CN108580153B - 一种大流量超声精细雾化喷嘴 - Google Patents

一种大流量超声精细雾化喷嘴 Download PDF

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Abstract

一种大流量超声精细雾化喷嘴，涉及一种雾化喷嘴。目的是解决现有大流量湿饱和蒸汽水滴粒径分布不均和空间分布不均的问题。本发明大流量超声精细雾化喷嘴由喷嘴外环、离心喷嘴、超声波发生器、喷嘴体构成；高压水在离心喷嘴出口喷出，形成一次雾化水滴；辅助雾化蒸汽经喷嘴体上的辅助雾化蒸汽通孔进入喷嘴内部，在谐振腔处与一次雾化水滴产生高频共振形成粒径均匀的二次雾化水滴；蒸汽与精细雾化的水滴充分混合，从而形成满足要求的湿饱和蒸汽。本发明喷嘴中周向布置了25只离心式小喷嘴，各喷嘴同时喷雾、同时雾化、同时扩散，有效解决了传统制备湿蒸汽方法中水滴粒径大小不匀、空间分布不均等问题。本发明适用于制备大流量湿饱和蒸汽。

Description

一种大流量超声精细雾化喷嘴
技术领域
本发明涉及一种雾化喷嘴。
背景技术
在现代工业生产和国防建设中的诸多领域，如石油化工、制药、印染、蒸汽动力等行业，湿饱和蒸汽都有着广泛的应用，往往在这些领域都需要大流量的具有精细雾化粒径的湿饱和蒸汽以保证生产质量。特别是在湿蒸汽研究领域，到目前为止还没有一种有效方法来制备已知湿度和粒径的湿饱和蒸汽，并以此对某些试验装置和湿度测量装置进行深入研究和标定。目前，大流量湿饱和蒸汽的制备一般是通过对过热蒸汽采用减温减压的方式实现，但由此得到的湿蒸汽存在水滴粒径分布不均和空间分布不均的缺点，因此会对相关产品的生产质量或新研发装置的试验结果产生不利影响。所以研发一种大流量超声精细雾化喷嘴是制备合格湿饱和蒸汽的关键。
发明内容
本发明为了解决现有方法制备的大流量湿饱和蒸汽水滴粒径分布不均和空间分布不均的问题，提出一种大流量超声精细雾化喷嘴。
本发明大流量超声精细雾化喷嘴由喷嘴外环、离心喷嘴、超声波发生器、喷嘴体构成；
所述喷嘴外环为圆环状，喷嘴外环下部为圆柱状腔室，喷嘴外环上部为锥形敞口，锥形敞口外壁为圆柱形，锥形敞口内壁和圆周形外壁之间设置有截面为三角形的进水通道；进水通道外壁上设置有与进水通道连通的高压水进水管；喷嘴外环下部的圆柱状腔室下部内表面设置有定位环；
所述离心喷嘴中心为圆柱空腔，离心喷嘴前端设置有离心喷嘴出口，离心喷嘴后部的壳体上径向设置有离心喷嘴进口；
所述超声波发生器中心为第一蒸汽通道，超声波发生器外圆周上设置有与离心喷嘴对应的谐振腔，谐振腔为圆柱形盲孔，谐振腔的开口朝向离心喷嘴的离心喷嘴出口下方设置，超声波发生器的下端面为平面；
所述喷嘴体为圆锥体，喷嘴体的上表面为平面，喷嘴体的中心为第二蒸汽通道，喷嘴体上部外圆周上设置有环状凸缘，环状凸缘上开设有离心喷嘴对应的辅助雾化蒸汽通孔；
喷嘴外环、超声波发生器和喷嘴体同轴设置，离心喷嘴垂直且成环形阵列方式设置于喷嘴外环的锥形敞口的内壁上，离心喷嘴进口设置于进水通道内，离心喷嘴出口朝向喷嘴外环中心设置；喷嘴体设置于喷嘴外环内，喷嘴体的圆锥端探出至喷嘴外环外部；超声波发生器设置于喷嘴外环内，超声波发生器的下端面紧贴喷嘴体的上表面设置，第一蒸汽通道和第二蒸汽通道相互连通，辅助雾化蒸汽通孔的出口设置于定位环与喷嘴体之间的间隙位置；离心喷嘴中心的圆柱空腔与进水通道通过离心喷嘴进口连通，离心喷嘴中心的圆柱空腔与喷嘴外环上部的锥形敞口通过离心喷嘴出口连通；大流量超声精细雾化喷嘴外部与喷嘴外环下部的圆柱状腔室通过辅助雾化蒸汽通孔连通，大流量超声精细雾化喷嘴外部与喷嘴外环上部的锥形敞口通过第一蒸汽通道和第二蒸汽通道连通。
