CN108745677A - 超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴及沙粒熔融方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴，包括载气管道、沙粒进料管道、一级共振管、二级共振管、出口导管、氧气管道和乙炔管道；载气管道与一级共振管位于同一直线上，二级共振管与出口导管位于同一直线上，载气管道、一级共振管、二级共振管和出口导管共同形成十字交叉的hartmann谐振腔，沙粒进料管道垂直于载气管道设置，并与载气管道连通，氧气管道和乙炔管道与十字交叉的hartmann谐振腔交叉口处连通。本发明能够将沙粒熔融并以粘液态或者半固态的状态喷出，并能够保证冲出的沙粒具有足够的冲击力。

Description

超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴及沙粒熔融方法

技术领域

本发明公开了一种沙粒熔融装置和熔融方法，特别是一种超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴及应用该喷嘴实现沙粒熔融的方法。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，3D打印机的工作原理与普通打印机基本相同，是通过电脑控制把“打印材料”一层一层地叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物，这项技术常常在模具制造、工业设计等领域，被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造，目前存在多种3D打印技术，常用的技术包括粘结材料三维打印、光固化三维打印以及熔融材料三维打印等。对于熔融材料，现有的方式一般为先将材料熔融导出之后使用喷嘴喷出高速气体冲击熔融材料最后以粉末的形式喷出。这样的结构较为复杂，其熔融过程需要有熔融装置，熔融装置下需要接导流装置，喷嘴一般设置在导流装置末端将熔融材料喷射开。这样的喷射方式使得熔融材料无法准确的到达冲击选区，熔融材料被冲散开其各部分速度不一致导致其最终成型的结构各部分强度不尽相同。

Laval(拉瓦尔)超音速喷嘴是现行最常用的气雾化喷嘴形式，它主要能使喷嘴获得超音速气流，这有利于粉末的细化。具有Hartmann十字交叉共振管是一种能在流场中产生高频震荡的结构结构的超音速喷嘴则能够使雾化气流得到稳定的压力振动。

发明内容

发明目的：本发明提供一种超音速燃烧喷嘴及沙粒熔融方法，该超音速燃烧喷嘴能够直接熔融沙粒并将呈粘液态或者半固态的沙粒准确的喷射到选区；该沙粒熔融方法能够能够充分熔融沙粒并有效控制沙粒喷射速度。

技术方案：一种超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴，包括载气管道、一级共振管、二级共振管和喷嘴，载气管道与封闭的一级共振管在一条直线上，封闭的二级共振管和喷嘴位于同一直线上，载气管道、一级共振管、二级共振管、喷嘴形成十字交叉的Hartmann双级共振管，十字交叉处设有火花塞，载气管道入口处具有laval管自适应喉部特征，沙粒进料管与载气管道连通，氧气管道与乙炔管道与双级共振管的十字交叉口连通。

其中，氧气管道、乙炔管道以及载气管道中心线位于同一平面上，且氧气管道与乙炔管道关于载气管道对称设置。

其中，为了能够控制沙粒进入量以及氧气和乙炔冲入量，载气管道、沙粒进料管、氧气管道或乙炔管道上设置有流量阀。

其中，为了使得喷嘴喷出熔融态沙粒时冲击力度足够大，喷嘴整体呈圆锥形，喷嘴出口处截面直径最小，使得出口熔融沙粒喷出速度达到最大值。喷嘴靠近出口处还可以设置laval管自适应喉部特征，从而进一步增大熔融沙粒的喷出速度。喷嘴设置成锥形的同时，载气管道、一级共振管和二级共振管交汇处管径相同且相切，载气管道和一级共振管与喷嘴的侧边相切，喷嘴与二级共振管交汇处的内部管道截面直径大于二级共振管在交汇处的截面直径。这样的结构使得沙粒进入时沿着锥形喷嘴的侧壁在锥形喷嘴内部环绕形成旋流，从而延长沙粒在喷嘴内部的停留时间，使得沙粒能够充分熔融。

为了使得沙粒能够充分熔融，火花塞沿着喷嘴侧壁设置有多个，氧气管道与乙炔管道设有多个分支管分别与喷嘴设有火花塞的高度处的内管道连通，这样在喷嘴的入口到出口均可以保持高温状态，使得喷出的沙粒得到充分的加热熔融。

本专利发明还公开了一种利用上述的超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴进行沙粒熔融的方法：包括如下步骤：

