CN106670001A - 喷嘴组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷嘴组件，包括筒状的喷嘴本体(6)和调节锥(7)，所述喷嘴本体(6)内形成有沿轴向的流体腔，该流体腔的内径最小处形成为喉部，所述调节锥(7)的锥体同轴地设置在所述喉部，所述锥体的流量调节部(2)的母线形成为关于所述调节锥(7)的中心轴线对称的抛物线，所述流量调节部(2)能够相对于所述喷嘴本体(6)轴向移动，所述有效通流面积根据所述流量调节部(2)的轴向移动而线性变化。通过形成抛物线形的流量调节部，流量调节部与喉部之间形成的有效通流面积能够根据流量调节部相对于喉部的轴向位置而线性变化，从而通过轴向地移动流量调节部可以线性地调节喷嘴的流量，使得喷嘴流量的调节更容易。

Description

喷嘴组件
技术领域
本发明涉及流体喷射领域，具体地，涉及一种喷嘴组件。
背景技术
喷射器在应用过程中通过调节喷嘴喉部面积来进行流量调节，以适应不同的工况要求。一般地，通过伸入喉部的锥形结构调节喉部面积，锥体形状不同造成喷射器的能量损失大小以及调节特性优劣具有较大差距。
在锥体的过中心线的截面中，锥体的外周轮廓形成为直线形、曲线形等多种形式，其中，具有斜率恒定的直线形外周轮廓的锥体不能根据自身的轴向位移线性地调节流量大小，即轴向地移动锥体单位距离并不能线性地改变锥体与喷嘴之间的有效通流面积，也就不能线性地调节喷嘴的有效流量。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够通过调节锥体线性地调节流量的喷嘴。
为了实现上述目的，本发明提供了一种喷嘴组件，包括筒状的喷嘴本体和调节锥，所述喷嘴本体内形成有沿轴向的流体腔，该流体腔的内径最小处形成为喉部，所述调节锥的锥体关于所述喷嘴本体同轴地设置在所述喉部，其中，所述锥体包括流量调节部，在所述流量调节部的轴截面中，所述流量调节部的母线形成为关于所述调节锥的中心轴线对称的抛物线；其中，在所述喉部的横截面上，所述喷嘴本体的内壁与所述流量调节部的外周面之间形成为有效通流面积，所述流量调节部能够相对于所述喷嘴本体轴向移动，所述有效通流面积根据所述流量调节部的轴向移动而线性变化。
优选地，在所述流量调节部的轴截面中，以所述调节锥的中心轴线为x轴建立的坐标系中，x轴正方向为流体流动的反方向，y轴垂直于x轴，所述流量调节部的母线的抛物线方程为y2＝0.25Dx/n，其中x∈[0,nD]，D为喉部直径，n为调节系数且1≤n≤2。
优选地，在所述流量调节部的母线的抛物线方程中，x∈[D/16n,nD]，所述锥体还包括与所述流量调节部的顶部一体形成的锥顶部，在所述锥顶部轴截面中，该锥顶部的母线为朝向所述中心轴线凹陷的平滑内凹弧线。
优选地，在所述锥体的轴截面中，在所述流量调节部与所述锥顶部的连接处，所述抛物线的切线与所述内凹弧线的切线彼此重合；在所述锥顶部的尖端处，所述内凹弧线的切线与所述中心轴线重合。
优选地，所述锥体包括导流部，该导流部连接于所述流量调节部外径较大一端，所述导流部的外径由内向外逐渐增加，并且所述导流部关于所述中心轴线中心对称。
优选地，在所述锥体的轴截面中，所述导流部的母线为关于所述中心轴线对称的部分的椭圆线。
优选地，所述喷嘴本体包括渐缩管段和扩张管段，该渐缩管段和扩张管段的连接处形成为所述喉部。
优选地，所述流量调节部的最大外径不小于所述喉部的内径。
优选地，所述调节锥包括连接于所述锥体的调节杆，该调节杆关于所述中心轴线中心对称。