本发明工作过程为：
高压水由进水通道上的高压水进水管进入进水通道，高压水在进水通道进行平均分配，由离心喷嘴进口沿切向进入离心喷嘴中心的圆柱空腔，高压水在离心喷嘴出口喷出，形成一次雾化水滴；辅助雾化蒸汽经喷嘴体上的辅助雾化蒸汽通孔进入喷嘴内部，在谐振腔处与一次雾化水滴产生高频共振，由此作用将水滴进一步撕裂，形成粒径均匀的二次雾化水滴；由第一蒸汽通道和第二蒸汽通道进入的蒸汽与精细雾化的水滴充分混合，从而形成满足要求的湿饱和蒸汽；最终获得的大流量湿饱和蒸汽从喷嘴外环上部的锥形敞口喷出；
本发明有益效果为：
与现有技术相比，本发明大流量超声精细雾化喷嘴能够制备精细雾化、粒径均匀、大流量的湿饱和蒸汽，可以将400kg/h的水雾化成粒径为30μm左右的精细水滴，并能保证雾滴与蒸汽的均匀混合，成为满足要求的湿蒸汽；本发明喷嘴中周向布置的离心式小喷嘴，各喷嘴同时喷雾、同时雾化、同时扩散，所以雾滴在空间上分布更均匀，本发明有效解决了传统制备湿蒸汽方法中水滴粒径大小不匀、空间分布不均等问题。
附图说明：
图1是本发明大流量超声精细雾化喷嘴的主视图；
图2是图1的A-A向剖视图；
图3是喷嘴外环的主视图；
图4是图3的C-C向剖视图；
图5是离心喷嘴的主视图；
图6是图5的A-A向剖视图；
图7是超声波发生器的主视图；
图8是图7的A向视图；
图9是喷嘴体的主视图；
图10是图9的B-B向剖视图。
具体实施方式：
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：结合图1～10说明本实施方式大，本实施方式大流量超声精细雾化喷嘴由喷嘴外环1、离心喷嘴2、超声波发生器3、喷嘴体4构成；
所述喷嘴外环1为圆环状，喷嘴外环1下部为圆柱状腔室，喷嘴外环1上部为锥形敞口，锥形敞口外壁为圆柱形，锥形敞口内壁和圆周形外壁之间设置有截面为三角形的进水通道1-1；进水通道1-1外壁上设置有与进水通道1-1连通的高压水进水管1-4；喷嘴外环1下部的圆柱状腔室下部内表面设置有定位环1-3；
所述离心喷嘴2中心为圆柱空腔2-3，离心喷嘴2前端设置有离心喷嘴出口2-2，离心喷嘴2后部的壳体上径向设置有离心喷嘴进口2-1；
所述超声波发生器3中心为第一蒸汽通道3-2，超声波发生器3外圆周上设置有与离心喷嘴2对应的谐振腔3-1，谐振腔3-1为圆柱形盲孔，谐振腔3-1的开口朝向离心喷嘴2的离心喷嘴出口2-2下方设置，超声波发生器3的下端面为平面；
所述喷嘴体4为圆锥体，喷嘴体4的上表面为平面，喷嘴体4的中心为第二蒸汽通道4-2，喷嘴体4上部外圆周上设置有环状凸缘4-3，环状凸缘4-3上开设有离心喷嘴2对应的辅助雾化蒸汽通孔4-1；
喷嘴外环1、超声波发生器3和喷嘴体4同轴设置，离心喷嘴2垂直且成环形阵列方式设置于喷嘴外环1的锥形敞口的内壁上，离心喷嘴进口2-1设置于进水通道1-1内，离心喷嘴出口2-2朝向喷嘴外环1中心设置；喷嘴体4设置于喷嘴外环1内，喷嘴体4的圆锥端探出至喷嘴外环1外部；超声波发生器3设置于喷嘴外环1内，超声波发生器3的下端面紧贴喷嘴体4的上表面设置，第一蒸汽通道3-2和第二蒸汽通道4-2相互连通，辅助雾化蒸汽通孔4-1的出口设置于定位环1-3与喷嘴体4之间的间隙位置；离心喷嘴2中心的圆柱空腔2-3与进水通道1-1通过离心喷嘴进口2-1连通，离心喷嘴2中心的圆柱空腔2-3与喷嘴外环1上部的锥形敞口通过离心喷嘴出口2-2连通；大流量超声精细雾化喷嘴外部与喷嘴外环1下部的圆柱状腔室通过辅助雾化蒸汽通孔4-1连通，大流量超声精细雾化喷嘴外部与喷嘴外环1上部的锥形敞口通过第一蒸汽通道3-2和第二蒸汽通道4-2连通。
