CN105642456A - 一种高压低频自振脉冲气液射流喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压低频自振脉冲气液射流喷嘴，可应用于射流切割、破碎、清洗、搅拌以及管道输送等领域。由于发明中上、下喷嘴均与腔体为高精度间隙配合，避免了传统方法中螺旋传动时调节腔长所造成的同轴度不高等弊端。工作时可旋动连接座带动腔体及下喷嘴旋转，进而实现腔长连续可调，待腔长达到预设值，即可拧紧圆柱螺钉加以固定。同时，本发明通过自吸入气体实现了高压射流的低频调制，并通过气流量与腔长的综合作用进一步完成了低频范围内射流振荡频率的精确控制。该调制方案显著优于传统机械式射流调制方法，可显著提高射流的打击力及有效作用范围。

Description

一种高压低频自振脉冲气液射流喷嘴

技术领域

本发明涉及射流清洗、除锈、破碎、切割与管道输送等多个领域，为一种频率可调的高压低频自振脉冲气液射流喷嘴。

背景技术

自振脉冲气液射流喷嘴是自振脉冲水射流喷嘴的一种衍化结构，它的原理是指当流体经过上喷嘴并高速穿过振荡腔从下喷嘴射出时，一方面是由于该装置对腔内的流体有剪切作用，这样就可以使连续的流体转变为瞬时打击力更高的间断射流；另外一方面，由于在射流中腔内负压吸入的气体会使其径向振荡加剧而形成漩涡，当射流在冲击试件表面时就会形成强烈的切应力和交变剪应力，从而导致其清洗、除锈、破碎和切割的效率大幅增强.因此，对这种高效射流形式的脉冲气液射流发生器（即喷嘴）的研究颇具价值.

腔长对脉冲气液射流发生器（即喷嘴）是有着很大影响的，只有在合适腔长下，自激振荡脉冲射流剪切层的不稳定性才会对扰动起到放大作用，射流的打击力才会得到增强，在试件清洗、除锈、破碎和切割方面便能起到显著的效果.若腔长过小，腔内射流就不会形成能与下游壁碰撞的剪切层，因此不可能形成自激振荡脉冲射流；如果腔长过大则又会导致有一部分自激振荡脉冲射流的能量直接转化为声能，而使其对试件清洗、除锈、破碎和切割方面的效果下降。

但是应该注意到，迄今为止对于脉冲气液射流喷嘴的研究甚少，大多限于对喷嘴的表观特征进行描述，对其结构的研究甚少。对应于不同领域的射流喷嘴，其最优腔长存在差异。而目前所涉及的喷嘴其腔长均为固定值，也就是说一种喷嘴只能适用于一种领域。如果要实现射流的清洗、除锈、破碎和切割等多个领域就必须有多个喷嘴，这便使得生产成本大幅上升，也给施工者带来很多不必要的麻烦。本发明针对以上不足与缺点对喷嘴结构进行了深入研究，在为给施工者带来方便的同时与满足工程要求前提下，尽可能地适用于多个领域以其达到降低生产成本并提高作业效率的目的，从而发明了一种频率可调的高压低频自振脉冲气液射流喷嘴。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，且为了使射流喷嘴适用于清洗、除锈、破碎和切割等多个领域并能有效提高射流打击力及其作业效率，本发明提供了一种频率可调的高压低频自振脉冲气液射流喷嘴，且主要通过改变腔长及腔内气体流量来调节射流的振荡频率、打击力及其作用范围.

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:下喷嘴左端与腔体右端之间采用高精度间隙配合，同时腔体左端与上喷嘴右端也采用高精度间隙配合，其目的是确保上、下喷嘴内孔的同轴度。工作时，上喷嘴中部设置的外螺纹与连接座设置的内螺纹相连，且连接座与腔体由螺钉紧固。因此，转动连接座可带动腔体和下喷嘴一并旋转，继而实现腔长的调节。在靠近上喷嘴的腔体外壁上端设有进气口，且进气口中间设置两个台阶（即其上部圆柱孔径大，下部孔径小）。最上端台阶设置目的是为了能与气量调节阀配合实现气流量的调节，而下端台阶则是为了使吸入气体均有一定的速度，以便实现气液的高效掺混。当旋松气量调节阀时可使空气因腔内负压而被吸入振荡腔中，若气流量值合理，便可在合适的腔长值下放大射流中的漩涡振荡，并加剧其径向振荡，最终提高射流打击力及其作业效率。反之当旋紧气量调节阀时，空气无法进入振荡腔内，致使其转变为自振脉冲气液射流喷嘴。显然，本发明实际代表了两种喷嘴：自振脉冲气液射流喷嘴和自振脉冲水射流喷嘴。

本发明的有益效果是，保证了上、下喷嘴的同轴度，使得由上喷嘴射出的流体在振荡腔内形成较强的漩涡，加之气体对腔内压力波的作用，极大提高了射流的瞬时打击力。此外，由于腔长及气量值可连续调节，从而实现了气体与液体的高效掺混，使得射流径向振荡加剧，继而扩大了射流的径向作用范围，最终提高了射流的作业效率。又因其内含有微气泡，在冲击试件时所引发的空穴效应可显著提高射流破碎硬、脆材料的能力。

