CN108855662B - 一种多孔直旋混合空化射流喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水射流喷嘴结构领域，具体涉及一种多孔直旋混合空化射流喷嘴，所述的喷嘴包括喷嘴本体、十字型导流件、旋转体；十字形导流体与喷嘴本体内的四个键槽配合固定在喷嘴内，在导流体内部开有阶梯型凹槽，用以和固定在旋转体上的旋转轴配合，使旋转体在喷嘴内一定空间范围内旋转形成旋转及空化射流；导流体及旋转体在中心处开有一轴向通孔形成直射流。本发明利用了阶梯轴和孔的配合，支撑和键槽的配合将叶轮、十字形导流体连接起来，结构简单且不需要定期的润滑和检修，延长了喷嘴的使用寿命；导流件和旋转体上轴向通孔的存在、旋转叶轮的存在及收缩扩张的水平正向喷射口的存在将连续直射流、旋转射流、空化射流结合起来，提高了作业效率。

Description

一种多孔直旋混合空化射流喷嘴

技术领域

本发明属于水射流喷嘴结构领域，具体涉及一种多孔直旋混合空化射流喷嘴。

背景技术

人们经过多年的研究，如今高压水射流技术已经成为了一门新兴的技术产业，正广泛的运用于石油、冶金、交通、船舶等的工业部门。高压水射流技术就是通过高压设备增压，使得水介质具有巨大的能量，当具有如此巨大的能量的水，经过细小的喷嘴喷出后，就会将此巨大的能量聚集成高速的水流。如此蕴含巨大能量的高速水流便可用于各种工业加工。50年代时，人们从水力采煤以及飞机的雨蚀现象中认识到，当射流具有较大的压力和速度时就可以冲蚀比较坚硬的物体。由此人们开始了高压射流和高压设备的研究。60年代，密西根大学的Franze R从热蒸汽透过小间隙泄漏后具有强大推动力的现象中得到启发，研究了高压水射流对木材的切割作用。高压的柱塞泵和增压装置的诞生，使人们重视起对射流的动力学性能以及喷嘴的结构的研究。60年代到70年代，有美国的研究人员提出了高压射流法、电火花法电子束法、激光法、以及等离子体法等25种切割破岩的方法，而最后高压水射流法作为最有效的破岩方法而被运用到的实际应用中。到了70年代，随着各国研究力度的加大，该射流技术进入了高速发展的阶段。通过射流机理和特性的研究，射流加工技术不仅用在了切割和破岩的应用上，而且也开始了清洗的应用。80年代末，由于数值模拟技术和流体显现等先进的测试手段的发展，高压射流技术进一步得到了迅速的发展。Mohamed博士发明了在纯水中添加石榴石的方法，利用石榴石具有明显的棱角的特点，大大提高了水流的切割效率。高压水射流技术是一种以柔克刚的冷加工技术，与其他的加工方法相比，其具有以下的特点和无可替代的优点：加工范围广，可以加工各种金属材料和巨大部分的非金属材料：如玻璃、大理石等；具有较好的加工精度和加工质量，加工切口平滑无毛刺；因为水射流技术是一项冷加工技术，所以不会有热量的产生，不会产生热变形，可用于加工热影响比较敏感的材料，如钛等；该加工技术对环境无污染，一般都是由水和磨料构成，可直接排出；可以对任何物体的任何位置进行加工，无需事先开孔；无需更换刀具，一个喷嘴可以加工出任何形状的材料，可以节约时间和成本；高压水射流设备支持第三方软件，所以加工的形状可以由第三方软件生成，导入水切割机生成加工程序。也可以将其他软件生成的程序直接导入水切割机，实现自动、快速的加工；加工的介质是以水作为主要的加工介质，资源丰富，且磨料可采用石英砂等，价格便宜，成本低。

