CN108031566B - 一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置，属于工业清洗领域。该装置包括入口收缩管、振荡腔体和出水口喷片等，其特征是：压力传感器安装在喷嘴装置的前端管路，围压实验时始终置于高压容器外，避开了围压环境的限制；此外，入口收缩管、振荡腔体和出水口喷片的自由组合可以大幅改变喷嘴结构参数配比，增大自激频率调整范围。振荡信号实时检测功能与结构参数调整功能相结合，可以准确获取射流振荡特性，进而获得最佳共振效果。
Description
技术领域
本发明属于工业清洗领域，尤其涉及一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置。
背景技术
自振射流是近年来发展起来的一种新型射流，其兼有脉冲射流和空化射流的特点，且无需附加外驱动机构即可以产生强烈的自激振荡，在高围压环境下可显著提高射流冲击效果，目前自振射流技术已成功应用于海上打捞救援、深井石油钻探、深海资源开采等领域。
自振喷嘴装置是产生自振射流的核心部件，其结构参数尤其是腔内与出口尺寸直接决定了射流的振荡效果。由自振射流发生机理可知，当自激频率即出口射流反馈压力振荡的频率与振荡腔的固有频率相接近时将产生流体共振，此时射流振荡最强烈，空化作用最明显。但在实际应用过程中，由于喷嘴结构参数的不可调，使得振荡腔的固有频率与出口射流的自激频率很难相一致，无法实现自振射流的强烈共振效果，为此急需解决二者的匹配问题。一方面要解决自激频率的实时检测问题，另一面要解决喷嘴结构参数的可调问题，只有这样才能实现自振射流的频率调制，达到最佳的振荡与空化效果。
本课题组已获得1项相关的国家授权发明专利(ZL2014100030975.9)，即一种高压水射流自激振荡喷嘴装置(以下称“原发明”)，原发明能够实现自激振荡射流的产生，并通过腔内信号孔检测射流的高频振荡效果。原发明的压力传感器安装在喷嘴侧壁，存在喷嘴结构参数调整范围受限、压力传感器安装受制于喷嘴体积大小、高围压下压力传感器可靠性得不到保障等问题。本发明与原发明有以下不同：(一)本发明将压力测点即信号孔由喷嘴侧壁移至喷嘴装置外，使传感器脱离喷嘴装置，摆脱喷嘴体积尺寸约束；(二)压力传感器安装在喷嘴装置的前端管路上，高围压实验时压力传感器始终置于高压容器外，从而避开了围压环境的影响；(三)本发明对喷嘴结构进行了创新设计，可以通过更换不同系列的振荡腔和喷嘴出口喷片，改变喷嘴结构尺寸L/d、D/d，实现喷嘴结构参数的可调，进而大幅提高射流的自激频率调整范围，有利于获得射流的共振频率，优化自振喷嘴结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置，通过调整喷嘴结构实现振荡腔结构参数大范围变化，从而大幅提高射流的自激频率调整范围；同时在振荡腔外检测自振射流效果，易于实现高围压下射流状态的实时检测。本专利为高围压下射流调制获得最佳自振效果提供了保障，也为自振射流的推广应用奠定了基础。
一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置，如图1所示，包括入口收缩管、振荡腔和出水口喷片，所述入口收缩管和出水口喷片分别固定在振荡腔体的两端；所述入口收缩管、出水口喷片与振荡腔固定的接触面处设有密封圈。
进一步地，所述振荡腔体为空心圆柱形，所述入口收缩管上部设有螺纹与进水管路相连接，入口收缩管一端连接供水管路，另一端连接振荡腔；所述喷片中部设有出水口，所述出水口置于振荡腔底部；
进一步地，所述入口收缩管通过外螺纹和O形密封圈一固定在振荡腔体的一端，出水口喷片通过托底座的外螺纹和O形密封圈二固定在振荡腔的另一端；
进一步地，所述入口收缩管置于振荡腔体的一端、与振荡腔体构成入口收缩断面，出水口喷片的出水口端头和振荡腔体配合构成出口收缩断面。通过设计一系列不同长度的振荡腔体，拆卸连接套管，将入口收缩管和振荡腔体分离，更换所需长度的振荡腔，即可改变振荡腔的腔长，调制喷嘴的自振效果；
进一步地，振荡腔体上端端头处设有沟槽，沟槽内环置有O形橡胶密封圈一与入口收缩管配合密封；在振荡腔体与出水口喷片连接面处，振荡腔体设有沟槽，沟槽内设置有O形橡胶密封圈二配合密封；
进一步地，所述入口管路外部设置有信号采集孔，拾取腔内自振引起的压力脉动信息，压力传感器通过螺纹与信号采集孔连接，采集振荡信号。
进一步地，由于出水口喷片的出水口端头和振荡腔体配合构成出口收缩断面，出口收缩截面既是自激机构，又是反馈机构。
当稳定流体通过时，其收缩面既能使流体产生初始压力激动，又能将压力激动反馈回振荡腔，形成反馈压力振荡。根据瞬态流理论和水声学原理，如喷嘴结构参数设计合理，使压力激动的频率与风琴管振荡腔固有频率匹配，反馈的压力振荡就能得到放大，从而在振荡腔内产生流体振荡。而出水口喷片结构决定了压力激动频率，因此如图2所示设计合理的出口结构决定了自振的产生及其效果。
进一步地，自振射流会产生高频自振频率与强烈的空化作用，对喷嘴出水口的磨损空蚀尤为剧烈，因此，出水口喷片设计为可更换结构。同时喷片材料可以选择耐磨而寿命长的材料。
本发明的有益效果：本发明实现了喷嘴入口收缩管、振荡腔体、出水口喷片的自由组合，拓展了自振喷嘴的结构参数调整范围，为自振喷嘴的产品化、系列化奠定了基础；结构简单，操作简便，无需传统的标靶打击试验，便可得到自振射流振荡脉动信息，成本低，工作效率高；本发明将信号孔由喷嘴侧壁移至前端管路上，在进行围压实验时压力传感器置于高压容器外，可以实现高围压下喷嘴性能测试同时避免了喷嘴体积限制，进一步为射流调制并获得最佳自振效果奠定了基础。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图1中，1-入口收缩管、2-连接套管、3-振荡腔体、4-出水口喷片、5-托底座、6-信号采集孔、7-O形橡胶密封圈一、8-O形橡胶密封圈二。