本发明为一种频率可调的高压低频自振脉冲气液射流喷嘴，其优点是能量传输效率高，具有较佳的节能特性和较高的效率，对提高射流能量利用率，扩大其应用领域范围具有较强的指导意义。

附图简要说明

图1为本发明一种气-液可调的高压低频自振脉冲水射流喷嘴结构示意图；

图2为本发明上喷嘴结构示意图；

图3为本发明连接座结构示意图；

图4为本发明腔体结构示意图；

图5为本发明下喷嘴结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

下面结合附图，对本发明进行进一步说明：如图1-5所示，一种频率可调的高压低频自振脉冲气液射流喷嘴，由上喷嘴（1）、连接座（2）、腔体（3）、O型圈（4）和（8）、下喷嘴（5）、圆柱螺钉（6）和（9）以及气量调节阀（7）七部分组成。高压管与上喷嘴左端通过螺纹连接，连接座与上喷嘴的中部亦通过螺纹连接。连接座设置的通孔与腔体上的埋头孔采用圆柱螺钉固定连接，而上、下喷嘴与腔体之间都采用高精度的间隙配合，目的是为了保证上喷嘴出口与下喷嘴入口的同轴度。在工作时可通过旋动连接座带动腔体及下喷嘴旋转，进而实现腔长连续可调，待腔长达到预设值，即可拧紧圆柱螺钉维持腔长恒定。

当圆柱螺钉（9）旋松后，连接座与腔体虽未完全脱落，但两者已出现明显的松动，此时便可转动连接座，继而带动腔体与下喷嘴一并旋转，进而实现腔长的调节。在射流中添加适量的气量，不仅能有效提高射流打击力，还能拓展其有效作用面积。因此，为获得某一工况下合适的气量值，在靠近上喷嘴腔体外壁上端开设进气口，且通过气量调节阀实现气流量的控制。

图4中，在腔体外壁上端设有进气口，且进气口的中间存在两个台阶（即其上部圆柱孔径大，下部孔径小），并通过气量调节阀的旋动实现气量值的调节。值得指出的是，本发明中上喷嘴内孔、腔体以及下喷嘴碰撞壁面的加工质量极为重要。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种高压低频自振脉冲气液射流喷嘴，其特征在于：包括上喷嘴（1）、连接座（2）、腔体（3）、O型圈（4），（8）、下喷嘴（5）、圆柱螺钉（6），（9）和气量调节阀（7），上喷嘴上端设置的外螺纹与高压管连接，中部与连接座通过外螺纹连接，下端设置的外螺纹与腔体设置的内螺纹采用螺纹接入，连接座底盘设置的通孔与腔体底盘设置的埋头孔采用圆柱螺钉固定连接，腔体与下喷嘴采用圆柱螺钉连接。

2.当圆柱螺钉旋松时能使连接座带动与上喷嘴间隙配合的腔体及下喷嘴旋转，进而实现腔长的连续可调，待腔长达预设值即可旋动螺钉（9）加以固定。

3.如若再次调节，旋松螺钉（9）便可手动调节腔长。

4.如权利要求1所述的上喷嘴（1），连接座（2），腔体（3），下喷嘴（5）其特征在于：上、下喷嘴与腔体之间皆形成高精度的间隙配合用以保证上、下喷嘴的同轴度，再通过连接座的旋入、旋出带动腔体及下喷嘴旋转进而调节腔长。

5.如权利要求1所述的振荡腔，主要由腔体、上喷嘴与下喷嘴构成，其特征在于：振荡腔内因压力波放大效应可使连续射流转变为振荡射流，且因O型圈（4）与（8）的密封使得工作流体由上喷嘴射出时在腔内形成负压，导致喷嘴外空气被卷吸进来。

6.如权利要求1所述的上喷嘴（1），其特征在于：上喷嘴喷口前端设置为锥形流道，中部螺纹右端设有一圆形槽，用以存放O型圈加以密封。

7.如权利要求1所述的连接座（2），其特征在于：连接座为空心圆柱体，设有与上喷嘴中部相连的内螺纹。

8.如权利要求1所述的腔体（3）其特征在于：在靠近上喷嘴的腔体外壁上端设有进气口，且进气口的中间存在台阶，即其上部圆柱孔径大，下部孔径小。

9.权利要求1所述的下喷嘴（5）其特征在于：下喷嘴碰撞壁设置为锥形，以便形成合理的扰动压力波。

10.喷口前端设有内凹锥形孔，左端面开设一圆形槽，用以存放O型圈。

11.如权利要求1所述的气量控制系统，其特征在于：当旋松气量调节阀，可使空气因腔内负压而被吸入振荡腔内，从而造成射流径向振荡加剧进而产生强烈的漩涡，并因其内含显著的空穴效应使其瞬时打击力大大提高。

12.反之当旋紧气量调节阀时即使腔内有负压也无法使空气进入振荡腔，该装置转变为自振脉冲水射流喷嘴，此时混合流体虽仍表现出振荡特征，然其振荡减弱，且射流作用范围急剧缩小。

13.气量调节阀（7）其特征在于：调节阀锥面嵌套一光滑橡胶，以确保其与腔体（3）的台阶接触时具有较高的密封性。