CN105598071B - 一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头，主要由旋转部分(5)、固定部分(1)和电机(13)构成；固定部分(1)和旋转部分(5)通过大滚珠(3)和小滚珠(4)压紧并实现相对转动。旋转部分(5)的内腔从主管道入口(17)过渡到多个分支管道出口(19)，呈螺旋状延伸，管径沿水流方向逐渐缩减。在射流冲击力的作用下旋转部分(5)旋转。调节电机(13)的转速使出射水流呈现不同状态，或汇聚在设计汇聚点(16)，或周向均匀分布。本发明能调节射流的冲击作用面积，提高了喷头对多种工况的适应能力。本发明结构简单紧凑，安装方便，通用性好，适用于工业冷却清洗领域。
Description
技术领域
本发明属于工业冷却清洗用喷头技术领域，特指一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头。
背景技术
在食品、药品及工程材料加工过程中，常常需要对冷却清洗过程和清洗区域进行严格地控制，以保证清洗对象的物理化学性质在期望的状态。特别是使用射流进行清洗的工况中。中国专利2013200435964提出的电动旋转高压水清洗喷头，利用喷头的旋转运动，产生360度的喷射，但是不能实现喷射区域的调节。中国专利200910100487.X提出的高压高温清洗机的万向旋转喷头，实现了喷射方向的调节，但也无法实现喷射区域的调节；而且其使用多个小孔结构使出射水流加速的同时，喷头受到的冲击较大，能量损失严重。
发明内容
本发明的目的是设计一种利用多分支结构和自身的旋转运动实现射流均布，并通过调节自身的旋转速度调节正对射流作用面积的喷头。
本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：
1、一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头，由十三个部分组成，分别为旋转部分5、连接部分2、固定部分1、对顶螺母6、大滚珠3、小滚珠4、电机13、主动同步带轮11、从动同步带轮7、同步带9、短紧定螺钉8、长紧定螺钉10和沉头螺钉12。旋转部分5与连接部分2通过螺纹连接，并用对顶螺母6锁紧；旋转部分5与连接部分2构成的整体经过大滚珠3、小滚珠4压紧于固定部分1，并实现可靠的旋转运动；在固定部分1的侧面与旋转部分5平行地安装有电机13；主动同步带轮11通过长紧定螺钉10安装在电机13上；从动同步带轮7通过短紧定螺钉8固定于旋转部分5；电机13通过主动同步带轮11、同步带9和从动同步带轮7控制旋转部分5的转速。
2、所述的旋转部分5，其内部结构从主管道入口17过渡到多个分支管道出口19。
3、所述的旋转部分5，其分支管道中心螺旋线18为曲面螺旋线，分支管道中心螺旋线的轮廓14为直线与圆弧相切连接的复合曲线，圆弧末端切线延长线与分支管道中心螺旋线的轴线15的延长线相交于远端的一点，该点为设计汇聚点16。
4、所述的旋转部分5，其分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量21分解为切向分量20、轴向分量22和径向分量23，其中切向分量20为分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量21在分支管道中心螺旋线18末端所在圆周的切线方向上的投影，轴向分量22为分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量21在分支管道中心螺旋线的轴线15方向上的投影，径向分量23为分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量21在分支管道中心螺旋线18末端所在圆周的半径方向上的投影。水流经过喷嘴时，由一支分为多支沿分支管道中心螺旋线18末端切线方向射出，出射水流速度沿切向分量20、轴向分量22和径向分量23三个方向分解，流速在切向分量20方向上的分量被旋转部分5的反向旋转速度部分抵消或者全部抵消，当切向速度被全部抵消时，射流将汇聚于设计汇聚点16；当切向速度存在时，射流偏离分支管道中心螺旋线的轴线15，到达射流作用距离时，偏离设计汇聚点16的距离因流速在切向分量20方向上的分量大小而异：越大则偏离越多，作用面积也就越大。
5、所述的旋转部分5，其管径从主管道入口17到分支管道出口19方向逐渐缩减，用以提高水流速度，抵消局部损失造成的压降。
6、所述的旋转部分5，其主管道入口17到分支管道出口19是光滑过渡的，没有尖角或凸起，以减少水流速度的局部损失。
