CN107096677A - 一种大雾化量的低频超声雾化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低频超声雾化装置，主要用于农业工程领域中雾化栽培。其包括压电振子、变幅杆、二次雾化腔、气液阀端盖、拉瓦尔型阀芯、阶梯式阀芯、气液阀阀体，所述压电振子胶接在变幅杆上，所述气液阀端盖通过螺纹与气液阀阀体相连接，所述阶梯式阀芯、拉瓦尔阀芯均装在阀体内圆柱腔内，所述拉瓦尔阀芯一端套在阶梯式阀芯的一端。所述变幅杆与二次雾化腔、二次雾化腔与气液阀端盖均通过双头螺柱和螺母相连。本发明实现了雾滴的多级雾化，既可以提高喷雾装置的雾化量，其雾滴粒径又比单一超声雾化喷头雾化出的雾滴小，并且能够实现较远距离的喷雾。

Description

一种大雾化量的低频超声雾化装置
技术领域
本发明涉及一种低频超声雾化装置，属于农业工程雾化栽培领域。
背景技术
超声雾化器由于其雾滴尺寸细小均匀等优势在农业工程领域有着广泛的应用。目前，在超声雾化技术领域，产生功率超声的方法主要有两种：一种是利用电声换能器产生超声，另一种是利用流体做动力来产生超声。这两种方法有各自的优缺点，利用电声换能器雾化喷头产生的雾滴均匀、能耗小，雾滴粒径随压电振子设计频率变化而变化，频率越高雾滴粒径越小，其缺点是雾化量小；利用流体动力式超声雾化方式，雾化量大，但雾滴粒径不均匀，如需得到精细雾滴需要高功率空压机提供高压力、超大流量的压缩气体。本发明采用压电超声雾化技术和二相流动力学技术相结合的特点，设计出一种既可以产生较为细小的雾滴并且具有较大的雾化量以及具有较大范围喷雾效果的低频超声雾化装置。
现有超声雾化喷头有如下不足：
1.雾化量小。因为该低频超声雾化装置装有拉瓦尔阀芯，可以使出口处形成高速气流，短时间内可以产生较大的雾化量。
2.雾滴直径大。因为该低频超声雾化装置采用二次雾化腔结构，使得经过与音速气流混合雾化后的雾滴直接或者通过多次反弹后打在超声雾化喷头的雾化端面上从而进行二次雾化，因此最终雾化出的雾滴粒径更细小。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种大雾化量的低频超声雾化装置，结合超声雾化技术和二相流动力学技术的优点，实现雾滴的多次雾化，从而提高喷头的雾化量，减小雾滴的平均粒径和使雾滴粒径更为均匀。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种大雾化量的低频超声雾化装置，其特征在于：包括压电振子、变幅杆、二次雾化腔、气液阀端盖、密封圈、拉瓦尔型阀芯、阶梯式阀芯、气液阀阀体，
所述变幅杆是一种带有指数形过渡段的阶梯形变幅杆，所述二次雾化腔具有一端开口的圆柱状内腔及连通圆柱状内腔底部的锥形气液入口；压电振子和铜片电极依次间隔设置、两侧由压电振子前盖板和压电振子后盖板夹持，压电振子前盖板胶接在变幅杆的一端，变幅杆的另一端延伸至二次雾化腔内腔内，所述变幅杆圆柱侧面和雾化端面分别与二次雾化腔内腔圆柱面和圆环面留有1-2mm的间距；所述变幅杆圆柱侧面与二次雾化腔内腔圆柱面之间设置密封套；
所述气液阀阀体具有阶梯形圆柱腔，所述阶梯式阀芯、拉瓦尔型阀芯位于气液阀阀体圆柱腔内；
