CN107030066B - 高压水射流三维自旋转喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压水射流三维自旋转喷头，包括悬挂入口组件、喷嘴组件、十字轴芯组件、连接装置、制动组件；十字轴芯组件的整体机械结构分为两大部分，每部分分别包括一个行星轮系，两个轮系分居不同平面构成空间周转轮系整体，第一个行星轮系将定轴圆柱齿轮和齿轮轴作为其中的太阳轮，大行星轮和小行星轮安装在行星轮安装轴上；第二个行星轮系同样以所述齿轮轴作为太阳轮，喷嘴座作为行星轮，安装在空心支撑轴上，以T型壳体作为行星架。通过水流的反冲力和反冲力矩产生动力，一方面驱动喷嘴组件进行水平旋转，另一方面通过行星轮系结构带动整体绕进水空心轴作自旋转，从而实现了三维旋转运动。主要用于清洗反应釜等大型工业设备内部空腔结疤和污垢清洗，实现喷头360度全方位清洗，减少能耗，安全可靠。

Description

高压水射流三维自旋转喷头

技术领域

本发明涉及一种反应釜等大型工业设备内部空腔清洗所使用的喷头，属于工业清洗技术领域，尤其是涉及一种三维自旋转喷头，能够更好的实现清洗效果。

背景技术

反应釜等大型工业设备广泛应用于石油、化工、医药、食品等诸多领域，其粘釜问题是影响其产量和产品质量的一个重要原因，所以在工业生产生活中必须经常对其进行定期清洗。

对大型工业设备的清洗方式多种多样，早期以化学清洗方法为主，但目前高压水射流清洗技术已经成为其主流清洗技术，占到了清洗业市场份额的80％以上。在高压水射流清洗技术中三维自旋转喷头是其执行元件，其研究与应用一直是水射流清洗的一项重点。本项目研究团队近年来一直从事该石油化工设备的清洗除垢工作，且用于大型工业设备清洗的相关装置与工艺的设计、开发，期间在燕山石化曾做过大量的清洗试验，收集了很多科学数据。目前，高压水清洗设备国外优质产品一般以德国和美国为优，国内产品多为引进国际先进技术和关键设备制成。德国公司产品多采取了喷头间隙密封，但多数设计为喷枪和喷管结构，以车型居多，采用直立式构造，可以移动，搬运，适用于多种场合。其缺点是：仍需人力、噪音太大、清洗方式笨拙，清洗压力仍然很小，其动力源依然依靠电动机，柴油机，汽油机等。美国公司产品很多可以无需人力，其清洗头与旋转外壳采用整体式结构，结构小巧，精致，但也存在如下缺点：①磨损后不能维修(一次性产品)，一旦较大直径的污垢颗粒进入密封区域，旋转轴被卡住，清洗头将无法正常旋转；②转速依然过快；③使用寿命短、价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压水射流三维自旋转喷头。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的高压水射流三维自旋转喷头，包括悬挂入口组件、喷嘴组件、十字轴芯组件、连接装置、制动组件；

所述十字轴芯组件的整体机械结构分为两大部分，每部分分别包括一个行星轮系，两个轮系分居不同平面构成空间周转轮系整体，第一个行星轮系将定轴圆柱齿轮和齿轮轴作为其中的太阳轮，大行星轮和小行星轮安装在行星轮安装轴上，T型壳体作为行星架；第二个行星轮系同样以所述齿轮轴作为太阳轮，喷嘴座作为行星轮，安装在空心支撑轴上，同样以T型壳体作为行星架。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高压水射流三维自旋转喷头，通过水流的反冲力和反冲力矩产生动力，一方面驱动喷嘴组件进行水平旋转，另一方面通过行星轮系结构带动整体绕进水空心轴作自旋转，从而实现了三维旋转运动。可以针对高压水流情况，实现动密封，高性能工作。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高压水射流三维自旋转喷头的正等轴测结构示意图。

