CN108031572B - 一种自旋转中心体空化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明属于水射流技术领域，并公开了一种自旋转中心体空化喷嘴。该喷嘴包括喷嘴本体、叶轮、中心体和转轴，喷嘴本体呈漏斗状，漏斗横截面大的一端为入水口，另一端为出水口，喷嘴本体中设置有支架，支架固定连接在喷嘴的内壁上，叶轮通过转轴与支架连接，转轴是喷嘴本体的中心轴，转轴是中心体和叶轮的中心旋转轴，中心体呈圆锥状，其一端与叶轮刚性连接，此外，叶轮沿圆周方向均匀设置有叶片。通过本发明，增大喷嘴中流体的紊动性，促使出水口的出水中含有更多空化气泡，从而提升射流的空化效果和作业效率。

Description

一种自旋转中心体空化喷嘴

技术领域

本发明属于水射流技术领域，更具体地，涉及一种自旋转中心体空化喷嘴。

背景技术

水射流作为一项新技术已广泛应用于机械、化工、采矿、隧道、国防等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，空化射流是一种新型水射流，是通过人为的方式在射流中诱发大量空泡，利用气泡溃灭时产生的瞬间高温高压以及压缩波和微射流来增强射流的打击力，从而提高射流的作用效率。在相同的泵压下，空化射流的作用效果远远由于普通射流。因而空化射流的应用价值更高。

空化喷嘴是产生空化射流的最重要元件，已引起许多相关学者的关注。为了例如，公布号为CN 101733211 A的发明专利公开了一种内混合式中心体空化喷嘴，可在射流的内部和外围同时产生空泡。公布号为CN 102847621 A的发明专利公开了一种组合式中心体空化喷嘴，可提高射流的侵蚀和打击效果。新型空化喷嘴的提出将有效促进空化射流的发展，对水射流技术的推广和应用具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自旋转中心体空化喷嘴，通过叶轮和中心体的设置，其目的在于利用高速水流带动叶轮和中心体旋转，增大喷嘴内流体的紊动性，并促进中心体上边界层的分离和增强尾流中流体的压力脉动，使得射流中气泡的数量增加，由此解决射流空化效果差和打击力小的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种自旋转中心体空化喷嘴，其特征在于，该喷嘴包括喷嘴本体、叶轮、中心体和转轴，

所述喷嘴本体锥直形，收敛角为14°，其横截面大的一端为进水口，另一端为出水口，所述喷嘴本体中设置有十字形或三幅形支架，该支架固定连接在所述喷嘴进水口处的内壁上，所述叶轮通过所述转轴与所述支架连接，所述转轴是所述喷嘴本体的中心轴，该转轴是所述中心体和叶轮的中心旋转轴，所述中心体呈圆锥状，其一端与所述叶轮刚性连接，此外，所述叶轮沿圆周方向均匀设置有叶片。

进一步优选地，所述叶轮优选分为两部分，一部分呈圆锥台状，另一部分呈圆柱状，该圆锥台底面积大的一端与所述圆柱共用一个底面，该圆锥台底面积小的一端与所述转轴连接，用于减小来流阻力。

进一步优选地，所述叶轮优选通过轴承与所述支架连接。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明通过叶轮和叶轮上叶片的设计，流体流过喷嘴时会带动叶轮和中心体绕转轴旋转，叶轮旋转带动叶轮上的旋转，从而增大喷嘴中流体的紊动性；

2、本发明中通过锥形体的中心体设计，使得该中心体外轮廓为流线型，减少流体的流动阻力和能量损失，中心体的旋转会促进边界层的分离和尾流中流体的紊动性，这会导致更多空化气泡的产生，从而提升射流的空化效果和作业效率；

3、本发明提供的喷嘴结构简单，使用方面，生产成本低，适用于应用于机械、化工、采矿、隧道、国防等领域，能产生巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的喷嘴的立体结构示意图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的喷嘴的剖视图；

图3是按照本发明的优选实施例所构建的叶轮和中心体的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-喷嘴本体 2-支架 3-轴承 4-转轴 5-叶轮 6-中心体 7-叶片

