CN106903005B - 一种二次气液二相流静电喷雾机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二次气液二相流静电喷雾机，属于农业植保技术领域。该机包括支撑在车轮上的机架以及安置在机架上的药液箱、高压静电电源和电机驱动的风机，风机的出风侧安置有二次气液二相流静电喷头，风机的出风侧还经输气管接至药液箱，高压静电电源的正极和负极分别接地和接至药液箱的药液，药液箱的药液经流体输送管接至二次气液二相流静电喷头；该喷头包括支架和喷头帽；喷头帽中通过锁定架固定螺旋喷嘴；喷头帽的收缩锥具有出风口并活套有可调节出风口大小的调节风门。本发明以二次气液二相流雾化的方式实现了喷雾的超低容量化和雾滴的超细化，喷雾穿透力更强，并且喷雾量和雾滴粒径均可无极可控，可以切实满足不同病虫害的防治需求。

Description

一种二次气液二相流静电喷雾机

技术领域

本发明涉及一种喷雾机，尤其是一种超低容量二次气液二相流静电喷雾机，属于农业植保技术领域。

背景技术

静电喷雾通过接触、电晕、感应等不同方式使农药雾滴荷电，并在电场力的作用下向靶标作物或靶标生物定向运动，实现农药雾滴的对靶高效传递与沉积。尤其是，荷电雾滴具有的“包抄效应”有助于提高农药雾滴在作物叶背等隐蔽部位的沉积率与覆盖率，从而提高病虫害防治效果及农药有效利用率。

雾滴的荷质比是影响静电喷雾效果的关键因素，它反映单位质量雾滴所具有的电量。荷质比越大，说明雾滴充电效果越好，越有利于雾滴在电场力的作用下对靶（靶标作物或靶标生物）传递与沉积。已有研究表明，低喷雾流量和高辅助气流量可获得较高的荷质比，雾滴粒径与荷质比成反比。相对于液力雾化、离心雾化、气力雾化等雾化方式，气液二相流雾化更利于形成超细雾滴，同时该雾化方式的气流速度可带动雾滴速度，使雾滴具有较大的雾动量，从而不仅增加雾滴在作物冠层内的穿透性，同时为雾滴向远程输送提供了有利条件。

检索可知，申请号为201010136395.X的中国专利申请公开了一种喷雾喷粉机低量喷头，具有低量喷管，低量喷管的输液管上端安装连接件，连接件连接低量喷嘴，连接件外壁通过轴承安装叶轮，叶轮上制有叶片，所述叶轮上端安装喷嘴帽，喷嘴帽上边沿制有甩水孔，所述喷嘴帽的内腔与甩水孔和低量喷嘴的出水孔及输液管相连通。本喷头的药液经过撞击在喷嘴帽内壁被初步打散、在离心力和附壁效应的作用下从喷嘴帽内腔中心向外侧扩散并从甩水孔分流甩出、被高速气流进一步击碎等三重作用下最后喷到农作物上的雾滴颗粒非常小，因此雾化效果好。然而，该喷头的雾化机理为撞击破碎+气力雾化，即首先通过药液与喷嘴帽内壁的撞击作用，使药液破碎成较大的雾滴，再通过气力作用，使雾滴进一步雾化成更细小雾滴，虽可获得细小雾滴，但形成的喷雾量和雾滴粒径是相对固定的，不能满足不同病虫害的防治需求。

此外，申请号为201020135491.8的中国专利公开了一种超低量/低容量喷雾组合喷头,包括由整流栅扣接于喷口连接成的喷口组件,喷头体,药液连接管,分流锥,齿盘,由实心轴、轴承、轴承座、叶轮、叶轮锁母依次连接组成的旋转叶轮组件;整流栅扣接于喷口上,喷口与喷头体活动连接,喷头体的内壁有支撑筋固定分流锥,分流锥的底部与药液连接管相连,分流锥的下段有出液孔,下段上端固定安装齿盘,实心轴装在分流锥上段的空心锥孔内。工作时,安装喷口及整流栅为低容量喷头,取下喷口及整流栅为超低量喷头。然而，其雾化机理实质为气力雾化+撞击破碎，即首先通过高速气流作用使药液沿着分流锥外表面形成很薄的液膜，被吹送至齿盘边缘上，药液在齿尖上形成液丝，再被高速气流切断形成较大的雾滴，然后再通过大雾滴与高速旋转的叶轮的撞击作用，使雾滴进一步破碎成更细小雾滴，其喷雾量和雾滴粒径调节通过喷头结构变化实现，并且只有2种喷雾量和雾滴粒径大小可选，依然难以满足不同病虫害的防治需求。

