CN108941106A - 全方位自激脉冲空化射流清洗器 - Google Patents

Abstract

一种全方位自激脉冲空化射流清洗器，包括竖直旋转装置、水平旋转装置、配重块和喷嘴分流装置，水平旋转装置连接在竖直旋转装置上，配重块设置在竖直旋转装置上并与水平旋转装置相对，喷嘴分流装置设置在水平旋转装置上并相对转动。清洗液从竖直旋转装置入口进入，在竖直旋转装置中分流，竖直到达底部的清洗液通过供能用普通喷嘴驱动竖直旋转装置旋转；在中间横向流动的清洗液通过水平旋转装置和喷嘴分流装置进入射流喷嘴，形成具有较强打击力的射流，从而对被清洗容器进行全方位高效清洗。该清洗器采用反冲自驱结构，实现了360度全方位无死角清洗；能够保证转速均匀，清洗全面；可以在低压状况下实现高打击力，实现了低压高效清洗。

Description

全方位自激脉冲空化射流清洗器

技术领域

本发明涉及一种清洗装置，具体涉及一种用于反应釜、球罐等罐体容器高效节能、在低压状态下360度全方位自驱式旋转自激脉冲空化射流清洗器。

背景技术

工业中高效环保的清洗技术对于提高生产效率、延长设备使用寿命、降低环境污染以及设备外观美观度和人类卫生健康等都有着重要意义。其中物理清洗技术以其污染小、操作灵活、无化学腐蚀等优点逐渐成为主流，物理清洗中，又以高压水射流清洗为重要内容。其他诸如超声波清洗、PIG清洗、干冰清洗等应用较少。近些年来自激脉冲空化射流清洗则以其效率高、节水省时、成本低等优点，在船体、管道、储罐、反应器等清洗方面逐渐得到了越来越多的应用。

传统的旋转射流清洗器采用的动力方式有三类：一是利用反冲原理来驱动喷嘴旋转，比较典型的设计为草坪喷水器，由于反冲力受限于管路的流量压力以及偏心距，所以转速固定不可调节，在实际应用中受到限制；二是利用涡轮获取动力，并通过变速机构将动力传递到旋转喷嘴上，这种结构非常复杂，零部件多，造价较高且容易损坏；三是用外加电机驱动喷头旋转，需要额外耗能。

具有自驱能力的喷头设计已有公开报道，但是能够实现双轴旋转进而实现360度罐体全覆盖的自驱喷头亦未见公开报道。

发明内容

本发明针对现有旋转射流清洗器的动力技术存在的不足，提供一种高效节能、结构简单、操作便捷、在低压下实现高打击力的自驱动360度全方位自激脉冲空化射流清洗器。

本发明的全方位自激脉冲空化射流清洗器，采用以下技术方案：

该清洗器，包括竖直旋转装置、水平旋转装置、配重块和喷嘴分流装置，水平旋转装置连接在竖直旋转装置上，配重块设置在竖直旋转装置上并与水平旋转装置相对，喷嘴分流装置设置在水平旋转装置上并相对转动。

所述竖直旋转装置，包括竖直旋转驱动块、主分流腔、竖直旋转轴管和竖直连接腔，竖直旋转驱动块的内腔侧面偏心开设有喷孔，主分流腔连接在竖直旋转驱动块上，竖直连接腔通过轴承安装在竖直旋转轴管上。所述喷孔的偏心距为10mm。所述竖直旋转驱动块中的内腔与主分流腔同轴。

所述水平旋转装置，包括水平连接腔和水平旋转轴管，水平连接腔连接在竖直旋转装置中的主分流腔上，水平旋转轴管通过轴承安装在水平连接腔中。

所述喷嘴分流装置，包括喷嘴分流块和喷嘴，喷嘴分流块与水平旋转装置中的水平旋转轴管通过轴承连接，喷嘴分流块的侧面设置有偏心开孔，开孔中安装有喷嘴。

所述喷嘴为自激脉冲空化射流喷嘴，包括进喷头、空化腔和出喷头，进喷头和出喷头分别连接在空化腔的两端，进喷头与喷嘴分流装置中的喷嘴分流块连接。所述进喷头的入口直径为12mm，出口直径d₁为2.5mm。所述空化腔的内径为30mm，空化腔的长度为21mm。所述出喷头的入口直径为5mm，出喷头为长度84mm的直管。