阶梯式阀芯的中间段的直径小于两端端部的直径，阶梯式阀芯中心开有沿轴向的通孔，阶梯式阀芯的一端与圆柱腔接触，起到径向定位的作用，拉瓦尔型阀芯入口端开有圆柱槽，圆柱槽套在阶梯式阀芯的另一端，阶梯式阀芯外圆面和气液阀阀体凹槽内圆面之间形成O型腔，所述气液阀阀体圆柱腔侧面与阶梯式阀芯轴向中点相对应的位置开有进液孔、端面开有进气孔；在所述拉瓦尔型阀芯出口处侧壁上开有数个径向的引流孔，
所述气液阀端盖螺纹连接在气液阀阀体出液端，所述密封圈装配在气液阀端盖与拉瓦尔型阀芯之间，所述气液阀端盖上设有气液出口；
所述变幅杆零振幅面圆面、二次雾化腔与气液阀端盖外圆面分别设有法兰，所述变幅杆和二次雾化腔之间、二次雾化腔与气液阀端盖之间分别采用双头螺柱和螺母连接；气液阀端盖的气液出口正对锥形气液入口。
进一步地，由压电振子后盖板、铜片电极、压电振子前盖板、变幅杆组成的超声雾化喷头的主体的振动频率为50-65kHz。
进一步地，所述变幅杆大径为15mm，雾化端面直径为5mm，长度为45mm。
进一步地，所述二次雾化腔内腔为阶梯状，大端直径为6mm，小端直径为4mm，锥形气液入口两端面的直径分别为3mm和5mm。
进一步地，所述气液阀端盖外圆面设有法兰，连接孔的直径为4mm，一端开有直径为4mm的气液出口，另一端开有圆柱槽，圆柱槽内表面开有内螺纹。
进一步地，所述密封圈装配在气液阀端盖与拉瓦尔阀芯之间并开有通孔，通孔直径为4mm，密封圈厚度为1.5mm。
进一步地，所述拉瓦尔型阀芯收缩端入口直径为4.9mm，喉口直径为1.8mm，扩张端面出口直径为4.3mm。
进一步地，在所述拉瓦尔型阀芯上的引流孔的直径为1-1.6mm。
进一步地，阶梯式阀芯的轴向通孔直径为5mm。
3-6bar的高压气体由气液阀阀体端面的进气孔进入，经过阶梯式阀芯以及拉瓦尔型阀芯后的气体被加速至音速或超音速，待雾化液体在拉瓦尔管出口附近通过引流孔流入并与音速气流混合实现第一次雾化，经过第一次雾化后的气液混合物随高速气流通过气液阀端盖中心孔高速流出，并流经二次雾化腔的沿锥形气液入口进入二次雾化腔内腔，气液混合物撞击振动的变幅杆端面实现第二次雾化，随后经过二次雾化后的雾滴在高速气流的带动下在二次雾化腔内腔多次反弹雾化后再次从锥形气液入口喷射出来，二次雾化腔内腔内的多次反射雾化都使雾滴群中直径较大的雾滴粒径进一步变小，经过多次雾化后雾滴粒径更加均匀，雾化量显著提高。
本发明的优点是：
1、雾滴在受到超声雾化之前，在超音速气体的高动量的吹散、碰撞下发生第一次雾化，然后在超声振动的作用下发生第二次雾化，最后在二次雾化腔内多次反弹雾化实现多级雾化。而传统的压电式超声雾化器雾化的对象是液膜，所以本发明比传统压电式超声雾化喷头的雾化量更大，雾滴更为细小。
2、由于在气液阀阀体气液出口处增加了二次雾化腔，因此经过第一次雾化的气液混合物的雾滴在二次雾化腔内在高速气流的作用下进一步破裂变小，使雾滴更加均匀。
附图说明
图1为本发明所述大雾化量的低频超声雾化装置主视图；
图2为图1中大雾化量的低频超声雾化装置的A-A向旋转剖视图与其对应轴向位移幅值关系；
图3为气液阀阀体局部剖视图；
图4为拉瓦尔型阀芯五个引流孔轴线所在平面剖视图；
图5为所述大雾化量的低频超声雾化装置爆炸图。
图中：