图2为图1的反面正等轴测图；

图3本发明实施例提供的高压水射流三维自旋转喷头的机械结构简图；

图4本发明实施例提供的高压水射流三维自旋转喷头的左视图；

图5为图4的G-G面的剖视图；

图6为图5的C部放大图。

图中：

1、悬挂入口连接组件，11、进水空心轴，12、锁紧螺母，13、锁紧垫片，14、限位压盖；

2、喷嘴组件，21A(21B)、L型喷嘴座，22A(22B)、单向出水直管，23、空心支撑轴，24、套杯压盖，25A(25B)、喷嘴；

3、十字轴芯组件，31、T型壳体，32、密封压盖，33、轴承，34、套杯，35、套筒，36、圆锥齿轮，37A(37B)、高压旋转密封件，38A(38B)、硬质合金密封座，39、齿轮轴，310、大行星轮，311、行星架及行星轮安装轴，312、行星架安装轴承，313、小行星轮，314、定轴圆柱齿轮，315、轴承，316、密封螺栓；

4、连接装置，41、连接壳体，42、齿轮轴安装轴承，43、联轴器；

5、制动组件，51、增速器，52、电磁阻尼装置，53、永磁体，54、加固硬质合金壳体，55、电磁阻尼压盖，56、限速端密封盖；

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的高压水射流三维自旋转喷头，其较佳的具体实施方式是：

包括悬挂入口组件、喷嘴组件、十字轴芯组件、连接装置、制动组件；

所述十字轴芯组件的整体机械结构分为两大部分，每部分分别包括一个行星轮系，两个轮系分居不同平面构成空间周转轮系整体，第一个行星轮系将定轴圆柱齿轮和齿轮轴作为其中的太阳轮，大行星轮和小行星轮安装在行星轮安装轴上，T型壳体作为行星架；第二个行星轮系同样以所述齿轮轴作为太阳轮，喷嘴座作为行星轮，安装在空心支撑轴上，同样以T型壳体作为行星架。

所述悬挂入口组件包括进水空心轴、锁紧螺母、锁紧垫片和限位压盖，高压水管与所述进水空心轴连接，所述三维自旋转喷头由所述限位压盖上的两耳悬挂固定于喷头架上并通过所述锁紧螺母和锁紧垫片锁死在所述进水空心轴上。

所述的喷嘴组件包括L型喷嘴座、空心支撑轴和套杯压盖，所述L型喷嘴座由两支L型反向平行喷口组成，并由连接螺栓固定在所述空心支撑轴上，在T型壳体内部安装有套杯结构，套杯结构包括套杯，所述套杯和套杯压盖实现所述喷嘴组件支撑轴的安装固定。

所述十字轴芯组件还包括密封装置，所述T型壳体设有U型进水通道，所述进水空心轴与U型进水通道之间以及U型进水通道与所述空心支撑轴之间连接部位分别安装一组高压密封，并由硬质合金密封座塞死。

该三维自旋转喷头通过水流的反冲力和反冲力矩产生动力，一方面驱动喷嘴组件进行水平旋转，另一方面通过行星轮系结构带动整体绕进水空心轴作自旋转，从而实现了三维旋转运动。

本发明致力于设计出性能更好，更为可靠的高压水射的清洗喷头填补国内在此类产品的空白，降低清洗成本，减少对国外产品的依赖，与此同时，进一步降低旋转速度，提高清洗效率，延长使用寿命，提供一种三维自旋转高压水清洗喷头。