清洗液从竖直旋转装置入口进入，在竖直旋转装置中分流，竖直到达底部的清洗液通过供能用普通喷嘴驱动竖直旋转装置旋转；在中间横向流动的清洗液通过水平旋转装置和喷嘴分流装置进入自激脉冲空化射流喷嘴，经特殊空化射流喷嘴结构形成具有较强打击力的射流，从而对被清洗容器进行全方位高效清洗。

本发明将自驱动旋转结构与喷嘴进行优化设计，可以实现高效高质量清洗，具有以下特点：

1.采用的自驱旋转结构避免了传统旋转射流清洗器的复杂结构，不再采用涡轮获能、层级传动的方式，而改用反冲自驱结构，节能高效，结构简单，易损件少，极大地提高了清洗器的经济性和可靠性；

2.通过控制喷嘴偏心距即可巧妙实现转速控制，并且通过控制转速可以实现对打击持续时间与频率的控制，能够根据被清洗罐体容器的清洗需求而改变转速，节省了复杂设计环节；

3.采用双轴旋转结构，即水平轴、竖直轴同步旋转，从而实现罐体360度无死角清洗；

4.采用的竖直旋转装置，能够在保证竖直方向转动的情况下合理地将清洗液分流，既能保证竖直旋转驱动又能保持喷嘴来流量，节能又高效；

5.采用的水平旋转装置和配重块，能够在保证水平方向平衡的前提下实现水平轴平稳旋转；

6.采用的喷嘴分流装置，能够有效地将水平方向清洗液均分到四个喷嘴中，通过四个喷嘴的反冲作用带动水平旋转装置旋转，能够保证转速均匀，清洗全面；

7.采用的自激脉冲空化射流喷嘴，可以在低压状况下实现高打击力，从而实现低压高效清洗，将高压射流清洗转变在低压工况下实现，在保证清洗效果的前提下可以达到节能的目的。

附图说明

图1是本发明全方位自激脉冲空化射流清洗器的结构示意图。

图2是本发明中竖直旋转驱动块中的喷孔偏心示意图。

图3是本发明中喷嘴分流块上喷嘴偏心安装示意图。

图4是本发明中自激脉冲空化射流喷嘴腔体几何形状示意图。

图5是本发明中的分流示意图。

图6是本发明中喷嘴相对主体的旋转示意图。

图中：1.竖直旋转驱动块，2.主分流腔，3.配重块，4.竖直旋转轴管，5.O型密封圈，6.推力球轴承，7.竖直轴套，8.竖直连接腔，9.密封圈，10.竖直轴环，11.水平连接腔，12.水平密封定位块，13.水平密封端盖，14.滚针轴承，15.喷嘴分流块，16.水平旋转轴管，17.水平轴套，18.水平轴环，19.密封圈，20.O型密封环，21.喷嘴分流块端盖，22.上喷嘴，23.空化腔，24.下喷嘴，25.喷孔，27.驱动内腔，28.喷嘴轴线，29.分流内腔轴线。

具体实施方式

本发明的全方位自激脉冲空化射流清洗器，包括竖直旋转装置、水平旋转装置、配重块3和喷嘴分流装置，水平旋转装置连接在竖直旋转装置上，配重块3设置在竖直旋转装置上并与水平旋转装置相对，喷嘴分流装置设置在水平旋转装置上并相对转动。配重块3起到保持整个清洗器水平方向受力平衡以平稳旋转的作用，各部分的具体结构如图1所示。

竖直旋转装置，包括竖直旋转驱动块1、主分流腔2、竖直旋转轴管4和竖直连接腔8。竖直旋转驱动块1中的驱动内腔27的侧面偏心开设有两个喷孔25，形成普通直通喷嘴。如图2所示，每个喷孔25的轴线与驱动内腔27的轴线偏心距离为10mm，两个喷孔轴线在驱动内腔27轴线的两侧。主分流腔2的下端竖直连接在竖直旋转驱动块1上，两者通过55度锥螺纹密封连接。竖直旋转驱动块1中的驱动内腔27与主分流腔2连通且同轴(轴线重合)。竖直旋转轴管4通过锥螺纹与主分流腔2的上端密封连接。竖直连接腔8通过推力球轴承6安装在竖直旋转轴管4上，竖直连接腔8的下端与竖直旋转轴管4之间设置有O型密封圈5，竖直旋转轴管4上位于竖直连接腔8的上端位置设置有竖直轴环10，竖直连接腔8的上端与竖直轴环10之间设置有O型密封圈9。竖直轴环10与推力球轴承6之间设置有竖直轴套7。

