CN105964473B - 一种两相流超声雾化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业工程领域的雾滴产生装置领域的一种两相流超声雾化装置，包括支撑架、空气雾化喷嘴和超声换能器；所述支撑架包括两个限位挡板和两根连接杆；所述空气雾化喷嘴安装在两个限位挡板之间形成的空腔中；所述超声换能器包括变幅杆、压电陶瓷、绝缘套、铜片电极和后盖板；所述连接杆的下端与变幅杆的法兰盘通过螺栓连接，所述变幅杆位于空气雾化喷嘴的正下方，所述变幅杆的上部为星形线旋转形成的曲面结构，需要雾化的液体通过空气雾化喷嘴喷出进行第一次雾化，喷出的高速雾滴撞击在高频振动的超声换能器上，破碎成更加细小的雾滴，发生第二次雾化，超声换能器的高频振动及空气雾化喷嘴的高速喷射，使得大雾化量超细雾滴的产生变得可能。
Description
技术领域
本发明属于农业工程领域的雾滴产生装置领域，具体涉及一种两相流超声雾化装置。
背景技术
目前，超声雾化技术被广泛地运用于现代的高端农业、观赏农业及其它工业用途上，但对于一般的超声雾化喷嘴来说，其相对较小的雾化量使得其在大范围应用上必定采用多个喷头的组合使用，这不仅增加了喷头的采购成本，同时，与超声雾化喷头配合的驱动电源也必然增加，进一步增大了使用时的能耗以及系统的复杂性。
空气雾化喷嘴是一种广泛应用于液体雾化的装置。其主要特点就是在喷嘴内部设计了空气流道，利用高压空气的喷散作用，以较高的速度夹带着液体喷出，使液体雾化成更细的液滴。空气雾化喷嘴特殊的内部结构设计能使液体和气体均匀混合，产生微细液滴尺寸的喷雾或粗液滴喷雾。通常，通过增加气体压力或降低液体压力可得到更加微细(30μm左右)的液滴喷雾，从而导致较高的气体流率与液体流率比。空气雾化喷嘴能够调节液体流量，在不改变空气压力和液体压力的环境下，同样可以产生合乎要求的喷雾，因此具有很强的适应性。相较于超声雾化喷嘴，其具有更大的雾化量和更远的喷雾距离，但就其雾滴粒径来说，其雾滴粒径比超声雾化技术产生的粒径要大，不利于农作物的吸收。常用的两相流雾化喷嘴虽然结构简单，但雾化质量较差。虽然有的两相流雾化喷嘴带有共鸣室，通过两相流对共鸣室壁的脉冲激励以实现共鸣室的共振，从而实现二次雾化，但是让共鸣室产生共鸣的条件极为苛刻，并且共振频率比较低，所以其产生的雾滴还是比较粗大。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种两相流超声雾化装置，液体在两相流雾化和超声振动的共同作用下，产生大雾化量的超细雾滴。
本发明的技术方案是：一种两相流超声雾化装置，包括支撑架、空气雾化喷嘴和超声换能器；
所述支撑架包括两个限位挡板和两根连接杆；所述连接杆的上端与限位挡板的外侧固定连接，所述空气雾化喷嘴安装在两个限位挡板之间形成的空腔中，两个限位挡板的两端分别通过螺栓连接；
所述超声换能器包括变幅杆、压电陶瓷、绝缘套、铜片电极和后盖板；后盖板上设有螺纹杆，所述螺纹杆的一端与后盖板固定连接，另一端依次穿过铜片电极、压电陶瓷和绝缘套、且与变幅杆连接；所述变幅杆的外围设有法兰盘，所述连接杆的下端与法兰盘通过螺栓连接，所述变幅杆位于空气雾化喷嘴的正下方。
上述方案中，所述变幅杆的上部为星形线旋转形成的曲面结构。
上述方案中，所述变幅杆与空气雾化喷嘴的空气帽同心，变幅杆的顶端与空气帽的距离为1～2mm。
进一步的，空气帽的开孔呈17°锥角。
上述方案中，所述法兰盘位于变幅杆的振动波节点上。
上述方案中，还包括锁定旋钮；所述锁定旋钮的一端穿过任意一个限位挡板上的第二通孔、且可顶住空气雾化喷嘴的侧面，空腔的宽度大于空气雾化喷嘴中部的直径，通过旋转锁定旋钮使空气雾化喷嘴能在空腔内左右移动。
上述方案中，还包括三角形加强筋，所述连接杆包括第一横杆、第二横杆和竖杆，竖杆的两端分别与第一横杆和第二横杆的一端垂直连接，三角形加强筋垂直的两边分别与第一横杆和竖杆的内侧固定连接。
进一步的，所述竖杆上设有第一通孔。
上述方案中，所述支撑架为铸铁材料制成。
上述方案中，所述后盖板为环氧树脂制成。
