CN108160359B - 可实现多种喷雾功能的喷嘴装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可实现多种喷雾功能的喷嘴装置。其中，喷头包括与中心管接通的中心流道、与内环管接通的内环流道和与外环管接通的外环流道，喷头还包括呈环形分布的多个内环旋孔和呈环形分布的多个外环旋孔，内环流道与多个内环旋孔接通，外环流道和多个外环旋孔接通，多个内环旋孔和多个外环旋孔分别布置在两个同轴线的圆周上，该轴线也同时为内环旋孔、外环旋孔的旋转轴线，喷头还包括中心孔，中心孔与中心流道接通；喷头还包括旋转室，旋转室按照流体流动的方向依次包括圆柱段和与该圆柱段等径连接的截头的圆锥段，圆柱段用于接收中心孔、内环旋孔以及外环旋孔输送的流体，圆锥段的下游端等径连接喷孔，喷孔的下右端等径连接出口圆锥段。

Description

可实现多种喷雾功能的喷嘴装置

技术领域

本发明涉及喷雾用的喷嘴装置。

背景技术

喷嘴是工业应用领域的重要部件，可以应用在众多行业，比如钢铁、能源、环保、食品、医药等等。在实际工况中，各个工艺参数变化大，需要提供调速比大，而喷雾颗粒相对稳定的喷嘴装置。

喷嘴使用性能决定着整个设备的性能，对生产有着极为重要的意义。众多喷嘴的使用性能不一，没有充分考虑复杂多变的工况。在工业应用，比如烟气冷却，干法脱硫等领域，时常由于烟气变化大，所以冷却需要的水量也变化大，所以需要流量可以大范围调整，而不影响其使用效果的喷嘴装置。

现有喷雾装置存在调速比小，喷雾角度和喷雾形式单一的局限，在遇到要求喷射流量变化大，喷射角度要求可调，以及工作介质不同的应用时，要求更换喷嘴装置，才能达到使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现多种喷雾功能的喷嘴装置。

一种可实现多种喷雾功能的喷嘴装置，其包括中心管、内环管、外环管以及喷头，所述喷头包括与所述中心管接通的中心流道、与所述内环管接通的内环流道和与所述外环管接通的外环流道，所述喷头还包括呈环形分布的多个内环旋孔和呈环形分布的多个外环旋孔，所述内环流道与所述多个内环旋孔接通，所述外环流道和所述多个外环旋孔接通，所述多个内环旋孔和所述多个外环旋孔分别布置在两个同轴线的圆周上，该轴线也同时为所述内环旋孔、所述外环旋孔的旋转轴线，所述喷头还包括中心孔，所述中心孔与所述中心流道接通；所述喷头还包括旋转室，所述旋转室按照流体流动的方向依次包括圆柱段和与该圆柱段等径连接的截头的圆锥段，所述圆柱段用于接收所述中心孔、所述内环旋孔以及所述外环旋孔输送的流体，所述圆锥段的下游端等径连接喷孔，所述喷孔的下游端等径连接出口圆锥段。

在本发明的一实施例中，所述中心孔与所述多个内环旋孔或所述多个外环旋孔的面积之比在0.8到1.5之间。

在本发明的一实施例中，各所述内环旋孔或各所述外环旋孔的深度与直径之比在0.8到5之间。

在本发明的一实施例中，所述圆柱段的直径与所述喷孔的直径的比值在2.5到20之间。

在本发明的一实施例中，所述喷头包括喷头主体、旋片以及喷嘴体，所述喷头主体提供所述中心流道、所述内环流道以及所述外环流道，所述旋片提供所述中心孔、所述外环旋孔、所述内环旋孔，所述喷嘴体提供所述旋转室、喷孔以及出口圆锥段，所述旋片的一端与所述喷头主体对接，另一端与所述喷嘴体对接。

在本发明的一实施例中，所述旋片和所述喷头主体采用法兰式连接，在所述旋片的边缘与所述外环旋孔之间、所述外环旋孔与所述内环旋孔之间、所述内环旋孔与所述中心孔之间对应设置有第一密封圈、第二密封圈以及第三密封圈，连接所述旋片与所述喷头主体的螺钉位于所述第一密封圈和所述第二密封圈之间，使得第一密封圈、第二密封圈以及第三密封圈受同样大小的预紧力，同时使所述旋片变形最小。

