CN107930871B - 一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，包括铁磁体制成的挤压柱塞、复位弹簧、两个电磁铁以及由壳体和喷嘴联接端盖相连组成的容纳腔，挤压柱塞将容纳腔分成L腔室和R腔室，两个电磁铁分别安装在挤压柱塞两侧，且两者之间通过复位弹簧相连，壳体的入口通过带单向阀的流道分别与L腔室和R腔室相连，L腔室和R腔室之间也通过带单向阀的流道相连，喷嘴联接端盖内设有的出口流道，本发明利用两个电磁铁交替产生磁力使挤压柱塞在容纳腔内左右移动，进而对出口流道施加周期性挤压而产生脉冲射流，可极大减少所需泵送系统的压力脉动，在一定范围内能对脉冲射流进行无级调频，为脉冲水射流的应用与研究提供了可行的技术保障。

Description

一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置
技术领域
本发明涉及水射流技术领域，涉及一种脉冲射流装置，具体涉及一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置。
背景技术
水射流技术作为一种新兴的材料去除技术，因其工艺简单、无尘、无火花、噪音小等优点而广泛应用于清洗、制造、加工、采矿等各个领域。在实际应用中，当射流介质保持不变时，水射流主要分为连续射流、脉冲射流、空化射流三种。其中，脉冲水射流因可在射流过程中不断产生水锤压力而具备较强的冲击能量，有明显优于连续射流的材料破坏能力，具备广阔的应用前景。
根据脉冲水射流的产生方式，可分为自激式和它激式脉冲水射流。由于自激式脉冲水射流研究机理复杂，其产生的脉冲振荡频率调节困难，在需要一些特定水射流频率的场合局限性较大。而它激式脉冲水射流可通过外力干预自主调节水射流的脉冲冲击频率，能够满足不同频率要求下的脉冲射流环境。
它激式脉冲水射流根据其产生机理大体上可分为机械截断式、挤压式、爆炸式、冲击式等产生方式。其中，爆炸式与冲击式脉冲水射流发生方式旨在产生单个或者为数不多的射流脉冲，无法做到连续可控的工作，在工程实践中极少应用。目前应用于工程实践与实验探究的脉冲射流发生方式大多采用的是机械截断式与挤压式。而挤压式脉冲射流产生方式因其能量利用率高的特点在工程实践中有着广泛的应用前景。
目前关于它激挤压式脉冲射流发生装置的研究还较少，大部分它激挤压式脉冲射流发生装置挤压流体时直接与泵送管路相连，产生的压力脉动对泵及其管路造成极大的损伤，且挤压装置完全采用机械结构，无法对射流脉冲进行无级调频。因此，现亟需一种可无级调频且对液压回路脉动冲击小的它激式脉冲射流发生装置。
发明内容
本发明的目的在于基于电磁驱动的原理，通过对电磁铁通电频率的调控来调节射流脉冲的频率，可在一定范围内实现脉冲水射流的无级调频。该脉冲射流发生装置将产生射流脉冲的主要过程从泵送管路中分离开来，采用4条流道分化泵送系统的流量脉动，极大地减少了射流脉冲生成过程对泵与管道的脉动冲击。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，其特征在于：包括壳体、喷嘴联接端盖、铁磁体制成的挤压柱塞、复位弹簧以及两个电磁铁，所述壳体一端开口，壳体的开口端和喷嘴联接端盖相连在内部组成一个容纳腔，所述挤压柱塞设于壳体内，且与壳体内壁间隙配合，将容纳腔分成L腔室和R腔室，两个电磁铁分别固定安装在L腔室的壳体底部和R腔室的喷嘴联接端盖上，挤压柱塞两侧与两个电磁铁之间分别通过复位弹簧相连，壳体外侧端部设有与压力源相连的入口，壳体内设有带单向阀的第一流道和第二流道，第一流道连通入口和L腔室，第二流道连通入口和R腔室，挤压柱塞内部设有将L腔室和R腔室相连通且带单向阀的第三流道，喷嘴联接端盖内设有与R腔室相连通的出口流道，上述所有单向阀方向均为流体从入口到出口流道方向，喷嘴联接端盖外侧通过连接装置将出口流道与射流喷嘴相连。
作为改进，所述壳体内底部截面缩小形成台阶，电磁铁安装在壳体底部缩小的第一腔体内，所述台阶形成挤压柱塞的左侧限位，喷嘴联接端盖靠壳体一侧设有一个容纳电磁铁的第二腔体，第二腔体截面小于壳体开口处截面，第二腔体端面处形成挤压柱塞的右侧限位。
