CN107321514A - 一种实心锥形压力雾化喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实心锥形压力雾化喷嘴，解决了现有实心锥形压力雾化喷嘴喷出的液雾不均匀的问题。该实心锥形压力雾化喷嘴包括内喷嘴，外喷嘴，壳体，内喷嘴芯体；外喷嘴包括内壁设有切向旋流孔的旋流室，内喷嘴包括通入外喷嘴旋流室的小口朝下的锥形内喷嘴喷孔；内喷嘴芯体开有轴向通孔；内喷嘴芯体包括套装在内喷嘴喷孔内的内喷嘴芯体底座，其外表面为小端朝下的锥形，内喷嘴芯体底座与内喷嘴喷孔之间形成环形通道。工作时，一部分流体进入外喷嘴，另一部分流体进入内喷嘴后分成两路，分别通过内喷嘴芯体直通道、内喷嘴芯体与内喷嘴之间的环形通道后，在旋流室撞击混合，并与由外喷嘴进入的旋流进行充分的动量交换，喷出更均匀的液雾。

Description

一种实心锥形压力雾化喷嘴
技术领域
本发明涉及喷嘴领域，具体涉及一种实心锥形压力雾化喷嘴。
背景技术
为了使液体燃料在燃烧室中有效地燃烧，必须通过雾化，形成颗粒微小、尺寸均匀的液雾，以增加液体燃料与助燃空气之间的接触面积，提高液体燃料的蒸发燃烧速度。
喷嘴的设计直接影响液体燃料的雾化质量。目前经常使用的喷嘴类型为气泡雾化喷嘴，在流体中参混少量气体实现实心锥型的雾化效果，其供应系统相对复杂、使用环境受限、喷雾颗粒不够均匀。
美国《LIQUID ATOMIZATION》一书中第190页第四章“Types of Atomizers”第三节“Jet-Swirl Atomizers”中，给出了一种压力式雾化喷嘴，如图1所示，外喷嘴上开有切向孔d，内喷嘴中间开有直流孔c，液体从壳体上方流入后，直流孔c喷射的射流流进旋流室b，旋流孔d流出的旋流剪切直流孔c喷出的射流，最终实现实心锥压力雾化。这种压力雾化喷嘴解决了气泡雾化喷嘴供应系统相对复杂、使用环境受限的缺点。喷嘴工作时，如果只打开直流孔c，喷嘴就在轴线位置产生一束圆柱射流；如果只打开旋流孔d，喷嘴就通过离心作用产生空心锥雾化场。当两个喷嘴同时打开后，旋流室里的旋流一层层地把直流射流搓散，并充填满外喷嘴包络的喷雾场。
可是上述结构的压力雾化喷嘴由于直流喷孔喷出的液体轴向速度大，而旋流孔喷出的液体轴向速度很小，直流和旋流的轴向速度差异大，导致在旋流室里的动量交换并不充分，同时，直流和旋流的流量差异大，压力雾化喷嘴出口截面不同位置的液体速度分布也不均匀，最终导致无法形成均匀的液雾；另外，由于液体通过壳体同时流入内喷嘴和外喷嘴，这就使喷嘴的液体两路流量不可独立调节。
发明内容
本发明的目的是提供一种实心锥形压力雾化喷嘴，解决了现有的压力锥形雾化喷嘴喷出的液雾不均匀的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种实心锥形压力雾化喷嘴，包括内喷嘴，外喷嘴，壳体；所述外喷嘴包括旋流室，旋流室内壁设置有切向旋流孔，所述内喷嘴包括内喷嘴喷孔，内喷嘴喷孔与外喷嘴旋流室连通；
其特殊之处在于：还包括内喷嘴芯体；内喷嘴喷孔为小口朝下的锥形孔；内喷嘴芯体开有轴向通孔；内喷嘴芯体包括下部的内喷嘴芯体底座，该内喷嘴芯体底座套装在内喷嘴喷孔内，所述内喷嘴芯体底座外表面与内喷嘴喷孔内表面之间形成环锥形间隙，该环锥形间隙构成收口结构的液体通道。
为使内喷嘴芯体直通道内的直流射流与内喷嘴喷孔与内喷嘴芯体底座之间的环形射流动量交换更充分，内喷嘴芯体底座为小端朝下的锥台形。