水平旋转装置，包括水平连接腔11和水平旋转轴管16。水平连接腔11的一端通过螺纹密封连接在竖直旋转装置中的主分流腔2上，并与主分流腔2连通。水平连接腔11的另一端安装有水平密封端盖13，水平旋转轴管16通过滚针轴承14安装在水平连接腔11中并伸出，水平旋转轴管16与水平连接腔11之间还设置有水平密封定位块12。水平密封定位块12与滚针轴承14之间设置有水平轴套17。水平密封端盖13与滚针轴承14之间设置有水平轴环18。水平密封端盖13与水平旋转轴管16之间设置有O型密封圈19。水平旋转轴管16与水平密封定位块12之间设置有O型密封圈20。

喷嘴分流装置，包括喷嘴分流块15和喷嘴26，喷嘴分流块15与水平旋转轴管16通过滚针轴承连接，喷嘴分流块15内部为50mm×50mm的分流内腔，喷嘴分流块15上采用四螺钉固定有端盖21。喷嘴分流块15的4个侧面均有开孔，每个开孔安装一个喷嘴26。如图3所示，喷嘴26相对于分流内腔偏心安装，喷嘴26的轴线28与分流内腔对应平行轴线29的距离为10mm，喷嘴分流块15上相对两个侧面上的喷嘴在分流内腔轴线的两侧。

喷嘴26采用清洗用自激脉冲空化射流喷嘴。自激脉冲空化射流喷嘴包括进喷头22、空化腔23和出喷头24，进喷头22和出喷头24分别连接在空化腔23的两端，进喷头22与喷嘴分流块15连接。清洗液通过喷嘴分流块15均匀地分流到四个结构相同且偏心布置的喷嘴26，经过自激脉冲空化的清洗液具有较高的打击力。

所采用的自激脉冲空化射流喷嘴，各处尺寸如图4所示，各尺寸最佳比值如下：

此处，由前述计算知d₁＝2.5mm，故最佳尺寸组合为：

d₂＝5mm D＝30mm L₁＝21mm L₂＝84mm

由此，进喷头22的入口直径为12mm，出口直径d₁为2.5mm。空化腔23的内径D为30mm，空化腔23的长度为L₁为21mm。出喷头24的入口处呈圆锥状，入口直径d₂为5mm，通过长度L₂为84mm的直管延伸段形成细圆柱状出口。

在动力设计上，利用反冲原理获得旋转动力是最为简单的方法，而对于喷嘴来说最为重要的两个参数即为转速和打击力，其中，影响转速的因素有：系统流量、压力、喷嘴出口切向的偏心距、旋转阻力矩、旋转组件的转动惯量等。系统流量和压力通常由企业提供的离心泵参数给定，旋转阻力矩取决于轴承参数，影响不大，旋转组件的转动惯量由零部件尺寸和材质决定，在结构未完全设计出之前，难以确定，故在系统稳定运行情况下，控制好喷嘴26的偏心距，即可实现对转速的控制。在设计过程中，可以采用经验试算的方法进行设计。该设计中，水平旋转轴管16的旋转转速较高，需带动喷嘴26一起旋转，竖直旋转轴管4的旋转只起到360扫描的作用，转速较低，以实现对污物的持续打击。

本发明采用多个空化射流喷嘴26偏心布置，驱动水平旋转轴管16旋转，采用两个喷孔25偏心布置驱动主分流腔2的旋转。为了平衡竖直方向的转动重心，降低振动与噪音，主分流腔2上设置配重块3，主分流腔2又与竖直连接腔8相对转动。如此，各个喷嘴26在反冲力矩与摩擦力矩共同作用下加速到某一恒定转速，可以实现全空间覆盖，保证清洗的彻底性。

如图5所示，处于底部的竖直旋转驱动块1上的两个喷孔25只起低转速的驱动作用，故分流量小，在初步计算时先予以忽略以方便计算。为保证空化的彻底性，在1-1截面(截面1-1是主分流腔2上端部的内孔截面，主分流腔2有一个直径为50mm的入口大径，与大径成台阶孔状的分流小径的直径为18mm)和2-2截面(截面2-2是进喷头22的出口截面，是空化开始截面)间应用无能量损失的伯努利方程，忽略位能，并考虑到分流情况有：