本发明的优点是：与现有技术相比，本发明变幅杆的上部为星形线旋转形成的曲面设计使超声振幅在雾化面内分布更加均匀，又能更好地导流二相流，能产生大雾化量的超细雾滴，增加了超声雾化的应用场合；本发明利用气流使雾滴加速扩散，能加大雾滴分布的面积，能在开放的场所中使用超声雾化技术；本发明制造成本得到降低，该发明装置的雾化量远远超过传统超声雾化喷头的雾化量；本发明采用二次超声雾化技术，得到极小粒径的雾滴，节约水或其它液体的使用，喷雾效果大大超过其它雾化方法，更有利于农作物的吸收；本发明相对于现有技术中的雾化喷头，可高效产生大量的超细雾滴，极大地节约了雾化成本，提高液滴使用效能，具有更强的实用性。
附图说明
图1为本发明一实施方式的结构示意图；
图2为本发明一实施方式的爆炸示意图；
图3为本发明一实施方式的支撑架和空气雾化喷嘴装配示意图；
图4为本发明一实施方式的超声换能器装配示意图；
图5为本发明一实施方式的空气雾化喷嘴结构示意图；
图6为本发明一实施方式的工作原理示意图。
图中：1、支撑架；2、第一螺钉；3、螺母；4、空气雾化喷嘴；5、第二螺钉；6、锁定旋钮；7、变幅杆；8、绝缘套；9、压电陶瓷；10、铜片电极；11、后盖板；12、加强筋；13、限位挡板；14、第一通孔；15、调节旋钮；16、空气帽；17、液体入口；18、气体入口；19、气液混合腔；20、螺纹孔；21、星形线；22、法兰盘；23、开孔；24、超声换能器；25、连接杆；26、螺纹杆；27、空腔；28、第一横杆；29、第二横杆；30、竖杆；31、第二通孔。
具体实施方式
下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明公开一种两相流超声雾化装置，需要雾化的液体通过空气雾化喷嘴喷出进行第一次雾化，喷出的高速雾滴撞击在高频振动的超声换能器上，破碎成更加细小的雾滴，发生第二次雾化，超声换能器的高频振动及空气雾化喷嘴的高速喷射，使得大雾化量超细雾滴的产生变得可能。
图1和2所示为本发明所述一种两相流超声雾化装置的一种实施方式，一种两相流超声雾化装置，其特征在于，包括支撑架1、空气雾化喷嘴4和超声换能器24。由空气雾化喷嘴产生大量的具有一定速度的较细雾滴，再碰撞到高速振动的变幅杆上发生二次雾化，从而产生大雾化量的超细雾滴。
如图3所示，所述支撑架1包括两个限位挡板13、两根连接杆25和加强筋12；优选的，所述连接杆25包括第一横杆28、第二横杆29和竖杆30，竖杆30的两端分别与第一横杆28和第二横杆29的一端垂直连接；所述连接杆25的上端的第一横杆28与限位挡板13的外侧固定连接，所述空气雾化喷嘴4安装在两个限位挡板13之间形成的空腔27中，两个限位挡板13的两端分别通过第二螺钉5和螺母连接；所述加强筋12为三角形，加强筋12垂直的两边分别与第一横杆28和竖杆30的内侧固定连接，加强筋12增加结构强度。所述竖杆30上设有第一通孔14，通过螺栓、螺母可以方便地将整个装置安装固定到所需的位置。
优选的，所述支撑架1还包括锁定旋钮6；所述锁定旋钮6的一端穿过任意一个限位挡板13上的第二通孔31、且可顶住空气雾化喷嘴4的侧面，空腔27的宽度大于空气雾化喷嘴4中部的直径，通过旋转锁定旋钮6使空气雾化喷嘴4能在空腔27内左右移动。两个所述限位挡板13限制空气雾化喷嘴4的上下、前后以及沿着上下、左右、前后三个方向的轴转动这5个自由度，剩下的1个自由度使得空气雾化喷嘴4能够在限位挡板13中左右移动，达到调节位置的作用，再通过锁定旋钮6来顶住空气雾化喷嘴4的侧面，由压力产生摩擦从而锁死空气雾化喷嘴4的位置，使空气雾化喷嘴4完全固定；这样设计使得不同类型的空气雾化喷嘴4都能实现少量的微调。
如图4所示，所述超声换能器24包括变幅杆7、压电陶瓷9、绝缘套8、铜片电极10和后盖板11；后盖板11上设有螺纹杆26，所述螺纹杆26的一端与后盖板11固定连接，另一端依次穿过铜片电极10、压电陶瓷9和绝缘套8、且与变幅杆7连接；所述变幅杆7的外围设有法兰盘22，法兰盘22上开有螺纹孔20，所述连接杆25的下端第二横杆29与法兰盘22通过第一螺钉2连接，固定于支撑架1上；所述变幅杆7位于空气雾化喷嘴4的正下方，通过锁定旋钮6使空气雾化喷嘴4进行微调，从而使空气雾化喷嘴4的喷射中心线能够和变幅杆7的中心轴线重合。所述法兰盘22位于变幅杆7的振动波节点上，使振动不容易衰减。