为了对流入内喷嘴芯体通孔内的液体流量和流速进行调节，内喷嘴芯体的轴向通孔为二级台阶孔，内喷嘴芯体包括上部小孔节流孔和下部大孔直通道；其中调节节流孔孔径大小可以调节流量，调节直通道的孔径和长度可以调节流速。
进一步地，为使流入内喷嘴芯体的液体流量和流速分配更合理，内喷嘴芯体上部节流孔与下部直通道孔径的比值d0/d1＝0.2～0.5。
内喷嘴喷孔与内喷嘴芯体底座之间的环形通道的撞击半角A＝25～35°，有利于内喷嘴喷孔与内喷嘴芯体底座之间的环形通道形成的锥形收缩环流与内喷嘴芯体直通道形成的圆柱直流射流在旋流室内进行撞击并与外喷嘴形成的旋流进行参混。
为实现内喷嘴芯体直通道内的圆柱形直流射流与内喷嘴芯体外的与内喷嘴之间环形的锥形环流在旋流室中的撞击点上移，有利于撞击直流工质与旋流工质的动量交换，内喷嘴芯体的无量纲缩进系数L1/d3＝0.1～0.2；为使内喷嘴芯体直通道内的圆柱射流流速均匀，内喷嘴芯体下部大孔直通道的长径比L0/d1>5。
进一步地，内喷嘴芯体中心直流与锥形环流的节流面积比d02/(cosA×(d32-d22))＝4～6，这样通过两通道合理的液体流量分配、兼顾撞击效果与撞击后的射流速度，有利于提升雾化均匀性，包括雾化场粒径分布一致性与流量强度分布一致性。
进一步地，壳体壁上开有径向通孔，壳体套装在所述外喷嘴外，壳体上部与下部均与所述外喷嘴密封连接，壳体中部内表面与所述外喷嘴外表面形成环腔。
为使内喷嘴形成的直流射流与外喷嘴形成的旋流射流在混合腔内产生合理的动量交换，有利于提升雾化均匀性，包括喷雾场粒径分布一致性与流量强度分布一致性，内喷嘴出口直径与外喷嘴出口直径比值为d3/d4＝0.85～0.95；为使外喷嘴形成的旋流液体的切向速度分布更加均匀，进而有利于喷嘴形成的实心锥喷雾场沿圆周方向的雾化均匀性，外喷嘴切向旋流孔数量为3～8个，各切向切向旋流孔沿外喷嘴轴线均匀分布。
为便于进液，雾化喷嘴还包括呈套筒状结构的内喷嘴转接头和外喷嘴转接头，所述内喷嘴转接头和外喷嘴转接头均一端开口呈漏斗状；所述内喷嘴转接头固定连接在内喷嘴上端，所述外喷嘴转接头固定连接在壳体壁上的径向通孔处。
为保证壳体与外喷嘴的可靠密封，该雾化喷嘴还包括密封圈和外喷嘴密封垫，所述密封圈设置在壳体上部内表面与外喷嘴外表面之间；外喷嘴密封垫设置在壳体下部内表面与外喷嘴外表面之间。
相比于现有技术，本发明有以下优点：
1、本发明在内喷嘴喷孔内设置开有轴向通孔的内喷嘴芯体，将内喷嘴喷孔设置成小口朝下的锥形孔，套装在内喷嘴喷孔内的内喷嘴芯体底座外表面为与内喷嘴喷孔相适配的小端朝下的锥台形，内喷嘴芯体底座与内喷嘴喷孔之间形成环形通道；这样通过环形通道流体对中心直通道流体的撞击，强化内喷嘴供应的两路流体与旋流通道流体的动量交换，使得产生的实心锥雾化喷嘴更均匀。
2、本发明在壳体壁上开有径向通孔，壳体套装在外喷嘴外，壳体上部与下部均与所述外喷嘴密封连接，壳体中部内表面与所述外喷嘴外表面形成环腔，用于外喷嘴流入液体的供应，内喷嘴流入液体单独从内喷嘴转接头供入，两路液体流量和流速通过调整两路供应系统可实现方便调节。
3、本发明内喷嘴芯体设置有上部小孔径的节流孔和下部大孔径的直通道，使流入内喷嘴芯体通孔内的液体流量和流速均可调节。
附图说明
图1为本发明的背景技术中所引用的文献给出的雾化喷嘴的结构示意图；
图2为图1的A—A剖面图；
图3为本发明的实心锥形压力雾化喷嘴结构示意图；