步骤1)将沙粒进料管的入口处连接软管，将软管埋入原料沙粒池；

步骤2)在氧气管道与乙炔管道内分别通入氧气和乙炔气体，氧气和乙炔的容量比例为1:1～1:1.5；

步骤3)当喷嘴十字交叉处的温度在1700℃～2000℃之间时，在载气管道内通入高压惰性气体，高压惰性气体在载气管道内形成高速气流，使得载气管道内形成负压将沙粒吸入双级共振管内部进行熔融并由喷嘴处喷出至选区。

有益效果：本发明所提供的超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴能够充分的将沙粒熔融，得到粘液态或者半固态的沙粒，使得沙粒喷出时具有足够的冲击力冲击选区，并在外部凝固成型。本发明所提供的沙粒熔融的方法能够合理的使用自然环境中现有的沙粒进行3D打印成型或者作为涂料喷涂至相应的工件上。

附图说明

图1为本发明实施例1的主视剖视图；

图2为本发明实施例1的主视图；

图3为本发明实施例1的立体图；

图4为本发明实施例1的主视剖视图；

图5为本发明实施例2的左视图；

图6为本发明实施例2的A-A剖视图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴，包括载气管道1、沙粒进料管2、一级共振管3、二级共振管4和喷嘴5，载气管道1与封闭的一级共振管3在一条直线上，封闭的二级共振管4和喷嘴5位于同一直线上，载气管道1、一级共振管3、二级共振管4、喷嘴5形成十字交叉口9的Hartmann双级共振管，载气管道1与一级共振管3的中心线位于同一直线上，同样的喷嘴5与二级共振管4的中心线也位于同一直线上。

十字交叉口9处设有火花塞8，载气管道1入口处具有laval管自适应喉部10，沙粒进料管2与载气管道1垂直连通，并且沙粒进料管2位于载气管道1入口处laval管的自适应喉部10靠近十字交叉Hartmann双级共振管的一侧。氧气管道6与乙炔管道7与双级共振管的十字交叉口连通。氧气管道6、乙炔管道7以及载气管道1中心线位于同一平面上，且均设置于锥形外壳体11内，且氧气管道6与乙炔管道7关于载气管道1对称设置。火花塞8沿着喷嘴5侧壁高度方向设置有多个，氧气管道6与乙炔管道7设有多个分支管分别与喷嘴5设有火花塞8的高度处的内管道连通。

为了能够调节沙子吸入速率以及氧气和乙炔充入速率，载气管道1、沙粒进料管2、氧气管道6或乙炔管道7上设置有流量阀。

为了使得喷出的熔融态沙粒能够有足够的冲击力冲击选区，喷嘴5靠近出口处设置有laval管自适应喉部特征。

如图1所示，载气管道1从入口处一直沿着相同的斜率收缩至喉部10，喉部10距离载气管道1入口处的距离为载气管道总长的1/8～1/6，而沙粒进料管2离入口处距离不超过载气管道1总长的1/5，使得沙粒能够被充分加速雾化，当沙粒到达十字交叉口9处时其粒径变小，更加有利于加热熔融。

如图4所示，载气管道1从入口处一直沿着相同的斜率收缩至喉部10，喉部10再沿着相同的斜率一直扩张至十字交叉口9即载气管道1和一级共振管3、二级共振管4交汇处。同样的，喷嘴5内部管径则从十字交叉口9处收缩至其靠近出口处的laval管自适应喉部，再由该自适应喉部扩张至出口。此种设计可充分利用管道长度，加速气体或熔融态沙粒。

实施例2

如图5所示，一种超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴，包括载气管道1、沙粒进料管2、一级共振管3、二级共振管4和喷嘴5，载气管道1与封闭的一级共振管3在一条直线上，封闭的二级共振管4和喷嘴5位于同一直线上，载气管道1、一级共振管3、二级共振管4、喷嘴5形成十字交叉口9的Hartmann双级共振管，十字交叉口9处设有火花塞8，载气管道1入口处具有laval管自适应喉部10，沙粒进料管2与载气管道1垂直连通，并且沙粒进料管2位于载气管道1入口处laval管的自适应喉部10靠近十字交叉Hartmann双级共振管的一侧。氧气管道6与乙炔管道7与双级共振管的十字交叉口连通。氧气管道6、乙炔管道7以及载气管道1中心线位于同一平面上，且氧气管道6与乙炔管道7关于载气管道1对称设置。火花塞8沿着喷嘴5侧壁高度方向设置有多个，氧气管道6与乙炔管道7设有多个分支管分别与喷嘴5设有火花塞8的高度处的内管道连通。