本发明的高压水射流三维自旋转喷头，该自旋转清洗喷头包括悬挂入口组件、喷嘴组件、十字轴芯组件、连接装置、制动组件；悬挂入口组件包括进水空心轴，锁紧螺母，锁紧垫片和限位压盖组成，水流从高压水管注入进水空心轴内，三维自旋转喷头由限位压盖上的两耳悬挂固定于喷头架上，限位压盖通过锁紧螺母，锁紧垫片锁死在进水空心轴上，进水空心轴连接十字轴芯组件，水流通过进水空心轴进入十字轴芯组件内；十字轴芯组件内T型壳体特殊的V型进水通道将高压水流引入到喷嘴组件内的空心支撑轴中，其中在进水空心轴与V型进水通道，以及V型进水通道与喷嘴组件空心支撑轴两处连接部位各安装一组高压密封，并由硬质合金密封座塞死，防止流体泄露，水流由喷嘴组件空心支撑轴到达轴顶部位时，高压水从方形喷嘴射出，方形喷嘴是由两支L型反向平行的喷口构成，并由连接螺栓固定在喷嘴组件空心支撑轴上；当高压水通过反向平行的方形喷嘴射出时，由于反冲力和力矩的作用带动空心支撑轴上的圆锥形齿轮转动，圆锥齿轮带动与之啮合的齿轮轴转动，其中齿轮轴是圆锥齿和圆柱齿交错的复合轴，当齿轮轴转动时，大的行星轮会随之一起转动，而大行星轮和小行星轮通过行星架安装在T型壳体内，小行星轮又和安装在进水空心轴上的定轴齿轮相捏合，从而带动整个十字轴芯组件转动，由于连接装置和制动组件与十字轴芯组件连接为一体，故而整个喷头整体旋转起来，在T型壳体内部安装有套杯机构，除起到安装作用，还有密封效果；连接装置是十字轴芯组件与制动组件的连接部位，其关键作用是将齿轮轴与工字型阻尼减速器通过联轴器连接在一起，将速度传递给制动组件；制动组件是三维自旋转喷头的限速装置，避免由于转速过快导致的清洗效果不佳，水射流不集中现象的出现，工字型阻尼减速器是制动组件的主要组成部分，其与电磁阻尼片构成完整减速机构，电磁阻尼中含有铜片，以防止阻尼相互干扰，整个减速结构被永磁体所包围，使得减速结构作切割磁感线运动，产生安培阻力，从而降低喷头转速，电磁阻尼由电磁阻尼压盖固定，并通过限速端密封盖安装在加固硬质合金壳体内，构成完整的三维自旋转喷头结构，从而实现高效清洗反应釜壁污、垢功能。

本发明中反应釜清洗三维自旋转喷头旋转部分采用了水力驱动的方式，即：通过水流的反冲力和反冲力矩产生动力，一方面驱动喷嘴组件进行水平旋转，另一方面通过行星轮系结构带动整体绕进水空心轴作自旋转，从而实现了三维旋转运动。进水空心阶梯式轴中部阶梯与密封压盖之间采取间隙配合装配；同样，T型壳体内部加装套杯结构、喷嘴组件空心支撑轴与套筒之间也采取了间隙配合装配，这样一来，即能实现旋转轴在密封盖，套杯，套筒中自由旋转；硬质合金密封座、均座入T型壳体的安装孔中且相对静止，而旋转密封件嵌入空心支撑轴、嵌入进水空心轴内，两对高压旋转密封件和硬质合金密封座两两实现动密封。且旋转密封件与两空心轴座孔内侧面之间留有间隙，喷头工作时高压水进入该间隙空间，从侧面压紧旋转密封件，使其沿轴向移动并使其端面压紧在硬质合金密封座端面上，且水压越大，对旋转密封件的轴向推力越大，即两密封件间的接触压力越大，从而实现了良好的动密封效果。

本发明的优点和创新之处：

本发明主要用于清洗反应釜等大型工业设备内部空腔结疤和污垢清洗，对目前国内反应釜容器大小与清洗设备不匹配的问题具有一定的指导意义。内部结构采用了流体力学的设计思路，利用水力驱动，并通过轮系结构传动，实现喷头360度全方位清洗，减少能耗，安全可靠，在限速装置上通过切割磁感线产生安培阻力方式限速，性能更为优良，在密封方式上采用高压密封和密封座配合的方式，加上高压水凹槽间隙密封限速，密封效果更佳。实践证明：只有理论结合实际，并依据大量科学试验才能准确地对核心结构和密封技术进行完善。