1-压电振子后盖板，2-铜片电极，3-压电振子，4-压电振子前盖板，5-变幅杆，6-二次雾化腔，7-气液阀端盖，8-密封圈，9-引流孔，10-拉瓦尔型阀芯，11-阶梯式阀芯，12-气液阀阀体，13-进液孔，14-进气孔，15-第一螺母，16-第一双头螺柱，17-第二双头螺柱，18-第二螺母，19-内腔，20-锥形气液入口，21-密封套。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1、图2所示，大雾化量低频超声雾化装置的主体长度为110mm，超声雾化喷头部分长度为70mm，二次雾化腔体长度为15mm，二次雾化腔气液入口端面距离气液阀端盖端面距离为3mm，气液阀阀体长度为28mm。本发明所述的大雾化量的低频超声雾化装置，包括压电振子3、变幅杆5、二次雾化腔6、气液阀端盖7、密封圈8、拉瓦尔型阀芯10、阶梯式阀芯11、气液阀阀体12。所述变幅杆5是一种带有指数形过渡段的阶梯形变幅杆，材料为硬铝7075。所述变幅杆5大径为15mm，雾化端面直径为5mm。变幅杆5的长度为45mm，即为3/4波长。所述二次雾化腔6具有一端开口的圆柱状内腔19及连通圆柱状内腔19底部的锥形气液入口20。二次雾化腔6内腔19用于实现多级雾化，所述二次雾化腔6内腔19为阶梯状，大端直径为6mm，小端直径为4mm。锥形气液入口20两端面的直径分别为3mm和5mm，减小阻力，便于高速气液混合物可以顺利进入二次雾化腔6。。
压电振子和铜片电极依次间隔设置、两侧由压电振子前盖板和压电振子后盖板夹持，所述压电振子前盖板和变幅杆5同轴胶接成一体。由压电振子后盖板1、铜片电极2、压电振子前盖板4、变幅杆5组成的超声雾化喷头的主体的振动频率为50-65kHz。
变幅杆5的另一端延伸至二次雾化腔6内腔19内，所述变幅杆5圆柱侧面和雾化端面分别与二次雾化腔6内腔19圆柱面和圆环面留有1-2mm的间距；所述变幅杆5圆柱侧面与二次雾化腔6内腔19圆柱面之间设置密封套21，防止二次雾化腔6内腔19内的高压气液混合物从变幅杆5端部圆柱面与二次雾化腔6内腔19之间的圆环间隙泄露从而造成雾滴流失。所述气液阀阀体12具有圆柱腔，所述阶梯式阀芯11、拉瓦尔型阀芯10位于气液阀阀体12圆柱腔内。
如图3所示，阶梯式阀芯11的中间段的直径小于两端端部的直径，阶梯式阀芯11中心开有沿轴向的通孔，阶梯式阀芯11的一端与圆柱腔接触，起到径向定位的作用。所述拉瓦尔型阀芯10收缩端入口直径为4.9mm，喉口直径为1.8mm，扩张端面出口直径为4.3mm，
拉瓦尔型阀芯10入口端开有圆柱槽，圆柱槽套在阶梯式阀芯11的另一端，起到径向定位的作用，这就保证了拉瓦尔型阀芯10与阶梯式阀芯11之间的同心度。所述阶梯式阀芯11由拉瓦尔型阀芯10和气液阀阀体12通过圆柱槽径向定位，阶梯式阀芯11的轴向通孔直径为5mm。阶梯式阀芯11外圆面和气液阀阀体12凹槽内圆面之间形成O型腔，即环形通道，所述气液阀阀体12圆柱腔侧面与阶梯式阀芯11轴向中点相对应的位置开有进液孔13、端面开有进气孔14；在所述拉瓦尔型阀芯10出口处侧壁上开有五个径向的引流孔9，如图4所示。引流孔9的直径为1-1.6mm。待雾化的液体由进液孔13流入，经过环形空腔实现分流，进一步最终流入引流孔9，紧接着超音速的气体吹散、撞击从引流孔9流出的液体实现第一次雾化。
所述气液阀端盖7一端开有直径为4mm的气液出口，另一端开有圆柱槽，圆柱槽内表面开有内螺纹。所述气液阀端盖7螺纹连接在气液阀阀体12出液端，所述密封圈8装配在气液阀端盖7与拉瓦尔型阀芯10之间，并开有通孔，通孔直径为4mm，密封圈8厚度为1.5mm。所述气液阀端盖7上设有气液出口。经过第一次雾化的气液混合物通过气液阀端盖7中心孔高速流出并流经二次雾化腔6的锥形气液入口20，之后射入二次雾化腔6内腔19，气液混合物打在变幅杆5雾化端面进行第二次雾化，经过二次雾化后的气液混合物在二次雾化腔6内腔19多次反弹雾化，最终实现液体的多级雾化。