还有，申请号为201310187626.3的中国专利公开了一种鸭嘴风送式组合喷头，包括鸭嘴出风口、挡风板、导流板、喷头、输液管和进风口。高压药液由输液管进入喷头，喷头固定在鸭嘴出风口外侧；风机吹出的高速气流由进风口进入鸭嘴，经导流板使气流均匀的由鸭嘴出风口吹出，与喷头喷出的液流混合；挡风板固定在鸭嘴出风口外侧，减少自然风对液流的影响；该发明利用鸭嘴出风口吹出的气流将药液进行二次雾化，形成更细的雾滴。其雾化机理实际为液力雾化+气力雾化，即首先通过一组扇形雾喷头使药液雾化成较大的雾滴，再通过气流使雾滴进一步雾化成更细小雾滴。由于液力雾化存在雾滴谱宽（即雾滴的粗细不均，大雾滴易流失、小雾滴易飘失，从而在降低农药有效利用率的同时，造成环境污染）的缺点，并且雾滴体积中值粒径的大小主要取决于所选用的扇形雾喷头型号，因而当扇形雾喷头型号选定后，雾化形成的雾滴体积中值粒径是相对固定的，不能根据防治对象的不同要求而改变。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种不仅雾滴更细小均匀、穿透力更强，并且喷雾量和雾滴粒径均可无极可控的二次气液二相流静电喷雾机，以满足不同病虫害的防治需求。

为了达到以上目的，本发明的二次气液二相流静电喷雾机基本技术方案为：包括支撑在车轮上的机架以及安置在机架上的药液箱、高压静电电源和电机驱动的风机，所述风机的出风侧安置有二次气液二相流静电喷头，所述风机的出风侧还经输气管接至药液箱，所述高压静电电源的正极和负极工作时分别接地和接至药液箱的药液，所述药液箱的药液经流体输送管接至所述二次气液二相流静电喷头；所述二次气液二相流静电喷头包括通过并帽压持在流体输送管端的支架和喷头帽，所述支架由中央的输液管以及通过径向腹板与输液管连为一体的环圈构成，被并帽压持固定；所述喷头帽由帽管以及通过收缩锥与帽管连为一体的带扩散口的喷出管构成，被并帽弹性压持；所述喷头帽中通过锁定架固定螺旋喷嘴，所述螺旋喷嘴由中心管、所述中心管径向延伸出的挡风盘、位于所述挡风盘外端面的一组前向螺旋叶片以及所述挡风盘相邻螺旋叶片之间的通风孔构成；所述中心管的内端插入所述输液管内，并具有径向进液孔，所述中心管的外端插装固定雾化喷嘴，所述雾化喷嘴的外端伸入所述喷出管内；所述喷头帽的收缩锥具有出风口并活套有可调节出风口大小的调节风门。

