CN105903599B - 喷射角度可调整的高速小液滴发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，试验装置包括机械本体、供气系统和电磁阀控制系统。可通过更换滴液端盖和调整进入腔内脉冲压缩气体的压力、脉冲长度产生不同直径的小液滴；可通过改变进入涂有超疏水疏油材料涂层的液滴加速部件的空气流量来改变液滴喷出的速度；可通过转动液滴喷射角度调整部件来改变高速小液滴的喷射角度。本发明的试验装置能够较为有效的产生喷射角度、喷射速度和液滴直径可调整的高速小液滴。

Description

喷射角度可调整的高速小液滴发生装置

技术领域

本发明涉及一种试验装置，具体为喷射角度可调整的高速小液滴发生装置。

背景技术

在航空发动机轴承腔中，滑油完成对滚动轴承的润滑后自轴承旋转部件甩出，并形成尺寸不一的高速小油滴。这些高速小油滴最终以不同的入射角度与轴承腔壁面发生碰撞，其中一部分油滴发生飞溅并形成二次油滴和沉积油膜，而另一部分小油滴直接粘附在壁面上形成沉积油膜，沉积油膜在轴承腔壁面上流动并从排油口排出从而实现循环散热的功能。分析高速小油滴在轴承腔中的运动状态及其碰撞特征是开展轴承腔理论研究的重要基础工作，设计喷射角度可调整的高速小液滴发生装置可通过试验再现轴承腔中高速小油滴的运行及油滴以不同入射角度高速撞击壁面等物理现象。

目前未检索到能反映轴承腔工况条件的喷射角度可调整的高速小液滴发生装置的公开文献，文献“A pneumatic droplet-on-demand generator.Cheng S,ChandraS.Experiments in Fluids.2003,34(6):755-762”公开了一种液滴发生装置，在该论文中作者利用该试验装置产生了直径微小的液滴，但是该试验装置产生的小液滴速度太低，且液滴的直径变化范围较小，同时液滴的喷射角度不能改变即只能竖直滴落。该试验装置产生的液滴尺寸，碰撞速度，碰撞角度等参数与轴承腔中高速运动的小油滴的实际工况差距很大，无法满足研究轴承腔中高速小油滴的运行状态及以不同入射角度撞击壁面的需求。

发明内容

要解决的技术问题

为了产生喷射角度可调整的高速小液滴，以再现轴承腔中高速小油滴的运行及以不同入射角度高速撞击壁面的物理现象，本发明提出了一种喷射角度可调整的高速小液滴发生装置。

本发明的技术方案为：

所述一种喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：包括机械本体、供气系统和电磁阀控制系统；

所述机械本体由台架部件、小液滴发生装置、液滴加速部件和液滴喷射角度调整部件组成；

所述台架部件包括底座和滑动支撑架；滑动支撑架高度可调；

所述小液滴发生装置安装在滑动支撑架上，并可在滑动支撑架上自由调整安装位置；所述小液滴发生装置由腔体、滴液端盖、螺纹三通和球阀组成；腔体为中空结构，腔体一端与滴液端盖密封固定连接，另一端与螺纹三通密封固定连接；螺纹三通的另外两个接口分别与球阀和供气系统相连；球阀保持与大气相通；滴液端盖开有滴孔，滴孔孔径保证常压下不能滴出液滴；

所述液滴加速部件由整流管道、加速管、蜂窝整流器和铜纱网组成；蜂窝整流器及铜纱网固定安装在整流管道内；整流管道一端与供气系统相连，另一端与加速管端部密封固定连接；

所述液滴喷射角度调整部件由固定支撑套筒、旋转角度盘、夹套轴、手柄组成；固定支撑套筒固定在底座上；夹套轴的连接部件穿过固定支撑套筒上的套筒结构，并与旋转角度盘同轴固定连接，夹套轴的连接部件与固定支撑套筒上的套筒结构间隙配合；夹套轴的夹套结构连接所述液滴加速部件；旋转角度盘与手柄固定连接，手柄能够带动旋转角度盘及夹套轴沿轴向转动；

所述供气系统在所述电磁阀控制系统控制下，分别向小液滴发生装置和液滴加速部件提供压力和流量可调的压缩气体。

进一步的优选方案，所述喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：所述加速管内表面涂有超疏水疏油材料涂层。

进一步的优选方案，所述喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：所述旋转角度盘开有旋转槽结构，旋转槽的边缘上刻有角度；当转动手柄带动旋转角度盘及夹套轴旋转到所需角度时，能够使用螺栓穿过旋转槽将旋转角度盘固定在固定支撑套筒上。