优选地，所述调节杆的外周设有多个径向延伸的板条，所述喷嘴本体包括直管段，该直管段的内周壁上形成有多组成对凸条，每组所述成对凸条沿所述中心轴线方向延伸并彼此间隔以形成滑槽，多个所述板条分别可滑动地容纳在多个所述滑槽中并抵接在所述直管段的内周壁上。
通过上述技术方案，通过形成抛物线形的流量调节部，流量调节部与喉部之间形成的有效通流面积能够根据流量调节部相对于喉部的轴向位置而线性变化，从而通过轴向地移动流量调节部可以线性地调节喷嘴的流量，使得喷嘴流量的调节更容易。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一种实施方式的喷嘴组件的调节锥的结构示意图。
图2是根据本发明的另一种实施方式的喷嘴组件的调节锥的结构示意图。
图3是根据本发明的一种实施方式的喷嘴组件的部分剖视图。
图4是沿图3的A-A线的剖视图。
附图标记说明
1 导流部 2 流量调节部
3 锥顶部 4 调节杆
5 板条 6 喷嘴本体
7 调节锥 8 凸条
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种喷嘴组件，包括筒状的喷嘴本体6和调节锥7，所述喷嘴本体6内形成有沿轴向的流体腔，该流体腔的内径最小处形成为喉部，所述调节锥7的锥体关于所述喷嘴本体6同轴地设置在所述喉部，其中，所述锥体包括流量调节部2，在所述流量调节部2的轴截面中，所述流量调节部2的母线形成为关于所述调节锥7的中心轴线对称的抛物线；其中，在所述喉部的横截面上，所述喷嘴本体6的内壁与所述流量调节部2的外周面之间形成为有效通流面积，所述流量调节部2能够相对于所述喷嘴本体6轴线移动，并且所述有效通流面积根据所述流量调节部2的轴向移动而线性变化。其中，所述“锥体”表示外径渐缩的形状，并不局限于母线为直线的圆锥体。
喷嘴本体6也可以大体为关于其中心轴线中心对称的结构，并且喷嘴本体6与调节锥7的中心轴线重合。所述有效通流面积通过所述喉部与流量调节部2形成，为环形截面，并且该环形截面的面积随着所述流量调节部2相对于喷嘴本体6(也就是所述喉部)的轴向位置变体而线性变化，即将所述锥体轴向移动单位距离时所述有效通流面积的变化量相同，从而通过轴向移动调节锥7实现流量的线性调节，使得流量的调节更容易控制。
具体地，在所述流量调节部2的轴截面中，以所述调节锥7的中心轴线为x轴建立的坐标系中，x轴正方向为流体流动的反方向，y轴垂直于x轴，所述流量调节部2的母线的抛物线方程为y2＝0.25Dx/n，其中x∈[0,nD]，D为喉部直径，n为调节系数且1≤n≤2。如图1所示，流量调节部2的轴截面形成开口向右的抛物线，该抛物线的顶点即为流量调节部2的顶点，流量调节部2在所述喉部的截面处的直径为dx＝(Dx/n)0.5，调节系数n可以对流量调节部2的调节行程进行调节，在此实施方式中，调节行程L＝nD。在此状态下，所述喷嘴组件的流量为其中k为绝热指数，Π*为临界压比，a*为临界等熵速度，P0为蒸汽滞止压力，而为所述有效通流面积，从该方程式可以看出，所述有效通流面积为x的一次方程，即关于x线性变化，其中x为所述喉部截面与流量调节部2的抛物线彼此相交的位置，或者可以认为是所述喉部截面与抛物线顶点处的距离。
进一步地，在所述流量调节部2的母线的抛物线方程中，x∈[D/16n,nD]，所述锥体还包括与所述流量调节部2的顶部一体形成的锥顶部1，在所述锥顶部1轴截面中，该锥顶部1的母线为朝向所述中心轴线凹陷的平滑内凹弧线。在x∈[D/16n,nD]的情况下，可以得到如图2所示的流量调节部2的抛物线结构，其中，x∈[0,D/16n]部分的抛物线被切除，即相比于图1所示的流量调节部2切除了顶部的一部分。锥顶部1用于平滑地过渡贴着流量调节部2的外壁流动过来的流体，其中，如图2所示，在锥顶部1的轴截面中，母线的曲线朝向所述中心轴线凹陷，可以将传递过来的朝向中心轴线方向汇聚的流体逐渐地转变为平行于中心轴线流动，另外，所述内凹弧线为平滑的，即，该内凹弧线的斜率变化是连续的，以更平滑地实现流体的转向。
