CN109078734A - 短程射流共点交汇对撞阀 - Google Patents
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Abstract
本发明属于破碎设备，特别涉及一种短程射流共点交汇对撞阀。该对撞阀包括核心组件、进液压块(4)、出液压块(5)、进液压紧管接头(61)、出液压紧管接头(62)、阀体(7)以及压紧螺母(8)。该对撞阀利用高速液流在短流道微孔中沿程压损低、动能消耗小的特点，使阀孔入口处产生的真空泡在阀孔内不发生溃灭。使用时液料的温度低，减少阀孔内低压区可凝性非稳定空泡的形成。在高压射流破碎系统中配置多个微孔，使由微孔射出的高速液流相向、共点汇集，且汇集点充分靠近微孔出口，利用多股液流拥聚点处动能、内能转化时的压力升高，使真空泡溃灭于一处，形成一定空域内的、可持续产生的密集微爆撞点，充分聚集高量级能量密度。
Description
技术领域
本发明属于破碎设备，特别涉及一种短程射流共点交汇对撞阀。
背景技术
利用高压射流破碎是一种制备液、胶、固态超微颗粒的常用方法，可获得纳米级粒子，并能使物料吸收、扩散特性发生明显改变。
高压射流破碎主要利用高压推动载有颗粒物料的液流通过狭缝、微孔并形成高速微射流。当狭缝、微孔相对布置时，还可产生高速微射流间的对撞。其间，载有颗粒物料的液流进入狭缝、微孔时产生的速度骤升，会使颗粒受到拉撕作用；射流断面上极高的速度梯度会对颗粒产生剪切作用；相向射流对撞或射流与固壁间的对撞会对颗粒产生冲击作用；压能转化动能过程的空化效应会使颗粒受到溃灭冲击；多重动力作用可使液流中的颗粒进一步碎裂。
高压射流破碎中，将压力能转换为多种破碎能的关键部件为微孔(隙)阀。微孔(隙)阀按结构可分为单孔阀、窄隙阀、折流阀和对撞阀。其中，单孔阀、窄隙阀产生的破碎能主要为拉撕、剪切；折流阀除拉撕、剪切两种破碎能之外还增加了射流与固壁的撞击；对撞阀多是利用两股相向高速液流的对撞，强化液流中颗粒间的撞击。另外，由于以上四种阀均有压力-速度转换过程，客观上都在一定程度上存在空化效应，产生能量级别高的空泡溃灭冲击能。
空泡溃灭冲击能可达百兆帕量级，对强度较高的硬、韧性颗粒的破碎是一种优质的破碎能。但以上四种阀对于空穴生成和溃灭的控制未进行合理的规划——深长微孔结构产生的空穴会在阀孔内溃灭，造成阀孔壁点蚀；阀出口存在较高背压时会使空穴溃灭于阀口处，造成阀出口处的材料剥落，缩短了阀的使用寿命；可凝性非稳定空泡(蒸汽泡)的产生未进行专门控制，其溃灭前缓冲、消减了真空泡冲击能的作用效果；更重要的是空化溃灭冲击能未作为一种重要的优质破碎能合理、充分利用；与气流磨不同的是，高速液流的载料介质密度为气体的800倍，受液料浓度的限制，射流对撞时颗粒间对撞的几率低，反射流、折向流形成的湍流的阻滞作用抵消了撞击速度，破碎效能甚至低于气流破碎。另外，以上四种常规阀产生的拉撕、剪切、摩擦、撞击等破碎能量级较低，尽管可实现胶体颗粒及液珠的超微细破碎，但对强度较高的硬、韧性颗粒的破碎效果不尽人意。为了改善高压射流破碎对强度较高的硬、韧性颗粒的破碎效果，应针对射流破碎的特点，在发挥现有能量的基础上，多种能量形式整合、协同，强化、突出高量级能的破碎作用。
现有狭缝、微孔阀对于空穴溃灭冲击能的使用上存在的问题主要体现为可凝性空泡和真空泡的生成和溃灭未主动控制，空穴溃灭冲击能分散。
发明内容