本实施方式超声波发生器3的原理为：当辅助雾化蒸汽流过谐振腔3-1时，在谐振腔3-1处会产生高频振荡的谐波，此过程与我们日常吹子弹壳口哨相类似，当谐振腔3-1的几何位置和尺寸满足设计要求时，谐波频率可以达到20～22kHz，达到超声波的频段。
本实施方式具备以下有益效果：与现有技术相比，本实施方式大流量超声精细雾化喷嘴能够制备精细雾化、粒径均匀、大流量的湿饱和蒸汽，可以将400kg/h的水雾化成粒径为30μm左右的精细水滴，并能保证雾滴与蒸汽的均匀混合，成为满足要求的湿蒸汽；本实施方式喷嘴中周向布置的离心式小喷嘴，各喷嘴同时喷雾、同时雾化、同时扩散，所以雾滴在空间上分布更均匀，本实施方式有效解决了传统制备湿蒸汽方法中水滴粒径大小不匀、空间分布不均等问题。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述喷嘴外环1的锥形敞口内壁上设置有螺纹孔1-2，离心喷嘴2设置有与锥形敞口内壁上设置的螺纹孔相匹配的外螺纹，喷嘴外环1与离心喷嘴2为螺纹连接。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述超声波发生器3的下端面与喷嘴体4的上表面的连接方式为焊接。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述离心喷嘴数量为20～30个。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。本实施方式在喷嘴体4内周向均布25个喷嘴，各喷嘴同时喷雾，各个方向均能接受到雾化水滴，所以能够使喷嘴体4内雾化效果更为均匀。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述喷嘴外环1的锥形敞口内壁与竖向的夹角为25～30°。其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。本实施方式中，喷嘴外环1的锥形敞口内壁形成一个张角25°的喇叭口，雾化的水滴和高速的汽流经过这个喇叭口可以通畅的扩散而不至于受阻，能够使喷嘴出口气流通畅，有利于雾化水的扩散。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述谐振腔3-1的深度为6.4～6.7mm，直径3.2～3.5mm。其他步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。本实施方式中，经数值仿真核算，频率范围是20～22kHz的谐波能够将水滴精细雾化，且这个频率的谐波在谐振腔处产生的震荡波更充分，更完全。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述辅助雾化蒸汽通孔4-1垂直于环状凸缘4-3，辅助雾化蒸汽通孔4-1直径为1.6～1.8mm。其他步骤和参数与具体实施方式一至六之一相同。本实施方式中，一次雾化水滴是指高压水在离心喷嘴2出口处由于水压的作用形成的水滴；二次雾化水滴是指经谐波共振而使一次水滴再次雾化的水滴。辅助雾化蒸汽经过通孔4-1后，与水滴在谐振腔3-1处产生共振，形成20～22kHz的谐波，促使较少的辅助雾化蒸汽与雾化水滴共振，进一步雾化水滴，产生较好的雾化效果。
采用以下实验验证本发明的有益效果：
实施例1：