作为改进，所述壳体内的电磁铁与L腔室之间，喷嘴联接端盖上的电磁铁与R腔室之间均设有隔离片。
作为改进，所述壳体截面为圆形，挤压柱塞截面也是与壳体内部截面匹配的圆形，壳体内设有至少两个第一流道，且第一流道在壳体内以壳体轴线为中心对称分布。
作为改进，所述壳体内设有至少两个第二流道，且第二流道在壳体内以壳体轴线为中心对称分布。
作为改进，所述挤压柱塞内设有至少两个第三流道，且第三流道在壳体内以挤压柱塞轴线为中心对称分布。
作为改进，所述单向阀均为插装止回阀。
作为改进，所述壳体与喷嘴联接端盖通过螺栓相连，且两者相互连接的端面上设有密封圈。
作为改进，所述喷嘴联接端盖外侧设有将出口流道与射流喷嘴相连的螺纹接头。
作为改进，所述挤压柱塞左右两端面上分别设有一个与复位弹簧相连的卡槽。
本发明的有益效果是：
本发明基于电磁驱动的原理，通过对电磁铁通电频率的调控来调节射流脉冲的频率，可在一定范围内实现脉冲水射流的无级调频。该脉冲射流发生装置将产生射流脉冲的主要过程从泵送管路中分离开来，采用4条流道分化泵送系统的流量脉动，极大地减少了射流脉冲生成过程对泵与管道的脉动冲击。
附图说明
图1为本发明挤压式脉冲射流发生装置整体结构剖视图。
图2为本壳体的结构剖视图。
图3为喷嘴联接端盖的结构剖视图。
图4为挤压柱塞的主视图与侧视图。
图中：1-壳体，2-密封圈，3-喷嘴联接端盖，4A-第一电磁铁，4B-第二电磁铁，5A-第一复位弹簧，5B-第二复位弹簧，6A-第一隔离片，6B-第二隔离片，7-插装止回阀，7A-第一插装止回阀，7B-第二插装止回阀，7C-第三插装止回阀，8-挤压柱塞，9-螺纹联接孔，10-螺纹接头，11-光孔，12-入口，13-出口流道，1U-第一腔体，1V-第三腔体，1A-第一端面，1C-右端面，1B-第二端面，3U-第二腔体，3A-左端面，3B-右端面，8A、8B-卡槽，a-进水口，b-入供水口，c-供水口，d-出水口，e-小孔。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的说明。如图1-3所示，一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置,包括壳体1、密封圈2、喷嘴联接端盖3、第一电磁铁4A、第二电磁铁4B、第一复位弹簧5A、第二复位弹簧5B、第一隔离片6A、第二隔离片6B以及插装止回阀7(包括第一插装止回阀7A、第二插装止回阀7B和第三插装止回阀7C)，挤压柱塞8；所述第一电磁铁4A、第一隔离片6A、第一复位弹簧5A、挤压柱塞8第二复位弹簧5B、第二隔离片6B和第二电磁铁4B从左到右依次安装于壳体1与喷嘴联接端盖3所组成的容纳腔内部，壳体1底部截面缩小形成第一腔体1U，壳体1内截面未缩小处定义为第三腔体1V，第一腔体1U与第三腔体1V交界处形成台阶，即为挤压柱塞的左侧限位，第一电磁铁4A与第一隔离片6A由第一腔体1U周壁固定，喷嘴联接端盖3左侧设有第二腔体3U，第二电磁铁4B与第二隔离片6B由第二腔体3U周壁固定，所述挤压柱塞8设于壳体1内，且与壳体1内壁间隙配合，将容纳腔分成L腔室和R腔室，具体的挤压柱塞8安装在第三腔体1V内，与第三腔体1V内壁间隙配合，挤压柱塞8左右两端分别通过第一复位弹簧5A及第二复位弹簧5B与第一电磁铁4A和第二电磁铁4B相连，并由壳体1的第一腔体1U的台阶与喷嘴联接端盖3左端面限位；第一复位弹簧5A左端与第一隔离片6A固定相连，右端与挤压柱塞8固定相连，第二复位弹簧5B左端与挤压柱塞8固定相连，右端与第二隔离片6B固定相连，第一隔离片6A固定在第一电磁铁4A，用于将第一电磁铁4A与L腔室隔离开，第二隔离片6B固定在第二电磁铁4B上，用于将第二电磁铁4B与R腔室分隔开。