水射流加工技术由于其上述的多种优点对于水下物体的切割破坏，一般采用水射流技术，水射流通过水流对物体的不同作用方式，对物体产生切割破坏作用。喷嘴结构的多样性使得水流对物体产生了不同的作用方式，水射流方式包括连续直射流、旋转射流、空化射流、脉冲射流及其两种或者多种射流的组合形式。单种射流方式存在一定的局限性，多种射流方式的组合相比于单种射流方式可以大大提高水射流切割的效率。目前已有的喷嘴结构产生的射流组合一般是直旋混合射流、旋转空化射流等。

发明内容

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种多孔直旋混合空化射流喷嘴，其特征在于，所述的多孔直旋混合空化射流喷嘴主要包括喷嘴本体1、旋转体2、导流件3；喷嘴本体为角型喷嘴，角形喷嘴本体1由水平入口腔11、圆锥收缩腔12、水平正向喷口13、倾斜正向喷射口14、键槽15组成；旋转体2由旋转体中心轮毂21、旋转体叶片22、第一级旋转轴23、第二级旋转轴24、轴向通孔25组成；导流件3由导流件中心轮毂31、方形支撑32、轴向通孔33、第一级阶梯孔34、第二级阶梯孔35组成。

所述的喷嘴本体1具体包括：水平正向喷口13为圆锥扩张型，倾斜正向喷射口14为圆柱型，分布在喷嘴尾部，倾斜正向喷射口14与水平正向喷射口13之间夹角不为零，且在喷嘴出口端面上，四个倾斜正向喷射口14以水平正向喷射口13为圆心呈圆周分布；在喷嘴本体水平入口腔11靠近喷嘴入口处有四个键槽15，四个键槽15关于喷嘴轴线呈圆周分布。

所述的旋转体2具体包括：在旋转体中4个旋转体叶片22位于转体中心轮毂21上，关于轮毂21轴线呈圆周分布；旋转轴24固定连接在旋转体中心轮毂21向着喷嘴入口的端面上，与端面相接的为第一级旋转轴23，与第一级旋转轴23相接的为第二级旋转轴24，第二级旋转轴24的直径大于第一级旋转轴23；在旋转体整体轴心上开有以轴向通孔25。

所述的导流件3具体包括：中心轮毂31和方形支撑32向着喷嘴入口的方向进行倒角，4个方形支撑32关于导流体3的中心轮毂31的轴线呈圆周分布，且互相垂直；方形支撑32与角形喷嘴本体1内的4个键槽15采用键槽配合方式固定；导流体3的第一级阶梯孔34和第二级阶梯孔35在导流体3的中心轮毂31内部且在轴向通孔33正下方，轴向通孔33、第一级阶梯孔34和第二级阶梯孔35三者同轴；第一级阶梯孔34与第一级旋转轴23配合，第二级阶梯孔35与第二级旋转轴24配合，旋转体2的底端对应着喷嘴本体1的圆锥收缩腔12。

所述的导流件3的截面形状为十字形，通过方形支撑与喷嘴本体1的键槽15的配合可拆卸的固定安装在喷嘴入口直流道范围内，在导流体3的内部开有阶梯孔，第一级阶梯孔34孔径大于第二级阶梯孔35孔径，阶梯孔和旋转体的旋转轴配合，对旋转体进行支撑；导流件3轴向开有一个轴向通孔33。

所述的旋转体2主体为平板叶轮，平板叶轮的直径与喷嘴本体1直径相等，平板叶轮的叶片数为4且与轮毂31呈一定倾斜角；在叶轮轮毂31端面上喷嘴流体入口方向上固定连接有一旋转轴，旋转轴为阶梯轴，与导流体3内的阶梯孔实现孔和轴的配合；导流体3的第一级阶梯孔34与旋转体2的第一级旋转轴23直径相同，采用间隙配合；旋转体2的第二级旋转轴24直径略小于导流体3的第二级阶梯孔35，旋转体2的旋转轴及轮毂21在中心沿轴向开有一轴向通孔25，轴向通孔25的直径与导流体3内的轴向通孔33的直径相等。