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明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明的优选实施例所构建的喷嘴的立体结构示意图，如图1所示，一种中心体自旋转喷嘴主要由喷嘴主体1、支架2、轴承3、转轴4、叶轮5和中心体6构成。喷嘴主体1为收敛的锥直形，收敛角为14°，在该角度下，流体的压力和能量损失最小，喷嘴的流量系数最大。支架2、转轴4、叶轮5和中心体6依次置于喷嘴主体内，喷嘴采用锥直形，使射流束的速度分布和压力分布更规则，喷嘴的流量系数更高，从而使得射流束的集束性更好。

支架2为十字形，为了在保证稳定的情况下，最大限度减少支架对流体的阻碍，减小流体流动阻力，从而减少流量损失，也可以用三辐形，即支架间的角度为120°。支架固定于喷嘴主体1的入口处，十字中心位于喷嘴主体的轴线上。

图2是按照本发明的优选实施例所构建的喷嘴的剖视图，如图2所示，支架2的中心设置有轴承3，且与转轴4连接；转轴4与叶轮5刚性连接。

中心体6为流线型圆锥体，并与叶轮5刚性连接，刚性连接是为了让中心体和叶轮一起旋转，比静止的中心体更有利于边界层的分离和空化气泡的产生。叶轮5与中心体6构成自旋转中心体。

轴承3、转轴4、叶轮5和中心体6的轴线与喷嘴主体1的轴线重合。

图3是按照本发明的优选实施例所构建的叶轮和中心体的结构示意图，如图3所示，叶轮5朝向来流的一端为锥台，用于减小流体的阻力，另一端与中心体6连接；叶轮5上有若干叶片7。

下面将介绍本发明的喷嘴的工作原理：

将自旋转中心体喷嘴与高压水管连接，当高速水流流经喷嘴时，带动叶轮5旋转，由于设置有轴承3，叶轮5转动的阻力较小，即使在水流速度较小的情况下也能旋转起来；由于中心体6与叶轮5刚性连接，叶轮5的旋转将带动中心体6同速转动，叶轮5的旋转会增大喷嘴内流体的紊动性，中心体6的旋转则会促使中心体上边界层的分离，扩大负压区域的范围，并使尾流区出现更强的压力脉动，从而促进流体中空化气泡的产生，显著增加流体中空化气泡的数量，并最终增强射流的空化效果与工作效率。本发明对促进空化射流的应用与水射流的发展具有积极作用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在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)

1.一种自旋转中心体空化喷嘴，其特征在于，该喷嘴包括喷嘴本体(1)、叶轮(5)、中心体(6)和转轴(4)，

所述喷嘴本体(1)为锥直形，收敛角为14°，其横截面大的一端为进水口，另一端为出水口，所述喷嘴本体中设置有十字形或三幅形支架(2)，该支架固定连接在所述喷嘴进水口处的内壁上，所述叶轮(5)通过所述转轴(4)与所述支架(2)连接，所述转轴(4)是所述喷嘴本体(1)的中心轴，该转轴是所述中心体(6)和叶轮(5)的中心旋转轴，所述中心体呈圆锥状，其一端与所述叶轮刚性连接，此外，所述叶轮沿圆周方向均匀设置有叶片(7)；高速水流带到所述叶轮和中心体旋转，增大所述喷嘴内流体的紊动性，同时促进所述中心体上流体边界层的分离和增强尾流中流体的压力脉动，使得射流中气泡的数量增加。

2.如权利要求1所述的一种自旋转中心体空化喷嘴，其特征在于，所述叶轮(5)分为两部分，一部分呈圆锥台状，另一部分呈圆柱状，该圆锥台底面积大的一端与所述圆柱共用一个底面，该圆锥台底面积小的一端与所述转轴连接，用于减小来流阻力。

3.如权利要求1或2任一项所述的一种自旋转中心体空化喷嘴，其特征在于，所述叶轮(5)通过轴承(3)与所述支架(2)连接。

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