进一步地，在所述锥体的轴截面中，在所述流量调节部2与所述锥顶部1的连接处，所述抛物线的切线与所述内凹弧线的切线彼此重合；在所述锥顶部1的尖端处，所述内凹弧线的切线与所述中心轴线重合。换句话说，在所述锥体的轴截面中，流量调节部2的抛物线与锥顶部1的内凹弧线平滑地过渡连接，形成斜率连续变化的曲线，相应地，所述锥体的外周面也形成为平滑过渡的曲面，使得贴近所述锥体流动的流体能够更为平滑地改变流动方向；而锥顶部1尖端处的内凹弧线的切线重合于所述中心轴线，即，当流体贴合锥顶部1流动到达所述尖端处时，其流动方向平行于所述中心轴线，使得锥顶部1周围的流体最终的流动方向调整为平行所述中心轴线，防止产生锥顶激波，以避免流体彼此互相冲击而损失能量。
另外，所述锥体包括导流部3，该导流部3连接于所述流量调节部2外径较大一端，所述导流部3的外径由内向外逐渐增加，并且所述导流部3关于所述中心轴线中心对称。导流部3的外径渐增的外周面可以起到将流体平滑地传递到流量调节部的大端外周的作用，避免流体直接地冲击在流量调节部2的端面上而损失大量的能量。导流部3的最大外径可以与流量调节部2的大端的外径相同。
关于导流部3的形状，其可以为圆锥体，或者优选地，在所述锥体的轴截面中，所述导流部3的母线为关于所述中心轴线对称的部分的椭圆线。如图1或图2所示，导流部3的母线为部分的椭圆线，作为斜率连续变化的曲线可以将贴近导流部3的流体平滑地过渡到流量调节部2的大端处，并且，如下所述，喷嘴本体6形成有渐缩管段和扩张管段，导流部3位于渐缩管段中，可以避免其中的亚音速气流产生脱体漩涡。
另外，所述喷嘴本体6包括渐缩管段和扩张管段，该渐缩管段和扩张管段的连接处形成为所述喉部。流量调节部2设置在所述喉部处，也就是说，流量调节部2在喷嘴本体6的内径最小处对流量进行调节，流量调节部2插入所述喉部后，形成的环形的有效通流面积最小，特别地，在喷嘴组件的轴截面中，所述渐缩管段的内壁斜率可以大于流量调节部2的母线斜率，避免渐缩管段与流量调节部2之间形成最小的通流面积，影响调节效果。在本实施方式中，所述喉部为渐缩管段和扩张管段的连接面，当然，所述喉部也可以为形成在渐缩管段和扩张管段之间的内径恒定的管段。
另外，所述流量调节部2的最大外径不小于所述喉部的内径。如图1和图2所示，流量调节部2的最大外径为D，即等于所述喉部的内径，当流量调节部2在最大外径处与所述喉部重合时，喷嘴组件的整体流量为0。
另外，所述调节锥7包括连接于所述锥体的调节杆4，该调节杆4关于所述中心轴线中心对称。如图1、图2、图3所示，调节杆4可以连接于导流部3的小端。该调节杆可以起到支撑所述锥体的作用，使所述锥体稳定地保持在与喷嘴本体6共轴的位置。另外，调节杆4可以连接到喷嘴本体6外部的驱动件，以通过驱动件驱动调节杆4轴向移动。