本实施例大流量超声精细雾化喷嘴由喷嘴外环1、离心喷嘴2、超声波发生器3、喷嘴体4构成；
所述喷嘴外环1为圆环状，喷嘴外环1下部为圆柱状腔室，喷嘴外环1上部为锥形敞口，锥形敞口外壁为圆柱形，锥形敞口内壁和圆周形外壁之间设置有截面为三角形的进水通道1-1；进水通道1-1外壁上设置有与进水通道1-1连通的高压水进水管1-4；喷嘴外环1下部的圆柱状腔室下部内表面设置有定位环1-3；所述离心喷嘴2中心为圆柱空腔2-3，离心喷嘴2前端设置有离心喷嘴出口2-2，离心喷嘴2后部的壳体上径向设置有离心喷嘴进口2-1；所述超声波发生器3中心为第一蒸汽通道3-2，超声波发生器3外圆周上设置有与离心喷嘴2对应的谐振腔3-1，谐振腔3-1为圆柱形盲孔，谐振腔3-1的开口朝向离心喷嘴2的离心喷嘴出口2-2下方设置，超声波发生器3的下端面为平面；所述喷嘴体4为圆锥体，喷嘴体4的上表面为平面，喷嘴体4的中心为第二蒸汽通道4-2，喷嘴体4上部外圆周上设置有环状凸缘4-3，环状凸缘4-3上开设有离心喷嘴2对应的辅助雾化蒸汽通孔4-1；
喷嘴外环1、超声波发生器3和喷嘴体4同轴设置，离心喷嘴2垂直且成环形阵列方式设置于喷嘴外环1的锥形敞口的内壁上，离心喷嘴进口2-1设置于进水通道1-1内，离心喷嘴出口2-2朝向喷嘴外环1中心设置；喷嘴体4设置于喷嘴外环1内，喷嘴体4的圆锥端探出至喷嘴外环1外部；超声波发生器3设置于喷嘴外环1内，超声波发生器3的下端面紧贴喷嘴体4的上表面设置，第一蒸汽通道3-2和第二蒸汽通道4-2相互连通，辅助雾化蒸汽通孔4-1的出口设置于定位环1-3与喷嘴体4之间的间隙位置；离心喷嘴2中心的圆柱空腔2-3与进水通道1-1通过离心喷嘴进口2-1连通，离心喷嘴2中心的圆柱空腔2-3与喷嘴外环1上部的锥形敞口通过离心喷嘴出口2-2连通；大流量超声精细雾化喷嘴外部与喷嘴外环1下部的圆柱状腔室通过辅助雾化蒸汽通孔4-1连通，大流量超声精细雾化喷嘴外部与喷嘴外环1上部的锥形敞口通过第一蒸汽通道3-2和第二蒸汽通道4-2连通；
所述喷嘴外环1的锥形敞口内壁上设置有螺纹孔1-2，离心喷嘴2设置有与锥形敞口内壁上设置的螺纹孔相匹配的外螺纹，喷嘴外环1与离心喷嘴2为螺纹连接；所述超声波发生器3的下端面与喷嘴体4的上表面的连接方式为焊接；所述离心喷嘴数量为25个；喷嘴外环1的锥形敞口内壁与竖向的夹角为25°；谐振腔3-1的深度为6.4mm，直径3.2mm；辅助雾化蒸汽通孔4-1垂直于环状凸缘4-3，辅助雾化蒸汽通孔4-1直径为1.6mm。
本实施例中，辅助雾化蒸汽的压力1.5MPa，温度210℃～230℃；第一蒸汽通道3-2和第二蒸汽通道4-2进入的蒸汽的压力1.5MPa，温度210℃～230℃；高压水的压力3.0MPa，温度70℃～80℃；
本实施例与现有技术相比，本实施例大流量超声精细雾化喷嘴能够制备精细雾化、粒径均匀、大流量的湿饱和蒸汽，可以将400kg/h的水雾化成粒径为30μm左右的精细水滴，并能保证雾滴与蒸汽的均匀混合，成为满足要求的湿蒸汽；本实施例喷嘴中周向布置了25只离心式小喷嘴，各喷嘴同时喷雾、同时雾化、同时扩散，所以雾滴在空间上分布更均匀，本实施例有效解决了传统制备湿蒸汽方法中水滴粒径大小不匀、空间分布不均等问题。

Claims (3)

1.一种大流量超声精细雾化喷嘴，其特征在于：大流量超声精细雾化喷嘴由喷嘴外环(1)、离心喷嘴(2)、超声波发生器(3)、喷嘴体(4)构成；
