半球，一个半球为铝质半球，另一个半球为铁质半球，两个半球的直径相同，直径取值范围10-30mm(本实施例优选20mm)。
所述偏心球6的质心和几何中心不重合，偏心球6所受的向上的声悬浮力作用在偏心球的几何中心，而向下的重力作用在其重心，向下的重力和向上的悬浮力不在一条直线上(如图6所示)。
所述法兰3的扇形缺口的夹角为15°-30°(本实施例优选20°)。
所述喷头凹槽为球缺形状，其高度为偏心球6直径的四分之一到三分之一。
所述进液孔4、出液孔5的孔径均为1-2mm(本实施例优选1.5mm)。
如图6所示，向上的箭头为悬浮力作用线，向下的箭头为重力作用线，旋转的箭头指明了当声场力推动偏心球向上运动时偏心球6旋转的方向。
图7为轻质偏心球6未被抬起时的状态，图8为偏心球6在悬浮力的作用下被抬起时的状态，图9为当声场力会推动偏心球向上运动时，营养液在喷头凹槽处形成水膜，水膜破碎发生第一次雾化，图10为水膜12破碎产生雾滴13，生成的雾滴13与轻质偏心球6碰撞进行二次雾化。图11为二次雾化的雾滴13在高速旋转的偏心球6作用下进行了又一次离心雾化，即三次雾化。
本发明的工作过程和原理为：低频超声三次雾化喷头工作时竖直向上放置，营养液从进液孔4流入超声雾化喷头内，超声换能器1将电信号转化成超声机械振动(即超声波)，由变幅杆2将超声换能器1产生的超声波振幅放大，声场力会推动偏心球向上运动，营养液会在喷头凹槽处形成水膜，由于空化效应，水膜会破碎进行第一次雾化，并且第一次雾化产生的雾滴在声场力的作用下与偏心球6碰撞进行二次雾化。由于偏心球6是偏心的，也就是它的几何中心与质量中心不重合，这就导致声场力和重力不在一条直线上，会对偏心球6产生一个扭矩使它在会加速转动起来，粘附在偏心球6表面的雾滴会由于离心力的作用被甩出去，进行第三次雾化，从而可以在二次雾化的基础上产生更细的雾滴。
应理解上述施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种低频超声三次雾化喷头，其特征在于，包括超声换能器(1)、变幅杆(2)、偏心球(6)、压块(7)、限位弹簧(8)、支撑架(9)、进液孔(4)、出液孔(5)；
所述超声换能器(1)的上端面与变幅杆(2)的下端面粘接在一起，变幅杆(2)的上端锥面开有喷头凹槽，喷头凹槽内设有偏心球(6)；
所述换能器(1)的波节点处设有法兰(3)，换能器(1)与法兰(3)连接成为一体，所述法兰(3)上开有一对扇形缺口，所述换能器(1)在扇形缺口的中线上开有一个进液孔(4)，所述换能器(1)中轴线上开有出液孔(5)，所述进液孔(4)同所述出液孔(5)的一端相连通，所述出液孔(5)的另一端和喷头凹槽相连通；
所述法兰(3)的上端面与支撑架(9)用螺栓连接在一起，支撑架(9)所在平面经过低频超声三次雾化喷头所在轴线，位于偏心球(6)上方的支撑架(9)，其内侧下方同限位弹簧(8)的一端相焊接，限位弹簧(8)的另一端与压块(7)相焊接，压块(7)和限位弹簧(8)长度方向与低频超声三次雾化喷头所在轴线共线，所述压块(7)将偏心球(6)限制在喷头凹槽中。
2.根据权利要求1所述的一种低频超声三次雾化喷头，其特征在于，所述压块(7)贴近偏心球(6)的一面为弧形凹面。
3.根据权利要求2所述的一种低频超声三次雾化喷头，其特征在于，所述偏心球(6)分为两个相粘结的半球，一个半球为铝质半球，另一个半球为铁质半球，两个半球的直径相同，直径取值范围10-30mm。
4.根据权利要求3所述的一种低频超声三次雾化喷头，其特征在于，所述偏心球(6)的质心和几何中心不重合，偏心球(6)所受的向上的声悬浮力作用在偏心球的几何中心，而向下的重力作用在其重心，向下的重力和向上的悬浮力不在一条直线上。
5.根据权利要求1所述的一种低频超声三次雾化喷头，其特征在于，所述法兰(3)的扇形缺口的夹角为15°-30°。
6.根据权利要求1所述的一种低频超声三次雾化喷头，其特征在于，所述喷头凹槽为球缺形状，其高度为偏心球(6)直径的四分之一到三分之一。
7.根据权利要求1所述的一种低频超声三次雾化喷头，其特征在于，所述进液孔(4)、出液孔(5)的孔径均为1-2mm。
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