本发明的目的是一种短程射流共点交汇对撞阀，该对撞阀具有可以促进稳定真空泡生成和控制真空泡集中溃灭的组合式多通道共点结构。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种短程射流共点交汇对撞阀，包括核心组件、进液压块4、出液压块5、进液压紧管接头61、出液压紧管接头62、阀体7以及压紧螺母8。其中：
所述核心组件包括沟槽阀片1、封盖阀片2以及定位导液环3。
所述沟槽阀片1为圆柱结构，其中心轴向设有贯通沟槽阀片1的出液孔10；沟槽阀片1的进液侧为开槽端面，设有以出液孔10为圆心的进料环形槽11；进料环形槽11将沟槽阀片1的开槽端面分隔为内圆柱开槽端面和外开槽端面；其中，所述内圆柱开槽端面上以出液孔10为中心径向对称地设有多个射流槽12；所述外开槽端面上以出液孔10为中心径向对称地设有多个进料槽13。
所述封盖阀片2为圆柱结构，其一侧端面的中心处设有半球形对撞腔14；所述半球形对撞腔14沿封盖阀片2的轴向朝向封盖阀片2内部延伸，所述半球形对撞腔14的长度小于封盖阀片2的厚度；所述半球形对撞腔14的最大截面直径与出液孔10的直径相同。
所述定位导液环3内部的中间段内周面上对称地设有多个轴向导流槽15，所述定位导液环3的中间段内周面两侧区段的内径比所述中间段内周面的内径大。
所述进液压块4的柱体为圆柱结构，一端设有与柱体同轴的圆台18，另一端的端面为向外凸出的锥形接合面；进液压块4的中心轴向设有贯通的进液孔16；圆台18的侧面径向设有分液孔19，所述分液孔19与进液孔16连通。
所述出液压块5为圆柱结构，一端为平面端面，另一端的端面为向外凸出的锥形接合面；出液压块5的中心轴向设有贯通的出液导向孔20。
所述进液压紧管接头61和出液压紧管接头62具有相同的结构；所述进液压紧管接头61和出液压紧管接头62的柱体为圆柱结构，一端设有与柱体同轴的压紧柱23，另一端设有与柱体同轴的中空圆台24；压紧柱23的外端面为向内凹陷的锥面；进液压紧管接头61和出液压紧管接头62的中心轴向设有贯通的通液孔22。
所述阀体7为圆柱结构，其中心轴向设有贯通的阀片安装孔26；阀体7的进液端和出液端的端面上对称地设有多个防转销孔。
核心组件、进液压块4、出液压块5、进液压紧管接头61、出液压紧管接头62、阀体7以及压紧螺母8共轴布置。
核心组件的沟槽阀片1的开槽端面与封盖阀片2设有半球形对撞腔14的端面贴合；封盖阀片2插入定位导液环3，其中，所述定位导液环3的中间段内周面与封盖阀片2的外周面贴合。
进液压块4的圆台18插入定位导液环3的另一侧；圆台18的端面与封盖阀片2未设有半球形对撞腔14的端面贴合。
出液压块5的平面端面与沟槽阀片1的出液侧端面结合。
核心组件设于阀体7的阀片安装孔26中，并位于阀体7内的中部；在阀体7的进液端和出液端分别设有进液压紧管接头61和出液压紧管接头62；其中，将进液压紧管接头61的压紧柱23插入阀片安装孔26的进液侧中，并使进液压紧管接头61的压紧柱23的向内凹陷的锥面分别与进液压块4的锥形接合面贴合；将出液压紧管接头62的压紧柱23插入阀片安装孔26的出液侧中，并使出液压紧管接头62的压紧柱23的向内凹陷的锥面分别与出液压块5的锥形接合面贴合。
所述出液孔10、半球形对撞腔14、进液孔16、出液孔20、通液孔22以及阀片安装孔26同轴。
压紧螺母8套装于进液压紧管接头61和出液压紧管接头62的外部。
所述沟槽阀片1的直径、定位导液环3的外径、阀片安装孔26的内径及压紧柱23的外径相同；定位导液环3的中间段内周面的内径与封盖阀片2的外周面的直径相同；封盖阀片2的外周面的直径小于沟槽阀片1的外周面的直径；进液压块4的圆台18的外径小于定位导液环3与其配合的内部区段的内径，从而形成分液孔19经轴向导流槽15至进料槽13的液料通道。