在本发明的一实施例中，所述喷嘴体由锁紧螺母压紧在所述旋片或/和所述喷头主体上，所述喷嘴体和所述旋片之间设置密封圈。

在本发明的一实施例中，所述中心管、内环管、外环管从一保护管中穿出，所述保护管连接所述喷头主体。

在本发明的一实施例中，所述喷头主体还设置有冷却介质流道，所述保护管内还穿出冷却管组件，所述冷却管组件和所述冷却介质流道之间输送冷却介质。

调整每根管子的流体压力，可以获得不同的喷雾效果，得到不同大小的流量。可形成空心锥到实心锥的喷雾变化，并且该变化是可逆的，也即可形成实心锥到空心锥的喷雾变化。当某根管内流体的压力减小，与其他管内的流体有一定压差，压力继续减小直到某一值与旋转室内流体有一定压差，流体就会倒流，也即回流。通过控制回流压力大小，控制回流流量，进一步增大流量的调整范围。只需要保证一根管子的进水压力稳定，那么颗粒度就是比较稳定的，也就是说，在大范围调整流量的同时，可以保证颗粒度的相对稳定。

因此，本发明提供一种可以带回流的、流量和角度调整的，以及喷雾形态可以选择的喷嘴装置。通过一个喷嘴装置实现多种喷雾功能，便捷的适应多变的现场，满足客户要求，解决实际应用中的困难。该喷嘴装置突破了现有喷嘴装置调速比小和喷雾角度和喷雾形式单一的局限，可以满足喷射流量变化大，喷射角度要求可调的要求；而且该喷嘴装置可以同时使用多种工作介质，在喷嘴装置的旋转室内进行混合，后喷射出去，形成混合雾滴。在系统压力一定的情况下，该喷嘴装置有更大的流量调节范围，即最大流量与最小流量的比值更大，由于工作压力稳定，所以喷雾颗粒度不会随流量的变化而变化，整个流量调整过程中有一个较好雾化效果，喷雾形态多样化，喷雾角度可以调整，可以有空心锥和实心锥。由于喷雾角度的变化，可以得到不同的喷雾距离和喷雾覆盖范围。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为根据本发明的可实现多种喷雾功能的喷嘴装置的主视图。

图2为该喷嘴装置的立体图，其中保护管被隐藏。

图3为沿图1中B-B线的剖视图。

图4为沿图3中E-E线的剖视图。

图5为沿图3中F-F线的剖视图。

图6为图3中G处的局部放大视图。

其中，附图标记分别示意：

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

如图1至图6所示，根据本发明的可实现多种喷雾功能的喷嘴装置包括中心管8、内环管7、外环管6以及喷头9，喷头9包括喷头主体23、旋片16以及喷嘴体15，喷头主体23提供中心流道CH6、内环流道CH7以及外环流道CH8，旋片16提供中心孔CH11、外环旋孔CH10、内环旋孔CH9，喷嘴体15提供旋转室CH12、喷孔CH13以及出口圆锥段CH16，旋片16的一端与喷头主体23对接，另一端与喷嘴体15对接。在本发明的另一实施例中，喷头主体、旋片以及喷嘴体可以按照另外的方式制造，例如部分或者整体成形，而其中的流道设置实质上不变化。因此，如果不考虑制造方式的话，喷头9包括与中心管8接通的中心流道CH6、与内环管7接通的内环流道CH7和与外环管6接通的外环流道CH8，喷头9还包括呈环形分布的多个内环旋孔CH9和呈环形分布的多个外环旋孔CH10，内环流道CH7与多个内环旋孔CH9接通，外环流道CH8和多个外环旋孔CH10接通，多个内环旋孔CH9和多个外环旋孔CH10分别布置在两个同轴线的圆周上，该轴线也同时为内环旋孔CH9、外环旋孔CH10的旋转轴线，喷头9还包括中心孔CH11，中心孔CH11与中心流道CH6接通；喷头9还包括旋转室CH12，旋转室CH12按照流体流动的方向依次包括圆柱段CH14和与该圆柱段CH14等径连接的截头的圆锥段CH15，圆柱段CH14用于接收中心孔CH11、内环旋孔CH9以及外环旋孔CH10输送的流体，圆锥段CH15的下游端等径连接喷孔CH13，喷孔CH13的下游端等径连接出口圆锥段CH15。

旋片16和喷头主体23采用法兰式连接，在旋片16的边缘外环旋孔CH10之间、外环旋孔CH10与内环旋孔CH9之间、内环旋孔CH9与中心孔CH11之间对应设置有第一密封圈20、第二密封圈21以及第三密封圈22，连接旋片16与喷头主体23的螺钉位于第一密封圈20和第二密封圈21之间，使得第一密封圈20、第二密封圈21以及第三密封圈22受同样大小的预紧力，同时使旋片16变形最小。

