CN109382231B - 一种探针式超音速气动雾化喷嘴 - Google Patents
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Abstract
一种探针式超音速气动雾化喷嘴,包括壳体和喷头;壳体为圆柱筒形且中心孔为两级阶梯孔,小孔径阶梯孔为供气孔;喷头为三级阶梯圆柱台结构且中心设有中心腔道,分为直管腔道段和拉瓦尔管腔道段,拉瓦尔管腔道段的扩张段侧壁采用凹曲线型;喷头与壳体采用螺纹密封连接,两者之间设有环形水腔,在环形水腔对应的壳体上设有供水孔;环形水腔与拉瓦尔管腔道段之间由一根注水探针连通,注水探针的出水端头位于拉瓦尔管腔道段的扩张段轴心区域。本发明的雾化喷嘴能够进一步提高节水性能并降低压缩空气使用量,同时降低空气压缩泵的损耗程度;本发明无需额外提供超声振动能量,就能够使喷嘴输出的液滴粒度满足微米级要求,进而提高微米级粉尘的捕获能力。
Description
技术领域
本发明属于喷雾降尘技术领域,特别是涉及一种探针式超音速气动雾化喷嘴。
背景技术
目前,市场上用于喷雾除尘的雾化喷嘴主要有两类,第一类是超声波雾化喷嘴,第二类是气动雾化喷嘴。
对于超声波雾化喷嘴来说,其是利用空气驱动液体穿越喷嘴的超声波区域,并通过超声波震荡将液体破碎成10微米左右的液滴颗粒,最后由喷嘴喷出形成降尘喷雾。但是,由于超声波区域的存在,会导致喷管内气流流场变的不稳定,这不但会浪费气动能量,而且需要额外提供超声振动能量,而气流流场不稳定将会使液体破碎不彻底,此时喷雾中仍会包含有大量的大粒度液滴颗粒,从而导致喷雾降尘效果下降。另外,超声波雾化喷嘴的用水量偏高。
对于气动雾化喷嘴来说,其利用高速气流快速通过喷口,以使喷口处的注水孔出水端形成负压,即使注水孔的出液压力不高,也可以将液体从注水孔中抽吸出来,由于气流的运动速度要远远大于注水孔排出的液体流速,因此在液体受到气流的强烈冲击后,将被破碎成液滴颗粒。另外,由于气动雾化喷嘴对注水压力要求不高,因此比超声波雾化喷嘴更加节越水源。但是,由于液滴破碎的能量全部来自于高速气流,因此压缩空气的消耗量比较高,而且空气压缩泵的损耗比较严重。再有,由于注水孔的出水孔口都是设在喷口内侧壁上,而高速气体流场又集中于喷口轴心,由注水孔排出的液体难以充分深入高速气体流场的内部,会有相当一部分的液体只能处于高速气体流场边缘,而这部分的液体可能还来不及破碎就被吹离喷嘴,从而导致气动雾化喷嘴输出的液滴粒度很难达到微米级,进而降低了对微米级粉尘的捕获能力。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种探针式超音速气动雾化喷嘴,基于传统气动雾化喷嘴的工作原理进行设计,能够进一步提高节水性能,能够进一步降低压缩空气的使用量,同时降低空气压缩泵的损耗程度;本发明无需额外提供超声振动能量,就能够使喷嘴输出的液滴粒度满足微米级要求,进而提高微米级粉尘的捕获能力。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种探针式超音速气动雾化喷嘴,包括壳体和喷头;所述壳体采用圆柱筒形结构,壳体的中心孔采用两级阶梯孔,分别为第一阶梯孔和第二阶梯孔,且第一阶梯孔的孔径大于第二阶梯孔的孔径;所述第二阶梯孔的孔口处内表面设有用于转接的内螺纹,且第二阶梯孔作为供气孔;所述喷头采用三级阶梯圆柱台结构,分别为第一阶梯圆柱台、第二阶梯圆柱台及第三阶梯圆柱台,且第一阶梯圆柱台的外径大于第三阶梯圆柱台的外径,第三阶梯圆柱台的外径大于第二阶梯圆柱台的外径,第三阶梯圆柱台的外径等于第一阶梯孔的孔径,所述第一阶梯圆柱台的外径大于等于壳体的外径;在所述喷头的中心开设有中心腔道,中心腔道分为直管腔道段和拉瓦尔管腔道段,且拉瓦尔管腔道段的扩张段侧壁采用凹曲线型;所述直管腔道段与第三阶梯圆柱台同侧,所述拉瓦尔管腔道段与第一阶梯圆柱台同侧;在所述第一阶梯孔的内表面设有内螺纹,在所述第三阶梯圆柱台的外柱面设有外螺栓,第一阶梯孔与第三阶梯圆柱台通过螺纹配合连接;所述第一阶梯圆柱台与壳体之间安装有第一密封圈,所述第三阶梯圆柱台与壳体之间安装有第二密封圈;所述第二阶梯圆柱台与壳体之间构成的环形空间设为环形水腔,在环形水腔对应的壳体上开设有供水孔,在供水孔的孔口处内表面设有用于转接的内螺纹;所述环形水腔与拉瓦尔管腔道段之间由一根注水探针相连通,且注水探针的出水端头位于拉瓦尔管腔道段的扩张段轴心区域。