工作时，由于高压静电电源的高压输出负极接入药液箱、正极接地，因此使得药液箱中的药液荷电。风机产生的一部份气流通过输气管不断进入药液箱，在液面上形成正压，使得荷电药液在气压作用下通过流体输送管进入二次气液二相流静电喷头。当风机出风侧的气流进入二次气液二相流静电喷头作用于喷头帽收缩锥的锥形内壁时，会克服弹性压持力，使得喷头帽连同锁定架、螺旋喷嘴、雾化喷嘴以及调节风门一起产生轴向位移，药液得以通过进液孔进入螺旋喷嘴的中心管，进而由雾化喷嘴喷出。与此同时，流经喷头支架与锁定架的气流将分为两路，一路经螺旋喷嘴上的通风孔吹向前向分布螺旋叶片，从而使得轴向气流变为雾化喷嘴的出口区域的涡旋气流。由于涡旋气流的中心气压极小，因此使得输送到雾化喷嘴出口的药液在吸力作用下高速喷出，并与涡旋气流发生撞击，使药液经第一次气液二相流雾化初步成细雾滴，为第二次雾化成超细的气雾滴奠定基础；另一路气流则通过螺旋喷嘴的外圆周与喷头帽的帽管内壁之间的环形区域，在喷头帽收缩锥的圆锥形内壁处因过流面缩小，使得气流的流速增大，形成高速气流，而在文丘里效应作用下产生低压，从而产生吸附作用，使经一次雾化后的雾滴群在喷头帽的喷出管段内与该高速气流发生撞击、混合，实现第二次气液二相流雾化，将第一次雾化后的细雾滴雾化成超细的气雾滴，并通过高速气流增加雾滴初速度，使雾滴具有可向远程输送的较大雾动量，随后进入喷出管的扩散口，以一定锥角分散，最终实现经二次气液二相流雾化的荷电雾滴在风机气流的作用下向远程输送，到达靶标作物或靶标生物附近时，并在空间电场的作用下，向靶标作物或靶标生物定向运动与沉积。

进一步，所述机架上固定有平台支架，所述该平台支架上固连转盘底座，所述转盘底座上装有与之构成转动副的转盘，所述转盘上安装电机驱动的风机。

进一步，所述高压静电电源正极通过带有压敏电阻的保护电路接机架上手柄处的铜片，并通过作业人员手握铜片接地。

进一步，所述调节风门具有位置与所述出风口对应的风门口以及与所述喷出管相配的套管段，所述套管段上具有穿装紧固件的调节槽。

进一步，所述锁定架由与喷头帽旋合的外螺纹圈、从外螺纹圈径向缩径且轴向延伸的一组连接板以及通过连接板连体的定位圈构成。

进一步，所述帽管的内端具有径向延伸翻边，所述翻边与并帽外端的止口之间装有弹簧。

进一步，所述喷头帽的收缩锥具有周向延伸的腰形槽出风口。

进一步，所述环圈的一端具有径向延伸挡边。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的立体分解结构示意图。

图2为图1实施例的剖视图。

图3为图2的侧视图。

图4为图1实施例中的二次气液二相流静电喷头立体分解结构示意图。

图5为图4的剖视图。

图6为图5的A处关机状态的局部放大图。

图7为图5的A处喷雾状态的局部放大图。

图8为图4的螺旋喷嘴结构示意图。

图9为图8的侧视图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的二次气液二相流静电喷雾机如图1、2、3所示，支撑在车轮32和万向轮上的机架1上安置药液箱35、高压静电电源22，并固定有平台支架5。两车轮32的轮轴内侧分别装有制动机构34和测速接近开关33。平台支架5上固连转盘底座9，转盘底座9上通过垫圈10装有与之构成转动副的转盘11，转盘11上安装电机19驱动的风机16。风机16外的进气罩18装有滤气罩20。风机16的出风侧安置有二次气液二相流静电喷头14。风机16的出风侧还经输气管40接至药液箱35。高压静电电源22与电源开关23、速度计26、拨动开关27、按钮开关28均安置于底板24和箱体25构成的控制箱。高压静电电源22的正极接地、负极接至药液箱的药液。具体而言，正极通过带有压敏电阻的保护电路接机架1上手柄处的铜片，通过作业人员手握铜片接地。药液箱35的药液由内流体输送管38、并经流量阀3和外流体输送管39接至二次气液二相流静电喷头14。

二次气液二相流静电喷头14如图4、5所示，包括安装时通过并帽14-2内端的内螺纹连接压持在流体输送管端的支架14-4和喷头帽14-1。支架14-4由中央的输液管4-a以及通过一组径向腹板4-b与输液管4-a连为一体的环圈4-c构成，环圈4-c的一端具有径向延伸挡边，被并帽压持在流体输送管端固定。喷头帽14-1由帽管1-a以及通过收缩锥1-b与帽管1-a连为一体的带扩散口的喷出管1-c构成，其帽管1-a的内端具有径向延伸翻边，该翻边与并帽14-2外端的止口之间装有弹簧14-10，因此被弹性压持。