本发明的有益效果在于：

本发明所述的多孔直旋混合空化喷嘴通过键槽与支撑的配合、阶梯轴和孔的配合形成了整体，阶梯轴和孔的配合替代了一般采用的轴和轴承的配合，结构简单且不需要定期的润滑和检修，延长了多孔直旋混合空化射流喷嘴的使用寿命；多孔直旋混合空化喷嘴通过导流件和旋转体上通孔的存在、旋转叶轮的存在及收缩扩张的水平正向喷射口的存在将连续直射流、旋转射流、空化射流结合起来，提高了射流切割的作业效率。

附图说明

图1为本发明的多孔直旋混合空化射流喷嘴的整体装配剖视图；

图2为本发明的多孔直旋混合空化射流喷嘴本体的剖视图；

图3为本发明的多孔直旋混合空化射流喷嘴旋转体的轴测图；

图4为本发明的多孔直旋混合空化射流喷嘴十字形导流件的轴测图；

图5为本发明的多孔直旋混合空化射流喷嘴十字形导流件的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更详细的描述：

结合附图1、附图2、附图3、附图4、附图5本发明包括：

一种多孔直旋混合空化射流喷嘴，主要包括角形喷嘴本体1、旋转体2、导流件3。角形喷嘴本体1由水平入口腔11、圆锥收缩腔12、水平正向喷口13、倾斜正向喷射口14、键槽15组成。水平正向喷口13为圆锥扩张型，倾斜正向喷射口14为圆柱型，分布在喷嘴尾部，倾斜正向喷射口与水平正向喷射口成一定角度，且在喷嘴出口端面上，4个倾斜正向喷射口以水平正向喷射口为圆心呈圆周分布，多喷射口的存在大大提高了射流切割的范围。在喷嘴本体水平入口腔11范围内距喷嘴入口的一定距离处有4个键槽15，键槽15关于喷嘴轴线呈圆周分布。

旋转体2由旋转体中心轮毂21、旋转体叶片22、第一级旋转轴23、第二级旋转轴24、轴向通孔25组成。在旋转体中4个旋转体叶片22转体中心轮毂21上关于轮毂轴线呈圆周分布；旋转轴固定连接在旋转体2的中心轮毂21向着喷嘴入口的端面上，与端面相接的为第一级旋转轴23，与第一级旋转轴23相接的为第二级旋转轴24，第二级旋转轴24的直径略大于第一级旋转轴23；在旋转体整体轴心上开有以轴向通孔25。

导流件3由导流件中心轮毂31、方形支撑32、轴向通孔33、第一级阶梯孔34、第二级阶梯孔35组成。中心轮毂31和方形支撑32向着喷嘴入口的方向进行倒角，4个方形支撑32关于导流件中心轮毂31的轴线呈圆周分布，且相互垂直；方形支撑32与角形喷嘴本体1内的4个键槽15配合，使导流件可拆卸的固定在喷嘴内部；导流件的第一级阶梯孔34、第二级阶梯孔35在导流件中心轮毂31内部，与旋转件2上的旋转轴实现轴和孔的配合，第一级阶梯孔34与第一级旋转轴23配合，第二级阶梯孔35与第二级旋转轴24配合，又因为旋转体2的底端对应着喷嘴本体1的圆锥收缩腔12，因此旋转体被旋转的密封在喷嘴收缩腔前的一段空间内，阶梯轴和孔的配合方式替代了一般采用的的轴和轴承的配合，结构简单且不需要定期的润滑和检修，延长了多喷嘴的使用寿命。