式中：

P₁＝0.5MPa

P₂为90度清水的饱和蒸气压，P₂＝0.07MPa

则可计算出：

v₂＝10.42m/s

对于2-2截面：

代入相关数据可得：d≈3mm，为减小装置所占空间，取d≈2.5mm。

强度校核按照GB150-2011进行，参照内压圆筒容器部分。各处静压是不同，都按照内压0.5MPa进行计算，偏于安全。根据结构设计后确定的流道尺寸可知，流道内的各内径值有：30mm、26mm、18mm、12mm、2.5mm、2mm。其中内径为30mm的圆筒的计算最小壁厚为：

式中[σ]^t为90度时304不锈钢的许用应力。

本发明中考虑到零部件刚度问题，直接取最小壁厚为5mm。在各零件设计中，壁厚皆控制在5mm以上。

如图6所示，主分流腔2的转动动力由连接在主分流腔2底端的竖直旋转驱动块1中的两偏心喷孔25的反冲力矩提供。多个偏心喷嘴26产生的反冲力矩提供了水平旋转轴管16旋转的动力，喷嘴26的反冲作用带动水平旋转轴管16的旋转。喷嘴26旋转构成了一个清洗平面，喷嘴分流块15相对主分流腔2做水平轴旋转运动，转速由喷嘴偏心距控制。竖直轴的旋转纯粹是基于驱动目的，结合喷嘴分流块15旋转形成清洗平面360度旋转，从而覆盖整个罐体。

将竖直连接腔8连接在清洗液供应管上，清洗液从竖直旋转装置入口进入，依次经过竖直旋转轴管4和主分流腔2分流进入竖直旋转驱动块1和水平旋转轴管16。清洗液由竖直旋转驱动块1的两偏心喷孔25喷出，形成反冲力矩，使主分流腔2相对竖直连接腔8旋转。清洗液经水平旋转轴管16和喷嘴分流块15由喷嘴26喷出，使水平旋转轴管16转动。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种全方位自激脉冲空化射流清洗器，其特征是：包括竖直旋转装置、水平旋转装置、配重块和喷嘴分流装置，水平旋转装置连接在竖直旋转装置上，配重块设置在竖直旋转装置上并与水平旋转装置相对，喷嘴分流装置设置在水平旋转装置上并相对转动。

2.根据权利要求1所述的全方位自激脉冲空化射流清洗器，其特征是：所述竖直旋转装置，包括竖直旋转驱动块、主分流腔、竖直旋转轴管和竖直连接腔，竖直旋转驱动块的内腔侧面偏心开设有喷孔，主分流腔连接在竖直旋转驱动块上，竖直连接腔通过轴承安装在竖直旋转轴管上。

3.根据权利要求2所述的全方位自激脉冲空化射流清洗器，其特征是：所述喷孔的偏心距为10mm。

4.根据权利要求2所述的全方位自激脉冲空化射流清洗器，其特征是：所述竖直旋转驱动块中的内腔与主分流腔同轴。

5.根据权利要求1所述的全方位自激脉冲空化射流清洗器，其特征是：所述水平旋转装置，包括水平连接腔和水平旋转轴管，水平连接腔连接在竖直旋转装置中的主分流腔上，水平旋转轴管通过轴承安装在水平连接腔中。

6.根据权利要求1所述的全方位自激脉冲空化射流清洗器，其特征是：所述喷嘴分流装置，包括喷嘴分流块和喷嘴，喷嘴分流块与水平旋转装置中的水平旋转轴管通过轴承连接，喷嘴分流块的侧面设置有偏心开孔，开孔中安装有喷嘴。

7.根据权利要求6所述的全方位自激脉冲空化射流清洗器，其特征是：所述喷嘴为自激脉冲空化射流喷嘴，包括进喷头、空化腔和出喷头，进喷头和出喷头分别连接在空化腔的两端，进喷头与喷嘴分流装置中的喷嘴分流块连接。

8.根据权利要求7所述的全方位自激脉冲空化射流清洗器，其特征是：所述进喷头的入口直径为12mm，出口直径d₁为2.5mm。

9.根据权利要求7所述的全方位自激脉冲空化射流清洗器，其特征是：所述空化腔的内径为30mm，空化腔的长度为21mm。

10.根据权利要求7所述的全方位自激脉冲空化射流清洗器，其特征是：所述出喷头的入口直径为5mm，出喷头为长度84mm的直管。