图2为出水口喷片放大图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
参见图1所示一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置，包括入口收缩管1、振荡腔3和出水口喷片4，所述入口收缩管1和出水口喷片4分别固定在振荡腔体3的两端；所述入口收缩管1、出水口喷片4与振荡腔体3固定的接触面处设有密封圈。所述振荡腔体3为空心圆柱形，所述入口收缩管1上部设有螺纹与进水管路相连接，入口收缩管1一端连接供水管路，另一端连接振荡腔体3；所述出水口喷片4中部设有出水口，所述出水口置于振荡腔体3底部。
入口收缩管1通过外螺纹和O形密封圈一固定在振荡腔体3的一端，出水口喷片4通过托底座5的外螺纹和O形密封圈二固定在振荡腔体3的另一端。所述入口收缩管1置于振荡腔体3的一端、与振荡腔体3构成入口收缩断面，出水口喷片4的出水口端头和振荡腔体3配合构成出口收缩断面。通过设计一系列不同长度的振荡腔体3，拆卸连接套管2，将入口收缩管1和振荡腔体3分离，更换所需长度的振荡腔体3，即可改变振荡腔的腔长，获得自振效果较好的振荡腔长。
入口收缩管1一端端头处设有沟槽，沟槽内环置有O形橡胶密封圈一与振荡腔体3配合密封；在振荡腔体3与出水口喷片4连接面处，振荡腔体3设有沟槽，沟槽内设置有O形橡胶密封圈二配合密封。
所述入口收缩管1外部供水管路设置有信号采集孔6，压力传感器通过螺纹连接拧入信号采集孔，拾取信号，并将信号传输至数据采集系统，采用信号分析方法对信号进行分析处理，实现对腔内自振射流信号的实时检测和解读。
工作原理：工作系统提供的高压水通过高压管路接入喷嘴装置，由入口收缩管1进入，高压水流进入振荡腔体3内的振荡腔，经出水口喷片4收缩断面后形成自振射流由出水口喷片4的出水口喷出。进一步地，通过压力传感器将压力信号传输至数据采集系统，并通过信号分析方法对振荡信号进行分析处理，进而提取所需要的自振信息，实现对腔内自振信息的实时检测。调整腔长或更换喷片时，拆卸连接套管2和托底座5，更换所需长度的振荡腔体3及磨损的出水口喷片4。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡是本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置，其特征在于：包括入口收缩管（1）、振荡腔体（3）和出水口喷片（4），所述入口收缩管（1）和出水口喷片（4）分别固定在振荡腔体（3）的两端；
所述振荡腔体（3）为空心圆柱形，所述入口收缩管（1）前部设有螺纹与进水管路相连接，入口收缩管（1）一端连接供水管路，另一端连接振荡腔体（3），所述出水口喷片（4）中部设有出水口，所述出水口置于振荡腔体（3）底部；
所述入口收缩管（1）通过外螺纹和连接套管（2）固定在振荡腔体的一端，出水口喷片通过托底座（5）的外螺纹和连接套管（2）固定在振荡腔的另一端；
所述入口收缩管（1）置于振荡腔体（3）一端、出水口喷片（4）的出水口端头和振荡腔体（3）配合构成振荡腔；
所述装置是通过更换不同系列的振荡腔和喷嘴出口喷片，改变喷嘴结构尺寸L/d、D/d，实现喷嘴结构参数的可调，进而大幅提高射流的自激频率调整范围，有利于获得射流的共振频率，优化自振喷嘴结构；其中D为振荡腔内径，d出水口喷片内径，L为振荡腔长度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：振荡腔体（3）一端端头处设有沟槽，沟槽内环置有O形橡胶密封圈一（7）与入口收缩管（1）配合密封；在振荡腔体（3）与出水口喷片（4）连接面处，振荡腔体（3）设有沟槽，沟槽内设置有O形橡胶密封圈二（8）配合密封。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述入口收缩管（1）外部设置有信号采集孔（6），拾取自振射流的水压脉动信息，压力传感器通过螺纹与信号采集孔（6）连接，采集振荡信号。
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Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109201360B (zh) * | 2018-11-09 | 2023-10-24 | 北京科技大学 | 一种双阶高压水射流自振喷嘴装置 |
| CN111790308A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-10-20 | 徐州工业职业技术学院 | 一种高分子材料搅拌装置 |
| CN114964718B (zh) * | 2022-08-02 | 2022-10-11 | 北京科技大学 | 围压环境下射流空化及振荡特性检测装置、及其检测方法 |
| CN115569748B (zh) * | 2022-12-09 | 2023-03-28 | 北京科技大学 | 一种水射流自振喷嘴及射流试验装置 |
| CN115814981B (zh) * | 2022-12-27 | 2024-01-19 | 北京科技大学 | 一种表面处理装置及表面处理方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10249244A (ja) * | 1997-03-10 | 1998-09-22 | Puretetsuku:Kk | 超音波ノズルの設計方法 |