所述进液压紧管接头61和出液压紧管接头62的柱体与压紧柱23同侧的端面上对称地设有多个防转销孔；所述阀体7上设有防转销孔；将防转销9插入阀体7上的防转销孔，使进液压紧管接头61和出液压紧管接头62与阀体7固定。
所述阀体7的柱体外周面设有螺纹。
所述射流槽12的当量直径为20-100μm。
所述出液孔10的圆周与进料环形槽11的内圆周的径向间距为射流槽12当量直径的3-5倍。
射流槽12的个数大于等于三个。
出液孔10的横截面积与所有射流槽12的总横截面积之和的比大于5。
所有进料槽13的总横截面积之和与所有射流槽12的总横截面积之和的比大于10。
进料环形槽11的横截面大于所有进料槽13的总横截面积之和。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明的短程射流共点交汇对撞阀，利用高压液料进入微孔时形成的流动方向上的高速度梯度，克服液体分子的内力，拉开液体的连贯整体性，产生稳定的断裂真空泡。
2)本发明的短程射流共点交汇对撞阀，利用高速液流在短流道微孔中沿程压损低、动能消耗小的特点，使阀孔入口处产生的真空泡在阀孔内不发生溃灭。
3)本发明的短程射流共点交汇对撞阀，使用时液料的温度低，减少阀孔内低压区可凝性非稳定空泡的形成。
4)本发明的短程射流共点交汇对撞阀，在高压射流破碎系统中配置多个微孔，使由微孔射出的高速液流相向、共点汇集，且汇集点充分靠近微孔出口，利用多股液流拥聚点处动能、内能转化时的压力升高，使真空泡溃灭于一处，形成一定空域内的、可持续产生的密集微爆撞点，充分聚集高量级能量密度。
附图说明
图1为本发明的短程射流共点交汇对撞阀的剖面结构示意图；
图2为本发明的短程射流共点交汇对撞阀的分解图；
图3为本发明的短程射流共点交汇对撞阀的沟槽阀片1的结构示意图；
图4为本发明的短程射流共点交汇对撞阀的封盖阀片2的结构示意图；
图5为本发明的短程射流共点交汇对撞阀的沟槽阀片1和封盖阀片2的组装结构示意图；
图6为本发明的短程射流共点交汇对撞阀的定位导液环3的结构示意图；
图7为本发明的短程射流共点交汇对撞阀的进液压块4的结构示意图；
图8为本发明的短程射流共点交汇对撞阀的出液压块5的结构示意图；
图9为本发明的短程射流共点交汇对撞阀的进液压紧管接头61、出液压紧管接头62的结构示意图；
图10为本发明的短程射流共点交汇对撞阀的阀体7的结构示意图。
其中，附图标记为：
1沟槽阀片 2封盖阀片
3定位导液环 4进液压块
5出液压块
61进液压紧管接头 62出液压紧管接头
7阀体 8压紧螺母
9防转销 10出液孔
11进料环形槽 12射流槽
13进料槽 14半球形对撞腔
15轴向导流槽 16进液孔
18圆台 19分液孔
20出液导向孔 22通液孔
23压紧柱 24中空圆台
26阀片安装孔
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1和2所示，一种短程射流共点交汇对撞阀，包括核心组件、进液压块4、出液压块5、进液压紧管接头61、出液压紧管接头62、阀体7、压紧螺母8以及防转销9。其中，
所述核心组件包括沟槽阀片1、封盖阀片2以及定位导液环3。
进一步参阅图3，所述沟槽阀片1为圆柱结构，其中心轴向设有贯通沟槽阀片1的出液孔10。沟槽阀片1的进液侧为开槽端面，设有以出液孔10为圆心的进料环形槽11；进料环形槽11将沟槽阀片1的开槽端面分隔为内圆柱开槽端面和外开槽端面；其中，所述内圆柱开槽端面上以出液孔10为中心径向对称地设有多个射流槽12；所述外开槽端面上以出液孔10为中心径向对称地设有多个进料槽13。沟槽阀片1的出液侧端面具有出液孔10的出口。