喷嘴本体1、导流件3、旋转体2分别通过键槽和方形支撑的配合、阶梯轴和孔的配合形成了一个可动的整体。当水流由喷嘴本体1的水平入口腔11入喷嘴内部时，大部分流体经过导流件2收敛整流后流入旋转体的空间范围内，小部分流体由轴向通孔33流入导流件内部，当水流进入到旋转体的空间范围内时，水流进入旋转体叶片22间形成的叶轮槽中，带动叶轮旋转，形成旋转射流，同时叶轮的旋转会在叶轮空间范围内形成负压，进而产生空泡，空泡随流体由喷嘴的水平正向喷射口13、倾斜正向喷射口14流出，形成空化射流，同时由于水平正向喷射口13和喷嘴本体1的圆锥收缩腔12的组合结构形式为收缩扩张型，流体由喷嘴的水平正向喷射口13流出时，也会形成空泡，进一步强化了空化射流；由于叶轮旋转轴和导流体内部的阶梯孔配合，因此由导流件轴向通孔33流入导流件内部的流体在导流体3内部阶梯轴和孔的配合处流入旋转体12的内部，不流经叶轮槽，因而当该部分流体从旋转体中流入后端圆锥收缩腔时仍为直射流方式，当该部分流体由倾斜正向喷射口14流出时即为连续的直射流；因此当流体由喷嘴流出时就包含了连续直射流、旋转射流、空化射流三种射流方式。

导流件3的截面形状为十字形，通过方形支撑与喷嘴本体1的键槽15的配合可拆卸的固定安装在喷嘴入口直流道范围内，在导流体3的内部开有阶梯孔，第一级阶梯孔34孔径大于第二级阶梯孔35孔径，阶梯孔和旋转体的旋转轴配合，对旋转体进行支撑；导流件3轴向开有一个轴向通孔33。

旋转体2主体为平板叶轮，平板叶轮的直径与喷嘴本体1直径相等，平板叶轮的叶片数为4且与轮毂31呈一定倾斜角；在叶轮轮毂31端面上喷嘴流体入口方向上固定连接有一旋转轴，旋转轴为阶梯轴，与导流体3内的阶梯孔实现孔和轴的的配合；导流体3的第一级阶梯孔34与旋转体2的第一级旋转轴23直径相同，采用间隙配合；旋转体2的第二级旋转轴24直径略小于导流体3的第二级阶梯孔35，旋转体2的旋转轴及轮毂21在中心沿轴向开有一轴向通孔25，轴向通孔25的直径与导流体3内的轴向通孔33的直径相等。

本发明可以实现水下切割破坏功能的喷嘴，通过键槽与支撑的配合，结构简单且不需要定期的润滑和检修，延长了多孔直旋混合空化射流喷嘴的使用寿命。流体流经该结构的喷嘴后可以产生直射流、旋转射流及空化射流三种射流方式，多种射流方式的组合大大提高喷嘴的使用寿命及作业效率。多孔直旋混合空化喷嘴通过键槽与支撑的配合、阶梯轴和孔的配合形成了整体，阶梯轴和孔的配合替代了一般采用的轴和轴承的配合，结构简单且不需要定期的润滑和检修，延长了多孔直旋混合空化射流喷嘴的使用寿命。多孔直旋混合空化喷嘴通过导流件和旋转体上通孔的存在、旋转叶轮的存在及收缩扩张的水平正向喷射口的存在将连续直射流、旋转射流、空化射流结合起来，提高了射流切割的作业效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多孔直旋混合空化射流喷嘴，其特征在于，所述的多孔直旋混合空化射流喷嘴主要包括喷嘴本体(1)、旋转体(2)、导流件(3)；喷嘴本体为角形喷嘴，角形喷嘴本体(1)由水平入口腔(11)、圆锥收缩腔(12)、水平正向喷口(13)、倾斜正向喷射口(14)、键槽(15)组成；旋转体(2)由旋转体中心轮毂(21)、旋转体叶片(22)、第一级旋转轴(23)、第二级旋转轴(24)、轴向通孔Ⅰ(25)组成；导流件(3)由导流件中心轮毂(31)、方形支撑(32)、轴向通孔Ⅱ(33)、第一级阶梯孔(34)、第二级阶梯孔(35)组成；