具体实施例：

如图1至图6所示，本发明的高压水射流三维自旋转喷头，其主要部分由悬挂入口连接组件1，喷嘴组件2，十字轴芯组件3，连接装置4，制动组件5等五部件组成。

所述悬挂入口连接组件1，由进水空心轴11，锁紧螺母12，锁紧垫片13和限位压盖14组成，高压水管端部的金属连接头与进水空心轴通过管螺纹连接并密封，三维自旋转喷头由限位压盖14上的两耳悬挂固定于喷头架上实现清洗作业，限位压盖14通过锁紧螺母12，锁紧垫片13压紧固定在进水空心轴11上，进水空心轴11连接十字轴芯组件3。水流从高压水管注入进水空心轴11内，并通过进水空心轴11进入十字轴芯组件3内。

所述喷嘴组件2，由L型喷嘴座21A和21B，单向出水直管22A和22B，空心支撑轴23，套杯压盖24以及喷嘴25A和25B共同组成。L型喷嘴座21A和21B由连接螺栓固定在喷嘴组件空心支撑轴23上，单向出水直管22A和22B通过螺纹连接安装在相应的21A和21B的L型喷嘴座上，且出水直管22A和22B中都通过内螺纹结构安装有喷嘴25A和25B，套杯压盖24将空心支撑轴23固定于套杯34中。如前所述，进入T型壳体31的水流流经U型进水通道后进入空心支撑轴23中，经由其内部中空通道到达L型喷嘴座21A和21B，最终从单向出水直管22A和22B内的喷嘴25A和25B射出。

所述十字轴芯组件3，由T型壳体31，密封压盖32，轴承33，套杯34，套筒35，圆锥齿轮36，高压旋转密封件37A与37B，硬质合金密封座38A与38B，齿轮轴39，大行星轮310，行星架及行星轮安装轴311，行星架安装轴承312，小行星轮313，定轴圆柱齿轮314，轴承315，密封螺栓316等部分构成。硬质合金密封座38A、38B均座入T型壳体31的安装孔中且相对静止，而高压旋转密封件37A嵌入空心支撑轴23、另一个高压旋转密封件37B嵌入进水空心轴11内，37A与38A、37B与38B两两实现动密封。且旋转密封件37A、37B与两空心轴座孔内侧面之间留有间隙，喷头工作时高压水进入该间隙空间，从侧面压紧旋转密封件，使其沿轴向移动并使其端面压紧在硬质合金密封座端面上，且水压越大，对旋转密封件2的轴向推力越大，即两密封件间的接触压力越大，从而实现了良好的动密封效果。

如图3所示的结构简图，十字轴芯组件作为高压水自旋转清洗喷头的主体，其机械结构分为两大部分，这两部分是两个行星轮系，而且两个轮系分居不同平面，以一定角度分布，构成空间周转轮系整体，第一个行星轮系是将定轴圆柱齿轮314和齿轮轴39作为其中的太阳轮，大行星轮310和小行星轮313安装在行星架及行星轮安装轴311上，绕太阳轮做周转运动，从而带动T型壳体转动；第二个行星轮系同样以齿轮轴39作为太阳轮，喷嘴座21作为行星轮，安装在空心支撑轴23上，T型壳体作为行星架，从而实现另一个方向上的转动。

当高压水从喷嘴22A和22B喷射出时，在反作用力矩的作用下，空心支撑轴23上的圆锥形齿轮36转动，圆锥齿轮36带动与之啮合的齿轮轴39转动，其中齿轮轴39是圆锥齿和圆柱齿共用的公共轴，当齿轮轴39转动时，与之啮合的大的行星轮310会随之一起转动，而大行星轮310和小行星轮313通过行星架及行星轮安装轴311安装在T型壳体31内，同时安装有行星架安装轴承312，确保T型壳体31会随着行星架及行星轮安装轴311转动，小行星轮313又和安装在进水空心轴11上的定轴圆柱齿轮314相啮合，定轴圆柱齿轮314通过键连接方式固定在进水空心轴11上，进水空心轴11通过轴承315安装在密封压盖32中，密封压盖32通过密封螺栓316与T型壳体31连接，行星架及行星轮安装轴311的周转从而带动整个十字轴芯组件3转动，由于连接装置4和制动组件5与十字轴芯组件3连接为一体，故而整个喷头整体旋转起来，在T型壳体31内部安装有套杯机构，套杯结构里面有套杯34和套杯压盖24，起到安装作用，套杯34内部通过轴承33固定喷嘴组件空心支撑轴23，且在轴承33之间安装有套筒35。