优选地，所述射流槽12的当量直径为20-100μm。
优选地，所述出液孔10的圆周与进料环形槽11的内圆周的径向间距为射流槽12的当量直径的3-5倍。
优选地，射流槽12的个数大于等于三个。
优选地，出液孔10的横截面积与所有射流槽12的总横截面积之和的比大于5。
优选地，所有进料槽13的总横截面积之和与所有射流槽12的总横截面积之和的比大于10。
优选地，进料环形槽11的横截面积大于所有进料槽13的总横截面积之和。
进一步参阅图4，所述封盖阀片2为圆柱结构，其一侧端面的中心处设有半球形对撞腔14。所述半球形对撞腔14沿封盖阀片2的轴向朝向封盖阀片2内部延伸，所述半球形对撞腔14的长度小于封盖阀片2的厚度。所述半球形对撞腔14的最大截面直径与出液孔10的直径相同。
进一步参阅图6，所述定位导液环3内部的中间段内周面上对称地设有多个轴向导流槽15。所述定位导液环3的中间段内周面两侧区段的内径比所述中间段内周面的内径大。
进一步参阅图7，所述进液压块4的柱体为圆柱结构，一端设有与柱体同轴的圆台18，另一端的端面为向外凸出的锥形接合面。进液压块4的中心轴向设有贯通的进液孔16。圆台18的侧面径向设有分液孔19，所述分液孔19与进液孔16连通。
进一步参阅图8，所述出液压块5的柱体为圆柱结构，一端为平面端面，另一端的端面为向外凸出的锥形接合面。出液压块5的中心轴向设有贯通的出液导向孔20。
进一步参阅图9，所述进液压紧管接头61和出液压紧管接头62具有相同的结构。所述进液压紧管接头61和出液压紧管接头62的柱体为圆柱结构，一端设有与柱体同轴的压紧柱23，另一端设有与柱体同轴的中空圆台24。压紧柱23的外端面为向内凹陷的锥面。中空圆台24的内壁设有螺纹。进液压紧管接头61和出液压紧管接头62的中心轴向设有贯通的通液孔22。进液压紧管接头61和出液压紧管接头62的柱体与压紧柱23同侧的端面上对称地设有多个防转销孔。
进一步参阅图10，所述阀体7为圆柱结构，其中心轴向设有贯通的阀片安装孔26。阀体7的进液端和出液端的端面上对称地设有多个防转销孔。阀体7的柱体外周面设有螺纹。阀体7上设有六角螺母。
组装时，核心组件、进液压块4、出液压块5、进液压紧管接头61、出液压紧管接头62、阀体7以及压紧螺母8共轴布置，具体布置方式为：
进一步参阅图5，核心组件的沟槽阀片1的开槽端面与封盖阀片2设有半球形对撞腔14的端面贴合。封盖阀片2插入定位导液环3，其中，所述定位导液环3的中间段内周面与封盖阀片2的外周面配合。
进液压块4的圆台18插入定位导液环3的另一侧；圆台18的端面与封盖阀片2未设有半球形对撞腔14的端面贴合。
出液压块5的平面端面与沟槽阀片1的出液侧端面结合。
核心组件设于阀体7的阀片安装孔26中，并位于阀体7内的中部。在阀体7的进液端和出液端分别设有进液压紧管接头61和出液压紧管接头62；其中，将进液压紧管接头61的压紧柱23插入阀片安装孔26的进液侧中，并使进液压紧管接头61的压紧柱23的向内凹陷的锥面与进液压块4的锥形接合面贴合；将出液压紧管接头62的压紧柱23插入阀片安装孔26的出液侧中，并使出液压紧管接头62的压紧柱23的向内凹陷的锥面与出液压块5的锥形接合面贴合。将防转销9插入阀体7上的防转销孔，使进液压紧管接头61和出液压紧管接头62与阀体7固定。压紧螺母8通过阀体7的柱体外周面的螺纹套装于进液压紧管接头61和出液压紧管接头62的外部。
所述出液孔10、半球形对撞腔14、进液孔16、出液孔20、通液孔22以及阀片安装孔26同轴。