喷嘴体15由锁紧螺母10压紧在旋片16或/和喷头主体23上，喷嘴体15和旋片16之间设置密封圈19。

其中，流体由中心管8，内环管7，外环管6三条管路，通向喷嘴装置的工作部件——喷头9，流体注入在喷头主体23内，而喷头主体23内有一个中心流道CH6、内环流道CH7和外环流道CH8，三股水流通过中心流道CH6、内环流道CH7和外环流道CH8导向作用，再通过旋片16，由旋片16的中心孔CH11、外环旋孔CH10、内环旋孔CH9各进一步导向，从而形成一定倾斜角度和流速的矢量流体。流体由各旋孔进入流体旋转室CH12后，在旋转室CH12获得旋转运动。根据旋转动量矩守恒定律，旋转速度与旋涡半径成反比，因此，愈靠近轴心，旋转速度愈大，其静压力亦愈小，结果在喷嘴CH13中央形成一股压力等于大气压的空气旋流，而流体则形成绕空气心旋转的环形薄膜，流体静压能转变为向前运动的液膜的动能，液膜从喷孔CH13高速喷出。喷出后液膜伸长变薄，最后分裂为小雾滴。

调整每根管子6、7、8的流体压力，可以获得不同的喷雾效果，得到不同大小的流量，可形成空心锥到实心锥的喷雾变化，并且该变化是可逆的，也即可形成实心锥到空心锥的喷雾变化。当某根管内流体的压力减小，与其他管内的流体有一定压差，压力继续减小直到某一值与旋转室CH12内流体有一定压差，流体就会倒流，也即回流。通过控制回流压力大小，控制回流流量，进一步增大流量的调整范围。只需要保证一根管子的进水压力稳定，那么颗粒度就是比较稳定的，也就是说，在大范围调整流量的同时，可以保证颗粒度的相对稳定。

下面结合各图描述更为具体的设计。

特别参照图5，旋片16有两排旋孔，内环旋孔CH9和外环旋孔CH10，分别布置在一个两个同心的圆周上，旋片16的轴线为旋孔的旋转轴。旋片16的旋孔与旋片16的端面倾斜一定角度，各排旋孔的倾斜角度可以不一致。旋片16还有一个中心孔CH11，中心孔CH11与旋片16的端面垂直。中心孔CH11与各排旋孔的面积和成比例，比值在0.8到1.5之间。旋片16的两个端面平行，厚度适中，这样适合于保证旋片16的机械强度，并且使旋孔的深度与直径保证一定比例，比值在0.8到5之间，以便于具有较强的导向作用和稳定流量的作用。

中心流道CH6连接中心管道CH2和中心孔CH11，内环流道CH7连接内环管道CH3和内环旋孔CH9，外环流道CH8连接外环管CH4和外环旋孔CH10。

旋片16上的内环旋孔CH9为圆形，旋孔轴线所在的平面与旋片轴线所在的平面平行，两平面的距离为内环流道CH7的大径和小径之和的1/4。旋孔轴线与旋片的端面成一夹角。相贯线为如图5所示的椭圆。

旋片16上的外环旋孔CH10为圆形，旋孔轴线所在的平面与旋片轴线所在平面平行，两平面的距离为外环流道CH8的大径和小径之和的1/4。相贯线为椭圆如图所示，该椭圆与旋转室CH12的端面圆相切。

旋片16上的中心孔CH11为圆形，与旋片16的端面垂直。

内环旋孔CH9的面积之和，外环旋孔CH10的面积之和，中心孔CH11的面积成一定比例关系，内环旋孔CH9的面积之和与比中心孔CH11的面积比值范围0.8~2，外环旋孔CH10的面积之和与比中心孔CH11的面积比值范围0.8~2。

流体可以从中心孔CH11、内环旋孔CH9、外环旋孔CH10这三个通道进出旋转室CH12。

旋片16与喷头主体9采用法兰式的连接形式，连接螺钉17 位于O形圈20和O形圈21之间，使得三个O形圈受同样大小的预紧力，同时可以使旋片变形最小，达到良好的密封效果。并且有O形圈20的周长与O形圈21的周长 和O形圈21的周长之和成一定比例，比值大约0.8~1.5。