所述变幅杆5零振幅面圆面、二次雾化腔6与气液阀端盖7外圆面分别设有法兰，所述变幅杆5和二次雾化腔6之间通过三套第一双头螺柱16和第一螺母15相连接；二次雾化腔6与气液阀端盖7之间通过三套第二双头螺柱17和第二螺母18与气液阀端盖7相连接；实现轴向以及径向定位。气液阀端盖7的气液出口正对锥形气液入口20。
如图5所示，在组装时，后盖板1、铜片电极2、前盖板4和变幅杆5由通过对心胶接组成一体。先将三个第一双头螺柱16旋进二次雾化腔6外圆面法兰圆盘上的三个螺纹孔内，然后通过对心将三个第一双头螺柱16插入变幅杆5零振幅面上的三个通孔内，直至第一双头螺柱16上靠近变幅杆5零振幅面的阶梯圆柱圆环面顶在零振幅面上，同时二次雾化腔6内腔19套在变幅杆5的雾化端圆柱上，旋紧三个第一螺母15完成超声雾化喷头和二次雾化腔的装配。进一步，将阶梯式阀芯11另一端插入气液阀阀体12内圆柱腔完成阶梯式阀芯11和气液阀阀体12的径向定位，然后将拉瓦尔型阀芯10的另一端套在阶梯式阀芯11的一端完成拉瓦尔型阀芯10和阶梯式阀芯11的径向定位。进一步，将密封圈8同轴装入气液阀端盖7内并贴紧其圆环面，然后通过装有密封圈8的气液阀端盖7的内螺纹与气液阀阀体的外螺纹的螺纹连接完成气液阀的装配。进一步，将三个第二双头螺柱17旋进二次雾化腔6外圆面法兰圆盘上另一面的三个螺纹孔内，然后通过对心将三个第二双头螺柱17插入气液阀端盖7外圆面上的三个通孔内，直至第二双头螺柱17上靠近气液阀端盖7端面的阶梯圆柱圆环面顶在气液阀端盖7端面上，同时要保证气液阀气液出口与二次雾化腔6锥形气液入口20同轴相对，最终完成本发明所述大雾化量的低频超声雾化装置的装配。
高压气体由空压机供给，进气管道与气液阀阀体12上的进气孔14连接；待雾化液体由液压泵泵至进液孔13；该装置的超声雾化喷头部分由驱动电源驱动，第一、三片铜片电极2接电源负极，第二片铜片电极接电源正极，驱动频率为50-65kHz。
工作过程：3-6bar的高压气体由气液阀阀体12端面的进气孔14进入，经过阶梯式阀芯11以及拉瓦尔型阀芯10后的气体被加速至音速或超音速(1.3-1.6马赫)，待雾化液体在拉瓦尔管出口附近通过引流孔9流入并与音速气流混合产生吹散、碰撞效应，实现第一次雾化，雾化后的液滴随高速气流即气液混合物沿锥形气液入口20进入二次雾化腔6内腔19并撞击振动的变幅杆5端面实现第二次雾化，随后经过二次雾化后的雾滴在高速气流的带动下在二次雾化腔6内腔19多次反射雾化后再次从锥形气液入口20喷射出来，二次雾化腔6内腔19内的多次反射雾化都使雾滴群中直径较大的雾滴粒径进一步变小，经过多次雾化后雾滴粒径更加均匀，雾化量显著提高。
变幅杆5雾化端面与二次雾化腔6内腔19远离锥形气液入口20一端的圆环面距离在1mm左右，为变幅杆雾化端面振动留有足够的空间，以免发生干涉碰撞影响雾化效果。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大雾化量的低频超声雾化装置，其特征在于：包括压电振子(3)、变幅杆(5)、二次雾化腔(6)、气液阀端盖(7)、密封圈(8)、拉瓦尔型阀芯(10)、阶梯式阀芯(11)、气液阀阀体(12)，