所述壳体1为圆柱体结构，左边的第一端面1A设有入口12，右端面1C设有螺纹联接孔9，壳体1内部为第一电磁铁4A安装腔与挤压柱塞8安装腔，圆周环壁内设有设有带单向阀的第一流道和第二流道，第一流道连通入口和L腔室，第二流道连通入口和R腔室，第一流道上设有第一插装止回阀7A，第二流道上设有第二插装止回阀7B；入口12与L腔室和R腔室单向连通，当入口12处的压力大于装置L腔室的压力与R腔室的压力时，连通L腔室和R腔室的第一插装止回阀7A和第二插装止回阀7B均处于打开状态，泵送管路持续向壳体左边第二端面1B上的多个第一流道和第二流道供水；当L腔室压力大于R腔室压力时，挤压柱塞8内部的4个第三流道上第三插装止回阀7C打开，L腔室的流体也会向R腔室流动；当发生装置内R腔室压力大于L腔室时，挤压柱塞8内部的4个第三插装止回阀7C与壳体内的第一插装止回阀7A和第二插装止回阀7B均关闭，R腔室的水仅可通过出口流道13向喷嘴方向流动。
所述喷嘴连联接端盖3左侧设有安装第二电磁铁4B的第二腔体3U，第二腔体3U截面小于壳体1开口处截面，第二腔体3U端面处形成挤压柱塞8的右侧限位，左端面3A设有螺纹联接的光孔11与第二流道，右端面3B设有与喷嘴相连的螺纹接头10，内部第二腔体3U为第二电磁铁4B的安装腔并设有射流的出口流道13；第二复位弹簧5B左端与挤压柱塞8固定相连，右端与第二隔离片6B固定相连；
使用时，壳体1的入口12与压力源泵送输水管路联接，喷嘴联接端盖3上设有与喷嘴相连的螺纹接头10。当泵送系统向发生装置供水时，壳体1上的所有插装止回阀7均开启，当装置的容纳腔内充满水时，挤压柱塞8在两个复位弹簧的作用下处于中间初始位置，此时经过发生装置的水射流为连续水射流。
发生装置的喷嘴联接端盖3的左端面3A设有4个螺纹联接的光孔11与出口流道13，端盖设有安装第二电磁铁4B的第二腔体3U，第二腔体3U内壁设有4个为第二流道端部的供水口c，喷嘴联接端盖3内部开有一出水口d连通螺纹接头10内的出口流道13。
所述壳体1的左边的第一端面1A设有与液体介质泵送系统相连的入口12，左边的第二端面1B上设有4个进水口a连通第一流道和第二流道，通过第一流道和第二流道将入口12与L腔室及R腔室连通，壳体1右侧设有台阶形的两个腔室，第一腔体1U用于安装第一电磁铁4A、第一隔离片6A及第一复位弹簧5A，第一腔体1U周壁设有4个与第一流道相连的入供水口b，第三腔体1V用于安装挤压柱塞8与第一复位弹簧5A。
喷嘴联接端盖3的右端面3B设有与喷嘴相连的螺纹接头10，壳体1与喷嘴联接端盖3之间连接端面通过密封圈2密封。
所述喷嘴联接端盖3的出口流道13为阶梯孔，阶梯孔左边的出水口d直径大于右边小孔e直径。
所述挤压柱塞8左右两端面上设有两个卡槽8A、8B，分别用于固定第一复位弹簧5A与第二复位弹簧5B，挤压柱塞8内部设有4个第三插装止回阀7C，通过第三流道连通L腔室和R腔室。
开始工作后，第一电磁铁4A通电，挤压柱塞8受到向左的电磁力而开始向左运动，发生装置L腔室的水压力升高，当L腔室内的压力大于R腔室时，挤压柱塞8内部的4个插装止回阀7开启，L腔室内的水流向R腔室，直至挤压柱塞8所受向右方向合力(L腔室水产生向右的压力、第一复位弹簧5A因压缩产生向右的推力、第二复位弹簧5B因拉伸产生的向右拉力)等于所受向左方向合力(第一电磁铁4A产生的电磁吸力、R腔室水产生向左的压力)后减速停止至左端极限位置(限位台阶)。此时，由于挤压柱塞8左右两边的水存在体积交换，其总体积不变，对射流出口处的压力变化影响很小，故仍然产生连续射流。
之后，使得第一电磁铁4A断电，第二电磁铁4B通电，挤压柱塞8开始向右运动。柱塞向右运动后，发生装置L腔室体积增大，内部压力开始小于泵压，与发生装置L腔室相连的第一插装止回阀7A打开，泵送系统通过入口12向发生装置L腔室供水。此时，发生装置R腔室的体积减小，水压增大且大于L腔室水压，挤压柱塞8内部第三插装止回阀7C处关闭状态，挤压柱塞8向右运动后，对R腔室的水产生了一个挤压作用，增大了出口流道13的压力，产生了向上沿的射流脉冲。挤压柱塞8向右运动，直至挤压柱塞8所受向左方向合力(R腔室水产生向左的压力、第一复位弹簧5A因拉伸产生向左的拉力、第二复位弹簧5B因压缩产生的向左推力)等于所受向右方向合力(第二电磁铁4B产生的电磁吸力、挤压柱塞L腔室水产生向右的压力)后减速停止至右端极限位置(喷嘴联接端盖3左侧端面形成的限位台阶)。