在锁紧螺母10的预紧力作用下，旋片16和喷嘴体15通过密封圈19密封。

喷嘴体15分为四段，旋转室圆柱段CH14、旋转室圆锥段CH15、喷孔CH13、出口圆锥段CH16。

喷嘴体15的旋转室圆柱段CH14的直径和喷孔CH13的直径，成一定比例，比值在2~25，比值越大喷雾角度越大。

内环旋孔CH9与旋片16的端面成一夹角和外环旋孔CH10与旋片的端面成一夹角的大小不一致，该夹角大小取决于旋转室圆柱段CH14的长度，旋转室圆锥段CH15的锥角。

内环旋孔CH9的面积之和与喷孔CH13的面积成一定比例，比值在0.8-1.2之内，较佳的比值是0.9-1.0。外环旋孔CH10的面积之和与喷孔CH13的面积成一定比例，比值在0.8-1.2之内，较佳的比值是0.9-1.0。中心孔CH11的面积与喷孔CH13的面积成一定比例，比值在1.5-2.5之内，较佳的比值是1.85-2.0。

喷孔13的直径和长度有一定比例，以稳定流量和喷雾效果，并保证耐磨性能和使用寿命，该比值一般为0.25~3。

旋转室圆锥段CH15的锥角影响喷雾角度。喷嘴体15的出口圆锥段CH16的锥角影响喷雾角度，可以一定程度上可以约束喷雾角度。

旋转室圆柱段CH14的内圆柱面和外环旋孔CH10在内圆柱面，在旋转室的圆柱面的端面的剖面图里是相切的。

锥面边缘17是尖锐的，锐角，可以防止挂水，防止喷雾工作期间流体从喷嘴滴落。使喷雾锥面与喷嘴体15最快分离。

喷嘴体15的旋转室CH12的圆柱段CH14的直径和喷孔CH13的直径成一定比例，比值在2.5到20之间。旋转室CH12的圆柱段CH14和圆锥段CH15光滑过渡，圆柱段CH14的高度和圆锥段CH15的高度之和不能太大，不能太小。保证流体在获得最佳的旋转运动后从喷孔CH13喷射出去，实现最佳喷雾。喷嘴体15的喷孔CH13前后为圆锥段CH15，圆锥段CH15的角度可以不同；角度不同会直接影响喷雾角度。所述喷嘴体15由锁紧螺母压紧，密封圈受到适当大小的预紧力，保证旋转室CH12有效密封。

喷头主体23和旋片16由三个O形圈20、21、22密封，保证三股流体在进入旋转室CH12之前和从旋转室CH12回流是独立的，互不干扰的经由旋片16的旋孔CH9、CH10、中心孔CH11进出旋转室CH12。喷头主体23和旋片16用法兰式连接。在喷头主体23上开盲孔并攻内螺纹，在旋片16开沉头孔。使每个圆柱头内六角螺钉17埋在旋片端面以下，避免磨损，方便拆卸。

中心管8，内环管7，外环管6可以通包括水在内的其他流体介质，三根管可以同时通如不同介质，可以独立使用；而且根据具体应用要求，可分别作进水和回水管。

保护管3可以用来保护喷枪的避免喷枪腐蚀，磨损。内布置了冷却管组件14，冷却整个喷嘴装置。

采用以上方案的有益效果：在系统压力一定的情况下，该喷嘴装置有更大的流量调节范围，即最大流量与最小流量的比值更大。由于工作压力稳定，所以喷雾颗粒度不会随流量的变化而变化，整个流量调整过程中有一个较好雾化效果。喷雾形态多样化，喷雾角度可以调整，可以有空心锥和实心锥。由于喷雾角度的变化，可以得到不同的喷雾距离和喷雾覆盖范围。参考附图和阅读下文详细说明之后，本发明的优势将显而易见。

由于实现多种喷雾功能，可以满足更多工况：

比如烟气量变化很大的烟气冷却应用。同一锅炉在不同工作状态，需要加热的水不同，燃煤的品质不同，排放的尾气成分和排放流量是不同的，那么可以调整本喷嘴装置，使得冷却水量和烟气量总在一个合理比例范围内。

比如在喷雾干燥中，同一个喷雾干燥器，其体积一定，生产能力就是一定的。但是市场需求是变化的，需要小批量的，甚至是为客户定制某中干燥颗粒，那么我们就可以通过本发明来混料和控制流量，进一步控制生产量。特别是当某些介质不能混合储存时，本发明可以在旋转室CH12内部混合，然后从喷口喷出，在干燥塔雾化后进一步混合，只至干燥成所需要的粉末或颗粒。