所述沟槽阀片1的直径、定位导液环3的外径、阀片安装孔26的内径及压紧柱23的外径相同；定位导液环3的中间段内周面的内径与封盖阀片2的外周面的直径相同。封盖阀片2的外周面的直径小于沟槽阀片1的外周面的直径。进液压块4的圆台18的外径小于定位导液环3与其配合的内部区段的内径，从而形成分液孔19经轴向导流槽15至进料槽13的液料通道。
本发明的工作过程为：
将进液压紧管接头61的中空圆台24接入进液装置，将出液压紧管接头62的中空圆台24接入收集装置。
带有待破碎颗粒的液料在进液装置压力推动下，首先由进液压紧管接头61的通液孔22进入，顺序流经进液压块4上的进液孔16、分液孔19，由分液孔19通过定位导液环3的导流槽15流入沟槽阀片1的多个进料槽13后到达进液环形槽11，再由进液环形槽11流入多个射流槽12，在射流槽12中形成高速微射流。由于速度骤升，液料中被拉撕处产生真空泡。裹挟有真空泡的高速微射流由射流槽12射出并共点交汇于出液孔10。由于在交汇点的出液孔10速度压力转换，使液料在交汇点的出液孔10处速度骤降、压力升高，在多股高速微射流对撞的同时，液料中的真空泡集中溃灭，释放出高量级溃灭冲击能，使液料中的颗粒在封盖阀片2的半球形对撞腔14中实现破碎。
破碎后的的液体由出液孔10通过出液块5的出液导向孔20流入出液压紧管接头62的通液孔22，从而流入收集装置进行收集。
使用时，待处理的液料温度低于半球形对撞腔14负压下液体的汽化温度。
Claims (9)
1.一种短程射流共点交汇对撞阀，其特征在于：包括核心组件、进液压块(4)、出液压块(5)、进液压紧管接头(61)、出液压紧管接头(62)、阀体(7)以及压紧螺母(8)；其中，
所述核心组件包括沟槽阀片(1)、封盖阀片(2)以及定位导液环(3)；
所述沟槽阀片(1)为圆柱结构，其中心轴向设有贯通沟槽阀片(1)的出液孔(10)；沟槽阀片(1)的进液侧为开槽端面，设有以出液孔(10)为圆心的进料环形槽(11)；进料环形槽(11)将沟槽阀片(1)的开槽端面分隔为内圆柱开槽端面和外开槽端面；其中，所述内圆柱开槽端面上以出液孔(10)为中心径向对称地设有多个射流槽(12)；所述外开槽端面上以出液孔(10)为中心径向对称地设有多个进料槽(13)；
所述封盖阀片(2)为圆柱结构，其一侧端面的中心处设有半球形对撞腔(14)；所述半球形对撞腔(14)沿封盖阀片(2)的轴向朝向封盖阀片(2)内部延伸，所述半球形对撞腔(14)的长度小于封盖阀片(2)的厚度；所述半球形对撞腔(14)的最大截面直径与出液孔(10)的直径相同；
所述定位导液环(3)内部的中间段内周面上对称地设有多个轴向导流槽(15)，所述定位导液环(3)的中间段内周面两侧区段的内径比所述中间段内周面的内径大；
所述进液压块(4)的柱体为圆柱结构，一端设有与柱体同轴的圆台(18)，另一端的端面为向外凸出的锥形接合面；进液压块(4)的中心轴向设有贯通的进液孔(16)；圆台(18)的侧面径向设有分液孔(19)，所述分液孔(19)与进液孔(16)连通；
所述出液压块(5)为圆柱结构，一端为平面端面，另一端的端面为向外凸出的锥形接合面；出液压块(5)的中心轴向设有贯通的出液导向孔(20)；
所述进液压紧管接头(61)和出液压紧管接头(62)具有相同的结构；所述进液压紧管接头(61)和出液压紧管接头(62)的柱体为圆柱结构，一端设有与柱体同轴的压紧柱(23)，另一端设有与柱体同轴的中空圆台(24)；压紧柱(23)的外端面为向内凹陷的锥面；进液压紧管接头(61)和出液压紧管接头(62)的中心轴向设有贯通的通液孔(22)；