进一步地，所述调节杆4的外周设有多个径向延伸的板条5，所述喷嘴本体6包括直管段，该直管段的内周壁上形成有多组成对凸条8，每组所述成对凸条8沿所述中心轴线方向延伸并彼此间隔以形成滑槽，多个所述板条5分别可滑动地容纳在多个所述滑槽中并抵接在所述直管段的内周壁上。如图4所示，所述成对凸条8形成的滑槽可以对板条5进行限位，使得板条5沿轴向移动，特别地，板条5在所述滑槽中保持稳定状态而不晃动，同时，所述直管段的内周壁对板条5进行径向限位，以将所述调节锥7保持在与喷嘴本体6共轴的位置，避免调节锥7偏离喷嘴本体6的中心轴线，导致流体特别是气流引起调节锥7产生锥体共振，这也造成所述有效通流面积不能实现线性调节。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种喷嘴组件，包括筒状的喷嘴本体(6)和调节锥(7)，所述喷嘴本体(6)内形成有沿轴向的流体腔，该流体腔的内径最小处形成为喉部，所述调节锥(7)的锥体关于所述喷嘴本体(6)同轴地设置在所述喉部，其特征在于，所述锥体包括流量调节部(2)，在所述流量调节部(2)的轴截面中，所述流量调节部(2)的母线形成为关于所述调节锥(7)的中心轴线对称的抛物线；
其中，在所述喉部的横截面上，所述喷嘴本体(6)的内壁与所述流量调节部(2)的外周面之间形成为有效通流面积，所述流量调节部(2)能够相对于所述喷嘴本体(6)轴向移动，所述有效通流面积根据所述流量调节部(2)的轴向移动而线性变化。
2.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其特征在于，在所述流量调节部(2)的轴截面中，以所述调节锥(7)的中心轴线为x轴建立的坐标系中，x轴正方向为流体流动的反方向，y轴垂直于x轴，所述流量调节部(2)的母线的抛物线方程为y2＝0.25Dx/n，其中x∈[0,nD]，D为喉部直径，n为调节系数且1≤n≤2。
3.根据权利要求2所述的喷嘴组件，其特征在于，在所述流量调节部(2)的母线的抛物线方程中，x∈[D/16n,nD]，所述锥体还包括与所述流量调节部(2)的顶部一体形成的锥顶部(1)，在所述锥顶部(1)轴截面中，该锥顶部(1)的母线为朝向所述中心轴线凹陷的平滑内凹弧线。
4.根据权利要求3所述的喷嘴组件，其特征在于，在所述锥体的轴截面中，在所述流量调节部(2)与所述锥顶部(1)的连接处，所述抛物线的切线与所述内凹弧线的切线彼此重合；在所述锥顶部(1)的尖端处，所述内凹弧线的切线与所述中心轴线重合。
5.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其特征在于，所述锥体包括导流部(3)，该导流部(3)连接于所述流量调节部(2)外径较大一端，所述导流部(3)的外径由内向外逐渐增加，并且所述导流部(3)关于所述中心轴线中心对称。
6.根据权利要求5所述的喷嘴组件，其特征在于，在所述锥体的轴截面中，所述导流部(3)的母线为关于所述中心轴线对称的部分的椭圆线。
7.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其特征在于，所述喷嘴本体(6)包括渐缩管段和扩张管段，该渐缩管段和扩张管段的连接处形成为所述喉部。
8.根据权利要求7所述的喷嘴组件，其特征在于，所述流量调节部(2)的最大外径不小于所述喉部的内径。
9.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其特征在于，所述调节锥(7)包括连接于所述锥体的调节杆(4)，该调节杆(4)关于所述中心轴线中心对称。
10.根据权利要求9所述的喷嘴组件，其特征在于，所述调节杆(4)的外周设有多个径向延伸的板条(5)，所述喷嘴本体(6)包括直管段，该直管段的内周壁上形成有多组成对凸条(8)，每组所述成对凸条(8)沿所述中心轴线方向延伸并彼此间隔以形成滑槽，多个所述板条(5)分别可滑动地容纳在多个所述滑槽中并抵接在所述直管段的内周壁上。
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