为了能够调节沙子吸入速率以及氧气和乙炔充入速率，载气管道1、沙粒进料管2、氧气管道6或乙炔管道7上设置有流量阀。

为了使得喷出的熔融态沙粒能够有足够的冲击力冲击选区，喷嘴5靠近出口处设置有laval管自适应喉部特征。

本实施例中喷嘴5内部管道整体呈圆锥形，喷嘴5出口处截面直径最小。喷嘴5靠近出口处设有laval管自适应喉部特征。该laval管自适应喉部特征离喷嘴5入口处距离为喷嘴5总高度的1/10～1/12,喷嘴5在十字交叉口9处的截面直径为载气管道1、一级共振管3或二级共振管4的1.5～5倍，载气管道1、一级共振管3或二级共振管4在十字交叉口9处的截面均为圆形且直径相等。载气管道1、一级共振管3与二级共振管4交汇处相切，载气管道1和一级共振管3中心线位于同一直线上且与喷嘴5的侧边相切。

上述喷嘴5的结构形式使得当沙粒进入十字交叉口9处时，形成旋流，使得沙粒能够更长时间的停留在喷嘴内进行充分熔融，当沙粒熔融后由于相互凝结，重量变大往下坠落，但未被充分熔融的沙粒则由于旋流的作用向上运动，待充分熔融后再喷出。

一种利用上述两个实施例中的超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴进行沙粒熔融的方法：包括如下步骤：

步骤1)将沙粒进料管2的入口处连接软管，将软管埋入原料沙粒池；

步骤2)在氧气管道6与乙炔管道7内分别通入氧气和乙炔气体，氧气和乙炔的容量比例为1:1～1:1.5；

步骤3当喷嘴十字交叉处的温度在1700℃～2000℃之间时，在载气管道1内通入高压惰性气体，高压惰性气体在载气管道1内形成高速气流，使得载气管道1内形成负压将沙粒吸入双级共振管内部进行熔融并由喷嘴5处喷出。

Claims (8)

1.一种超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴，包括载气管道(1)、一级共振管(3)、二级共振管(4)和喷嘴(5)，载气管道(1)与封闭的一级共振管(3)在一条直线上，封闭的二级共振管(4)和喷嘴(5)位于同一直线上，载气管道(1)、一级共振管(3)、二级共振管(4)、喷嘴(5)形成十字交叉的Hartmann双级共振管，十字交叉口(9)处设有火花塞(8)，其特征在于：载气管道(1)入口处具有laval管自适应喉部(10)，沙粒进料管(2)与载气管道(1)连通，沙粒进料管(2)位于载气管道(1)入口处喉部(10)靠近十字交叉口(9)的一侧，氧气管道(6)与乙炔管道(7)与双级共振管的十字交叉口连通。

2.根据权利要求1所述的超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴，其特征在于：所述氧气管道(6)、乙炔管道(7)以及载气管道(1)中心线位于同一平面上，且氧气管道(6)与乙炔管道(7)关于载气管道(1)对称设置。

3.根据权利要求1所述的超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴，其特征在于：所述载气管道(1)、沙粒进料管(2)、氧气管道(6)或乙炔管道(7)上设置有流量阀。

4.根据权利要求1所述的超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴，其特征在于：所述喷嘴(5)整体呈圆锥形，喷嘴(5)出口处截面直径最小。

5.根据权利要求1所述的超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴，其特征在于：所述所述喷嘴(5)整体呈向出口处截面减小的圆锥形，喷嘴(5)靠近出口处设有laval管自适应喉部特征。

6.根据权利要求4或5所述的超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴，其特征在于：所述载气管道(1)、一级共振管(3)和二级共振管(4)交汇处管径相同且相切，载气管道(1)和一级共振管(3)与喷嘴(5)的侧边相切，喷嘴(5)与二级共振管(4)交汇处的内部管道截面直径大于二级共振管(4)在交汇处的截面直径。

7.根据权利要求1所述的超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴，其特征在于：所述火花塞(8)沿着喷嘴(5)侧壁设置有多个，所述氧气管道(6)与乙炔管道(7)设有多个分支管分别与喷嘴(5)设有火花塞(8)的高度处的内管道连通。

8.一种利用权利要求1所述的超音速氧乙炔爆炸燃烧喷嘴进行沙粒熔融的方法：包括如下步骤：

步骤1)将沙粒进料管(2)的入口处连接软管，将软管埋入原料沙粒池；

步骤2)在氧气管道(6)与乙炔管道(7)内分别通入氧气和乙炔气体，氧气和乙炔的容量比例为1:1～1:1.5；

步骤3)当喷嘴十字交叉处的温度在1700℃～2000℃之间时，在载气管道(1)内通入高压惰性气体，高压惰性气体在载气管道(1)内形成高速气流，使得载气管道(1)内形成负压将沙粒吸入双级共振管内部进行熔融并由喷嘴(5)处喷出。