所述连接装置4，由连接壳体41，齿轮轴安装轴承42，联轴器43组成，连接装置4是十字轴芯组件3与制动组件5的连接部位，其关键作用是将齿轮轴39与增速器51通过联轴器43连接在一起，将速度传递给制动组件5；

所述制动组件5，由增速器51，电磁阻尼装置52，永磁体53，加固硬质合金壳体54，电磁阻尼压盖55，限速端密封盖56组成。制动组件5是三维自旋转喷头的调速限速装置，其输入动力来自于喷头端输出轴，由于工作要求喷头端输出轴转速相对较低，而电磁阻尼装置52的主轴的转速较高，因此需要通过增速器51将两轴连接并增速，然后通过电磁阻尼装置52施加阻力距对装置总体进行限速，避免由于转速过快导致的清洗效果不佳，水射流不集中现象的出现，电磁阻尼装置52被永磁体53所包围，使得减速结构作切割磁感线运动，产生安培阻力，从而降低喷头转速，电磁阻尼装置52由电磁阻尼压盖55固定，并通过限速端密封盖56安装在加固硬质合金壳体54内，限速端密封盖56通过密封螺栓与加固硬质合金壳体54连接在一起，在内硬质合金壳体54上留有进油孔，起润滑作用。

以上所有结构构成完整的三维自旋转喷头，从而实现高效清洗反应釜壁污、垢功能，具体图解详见图1、图2、图4、图5及图6。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种高压水射流三维自旋转喷头，其特征在于，包括悬挂入口组件(1)、喷嘴组件(2)、十字轴芯组件(3)、连接装置(4)、制动组件(5)，所述连接装置(4)将十字轴芯组件(3)与制动组件(5)连接；

所述十字轴芯组件(3)的整体机械结构分为两大部分，每部分分别包括一个行星轮系，两个轮系分居不同平面构成空间周转轮系整体；

第一个行星轮系将定轴圆柱齿轮(314)和齿轮轴(39)作为其中的太阳轮，大行星轮(310)和小行星轮(313)安装在行星轮安装轴上，T型壳体作为行星架，所述大行星轮(310)与齿轮轴(39)啮合，所述小行星轮(313)与定轴圆柱齿轮(314)啮合；

第二个行星轮系同样以所述齿轮轴(39)作为太阳轮，L型喷嘴座作为行星轮，安装在空心支撑轴(23)上，同样以T型壳体作为行星架；

所述悬挂入口组件(1)包括进水空心轴、锁紧螺母、锁紧垫片和限位压盖，高压水管与所述进水空心轴连接，所述三维自旋转喷头由所述限位压盖上的两耳悬挂固定于喷头架上并通过所述锁紧螺母和锁紧垫片锁死在所述进水空心轴上；

所述的喷嘴组件(2)包括套杯压盖、所述L型喷嘴座和空心支撑轴(23)，所述L型喷嘴座由两支L型反向平行喷口组成，并由连接螺栓固定在所述空心支撑轴上，在T型壳体内部安装有套杯结构，套杯结构包括套杯，所述套杯和套杯压盖实现所述喷嘴组件(2)支撑轴的安装固定；

所述十字轴芯组件(3)还包括密封装置，所述T型壳体设有U型进水通道，所述进水空心轴与U型进水通道之间以及U型进水通道与所述空心支撑轴之间连接部位分别安装一组高压密封，并由硬质合金密封座塞死。

2.根据权利要求1所述的高压水射流三维自旋转喷头，其特征在于，该三维自旋转喷头通过水流的反冲力和反冲力矩产生动力，一方面驱动喷嘴组件(2)进行水平旋转，另一方面通过行星轮系结构带动整体绕进水空心轴作自旋转，从而实现了三维旋转运动。

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