所述变幅杆7的上部为星形线21旋转形成的曲面结构，x＝a*(cost)^3，y＝a*(sint)^3为星形线参数方程，其中t为参数，该曲面具有无穷次光滑的特点，既使超声振幅在雾化面内分布更加均匀，又能更好地导流二相流。具体实施过程中，可选择所述变幅杆7的轴向振动频率为55～65kHZ，所述压电陶瓷9的驱动电压为24～36v，所述变幅杆7与空气雾化喷嘴4的空气帽16同心，变幅杆7的顶端与空气帽16的距离优选的为1～2mm，通过高速振动使得刚从空气雾化喷嘴4喷出的雾滴发生二次雾化，使其破碎成更加细小的雾滴。
如图5所示，所述空气雾化喷嘴4采用腔内混合雾化，空气雾化喷嘴4设有空气帽16，所述空气帽16的开孔23呈17°锥角，使得空气雾化喷嘴4的喷雾角可以在原有基础上缩小，使得从空气雾化喷嘴4喷出的雾滴尽可能的都打到变幅杆7的曲面上。具体实施过程中，空气雾化喷嘴4可选用液体压力为1.5bar，流量为3.4L/h；空气压力为1.8bar，空气流量为20L/h的喷嘴，通过空气雾化喷嘴4上的调节旋钮15可以控制液体流量，从而控制气流的混合比例，达到调节雾滴粒径的作用。空气雾化喷嘴4的喷雾角小于90°，使得喷出的雾滴能保证撞击到变幅杆7的曲面上，从而使所述装置能在工作时处于最大的效率。
所述支撑架1为铸铁材料制成，具有防震和安装固定的作用。
所述后盖板11为环氧树脂制成。
如图6所示，本发明工作过程：气流与液流分别从空气雾化喷嘴4的两端气体入口18和液体入口17进入喷嘴，并在喷嘴的气液混合腔19中混合，并从空气雾化喷嘴4出口喷出形成粒径较大的雾滴，当大粒径的雾滴在气流作用下，撞击到高速振动的超能换能器24上，发生二次雾化，从而破碎形成更加细小的雾滴，可高效产生大量的超细雾滴，极大地节约了雾化成本，提高液滴使用效能，具有更强的实用性。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种两相流超声雾化装置，其特征在于，包括支撑架(1)、空气雾化喷嘴(4)和超声换能器(24)；
所述支撑架(1)包括两个限位挡板(13)和两根连接杆(25)；所述连接杆(25)的上端与限位挡板(13)的外侧固定连接，所述空气雾化喷嘴(4)安装在两个限位挡板(13)之间形成的空腔(27)中，两个限位挡板(13)的两端分别通过螺栓连接；
所述超声换能器(24)包括变幅杆(7)、压电陶瓷(9)、绝缘套(8)、铜片电极(10)和后盖板(11)；后盖板(11)上设有螺纹杆(26)，所述螺纹杆(26)的一端与后盖板(11)固定连接，另一端依次穿过铜片电极(10)、压电陶瓷(9)和绝缘套(8)、且与变幅杆(7)连接；所述变幅杆(7)的外围设有法兰盘(22)，所述连接杆(25)的下端与法兰盘(22)通过螺栓连接，所述变幅杆(7)位于空气雾化喷嘴(4)的正下方。
2.根据权利要求1所述的两相流超声雾化装置，其特征在于，所述变幅杆(7)的上部为星形线(21)旋转形成的曲面结构。
3.根据权利要求1或2所述的两相流超声雾化装置，其特征在于，所述变幅杆(7)与空气雾化喷嘴(4)的空气帽(16)同心，变幅杆(7)的顶端与空气帽(16)的距离为1～2mm。
4.根据权利要求3所述的两相流超声雾化装置，其特征在于，空气帽(16)的开孔(23)呈17°锥角。
5.根据权利要求1所述的两相流超声雾化装置，其特征在于，所述法兰盘(22)位于变幅杆(7)的振动波节点上。
6.根据权利要求1所述的两相流超声雾化装置，其特征在于，还包括锁定旋钮(6)；所述锁定旋钮(6)的一端穿过任意一个限位挡板(13)上的第二通孔(31)、且可顶住空气雾化喷嘴(4)的侧面，空腔(27)的宽度大于空气雾化喷嘴(4)中部的直径，通过旋转锁定旋钮(6)使空气雾化喷嘴(4)能在空腔(27)内左右移动。
7.根据权利要求1所述的两相流超声雾化装置，其特征在于，还包括三角形加强筋(12)，所述连接杆(25)包括第一横杆(28)、第二横杆(29)和竖杆(30)，竖杆(30)的两端分别与第一横杆(28)和第二横杆(29)的一端垂直连接，三角形加强筋(12)垂直的两边分别与第一横杆(28)和竖杆(30)的内侧固定连接。
8.根据权利要求7所述的两相流超声雾化装置，其特征在于，所述竖杆(30)上设有第一通孔(14)。
9.根据权利要求1所述的两相流超声雾化装置，其特征在于，所述支撑架(1)为铸铁材料制成。
10.根据权利要求1所述的两相流超声雾化装置，其特征在于，所述后盖板(11)为环氧树脂制成。
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