喷头帽14-1中通过锁定架14-6固定螺旋喷嘴14-7。锁定架14-6由与喷头帽14-1旋合的外螺纹圈6-a、从外螺纹圈6-a径向缩径且轴向延伸的一组连接板6-b以及通过连接板6-b连体的定位圈6-c构成。参见图8、9，螺旋喷嘴14-7由中心管7-a、中心管7-a径向延伸出的挡风盘7-b、位于挡风盘7-b外端面的一组前向螺旋叶片7-d以及挡风盘7-b相邻螺旋叶片之间的通风孔7-c构成。中心管7-a具有径向进液孔7-e，装配时其内端插入输液管4-a内。中心管7-a的外端插装固定雾化喷嘴14-8，该雾化喷嘴14-8的典型结构可参见200910100510.5、201510202751. 6、201610108931.2号中国专利文献，其外端伸入喷出管1-c内。喷头帽14-1的收缩锥具有周向延伸的腰形槽出风口1-d，并活套装有可调节出风口大小的调节风门14-3。调节风门14-3具有位置与出风口1-d对应的风门口以及与喷出管1-c相配的套管段3-a，套管段3-a上具有穿装自攻螺钉14-11的调节槽3-b，因此可以在一定范围旋转调节出风口与风门口的相对角向位置，实现出风调控。

工作时，先将高压静电电源的高压输出负极接入药液箱，正极接地，使药液荷电。风机产生的一部份气流通过输气管进入药液箱形成正压，使得药液箱中的荷电药液在气压作用下通过输液管进入与之相连接的二次气液二相流静电喷头。此后，风机气流作用于喷头帽14-1的锥形内壁，产生能克服复位弹簧14-10预紧力的轴向推力，从而使得喷头帽14-1连同锁定架14-6、螺旋喷嘴14-7、雾化喷嘴14-8以及调节风门14-3一起产生轴向位移，此时药液得以通过螺旋喷嘴14-7上的进液孔进入螺旋喷嘴14-7，再进入与其相连接的雾化喷嘴14-8。而当停止工作时，风机气流产生的轴向推力迅速降低直至消失，在复位弹簧14-10的作用下，喷头帽14-1连同锁定架14-6、螺旋喷嘴14-7、雾化喷嘴14-8以及调节风门14-3一起产生反向的轴向位移并回到初始位置，此时，螺旋喷嘴14-7与喷头支架14-4之间的药液通道被阻断，通过该设计防止机具停止工作的初始阶段仍有药液被输送到雾化喷嘴14-8，从而避免了非额定工况下的药液滴漏，具有理想的防滴、止滴功能（参见图6、7）。

本实施例二次气液二相流静电喷雾机的具体雾化过程为：风机产生的气流进入喷头14克服复位弹簧14-10轴向推力、使得喷头帽14-1连同锁定架14-6、螺旋喷嘴14-7、雾化喷嘴14-8以及调节风门14-3一起轴向位移的同时，药液得以通过螺旋喷嘴14-7上的进液孔进入螺旋喷嘴14-7，再进入与其相连接的雾化喷嘴14-8。进入二次气液二相流静电喷头14的气流通过喷头支架14-4与锁定架14-6后又分为两部份，其中一部份气流经螺旋喷嘴14-7上的6个通风孔，吹向螺旋喷嘴14-7上呈前向分布的6个螺旋叶片，使得原本沿轴向的高速均匀气流产生显著的涡旋运动，从而在雾化喷嘴14-8的出口区域形成强力涡旋气流，由于涡旋气流的中心气压极小，接近于真空状态，使得已被输送到雾化喷嘴14-8口部的药液在该强力涡旋气流的吸力作用下高速喷出，并与涡旋气流发生撞击，从而完成第一次气液二相流雾化，本次雾化是为了使药液初步雾化成细雾滴，从而为第二次雾化成超细的气雾滴提供条件，与此同时，另一部份气流通过螺旋喷嘴14-7的外圆周与喷头帽14-1的圆柱形内壁之间的环形区域后，由于喷头帽14-1的内壁变为圆锥形，因而气流的过流断面缩小，使得气流的流速增大，而由伯努利定律可知，高速流动的流体附近会产生低压即文丘里效应，从而产生吸附作用，此时经一次雾化后的雾滴群在喷头帽14-1出口的直管段内，与该高速气流发生撞击、混合，完成第二次气液二相流雾化，本次雾化主要是为了将第一次雾化后的细雾滴雾化成超细的气雾滴（粒径20～50μm），并通过高速气流增加雾滴初速度，使雾滴具有较大的雾动量，从而更有利于向远程输送，随后进入喷头帽14-1出口的扩散口，此时雾滴群以一定的锥角分散，并在气流作用下从喷头帽14-1的口端喷出，并向远程输送。通过手动旋转调节风门14-3的角度改变喷头帽14-1上出风口的大小，可以调控二次雾化过程中的气液两相流场结构，从而使得喷头的喷雾量和雾滴粒径无极可控。