7、所述的固定部分1，其上端与旋转部分5连接处一上一下间隔5毫米分别加工有9/20的圆弧槽，分别用以容纳小滚珠4和大滚珠3，上下两槽的圆弧半径不同，分别是小滚珠4、大滚珠3直径的0.52倍。
8、所述的旋转部分5，其下端与固定部分1连接处一上一下间隔5毫米加工有9/40的圆弧槽，分别用以压紧小滚珠4和大滚珠3，上下两槽的圆弧半径不同，分别是小滚珠4、大滚珠3直径的0.52倍。
9、所述的连接部分2，其下端加工有9/40的圆弧槽，用以配合旋转部分5压紧大滚珠3，上端加工有螺纹，用于实现旋转部分5、连接部分2、大滚珠3、小滚珠4和固定部分1的轴向预紧。
10、所述的电机13，其输出的旋转运动通过同步带9，或提高旋转部分5的转速以减小作用面积，或限制旋转部分5的转速以增大作用面积。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1、本发明能获得周向均布的射流，有效地保持射流对作用表面的平衡冲击；
2、本发明能调节射流的冲击作用面积，提高了喷头对多种工况的适应能力；
3、本发明能将射流集中到一点，使冲击压强最大化，满足极端工况下的使用要求；
4、本发明旋转部分5的内部结构为光滑的曲面过渡，能减少流体流经时的压力损失；
5、本发明通过控制电机13的转速即可调节旋转部分5的旋转速度，从而实现喷头工作状态的调节；
6、本发明旋转部分5通过射流的反冲作用力即可加速，不依赖电机13拖动，因此节省能源；
7、本发明结构简单紧凑，安装方便，通用性好。
附图说明
图1是本发明的装配体的剖视图；
图2是本发明的滚珠滚道压紧原理图；
图3是本发明的旋转部分5的分支管道中心螺旋线18的基准要素示意图；
图4是本发明的旋转部分5的内部结构示意图；
图5是本发明的旋转部分5的分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量21的分解图；
图6是本发明的旋转部分5的轴测图；
图7是本发明的固定部分1的轴测图；
图8是本发明的连接部分2的轴测图。
图中：1、固定部分；2、连接部分；3、大滚珠；4、小滚珠；5、旋转部分；6、对顶螺母；7、从动同步带轮；8、短紧定螺钉；9、同步带；10、长紧定螺钉；11、主动同步带轮长螺钉；12、沉头螺钉；13、电机；14、分支管道中心螺旋线的轮廓；15、分支管道中心螺旋线的轴线；16、设计汇聚点；17、主管道入口；18、分支管道中心螺旋线；19、分支管道出口；20、切向分量；21、分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量；22、轴向分量；23、径向分量。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式：
一、本发明的基本结构
1、参阅图1和图2，本发明由十三个部分组成，分别为旋转部分5、连接部分2、固定部分1、对顶螺母6、大滚珠3、小滚珠4、电机13、主动同步带轮11、从动同步带轮7、同步带9、短紧定螺钉8、长紧定螺钉10和沉头螺钉12。旋转部分5与连接部分2通过螺纹连接，并用对顶螺母6锁紧；旋转部分5与连接部分2构成的整体经过大滚珠3和小滚珠4压紧于固定部分1，并实现可靠的旋转运动；电机13固定于固定部分1，从动同步带轮7通过短紧定螺钉8固定于旋转部分5；电机13通过主动同步带轮11、同步带9和从动同步带轮7控制旋转部分5的转速。
2、参阅图4，本发明的旋转部分5，其内部结构从主管道入口17过渡到多个分支管道出口19。
3、参阅图3和图4，本发明的旋转部分5，其分支管道中心螺旋线18为曲面螺旋线，分支管道中心螺旋线的轮廓14为直线与圆弧相切连接的复合曲线，圆弧末端切线延长线与分支管道中心螺旋线的轴线15的延长线相交于远端的一点，该点为设计汇聚点16。
4、参阅图3、图4和图5，本发明的旋转部分5，其分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量21分解为切向分量20、轴向分量22和径向分量23，其中切向分量20为分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量21在分支管道中心螺旋线18末端所在圆周的切线方向上的投影，轴向分量22为分支管道中心螺旋线18末端切线的单位矢量21在分支管道中心螺旋线的轴线15方向上的投影，径向分量23为分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量21在分支管道中心螺旋线18末端所在圆周的半径方向上的投影。水流经过喷嘴时，由一支分为多支沿分支管道中心螺旋线18末端切线方向射出，出射水流速度沿切向分量20、轴向分量22和径向分量23三个方向分解，流速在切向分量20方向上的分量被旋转部分5的反向旋转速度部分抵消或者全部抵消，当切向速度被全部抵消时，射流将汇聚在一点，即为设计汇聚点16；当切向速度存在时，射流偏离分支管道中心螺旋线的轴线15，到达射流作用距离时，偏离设计汇聚点16的距离因流速在切向分量20方向上的分量大小而异：越大则偏离越多，作用面积也就越大。