所述的喷嘴本体(1)具体包括：水平正向喷口(13)为圆锥扩张型，倾斜正向喷射口(14)为圆柱型，分布在喷嘴尾部，倾斜正向喷射口(14)与水平正向喷口(13)之间夹角不为零，且在喷嘴出口端面上，四个倾斜正向喷射口(14)以水平正向喷口(13)为圆心呈圆周分布；在喷嘴本体水平入口腔(11)靠近喷嘴入口处有四个键槽(15)，四个键槽(15)关于喷嘴轴线呈圆周分布；

所述的旋转体(2)具体包括：在旋转体中4个旋转体叶片(22)位于旋转体中心轮毂(21)上，关于旋转体中心轮毂(21)轴线呈圆周分布；第二级旋转轴(24)固定连接在旋转体中心轮毂(21)向着喷嘴入口的端面上，与端面相接的为第一级旋转轴(23)，与第一级旋转轴(23)相接的为第二级旋转轴(24)，第二级旋转轴(24)的直径大于第一级旋转轴(23)；在旋转体整体轴心上开有轴向通孔Ⅰ(25)。

2.根据权利要求1所述的一种多孔直旋混合空化射流喷嘴，其特征在于，所述的导流件(3)具体包括：中心轮毂(31)和方形支撑(32)向着喷嘴入口的方向进行倒角，4个方形支撑(32)关于导流件(3)的中心轮毂(31)的轴线呈圆周分布，且互相垂直；方形支撑(32)与角形喷嘴本体(1)内的4个键槽(15)采用键槽配合方式固定；导流件(3)的第一级阶梯孔(34)和第二级阶梯孔(35)在导流件(3)的中心轮毂(31)内部且在轴向通孔Ⅱ(33)正下方，轴向通孔Ⅱ(33)、第一级阶梯孔(34)和第二级阶梯孔(35)三者同轴；第一级阶梯孔(34)与第一级旋转轴(23)配合，第二级阶梯孔(35)与第二级旋转轴(24)配合，旋转体(2)的底端对应着喷嘴本体(1)的圆锥收缩腔(12)。

3.根据权利要求1所述的一种多孔直旋混合空化射流喷嘴，其特征在于：所述的导流件(3)的截面形状为十字形，通过方形支撑与喷嘴本体(1)的键槽(15)的配合可拆卸的固定安装在喷嘴入口直流道范围内，在导流件(3)的内部开有阶梯孔，第一级阶梯孔(34)孔径大于第二级阶梯孔(35)孔径，第一级阶梯孔和旋转体的第一级旋转轴配合，第二级阶梯孔和旋转体的第二级旋转轴配合，对旋转体(2)进行支撑；导流件(3)轴向开有一个轴向通孔Ⅱ(33)。

4.根据权利要求1所述的一种多孔直旋混合空化射流喷嘴，其特征在于：所述的旋转体(2)主体为平板叶轮，平板叶轮的直径与喷嘴本体(1)直径相等，平板叶轮的叶片数为4且与导流件中心轮毂(31)呈一定倾斜角；在导流件中心轮毂(31)端面上喷嘴流体入口方向上固定连接有一旋转轴，旋转轴为阶梯轴，与导流件(3)内的阶梯孔实现孔和轴的配合；导流件(3)的第一级阶梯孔(34)与旋转体(2)的第一级旋转轴(23)直径相同，采用间隙配合；旋转体(2)的第二级旋转轴(24)直径略小于导流件(3)的第二级阶梯孔(35)，旋转体(2)的第二级旋转轴及旋转体中心轮毂(21)在中心沿轴向开有一轴向通孔Ⅰ(25)，轴向通孔Ⅰ(25)的直径与导流件(3)内的轴向通孔Ⅱ(33)的直径相等。

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