雾化后的荷电雾滴在风机气流的作用下向远程输送，到达靶标作物或靶标生物附近时，在空间电场的作用下，向靶标作物或靶标生物定向运动与沉积。

归纳起来，本实施例在深入研究基础上，以二次气液二相流雾化的方式实现了喷雾的超低容量化（仅0.04～0.12L/min）和雾滴的超细化（粒径20～50μm），喷雾穿透力更强，并且喷雾量和雾滴粒径均可无极可控，可以切实满足不同病虫害的防治需求。与现有技术相比具有如下显著优点：

1．基于雾滴荷质比越大越有利于雾滴在电场力的作用下对靶传递与沉积，以及低的喷雾流量和高的辅助气流量可获得较高的荷质比、雾滴粒径大小与荷质比成反比关系等理论，本实施例带有强力气流辅助的超低容量二次气液二相流静电喷雾机实现了超低容量、超细雾滴及强力气流辅助喷雾，使得雾滴获得较高的荷质比，从而提高静电喷雾效果。

2. 采用的是气液二相流雾化+气液二相流雾化的二次雾化机理。即首先通过雾化喷嘴14-8出口区域的强力涡旋气流，使得已被输送到雾化喷嘴14-8口部的药液在该强力涡旋气流的吸力作用下高速喷出，并与涡旋气流发生撞击，从而完成第一次气液二相流雾化，本次雾化是为了使药液初步雾化成细雾滴，从而为第二次雾化成超细的气雾滴提供条件，其次通过喷头帽14-1出口的直管段内的高速气流对经过一次雾化后的雾滴群的吸附、撞击、混合作用，完成第二次气液二相流雾化，本次雾化主要是为了将第一次雾化后的细雾滴雾化成超细的气雾滴（粒径20～50μm），并通过高速气流增加雾滴初速度，使雾滴具有较大的雾动量，从而更有利于向远程输送。经过二次气液二相流雾化后的雾滴群进入喷头帽14-1出口的扩散口后以一定的锥角分散，并在气流作用下从喷头帽14-1的口端喷出，并向远程输送。此外，该雾化方式的气流速度可带动雾滴速度，使雾滴具体较大的雾动量，从而不仅增加了雾滴在作物冠层内的穿透性，并为雾滴向远程输送提供了有利条件。

3．通过旋转调节风门14-3的角度改变喷头帽14-1上出风口的大小，调控二次雾化过程中的气液两相流场结构，从而使得喷头的喷雾量和雾滴粒径无极可控，以满足不同病虫害的防治需求。