所述注水探针与拉瓦尔管腔道段的中轴线具有夹角,夹角范围为20°~70°,且注水探针的出水方向朝向气流流动方向的正向。
所述拉瓦尔管腔道段的喉部直径为1mm~10mm,拉瓦尔管腔道段的扩张段管口直径为2mm~20mm,拉瓦尔管腔道段的扩张段轴向长度为10mm~100mm。
所述拉瓦尔管腔道段的喉部直径与扩张段管口直径的比值定义为缩扩比,且缩扩比为0.3~0.5。
所述拉瓦尔管腔道段的喉部与扩张段管口的截面点连线与拉瓦尔管腔道段的中轴线的夹角定义为扩张角,且扩张角为8°~30°。
所述拉瓦尔管腔道段的扩张段侧壁采用的凹曲线型为圆弧线,该圆弧线所在圆的标准方程为(x-A)2+(y-B)2=R2,式中,x∈[0,d],y∈[0,tanθ·d], 其中,d为扩张段轴向长度,θ为扩张角,为调节系数,且
本发明的有益效果:
本发明的探针式超音速气动雾化喷嘴,基于传统气动雾化喷嘴的工作原理进行设计,能够进一步提高节水性能,能够进一步降低压缩空气的使用量,同时降低空气压缩泵的损耗程度;本发明无需额外提供超声振动能量,就能够使喷嘴输出的液滴粒度满足微米级要求,进而提高微米级粉尘的捕获能力。
附图说明
图1为本发明的一种探针式超音速气动雾化喷嘴的构示意图;
图2为本发明的壳体结构示意图;
图3为本发明的喷头结构示意图;
图中,1—壳体,2—喷头,3—第一阶梯孔,4—第二阶梯孔,5—第一阶梯圆柱台,6—第二阶梯圆柱台,7—第三阶梯圆柱台,8—中心腔道,9—直管腔道段,10—拉瓦尔管腔道段,11—第一密封圈,12—第二密封圈,13—环形水腔,14—供水孔,15—注水探针。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1~3所示,一种探针式超音速气动雾化喷嘴,包括壳体1和喷头2;所述壳体1采用圆柱筒形结构,壳体1的中心孔采用两级阶梯孔,分别为第一阶梯孔3和第二阶梯孔4,且第一阶梯孔3的孔径大于第二阶梯孔4的孔径;所述第二阶梯孔4的孔口处内表面设有用于转接的内螺纹,且第二阶梯孔4作为供气孔;所述喷头2采用三级阶梯圆柱台结构,分别为第一阶梯圆柱台5、第二阶梯圆柱台6及第三阶梯圆柱台7,且第一阶梯圆柱台5的外径大于第三阶梯圆柱台7的外径,第三阶梯圆柱台7的外径大于第二阶梯圆柱台6的外径,第三阶梯圆柱台7的外径等于第一阶梯孔3的孔径,所述第一阶梯圆柱台5的外径大于等于壳体1的外径;在所述喷头2的中心开设有中心腔道8,中心腔道8分为直管腔道段9和拉瓦尔管腔道段10,且拉瓦尔管腔道段10的扩张段侧壁采用凹曲线型;所述直管腔道段9与第三阶梯圆柱台7同侧,所述拉瓦尔管腔道段10与第一阶梯圆柱台5同侧;在所述第一阶梯孔3的内表面设有内螺纹,在所述第三阶梯圆柱台7的外柱面设有外螺栓,第一阶梯孔3与第三阶梯圆柱台7通过螺纹配合连接;所述第一阶梯圆柱台5与壳体1之间安装有第一密封圈11,所述第三阶梯圆柱台7与壳体1之间安装有第二密封圈12;所述第二阶梯圆柱台6与壳体1之间构成的环形空间设为环形水腔13,在环形水腔13对应的壳体1上开设有供水孔14,在供水孔14的孔口处内表面设有用于转接的内螺纹;所述环形水腔13与拉瓦尔管腔道段10之间由一根注水探针15相连通,且注水探针15的出水端头位于拉瓦尔管腔道段10的扩张段轴心区域。
所述注水探针15与拉瓦尔管腔道段10的中轴线具有夹角,夹角范围为20°~70°,且注水探针15的出水方向朝向气流流动方向的正向。
所述拉瓦尔管腔道段10的喉部直径为1mm~10mm,拉瓦尔管腔道段10的扩张段管口直径为2mm~20mm,拉瓦尔管腔道段10的扩张段轴向长度为10mm~100mm。
所述拉瓦尔管腔道段10的喉部直径与扩张段管口直径的比值定义为缩扩比,且缩扩比为0.3~0.5。