所述喷嘴外环(1)为圆环状，喷嘴外环(1)下部为圆柱状腔室，喷嘴外环(1)上部为锥形敞口，锥形敞口外壁为圆柱形，锥形敞口内壁和圆周形外壁之间设置有截面为三角形的进水通道(1-1)；进水通道(1-1)外壁上设置有与进水通道(1-1)连通的高压水进水管(1-4)；喷嘴外环(1)下部的圆柱状腔室下部内表面设置有定位环(1-3)；
所述离心喷嘴(2)中心为圆柱空腔(2-3)，离心喷嘴(2)前端设置有离心喷嘴出口(2-2)，离心喷嘴(2)后部的壳体上径向设置有离心喷嘴进口(2-1)；
所述超声波发生器(3)中心为第一蒸汽通道(3-2)，超声波发生器(3)外圆周上设置有与离心喷嘴(2)对应的谐振腔(3-1)，谐振腔(3-1)为圆柱形盲孔，谐振腔(3-1)的开口朝向离心喷嘴(2)的离心喷嘴出口(2-2)下方设置，超声波发生器(3)的下端面为平面；
所述喷嘴体(4)为圆锥体，喷嘴体(4)的上表面为平面，喷嘴体(4)的中心为第二蒸汽通道(4-2)，喷嘴体(4)上部外圆周上设置有环状凸缘(4-3)，环状凸缘(4-3)上开设有离心喷嘴(2)对应的辅助雾化蒸汽通孔(4-1)；
喷嘴外环(1)、超声波发生器(3)和喷嘴体(4)同轴设置，离心喷嘴(2)垂直且成环形阵列方式设置于喷嘴外环(1)的锥形敞口的内壁上，离心喷嘴进口(2-1)设置于进水通道(1-1)内，离心喷嘴出口(2-2)朝向喷嘴外环(1)中心设置；喷嘴体(4)设置于喷嘴外环(1)内，喷嘴体(4)的圆锥端探出至喷嘴外环(1)外部；超声波发生器(3)设置于喷嘴外环(1)内，超声波发生器(3)的下端面紧贴喷嘴体(4)的上表面设置，第一蒸汽通道(3-2)和第二蒸汽通道(4-2)相互连通，辅助雾化蒸汽通孔(4-1)的出口设置于定位环(1-3)与喷嘴体(4)之间的间隙位置；离心喷嘴(2)中心的圆柱空腔(2-3)与进水通道(1-1)通过离心喷嘴进口(2-1)连通，离心喷嘴(2)中心的圆柱空腔(2-3)与喷嘴外环(1)上部的锥形敞口通过离心喷嘴出口(2-2)连通；大流量超声精细雾化喷嘴外部与喷嘴外环(1)下部的圆柱状腔室通过辅助雾化蒸汽通孔(4-1)连通，大流量超声精细雾化喷嘴外部与喷嘴外环(1)上部的锥形敞口通过第一蒸汽通道(3-2)和第二蒸汽通道(4-2)连通；
所述喷嘴外环(1)的锥形敞口内壁上设置有螺纹孔(1-2)，离心喷嘴(2)设置有与锥形敞口内壁上设置的螺纹孔相匹配的外螺纹，喷嘴外环(1)与离心喷嘴(2)为螺纹连接；
所述超声波发生器(3)的下端面与喷嘴体(4)的上表面的连接方式为焊接；
所述谐振腔(3-1)的深度为6.4～6.7mm，直径3.2～3.5mm；
所述辅助雾化蒸汽通孔(4-1)垂直于环状凸缘(4-3)，辅助雾化蒸汽通孔(4-1)直径为1.6～1.8mm；
所述大流量超声精细雾化喷嘴的工作过程为：
高压水由进水通道上的高压水进水管进入进水通道，高压水在进水通道进行平均分配，由离心喷嘴进口沿切向进入离心喷嘴中心的圆柱空腔，高压水在离心喷嘴出口喷出，形成一次雾化水滴；辅助雾化蒸汽经喷嘴体上的辅助雾化蒸汽通孔进入喷嘴内部，在谐振腔处与一次雾化水滴产生高频共振，由此作用将水滴进一步撕裂，形成粒径均匀的二次雾化水滴；由第一蒸汽通道和第二蒸汽通道进入的蒸汽与精细雾化的水滴充分混合，从而形成满足要求的湿饱和蒸汽；最终获得的大流量湿饱和蒸汽从喷嘴外环上部的锥形敞口喷出。
2.根据权利要求1所述的大流量超声精细雾化喷嘴，其特征在于：所述离心喷嘴数量为20～30个。
3.根据权利要求1所述的大流量超声精细雾化喷嘴，其特征在于：所述喷嘴外环(1)的锥形敞口内壁与竖向的夹角为25～30°。
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