图4为图3的B—B剖视图；
图5为本发明的实心锥形压力雾化喷嘴尺寸标记示意图；
图6为图5的局部放大示意图；
图7为本发明内喷嘴芯体的结构示意图；
图8为图5的A—A剖面图；
其中：图1和图2中：a—壳体，b—旋流室，c—直流孔，d—旋流孔；
图3至图8中：1—内喷嘴转接头，2—内喷嘴芯体，21—节流孔，22—直通道，23—内喷嘴芯体底座，24—支撑板，25—环形通道，3—内喷嘴，31—内喷嘴喷孔，4—外喷嘴，41—旋流室，42—切向旋流孔，5—密封圈，7—壳体，9—外喷嘴密封垫，10—顶盖，11—外喷嘴转接头，d0—内喷嘴芯体节流孔直径，d1—内喷嘴芯体直通道直径，d2—内喷嘴芯体底座下端外直径，d3—内喷嘴喷孔出口直径，d4—外喷嘴喷孔出口直径，L0—内喷嘴芯体直通道长度，L1—内喷嘴芯体底座下端与内喷嘴锥形喷孔底端之间的距离，A—内喷嘴芯体与内喷嘴之间环形通道的撞击半角。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图1至附图8，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图3和图4所示，一种实心锥形压力雾化喷嘴，包括内喷嘴3，外喷嘴4，壳体7，内喷嘴芯体2；内喷嘴3通过内壁台阶与顶盖10将外喷嘴4夹持固定；外喷嘴4包括旋流室41，旋流室41侧壁设置有6个切向旋流孔42；内喷嘴3包括内喷嘴喷孔31，内喷嘴喷孔31为小口朝下的锥台状，内喷嘴喷孔31通向外喷嘴4旋流室41；
壳体7壁上开有径向通孔，壳体7通过间隙配合套装在外喷嘴4外，壳体7上部与下部均与外喷嘴4可靠密封，壳体7中部内表面与外喷嘴4外表面形成环腔；壳体7上部内表面与外喷嘴4外表面之间设置两个密封圈5，壳体7下部内表面与外喷嘴4外表面之间放置外喷嘴密封垫9。
内喷嘴芯体2如图7和图8所示，内喷嘴芯体2包括内喷嘴芯体底座23，内喷嘴芯体底座23外表面为小端朝下的锥形，内喷嘴芯体底座23套装在内喷嘴喷孔31内，且内喷嘴芯体底座23外径小于内喷嘴3喷孔31孔径，且内喷嘴芯体底座23与内喷嘴喷孔31之间形成环形通道25，内喷嘴芯体2的轴向设有二级台阶通孔，其中内喷嘴芯体2上部小孔为节流孔21，下部大孔为直通道22，内喷嘴芯体2外表面设置多个沿径向向外延伸的支撑板24，支撑板24连接在内喷嘴3上。
如图5和图6所示，内喷嘴芯体2上部节流孔21与下部直通道22孔径的比值d0/d1＝0.2；内喷嘴喷孔31与内喷嘴芯体底座23之间的环形通道的撞击半角A＝25°；
内喷嘴芯体2的无量纲缩进系数L1/d3＝0.1；内喷嘴芯体2下部大孔直通道22的长径比L0/d1＝6；
内喷嘴芯体中心直流与锥形环流的节流面积比d02/(cosA×(d32-d22))＝4；
内喷嘴3出口直径与外喷嘴4出口直径比值为d3/d4＝0.85；外喷嘴4切向旋流孔42数量为5个，各切向旋流孔42沿外喷嘴4轴线均匀分布；
在内喷嘴3上端套接内喷嘴转接头1，在壳体7壁上的径向通孔处套接外喷嘴转接头11，两个转接头均呈套筒状结构且均一端开口呈漏斗状。
工作过程中，如果只打开内喷嘴喷孔31，喷嘴就在轴线位置产生一束射流；如果只打开切向旋流孔42，喷嘴就通过离心作用产生空心锥雾化场。当两个喷嘴同时打开后，旋流室41里的旋流一层层地把直流射流搓散，并充填满外喷嘴4包络的喷雾场。