4．现有液力喷头防滴止滴阀是通过药液压力的变化，使阀中的复位弹簧形变，控制喷头供液流道的通断，从而起到防滴止滴的作用。而本实施例则利用气液二相流雾化所需的辅助气流的压力变化，使二次气液二相流静电喷头14中的复位弹簧形变，控制喷头供液流道的通、断，从而起到防滴止滴的作用，具体为：喷头支架14-4与螺旋喷嘴14-7的连接端面通过垫片14-5密封，轴向通过O型圈14-9密封。当机具启动后，风机气流作用于喷头帽14-1的锥形内壁，产生轴向的推力，从而克服复位弹簧14-10的预紧力，使得喷头帽14-1连同锁定架14-6、螺旋喷嘴14-7、雾化喷嘴14-8以及调节风门14-3一起产生轴向位移，此时药液得以通过螺旋喷嘴14-7上的进液孔进入螺旋喷嘴14-7，再进入与其相连接的雾化喷嘴14-8。当机具停止工作时，风机气流产生的轴向推力迅速降低直至消失，在复位弹簧14-10的作用下，喷头帽14-1连同锁定架14-6、螺旋喷嘴14-7、雾化喷嘴14-8以及调节风门14-3一起产生反向的轴向位移并回到初始位置，此时，螺旋喷嘴14-7与喷头支架14-4之间的药液通道被阻断，通过该设计防止机具停止工作的初始阶段仍有药液被输送到雾化喷嘴14-8，从而避免了机具非额定工况下的药液滴漏。

Claims (8)

1.一种二次气液二相流静电喷雾机，包括支撑在车轮（32）上的机架（1）以及安置在机架上的药液箱（35）、高压静电电源（22）和电机（19）驱动的风机（16），其特征在于：所述风机的出风侧安置有二次气液二相流静电喷头，所述风机的出风侧还经输气管（40）接至药液箱，所述高压静电电源（22）的正极和负极工作时分别接地和接至药液箱的药液，所述药液箱的药液经流体输送管（38、39）接至所述二次气液二相流静电喷头（14）；所述二次气液二相流静电喷头包括通过并帽（14-2）压持在流体输送管端的支架（14-4）和喷头帽（14-1），所述支架由中央的输液管（4-a）以及通过径向腹板（4-b）与输液管连为一体的环圈（4-c）构成，被并帽压持固定；所述喷头帽由帽管（1-a）以及通过收缩锥（1-b）与帽管连为一体的带扩散口的喷出管（1-c）构成，被并帽弹性压持；所述喷头帽中通过锁定架（14-6）固定螺旋喷嘴（14-7），所述螺旋喷嘴由中心管（7-a）、所述中心管径向延伸出的挡风盘（7-b）、位于所述挡风盘外端面的一组前向螺旋叶片（7-d）以及所述挡风盘相邻螺旋叶片之间的通风孔（7-c）构成；所述中心管的内端插入所述输液管内，并具有径向进液孔，所述中心管的外端插装固定雾化喷嘴（14-8），所述雾化喷嘴的外端伸入所述喷出管内；所述喷头帽的收缩锥具有出风口（1-d）并活动套接有可调节出风口大小的调节风门（14-3）。

2.根据权利要求1所述的二次气液二相流静电喷雾机，其特征在于：所述机架上固定有平台支架，所述该平台支架上固连转盘底座，所述转盘底座上装有与之构成转动副的转盘，所述转盘上安装电机驱动的风机。

3.根据权利要求1或2所述的二次气液二相流静电喷雾机，其特征在于：所述高压静电电源正极通过带有压敏电阻的保护电路接机架上手柄处的铜片，并通过作业人员手握铜片接地。

4.根据权利要求3所述的二次气液二相流静电喷雾机，其特征在于：所述调节风门具有位置与所述出风口对应的风门口以及与所述喷出管相配的套管段，所述套管段上具有穿装紧固件的调节槽。

5.根据权利要求4所述的二次气液二相流静电喷雾机，其特征在于：所述锁定架由与喷头帽旋合的外螺纹圈、从外螺纹圈径向缩径且轴向延伸的一组连接板以及通过连接板连体的定位圈构成。

6.根据权利要求5所述的二次气液二相流静电喷雾机，其特征在于：所述帽管的内端具有径向延伸翻边，所述翻边与并帽外端的止口之间装有弹簧。

7.根据权利要求5所述的二次气液二相流静电喷雾机，其特征在于：所述喷头帽的收缩锥具有周向延伸的腰形槽出风口。

8.根据权利要求7所述的二次气液二相流静电喷雾机，其特征在于：所述环圈的一端具有径向延伸挡边。

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