所述变幅杆(5)是一种带有指数形过渡段的阶梯形变幅杆，所述二次雾化腔(6)具有一端开口的圆柱状内腔(19)及连通圆柱状内腔(19)底部的锥形气液入口(20)；压电振子(3)和铜片电极(2)依次间隔设置、两侧由压电振子前盖板(4)和压电振子后盖板(1)夹持，压电振子前盖板(4)胶接在变幅杆(5)的一端，变幅杆(5)的另一端延伸至二次雾化腔(6)内腔(19)内，所述变幅杆(5)圆柱侧面和雾化端面分别与二次雾化腔(6)内腔(19)圆柱面和圆环面留有1-2mm的间距；所述变幅杆(5)圆柱侧面与二次雾化腔(6)内腔(19)圆柱面之间设置密封套(21)；
所述气液阀阀体(12)具有阶梯形圆柱腔，所述阶梯式阀芯(11)、拉瓦尔型阀芯(10)位于气液阀阀体(12)圆柱腔内；
阶梯式阀芯(11)的中间段的直径小于两端端部的直径，阶梯式阀芯(11)中心开有沿轴向的通孔，阶梯式阀芯(11)的一端与圆柱腔接触，起到径向定位的作用，拉瓦尔型阀芯(10)入口端开有圆柱槽，圆柱槽套在阶梯式阀芯(11)的另一端，阶梯式阀芯(11)外圆面和气液阀阀体(12)凹槽内圆面之间形成O型腔，所述气液阀阀体(12)圆柱腔侧面与阶梯式阀芯(11)轴向中点相对应的位置开有进液孔(13)、端面开有进气孔(14)；在所述拉瓦尔型阀芯(10)出口处侧壁上开有数个径向的引流孔(9)，
所述气液阀端盖(7)螺纹连接在气液阀阀体(12)出液端，所述密封圈(8)装配在气液阀端盖(7)与拉瓦尔型阀芯(10)之间，所述气液阀端盖(7)上设有气液出口；
所述变幅杆(5)零振幅面圆面、二次雾化腔(6)与气液阀端盖(7)外圆面分别设有法兰，所述变幅杆(5)和二次雾化腔(6)之间、二次雾化腔(6)与气液阀端盖(7)之间分别采用双头螺柱和螺母连接；气液阀端盖(7)的气液出口正对锥形气液入口(20)。
2.根据权利要求1所述的低频超声雾化装置，其特征在于：由压电振子后盖板(1)、铜片电极(2)、压电振子前盖板(4)、变幅杆(5)组成的超声雾化喷头的主体的振动频率为50-65kHz。
3.根据权利要求1所述的低频超声雾化装置，其特征在于：所述变幅杆(5)大径为15mm，雾化端面直径为5mm，长度为45mm。
4.根据权利要求1所述的低频超声雾化装置，其特征在于：所述二次雾化腔(6)内腔(19)为阶梯状，大端直径为6mm，小端直径为4mm，锥形气液入口(20)两端面的直径分别为3mm和5mm。
5.根据权利要求1所述的低频超声雾化装置，其特征在于：所述气液阀端盖(7)外圆面设有法兰，连接孔的直径为4mm，一端开有直径为4mm的气液出口，另一端开有圆柱槽，圆柱槽内表面开有内螺纹。
6.根据权利要求1所述的低频超声雾化装置，其特征在于：所述密封圈(8)装配在气液阀端盖(7)与拉瓦尔阀芯(10)之间并开有通孔，通孔直径为4mm，密封圈(8)厚度为1.5mm。
7.根据权利要求1所述的低频超声雾化装置，其特征在于：所述拉瓦尔型阀芯(10)收缩端入口直径为4.9mm，喉口直径为1.8mm，扩张端面出口直径为4.3mm。
8.根据权利要求1或7所述的低频超声雾化装置，其特征在于：在所述拉瓦尔型阀芯(10)上的引流孔(9)的直径为1-1.6mm。
9.根据权利要求1所述的低频超声雾化装置，其特征在于：阶梯式阀芯(11)的轴向通孔直径为5mm。
10.根据权利要求1所述的低频超声雾化装置，其特征在于：变幅杆(5)雾化端面与二次雾化腔(6)内腔(19)远离锥形气液入口(20)一端的圆环面距离在1mm左右。
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