喷嘴工作时，雾化流体分两路：一部分流体进入内喷嘴转接头1后再分成两路，分别通过内喷嘴芯体节流孔21和内喷嘴芯体直通道22、内喷嘴芯体2与内喷嘴3之间的环形通道25后，在外喷嘴的旋流室41中心撞击混合；另一部分流体通过外喷嘴转接头11流入壳体7内腔后，流入外喷嘴4的切向旋流孔42，然后在外喷嘴4的旋流室41内形成贴壁旋流；两部分流体在外喷嘴4的旋流室41内参混，最终通过外喷嘴出口喷出实现实心锥型的均匀雾化效果。

Claims (10)

1.一种实心锥形压力雾化喷嘴，包括内喷嘴(3)，外喷嘴(4)，壳体(7)；所述外喷嘴(4)包括旋流室(41)，所述旋流室(41)内壁设置有多个切向旋流孔(42)，所述内喷嘴(3)包括内喷嘴喷孔(31)，所述内喷嘴喷孔(31)与外喷嘴(4)旋流室(41)连通；
其特征在于：还包括内喷嘴芯体(2)；所述内喷嘴喷孔(31)为小口朝下的锥形孔；所述内喷嘴芯体(2)开有轴向通孔；所述内喷嘴芯体(2)包括下部的内喷嘴芯体底座(23)，所述内喷嘴芯体底座(23)套装在内喷嘴喷孔(31)内，所述内喷嘴芯体底座(23)外表面与内喷嘴喷孔(31)内表面之间形成环锥形间隙。
2.根据权利要求1所述一种实心锥形压力雾化喷嘴，其特征在于：所述内喷嘴芯体底座(23)为小端朝下的锥台形。
3.根据权利要求2所述一种实心锥形压力雾化喷嘴，其特征在于：所述内喷嘴芯体(2)的轴向通孔为二级台阶孔，所述内喷嘴芯体(2)包括上部小孔节流孔(21)和下部大孔直通道(22)。
4.根据权利要求3所述一种实心锥形压力雾化喷嘴，其特征在于：所述内喷嘴芯体(2)上部节流孔(21)与下部直通道(22)孔径的比值d0/d1＝0.2～0.5；内喷嘴喷孔(31)与内喷嘴芯体底座(23)之间的环形通道的撞击半角A＝25～35°。
5.根据权利要求4所述一种实心锥形压力雾化喷嘴，其特征在于：内喷嘴芯体(2)的无量纲缩进系数L1/d3＝0.1～0.2；内喷嘴芯体(2)下部大孔直通道的长径比L0/d1>5。
6.根据权利要求5所述一种实心锥形压力雾化喷嘴，其特征在于：内喷嘴芯体中心直流与锥形环流的节流面积比d02/(cosA×(d32-d22))＝4～6。
7.根据权利要求6所述一种实心锥形压力雾化喷嘴，其特征在于：所述壳体(7)壁上开有径向通孔，壳体(7)套装在所述外喷嘴(4)外，壳体(7)上部与下部均与所述外喷嘴(4)密封连接，壳体(7)中部内表面与所述外喷嘴(4)外表面形成环腔。
8.根据权利要求7所述一种实心锥形压力雾化喷嘴，其特征在于：所述内喷嘴(3)出口直径与外喷嘴(4)出口直径比值为d3/d4＝0.85～0.95；外喷嘴(4)切向旋流孔(42)数量为3～8个，各切向旋流孔(42)沿外喷嘴(4)轴线均匀分布。
9.根据权利要求1至8任一所述一种实心锥形压力雾化喷嘴，其特征在于：还包括呈套筒状结构的内喷嘴转接头(1)和外喷嘴转接头(11)，所述内喷嘴转接头(1)和外喷嘴转接头(11)均一端开口呈漏斗状；所述内喷嘴转接头(1)固定连接在内喷嘴(3)上端，所述外喷嘴转接头(11)固定连接在壳体(7)壁上的径向通孔处。
10.根据权利要求9所述一种实心锥形压力雾化喷嘴，其特征在于：还包括密封圈(5)和外喷嘴密封垫(9)，所述密封圈(5)设置在壳体(7)上部内表面与外喷嘴(4)外表面之间；外喷嘴密封垫(9)设置在壳体(7)下部内表面与外喷嘴(4)外表面之间。
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