进一步的优选方案，所述喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：供气系统包括第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀；第一常闭电磁阀通过气动软管与小液滴发生装置连接，第二常闭电磁阀通过气动软管与液滴加速装置连接；电磁阀控制系统通过控制第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀的分时开闭，使供气系统按照要求的时序产生小液滴发生装置及液滴加速装置所需的加速气流。

进一步的优选方案，所述喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：所述底座由底板和固定管套焊接而成，底板通过地脚螺栓与外部工作台固连，固定管套的下端与底板焊接，固定管套的上端有螺母套筒，螺母套筒与固定螺丝压板连接；滑动支撑架由滑动架、加强架和支撑平板组成；滑动架的上端分别与加强架和支撑平板焊接，下端能够在固定管套内自由上下滑动，并通过固定螺丝压板固定滑动支撑架位置。

进一步的优选方案，所述喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：所述固定螺丝压板由螺杆、压板和T形旋柄组成；螺杆带有螺纹的一端与压板焊接，另一端与T形旋柄过盈配合。

有益效果

本发明提供的喷射角度可调整的高速小液滴发生装置包括机械本体、供气系统和电磁阀控制系统。本发明可通过更换滴液端盖和调整进入腔内脉冲压缩气体的压力、脉冲长度产生不同直径的小液滴；可通过改变进入涂有超疏水疏油材料涂层的液滴加速部件的空气流量来改变液滴喷出的速度；可通过转动液滴喷射角度调整部件来改变高速小液滴的喷射角度。本发明的试验装置能够较为有效的产生喷射角度、喷射速度和液滴直径可调整的高速小液滴。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

附图1是本发明装置的总体结构示意图；

附图2是本发明装置的机械本体结构示意图；

附图3是本发明装置中的台架部件结构示意图；

附图4是本发明装置中的底座结构示意图；

附图5是本发明装置中的固定螺丝压板结构示意图；

附图6是本发明装置中的滑动支撑架结构示意图；

附图7是本发明装置中的小液滴发生装置结构示意图；

附图8是本发明装置中的液滴加速部件正视图；

附图9是本发明装置的液滴加速部件左视图；

附图10是本发明装置的液滴喷射角度调整部件结构示意图；

附图11是本发明装置的供气系统连接示意图；

附图12是本发明装置的电磁阀控制系统的电路连接原理图；

机械本体1中包含：

4.台架部件 5.小液滴发生装置 6.液滴加速部件 7.液滴喷射角度调整部件台架部件4包含：

8.底座 9.固定螺丝压板 10.滑动支撑架底座8包含：

11.固定管套 12.底板固定螺丝压板9包含：

13.T形旋柄 14.螺杆 15.压板滑动支撑架10包含：

16.支撑平板 17.加强架 18.滑动架小液滴发生装置5包含：

19.球阀 20.螺纹三通 21.腔体 22.滴液端盖液滴加速部件6包含：

23.整流管道 24.蜂窝整流器 25.铜纱网 26.加速管液滴喷射角度调整部件7包含：

27.手柄 28.旋转角度盘 29.固定支撑套筒 30.夹套轴供气系统2包含：

31.空气压缩机 32.气动三联件 33.节流阀 34.流量计

35.压力表 36.第一常闭电磁阀 37.第二常闭电磁阀 38.气动软管电磁阀控制系统3包含：

39.电脑 40.继电器模块 41.单片机 42.直流电源

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照附图1，本实施例所述的喷射角度可调整的高速小液滴发生装置包括机械本体1、供气系统2和电磁阀控制系统3。

参照附图2，机械本体1由台架部件4、小液滴发生装置5、液滴加速部件6和液滴喷射角度调整部件7连接而成。

台架部件4在机械本体中起到支撑和调整作用。参照附图3，台架部件4是由底座8、固定螺丝压板9和滑动支撑架10连接而成。参照附图4，将固定管套11下端和底板12焊接而成底座8，并使地脚螺栓穿过底板12上的通孔把底座8固定在实验台上。参照附图5，将螺杆14带有螺纹的一端与压板15焊接，然后将其穿过固定管套11的套筒结构后使T形旋柄13和螺杆14没有螺纹的一端过盈配合形成固定螺丝压板9。参照附图6，将支撑平板16、加强架17和滑动架18焊接成滑动支撑架10，滑动架的上端分别与加强架和支撑平板焊接，下端可以在固定管套内自由上下滑动，将滑动支撑架10的滑动架18放入底座8的固定套筒11上端的螺母套筒中，当滑动支撑架滑动到任一位置时，通过旋转固定螺丝压板来固定滑动支撑架的位置。