5、参阅图4和图6，本发明的旋转部分5，其管径从主管道入口17到分支管道出口19方向逐渐缩减，用以提高水流速度，抵消局部损失造成的压降。
6、参阅图4，本发明的旋转部分5，其主管道入口17到分支管道出口19是光滑过渡的，没有尖角或凸起，以减少水流经喷头产生的局部损失。
7、参阅图1和图7，本发明的固定部分1，其上端与旋转部分5连接处一上一下间隔5毫米分别加工有9/20的圆弧槽，分别用以容纳小滚珠4和大滚珠3，上下两槽的圆弧半径不同，分别是小滚珠4、大滚珠3直径的0.52倍。
8、参阅图1和图6，本发明的旋转部分5，其下端与固定部分1连接处一上一下间隔5毫米加工有9/40的圆弧槽，分别用以压紧小滚珠4和大滚珠3，上下两槽的圆弧半径不同，分别是小滚珠4、大滚珠3直径的0.52倍。
9、参阅图1和图8，本发明的连接部分2，其下端加工有9/40的圆弧槽，用以配合旋转部分5压紧大滚珠3，上端加工有螺纹，用于实现旋转部分5、连接部分2、大滚珠3、小滚珠4和固定部分1的轴向预紧。
10、参阅图1和图6，本发明的旋转部分5，其中部通过短紧定螺钉8安装从动同步带轮7；
11、参阅图1和图7，本发明的固定部分1上与其平行地安装有电机13，主动同步带轮11通过长紧定螺钉10安装在电机13上；电机13通过同步带9传动，或提高旋转部分5的转速以减小作用面积，或限制旋转部分5的转速以增大作用面积。
二、本发明的装配及操作方式
将从动同步带轮7从旋转部分5下端套入，使用短紧定螺钉8将二者周向固定。
将对顶螺母6从旋转部分5下端旋入至螺纹尽头。
将连接部分2从固定部分1的上端套入。
用钙基润滑脂将大滚珠3、小滚珠4在固定部分1上对应的大、小滚道上粘附一周，然后将粘附有滚珠的固定部分1从旋转部分5下端插入至滚珠压紧在旋转部分5的滚道上。
将连接部分2旋入旋转部分5，使滚道压紧大滚珠3，转动旋转部分5，同时调节连接部分2旋入旋转部分5的深度，至旋转部分5转动自由。
将对顶螺母6向下旋转至压紧连接部分2，实现连接部分2的锁紧。
将电机13的输出轴穿过固定部分1上的安装孔。
将主动同步带轮11套上电机轴，使用长紧定螺钉10将二者固定。
将同步带9从上端套上从动同步带轮7，而后将同步带9跨在主动同步带轮11上。
使用沉头螺钉12将电机13固定在固定部分1上。
将电机13的控制电路接好。
将装配好的喷头通过固定部分1下端的螺纹连接到出水管上，检查连接的牢固性。
将喷头对准设计汇聚点处16的待清洗表面，打开出水阀门，调节电机13转速，观察待清洗表面上的射流分布，控制转速稳定，获得期望的喷射效果：提高转速至射流汇聚到一点；降低转速，射流分布面积变大。
三、本发明的工作原理
水流经过固定部分1流入旋转部分5，受到旋转部分5内部结构的引导分流，通过分支管道出口19射出；同时水流也对旋转部分5产生反冲作用力，迫使其转动。旋转部分5的旋转运动使出射的水流呈现圆形均布。
旋转部分5的分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量21分解为切向分量20、轴向分量22和径向分量23，其中切向分量20为分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量21在分支管道中心螺旋线18末端所在圆周的切线方向上的投影，轴向分量22为分支管道中心螺旋线18末端切线的单位矢量21在分支管道中心螺旋线的轴线15方向上的投影，径向分量23为分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量21在分支管道中心螺旋线18末端所在圆周的半径方向上的投影。水流经过喷嘴时，由一支分为多支沿分支管道中心螺旋线18末端切线方向射出，出射水流速度沿切向分量20、轴向分量22和径向分量23三个方向分解。
通过调节电机13的转速改变旋转部分5的反向旋转速度，从而部分抵消或者全部抵消流速在切向分量20方向上的分量，当切向速度被全部抵消时，射流将汇聚在一点，即为设计汇聚点16；当切向速度存在时，射流偏离分支管道中心螺旋线的轴线15，到达射流作用距离时，偏离设计汇聚点16的距离因流速在切向分量20方向上的分量大小而异：越大则偏离越多，作用面积也就越大。