比如不同的喷雾介质，会有不同的黏度、表面张力，这些会影响喷雾角度和流量，那么可以调整本喷嘴装置，使得不同介质有同样的喷射角度和流量。

本发明结构紧凑，功能丰富，方便安装和维护。

各零件的材料选择可以是：

O形圈20、O形圈21、O形圈22均用抗腐蚀、耐高温的密封材料（聚四氟乙烯、全氟橡胶）等材料制造；

弯头1、安装法兰2、保护管3、冷却水入口4、冷却水出口5、外环管6、内环管7、中心管8、喷嘴主体9、锁紧螺母10、带外螺纹的连接管11、带外螺纹的连接管12、带外螺纹的连接管13、冷却管组件14均用不锈钢（0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti）等材料制造；

喷嘴体15、旋片16用不锈钢（0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti 、9Cr17）和硬质合金等材料制造；

圆柱头内六角螺钉17用不锈钢（0Cr18Ni9）,弹簧垫圈18用不锈钢（3Cr13、0Cr18Ni9Ti）等材料制造。

然而，本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。

因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.可实现多种喷雾功能的喷嘴装置，其特征在于，包括中心管、内环管、外环管以及喷头，所述喷头包括与所述中心管接通的中心流道、与所述内环管接通的内环流道和与所述外环管接通的外环流道，所述喷头还包括呈环形分布的多个内环旋孔和呈环形分布的多个外环旋孔，所述内环流道与所述多个内环旋孔接通，所述外环流道和所述多个外环旋孔接通，所述多个内环旋孔和所述多个外环旋孔分别布置在两个同轴线的圆周上，该轴线也同时为所述内环旋孔、所述外环旋孔的旋转轴线，所述喷头还包括中心孔，所述中心孔与所述中心流道接通；所述喷头还包括旋转室，所述旋转室按照流体流动的方向依次包括圆柱段和与该圆柱段等径连接的截头的圆锥段，所述圆柱段用于接收所述中心孔、所述内环旋孔以及所述外环旋孔输送的流体，所述圆锥段的下游端等径连接喷孔，所述喷孔的下游端等径连接出口圆锥段；

所述中心孔、所述内环旋孔和所述外环旋孔分别用于供流体进出所述旋转室。

2.如权利要求1所述的喷嘴装置，其特征在于，所述中心孔与所述多个内环旋孔或所述多个外环旋孔的面积之比在0.8到1.5之间。

3.如权利要求1所述的喷嘴装置，其特征在于，各所述内环旋孔或各所述外环旋孔的深度与直径之比在0.8到5之间。

4.如权利要求1所述的喷嘴装置，其特征在于，所述圆柱段的直径与所述喷孔的直径的比值在2.5到20之间。

5.如权利要求1所述的喷嘴装置，其特征在于，所述喷头包括喷头主体、旋片以及喷嘴体，所述喷头主体提供所述中心流道、所述内环流道以及所述外环流道，所述旋片提供所述中心孔、所述外环旋孔、所述内环旋孔，所述喷嘴体提供所述旋转室、喷孔以及出口圆锥段，所述旋片的一端与所述喷头主体对接，另一端与所述喷嘴体对接。

6.如权利要求5所述的喷嘴装置，其特征在于，所述旋片和所述喷头主体采用法兰式连接，在所述旋片的边缘与所述外环旋孔之间、所述外环旋孔与所述内环旋孔之间、所述内环旋孔与所述中心孔之间对应设置有第一密封圈、第二密封圈以及第三密封圈，连接所述旋片与所述喷头主体的螺钉位于所述第一密封圈和所述第二密封圈之间，使得第一密封圈、第二密封圈以及第三密封圈受同样大小的预紧力，同时使所述旋片变形最小。

7.如权利要求5所述的喷嘴装置，其特征在于，所述喷嘴体由锁紧螺母压紧在所述旋片或/和所述喷头主体上，所述喷嘴体和所述旋片之间设置密封圈。

8.如权利要求5所述的喷嘴装置，其特征在于，所述中心管、内环管、外环管从一保护管中穿出，所述保护管连接所述喷头主体。

9.如权利要求8所述的喷嘴装置，其特征在于，所述喷头主体还设置有冷却介质流道，所述保护管内还穿出冷却管组件，所述冷却管组件和所述冷却介质流道之间输送冷却介质。