参照附图7，小液滴发生装置5是由球阀19、螺纹三通20、腔体21和液滴端盖22连接而成，可以产生直径微小的液滴。小液滴发生装置5放置在台架部件的支撑平板上，并可以在支撑平板的滑槽内左右滑动。腔体21与滴液端盖22通过螺栓连接，并利用密封圈保证腔体与滴液端盖的气密性良好；然后将腔体21通过螺纹与螺纹三通20连接，同样在连接时要保证腔体与螺纹三通的密封性能良好；球阀19与螺纹三通20通过连接，保持球阀与大气相通。将连接好的小液滴发生装置5放置到台架部件4的支撑平板16上，保证小液滴发生装置5可以在支撑平板16内左右滑动，并能随着支撑平板16在台架部件上上下滑动。滴液端盖上开有滴孔且滴孔内径微小，使得小液滴发生装置在常压下不能滴出液滴，因此液滴发生需要利用供气系统及电磁阀控制系统共同作用产生的脉冲压缩气体，将腔内的液体从液滴端盖中压出并及时颈缩断裂以产生小液滴。通过更换不同滴孔内径的液滴端盖和调整进入腔内脉冲压缩气体的压力、脉冲长度可以产生不同直径的小液滴。

液滴加速部件与供气系统中的第二常闭电磁阀相连接，固定在液滴喷射角度调整部件上，可以将小液滴发生装置产生的低速小液滴加速到较高的速度。参照附图8和附图9，液滴加速部件6是由整流管道23、蜂窝整流器24、铜纱网25和加速管26构成的。整流管道与供气系统中的第二常闭电磁阀相连，整流管道23的内表面与蜂窝整流器24、铜纱网25过盈配合。加速管26与整流管道23气密焊接成整体，整流管道可以使压缩空气机产生的空气均匀流动并将气流方向引正，使气流能均匀的沿着加速管吹出。在加速管26内表面涂超疏水疏油材料涂层，使液滴在加速管内表面的接触角大于150°、滚动接触角小于10°，同时保证加速管的长度足够使进入加速管的液滴被气流充分加速。实验中，可以通过改变进入液滴加速部件的压缩空气气流量来改变液滴喷出的速度。

参照附图10，液滴喷射角度调整部件7是由手柄27、旋转角度盘28、固定支撑套筒29和夹套轴30构成。夹套轴30穿过固定支撑套筒29的套筒结构，并通过螺钉与旋转角度盘28通过固连，并保证夹套轴、旋转角度盘和固定支撑套筒的套筒结构轴心一致。旋转角度盘28通过螺纹与手柄27连接，旋转角度盘开有旋转槽结构，旋转槽的边缘上刻有角度，通过旋转手柄27带动旋转角度盘28旋转到任意角度时，使用螺栓穿过旋转角度盘28的旋转槽将其固定在固定支撑套筒29上。参照附图1，将液滴喷射角度调整部件7的固定支撑套筒29焊接在台架部件4上，而液滴喷射角度调整部件7的夹套轴30通过螺栓与液滴加速部件6固连。

供气系统为小液滴发生装置和液滴加速部件提供压力和流量可调的压缩空气。参照附图11，供气系统2是由空气压缩机31、气动三联件32、节流阀33、流量计34、压力表35、第一常闭电磁阀36、第二常闭电磁阀37和气动软管38等连接而成。第一常闭电磁阀通过气动软管与小液滴发生装置连接，第一常闭电磁阀通电后打开将压缩空气导入小液滴发生装置，当第一常闭电磁阀断电后电磁阀闭合从而阻断压缩空气进入液滴发生腔；第二常闭电磁阀通过气动软管与液滴加速装置连接，第二常闭电磁阀通电后打开将压缩空气导入液滴加速装置，当第二常闭电磁阀断电后电磁阀闭合从而阻断压缩空气进入液滴加速装置。空气压缩机31为整个实验装置提供压缩空气，压缩空气从空气压缩机出来后一路依次经过气动三联件32、第一常闭电磁阀36和压力表35进入小液滴发生装置；另一路以此经过气动三联件32、第二常闭电磁阀37、节流阀33、和流量计34进入液滴加速装置。

参照附图12，电磁阀控制系统3由电脑39、继电器模块40、单片机41和直流电源42连接而成。电脑39与单片机41连接，电脑为39单片机41提供工作电压同时通过程序控制单片机41产生时序脉冲信号，而控制继电器模块40上两个继电器按照要求有序的吸合与断开。继电器模块上40的两个继电器分别与直流电源42、第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀中的电路部分构成两个独立的电路回路，直流电源42为第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀提供稳定的工作电压，两个继电器有序的开断分别决定了第一常闭电磁阀与和第二常闭电磁阀有序的开断。