凡依本发明的形状、结构、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头，由十三个部分组成，分别为旋转部分(5)、连接部分(2)、固定部分(1)、对顶螺母(6)、大滚珠(3)、小滚珠(4)、电机(13)、主动同步带轮(11)、从动同步带轮(7)、同步带(9)、短紧定螺钉(8)、长紧定螺钉(10)和沉头螺钉(12)；其特征在于，所述旋转部分(5)与连接部分(2)通过螺纹连接，并用对顶螺母(6)锁紧；旋转部分(5)与连接部分(2)构成的整体经过大滚珠(3)、小滚珠(4)压紧于固定部分(1)，并实现可靠的旋转运动；在固定部分(1)的侧面与旋转部分(5)平行地安装有电机(13)；主动同步带轮(11)通过长紧定螺钉(10)安装在电机(13)上；从动同步带轮(7)通过短紧定螺钉(8)固定于旋转部分(5)；电机(13)通过主动同步带轮(11)、同步带(9)和从动同步带轮(7)控制旋转部分(5)的转速；所述的旋转部分(5)，其内部结构从主管道入口(17)过渡到多个分支管道出口(19)，其分支管道中心螺旋线(18)为曲面螺旋线，分支管道中心螺旋线的轮廓(14)为直线与圆弧相切连接的复合曲线，圆弧末端切线延长线与分支管道中心螺旋线的轴线(15)的延长线相交于远端的一点，该点为设计汇聚点(16)；其分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量(21)分解为切向分量(20)、轴向分量(22)和径向分量(23)，其中切向分量(20)为分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量(21)在分支管道中心螺旋线(18)末端所在圆周的切线方向上的投影，轴向分量(22)为分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量(21)在分支管道中心螺旋线的轴线(15)方向上的投影，径向分量(23)为分支管道中心螺旋线末端切线的单位矢量(21)在分支管道中心螺旋线(18)末端所在圆周的半径方向上的投影；水流经过喷嘴时，由一支分为多支沿分支管道中心螺旋线(18)末端切线方向射出，出射水流速度沿切向分量(20)、轴向分量(22)和径向分量(23)三个方向分解，流速在切向分量(20)方向上的分量被旋转部分(5)的反向旋转速度部分抵消或者全部抵消，当切向速度被全部抵消时，射流将汇聚于设计汇聚点(16)；当切向速度存在时，射流偏离分支管道中心螺旋线的轴线(15)，到达射流作用距离时，偏离设计汇聚点(16)的距离因流速在切向分量(20)方向上的分量大小而异：越大则偏离越多，作用面积也就越大。
2.根据权利要求1所述的一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的旋转部分(5)，其管径从主管道入口(17)到分支管道出口(19)方向逐渐缩减，用以提高水流速度，抵消局部损失造成的压降。
3.根据权利要求1所述的一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的旋转部分(5)，其主管道入口(17)到分支管道出口(19)是光滑过渡的，没有尖角或凸起，以减少水流速度的局部损失。
4.根据权利要求1所述的一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的固定部分(1)，其上端与旋转部分(5)连接处一上一下间隔5毫米分别加工有9/20的圆弧槽，分别用以容纳小滚珠(4)和大滚珠(3)，上下两槽的圆弧半径不同，分别是小滚珠(4)、大滚珠(3)直径的0.52倍。
5.根据权利要求1所述的一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的旋转部分(5)，其下端与固定部分(1)连接处一上一下间隔5毫米加工有9/40的圆弧槽，分别用以压紧小滚珠(4)和大滚珠(3)，上下两槽的圆弧半径不同，分别是小滚珠(4)、大滚珠(3)直径的0.52倍。
6.根据权利要求1所述的一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的连接部分(2)，其下端加工有9/40的圆弧槽，用以配合旋转部分5压紧大滚珠(3)，上端加工有螺纹，用于实现旋转部分(5)、连接部分(2)、大滚珠(3)、小滚珠(4)和固定部分(1)的轴向预紧。
7.根据权利要求1所述的一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的电机(13)，其输出的旋转运动通过同步带(9)，或提高旋转部分(5)的转速以减小作用面积，或限制旋转部分(5)的转速以增大作用面积。
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