| CN101782028A (zh) * | 2009-01-15 | 2010-07-21 | 北京航空航天大学 | 全流量补燃循环发动机气氢气氧富燃预燃室 |
| JP2012192849A (ja) * | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Tada Seisakusho:Kk | ウォッシャーノズル |
| CN103157562A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-06-19 | 山东大学 | 频率可调的自激脉冲喷嘴 |
| JP2013146672A (ja) * | 2012-01-19 | 2013-08-01 | Takashi Shimada | 液体塗布ノズル及び液体塗布ノズルを有する液体塗布装置及び塗布方法 |
| CN103752433A (zh) * | 2014-01-22 | 2014-04-30 | 北京科技大学 | 一种高压水射流自激振荡喷嘴装置 |
| WO2014079160A1 (zh) * | 2012-11-22 | 2014-05-30 | 中国石油大学(北京) | 自激振荡喷嘴及带有该喷嘴的过滤器脉冲反吹清灰装置 |
| CN105392567A (zh) * | 2013-04-03 | 2016-03-09 | 鲍尔斯应用流体力学公司 | 用于生成为了表面清洁和清扫的脉冲和振荡空气流的方法和射流装置 |
| CN207401606U (zh) * | 2017-10-17 | 2018-05-25 | 北京科技大学 | 一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011080852A1 (de) * | 2011-08-11 | 2013-02-14 | Dürr Ecoclean GmbH | Vorrichtung zum Erzeugen eines pulsierenden mit Druck beaufschlagten Fluidstrahls |
| US10092913B2 (en) * | 2012-12-12 | 2018-10-09 | Dlhbowles, Inc. | Fluidic nozzle and improved moving vortex generating fluidic oscillator |
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2017
- 2017-10-17 CN CN201710962082.1A patent/CN108031566B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10249244A (ja) * | 1997-03-10 | 1998-09-22 | Puretetsuku:Kk | 超音波ノズルの設計方法 |
| CN101782028A (zh) * | 2009-01-15 | 2010-07-21 | 北京航空航天大学 | 全流量补燃循环发动机气氢气氧富燃预燃室 |
| JP2012192849A (ja) * | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Tada Seisakusho:Kk | ウォッシャーノズル |
| JP2013146672A (ja) * | 2012-01-19 | 2013-08-01 | Takashi Shimada | 液体塗布ノズル及び液体塗布ノズルを有する液体塗布装置及び塗布方法 |
| WO2014079160A1 (zh) * | 2012-11-22 | 2014-05-30 | 中国石油大学(北京) | 自激振荡喷嘴及带有该喷嘴的过滤器脉冲反吹清灰装置 |
| CN105392567A (zh) * | 2013-04-03 | 2016-03-09 | 鲍尔斯应用流体力学公司 | 用于生成为了表面清洁和清扫的脉冲和振荡空气流的方法和射流装置 |
| CN103157562A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-06-19 | 山东大学 | 频率可调的自激脉冲喷嘴 |
| CN103752433A (zh) * | 2014-01-22 | 2014-04-30 | 北京科技大学 | 一种高压水射流自激振荡喷嘴装置 |
| CN207401606U (zh) * | 2017-10-17 | 2018-05-25 | 北京科技大学 | 一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 低渗气藏脉冲磨料射流射孔增产机理及实验研究;葛兆龙;《工程科技Ⅰ辑》(第6期);第1-160页 * |
| 喷嘴结构对高压射流特性影响研究;易灿;《石油钻采工艺》;第27卷(第1期);第16-19页 * |
| 水力振动固井工具压力波发生原理研究;薛亮;《石油钻探技术》;第39卷(第1期);第105-109页 * |
| 自振射流喷嘴振荡腔内信号检测方法;韩健;《工程科学学报》;第37卷(第9期);第1191-1197页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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