如上所述过程，发生装置产生了一个射流脉冲。周期性给第一电磁铁4A与第二电磁铁4B通电，可连续产生脉冲水射流。当连续改变两个电磁铁的通电信号频率时，可改变水射流的脉冲频率，使得产生的脉冲射流频率随通电信号频率的改变而改变，实现脉冲水射流的无级调频。
本发明一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，可通过改变电磁铁通电信号频率调节射流脉冲。在发生装置产生射流脉冲期间，系统压力波动集中在封闭的R腔室及其连通流道。使用多个小口径流道连通泵送管路与挤压腔室，可使得R腔室内的压力脉动对泵送管路的冲击大幅度减小。
以上所述为本发明的最佳实例，并未对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，如内置插装止回阀的挤压柱塞结构、壳体内置的插装止回阀数量及位置、挤压柱塞的限位结构以及电磁铁的位置与结构等，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，其特征在于：包括壳体、喷嘴联接端盖、铁磁体制成的挤压柱塞、复位弹簧以及两个电磁铁，所述壳体一端开口，壳体的开口端和喷嘴联接端盖相连在内部组成一个容纳腔，所述挤压柱塞设于壳体内，且与壳体内壁间隙配合，将容纳腔分成L腔室和R腔室，两个电磁铁分别固定安装在L腔室的壳体底部和R腔室的喷嘴联接端盖上，挤压柱塞两侧与两个电磁铁之间分别通过复位弹簧相连，壳体外侧端部设有与压力源相连的入口，壳体内设有带单向阀的第一流道和第二流道，第一流道连通入口和L腔室，第二流道连通入口和R腔室，挤压柱塞内部设有将L腔室和R腔室相连通且带单向阀的第三流道，喷嘴联接端盖内设有与R腔室相连通的出口流道，上述所有单向阀方向均为流体从入口到出口流道方向，喷嘴联接端盖外侧通过连接装置将出口流道与射流喷嘴相连；
所述壳体内的电磁铁与L腔室之间，喷嘴联接端盖上的电磁铁与R腔室之间均设有隔离片。
2.如权利要求1所述的一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述壳体内底部截面缩小形成台阶，电磁铁安装在壳体底部缩小的第一腔体内，所述台阶形成挤压柱塞的左侧限位，喷嘴联接端盖靠壳体一侧设有一个容纳电磁铁的第二腔体，第二腔体截面小于壳体开口处截面，第二腔体端面处形成挤压柱塞的右侧限位。
3.如权利要求1所述的一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述壳体截面为圆形，挤压柱塞截面也是与壳体内部截面匹配的圆形，壳体内设有至少两个第一流道，且第一流道在壳体内以壳体轴线为中心对称分布。
4.如权利要求3所述的一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述壳体内设有至少两个第二流道，且第二流道在壳体内以壳体轴线为中心对称分布。
5.如权利要求4所述的一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述挤压柱塞内设有至少两个第三流道，且第三流道在壳体内以挤压柱塞轴线为中心对称分布。
6.如权利要求1至5任意一项所述的一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述单向阀均为插装止回阀。
7.如权利要求1至5任意一项所述的一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述壳体与喷嘴联接端盖通过螺栓相连，且两者相互连接的端面上设有密封圈。
8.如权利要求1至5任意一项所述的一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述喷嘴联接端盖外侧设有将出口流道与射流喷嘴相连的螺纹接头。
9.如权利要求1至5任意一项所述的一种基于电磁驱动的挤压式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述挤压柱塞左右两端面上分别设有一个与复位弹簧相连的卡槽。
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