所述拉瓦尔管腔道段10的喉部与扩张段管口的截面点连线与拉瓦尔管腔道段10的中轴线的夹角定义为扩张角,且扩张角为8°~30°。
所述拉瓦尔管腔道段10的扩张段侧壁采用的凹曲线型为圆弧线,该圆弧线所在圆的标准方程为(x-A)2+(y-B)2=R2,式中,x∈[0,d],y∈[0,tanθ·d], 其中,d为扩张段轴向长度,θ为扩张角,为调节系数,且
下面结合附图说明本发明的一次使用过程:
首先,在水源与供水孔14之间依次连接水泵、供水管及水路转接头,同时在空气压缩泵与第二阶梯孔4(供气孔)之间依次连接供气管及气路转接头。
启动空气压缩泵,压缩空气依次通过供气管、气路转接头及第二阶梯孔4进入喷头2的中心腔道8内,首先进入的是中心腔道8的直管腔道段9,然后进入的是拉瓦尔管腔道段10,高速流动的压缩空气先经拉瓦尔管腔道段10的收敛段提速至亚音速甚至音速,当处于亚音速或音速的气流经过拉瓦尔管腔道段10的喉部时,气流的流速将直接达到超音速,并在拉瓦尔管腔道段10的扩张段内形成稳定的流场。
启动水泵,水源中的水将依次通过供水管、水路转接头及供水孔14进入环形水腔13中,在一定的供水压力以及注水探针15的出水端头处负压作用下,环形水腔13中的水将通过注水探针15的出水端头直达拉瓦尔管腔道段10的扩张段轴心区域,即环形水腔13中的水借助注水探针15可精确直达超音速流场内部,而到达超音速流场内部的水将直接被破碎成2~10微米左右的液滴颗粒,有效提高了微米级粉尘的捕获能力。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围,凡未脱离本发明所为的等效实施或变更,均包含于本案的专利范围中。
Claims (6)
1.一种探针式超音速气动雾化喷嘴,其特征在于:包括壳体和喷头;所述壳体采用圆柱筒形结构,壳体的中心孔采用两级阶梯孔,分别为第一阶梯孔和第二阶梯孔,且第一阶梯孔的孔径大于第二阶梯孔的孔径;所述第二阶梯孔的孔口处内表面设有用于转接的内螺纹,且第二阶梯孔作为供气孔;所述喷头采用三级阶梯圆柱台结构,分别为第一阶梯圆柱台、第二阶梯圆柱台及第三阶梯圆柱台,且第一阶梯圆柱台的外径大于第三阶梯圆柱台的外径,第三阶梯圆柱台的外径大于第二阶梯圆柱台的外径,第三阶梯圆柱台的外径等于第一阶梯孔的孔径,所述第一阶梯圆柱台的外径大于等于壳体的外径;在所述喷头的中心开设有中心腔道,中心腔道分为直管腔道段和拉瓦尔管腔道段,且拉瓦尔管腔道段的扩张段侧壁采用凹曲线型;所述直管腔道段与第三阶梯圆柱台同侧,所述拉瓦尔管腔道段与第一阶梯圆柱台同侧;在所述第一阶梯孔的内表面设有内螺纹,在所述第三阶梯圆柱台的外柱面设有外螺栓,第一阶梯孔与第三阶梯圆柱台通过螺纹配合连接;所述第一阶梯圆柱台与壳体之间安装有第一密封圈,所述第三阶梯圆柱台与壳体之间安装有第二密封圈;所述第二阶梯圆柱台与壳体之间构成的环形空间设为环形水腔,在环形水腔对应的壳体上开设有供水孔,在供水孔的孔口处内表面设有用于转接的内螺纹;所述环形水腔与拉瓦尔管腔道段之间由一根注水探针相连通,且注水探针的出水端头位于拉瓦尔管腔道段的扩张段轴心区域。
2.根据权利要求1所述的一种探针式超音速气动雾化喷嘴,其特征在于:所述注水探针与拉瓦尔管腔道段的中轴线具有夹角,夹角范围为20°~70°,且注水探针的出水方向朝向气流流动方向的正向。
3.根据权利要求1所述的一种探针式超音速气动雾化喷嘴,其特征在于:所述拉瓦尔管腔道段的喉部直径为1mm~10mm,拉瓦尔管腔道段的扩张段管口直径为2mm~20mm,拉瓦尔管腔道段的扩张段轴向长度为10mm~100mm。
4.根据权利要求3所述的一种探针式超音速气动雾化喷嘴,其特征在于:所述拉瓦尔管腔道段的喉部直径与扩张段管口直径的比值定义为缩扩比,且缩扩比为0.3~0.5。
5.根据权利要求3所述的一种探针式超音速气动雾化喷嘴,其特征在于:所述拉瓦尔管腔道段的喉部与扩张段管口的截面点连线与拉瓦尔管腔道段的中轴线的夹角定义为扩张角,且扩张角为8°~30°。
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