所述阀体(7)为圆柱结构，其中心轴向设有贯通的阀片安装孔(26)；阀体(7)的进液端和出液端的端面上对称地设有多个防转销孔；
核心组件、进液压块(4)、出液压块(5)、进液压紧管接头(61)、出液压紧管接头(62)、阀体(7)以及压紧螺母(8)共轴布置；
核心组件的沟槽阀片(1)的开槽端面与封盖阀片(2)设有半球形对撞腔(14)的端面贴合；封盖阀片(2)插入定位导液环(3)，其中，所述定位导液环(3)的中间段内周面与封盖阀片(2)的外周面贴合；
进液压块(4)的圆台(18)插入定位导液环(3)的另一侧；圆台(18)的端面与封盖阀片(2)未设有半球形对撞腔(14)的端面贴合；
出液压块(5)的平面端面与沟槽阀片(1)的出液侧端面结合；
核心组件设于阀体(7)的阀片安装孔(26)中，并位于阀体(7)内的中部；在阀体(7)的进液端和出液端分别设有进液压紧管接头(61)和出液压紧管接头(62)；其中，将进液压紧管接头(61)的压紧柱(23)插入阀片安装孔(26)的进液侧中，并使进液压紧管接头(61)的压紧柱(23)的向内凹陷的锥面分别与进液压块(4)的锥形接合面贴合；将出液压紧管接头(62)的压紧柱(23)插入阀片安装孔(26)的出液侧中，并使出液压紧管接头(62)的压紧柱(23)的向内凹陷的锥面分别与出液压块(5)的锥形接合面贴合；
所述出液孔(10)、半球形对撞腔(14)、进液孔(16)、出液孔(20)、通液孔(22)以及阀片安装孔(26)同轴；
压紧螺母(8)套装于进液压紧管接头(61)和出液压紧管接头(62)的外部；
所述沟槽阀片(1)的直径、定位导液环(3)的外径、阀片安装孔(26)的内径及压紧柱(23)的外径相同；定位导液环(3)的中间段内周面的内径与封盖阀片(2)的外周面的直径相同；封盖阀片(2)的外周面的直径小于沟槽阀片(1)的外周面的直径；进液压块(4)的圆台(18)的外径小于定位导液环(3)与其配合的内部区段的内径，从而形成分液孔(19)经轴向导流槽(15)至进料槽(13)的液料通道。
2.根据权利要求1所述的短程射流共点交汇对撞阀，其特征在于：所述进液压紧管接头(61)和出液压紧管接头(62)的柱体与压紧柱(23)同侧的端面上对称地设有多个防转销孔；所述阀体(7)上设有防转销孔；将防转销(9)插入阀体(7)上的防转销孔，使进液压紧管接头(61)和出液压紧管接头(62)与阀体(7)固定。
3.根据权利要求1所述的短程射流共点交汇对撞阀，其特征在于：所述阀体(7)的柱体外周面设有螺纹。
4.根据权利要求1所述的短程射流共点交汇对撞阀，其特征在于：所述射流槽(12)的当量直径为20-100μm。
5.根据权利要求1所述的短程射流共点交汇对撞阀，其特征在于：所述出液孔(10)的圆周与进料环形槽(11)的内圆周的径向间距为射流槽(12)当量直径的3-5倍。
6.根据权利要求1所述的短程射流共点交汇对撞阀，其特征在于：射流槽(12)的个数大于等于三个。
7.根据权利要求1所述的短程射流共点交汇对撞阀，其特征在于：出液孔(10)的横截面积与所有射流槽(12)的总横截面积之和的比大于5。
8.根据权利要求1所述的短程射流共点交汇对撞阀，其特征在于：所有进料槽(13)的总横截面积之和与所有射流槽(12)的总横截面积之和的比大于10。
9.根据权利要求1所述的短程射流共点交汇对撞阀，其特征在于：进料环形槽(11)的横截面大于所有进料槽(13)的总横截面积之和。
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