电磁阀控制系统能够有序的控制供气系统中的第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀的开断，使供气系统按照一定的时序产生液滴发生装置所需的脉冲压缩空气及液滴加速装置所需的加速气流，即电磁阀控制系统先控制第一常闭电磁阀打开并在极短的时间间隔内闭合，从而使供气系统产生的压缩空气以脉冲的形式进入小液滴发生装置；在第一常闭电磁阀闭合一小段时间后，电磁阀控制系统再控制第二常闭电磁阀的打开使供气系统产生的压缩空气进入液滴加速部件。

本实施例在产生喷射角度可调整的高速小油滴滴时，在小液滴发生装置中加入一定量的润滑油，将小液滴发生装置上的球阀完全打开，启动空气压缩机，调整空气压缩机的输出压力并通过电磁阀控制系统调整脉冲压缩空气的脉冲长度，使小液滴发生装置能够较为稳定的滴出小液滴。关闭空气压缩机，通过液滴喷射角度调整部件转动液滴加速部件到一定的倾斜角度，调整小液滴发生装置在台架部件上的位置使滴液端盖靠近液滴加速部件的开口处，以保证产生的小液滴能滴入液滴加速部件内，启动空气压缩机，通过电磁阀控制系统控制第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀有序的开断，最终可以从加速管喷出具有一定倾斜角度的高速小油滴。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：包括机械本体、供气系统和电磁阀控制系统；

所述机械本体由台架部件、小液滴发生装置、液滴加速部件和液滴喷射角度调整部件组成；

所述台架部件包括底座和滑动支撑架；滑动支撑架高度可调；

所述小液滴发生装置安装在滑动支撑架上，并可在滑动支撑架上自由调整安装位置；所述小液滴发生装置由腔体、滴液端盖、螺纹三通和球阀组成；腔体为中空结构，腔体一端与滴液端盖密封固定连接，另一端与螺纹三通密封固定连接；螺纹三通的另外两个接口分别与球阀和供气系统相连；球阀保持与大气相通；滴液端盖开有滴孔，滴孔孔径保证常压下不能滴出液滴；

所述液滴加速部件由整流管道、加速管、蜂窝整流器和铜纱网组成；蜂窝整流器及铜纱网固定安装在整流管道内；整流管道一端与供气系统相连，另一端与加速管端部密封固定连接；

所述液滴喷射角度调整部件由固定支撑套筒、旋转角度盘、夹套轴、手柄组成；固定支撑套筒固定在底座上；夹套轴的连接部件穿过固定支撑套筒上的套筒结构，并与旋转角度盘同轴固定连接，夹套轴的连接部件与固定支撑套筒上的套筒结构间隙配合；夹套轴的夹套结构连接所述液滴加速部件；旋转角度盘与手柄固定连接，手柄能够带动旋转角度盘及夹套轴沿轴向转动；

所述供气系统在所述电磁阀控制系统控制下，分别向小液滴发生装置和液滴加速部件提供压力和流量可调的压缩气体。

2.根据权利要求1所述喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：所述加速管内表面涂有超疏水疏油材料涂层。

3.根据权利要求1所述喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：所述旋转角度盘开有旋转槽结构，旋转槽的边缘上刻有角度；当转动手柄带动旋转角度盘及夹套轴旋转到所需角度时，能够使用螺栓穿过旋转槽将旋转角度盘固定在固定支撑套筒上。

4.根据权利要求1所述喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：供气系统包括第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀；第一常闭电磁阀通过气动软管与小液滴发生装置连接，第二常闭电磁阀通过气动软管与液滴加速装置连接；电磁阀控制系统通过控制第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀的分时开闭，使供气系统按照要求的时序产生小液滴发生装置及液滴加速装置所需的加速气流。

5.根据权利要求1所述喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：所述底座由底板和固定管套焊接而成，底板通过地脚螺栓与外部工作台固连，固定管套的下端与底板焊接，固定管套的上端有螺母套筒，螺母套筒与固定螺丝压板连接；滑动支撑架由滑动架、加强架和支撑平板组成；滑动架的上端分别与加强架和支撑平板焊接，下端能够在固定管套内自由上下滑动，并通过固定螺丝压板固定滑动支撑架位置。

6.根据权利要求5所述喷射角度可调整的高速小液滴发生装置，其特征在于：所述固定螺丝压板由螺杆、压板和T形旋柄组成；螺杆带有螺纹的一端与压板焊接，另一端与T形旋柄过盈配合。