CN109530110A - 一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，包括外部壳体、内部流体传输腔和传动部件，外部壳体包括依次连接的喷嘴联接端盖、承压壳体、流体进口压套和联接凸台，承压壳体内部设有套设在一起的外转子和内转子，内部流体传输腔包括圆筒状内转子内中空内腔和承压壳体内壁与外转子外壁之间形成的外腔，传动部件包括设置在壳体一侧的传动轴和齿轮组，通过外部电机与传动轴的连接传动使得内转子与外转子之间转动方向相反，转动速度一致。本发明装置利用内外转子上螺旋式圆孔排布实现小体积内的多孔集成，使用变频电机对装置输入无级可调的旋转速度，可在较大频率范围内对射流脉冲进行连续无级调频，具备高频率、小体积、可调控的优点。

Description

一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置
技术领域
本发明属于水射流技术领域，具体涉及一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置。
背景技术
水射流技术作为一种新型材料去除技术，因其加工过程中机械振动小、无尘、切削热低等特点而广泛应用于煤炭、石油、矿脉开采、军事、机械制造等各个领域。仅以水为单一介质时，可分为连续射流、脉冲射流、空化射流三种。其中，脉冲射流可在低供给压力下提供较高的水锤冲击压力，有着明显优于连续射流的冲击能力，具备广阔的应用前景。
目前，脉冲射流可分为自激式与它激式两种类型，其中自激式脉冲射流研究机理复杂，脉冲振荡频率调节困难，系统压力局限性大，不适用于一些需要特定水射流频率的场合。它激式脉冲射流通过人为干预，利用机械装置将连续射流转换为脉冲射流，具备原理简单、频率可调的优点，适用范围广。
截断式脉冲射流发生装置结构简单、可靠性高，是迄今为止研究广泛的脉冲射流发生形式之一。目前工业应用上，采用外部圆盘对连续射流进行截断，不仅体积巨大，还造成了大量能量损失。因此，研究一种体积小、高频率、能量损失小的脉冲射流发生装置已成为现今热点。如申请号为201510566379.7的发明专利公开了一种产生脉冲射流的共轭旋转密封阀，受体积与结构限制无法产生高频脉冲；如申请号为201510287419.4的一种阻断式水力脉冲生成装置及方法，受马达转速与阻隔流道数量的限制无法产生高频脉冲射流。本发明拟采用内部隔断将连续射流转换为脉冲射流，与其它同领域内的截断式脉冲射流发生装置相比，采用螺旋分布圆孔的逆向旋转截断，在相同输入转速下，9个圆孔逆向旋转所达到的最高频率是其它单孔截断式射流发生装置所产生脉冲频率的18倍，具备体积小、高频、能耗小的优点。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，包括外部壳体、内部流体传输腔和传动部件，其特征在于：所述外部壳体包括依次连接的喷嘴联接端盖2、承压壳体5、流体进口压套7和联接凸台8，承压壳体5内部设有套设在一起的外转子4和内转子6，所述内部流体传输腔包括圆筒状内转子6内中空内腔和承压壳体5内壁与外转子4外壁之间形成的外腔，内腔通过与喷嘴联接端盖2上开设的压力出口流道连通形成出口压力腔，外腔与流体进口压套7上开设的流体入口通孔连通形成流体进口压力腔，内转子6与外转子4周向上反向螺旋式开设有若干相同数量的圆孔，用于内外腔体之间的流体传输，所述传动部件包括设置在壳体一侧的传动轴9和齿轮组，传动轴9通过与内转子6连接形成内转子传动链，传动轴9通过齿轮组和联接凸台8与外转子4连接，形成外转子传动链，通过外部电机与传动轴9的连接传动使得内转子6与外转子4之间转动方向相反，转动速度一致。
所述内转子6与外转子4筒壁周向各留有9个螺旋分布式圆孔，圆孔螺旋设置方向相反，轴向孔间距相等，孔径相同，可完全流通，且在一个旋转位置仅一个孔能流通。
所述齿轮组包括依次垂直设置的齿轮A10A、齿轮B10B和齿轮C10C，喷嘴联接端盖2与承压壳体5、承压壳体5与流体进口压套7、联接凸台8与齿轮C10C之间均通过螺栓联接，齿轮A10A与传动轴9、传动轴9与内转子6、联接凸台8与外转子4之间均通过键联接，齿轮A10A中心留有孔槽结构，用于传动轴9与齿轮A10A的传动联接，齿轮C10C中心留有通孔，便于使传动轴安装键穿过，利于安装。
所述内转子6左端外侧与承压壳体5之间设有轴承A1A，传动轴9与联接凸台8之间设有轴承B2B，轴承A1A和轴承B1B的内圈及外圈与其安装柱面均为过渡配合，内转子外圆柱面与外转子内圆柱面为间隙配合。
所述承压壳体5与外转子4之间、喷嘴联接端盖2与内转子6之间、流体进口压套7与外转子4之间安装有旋转密封垫圈3，流体进口压套7与承压壳体5之间安装有普通密封垫圈12。
所述喷嘴联接端盖2为回转体，端盖压力出口部分为外螺纹，用于联接射流喷嘴，压力出口流道为圆锥收敛型流道，内部留有凹槽安装旋转密封垫圈A3A，端盖右端面外伸凸台用于固定轴承A1A外圈，圆周上开设有光孔，用于安装联接螺栓。
所述承压壳体5为回转体，两端面上开设有内螺纹孔，用于安装联接螺栓，壳体内部留有中空阶梯，用于固定轴承A1A外圈，左边内端面留有凹槽，用于安装旋转密封圈B3B。
所述流体进口压套7为回转体，圆周上分布的内螺纹孔与压力进口管道相连，圆周上的光孔通过螺钉与承压壳体5相联。
所述内转子6为回转体，内转子左端圆柱周面及轴肩用于固定轴承A1A内圈，右端内部台阶用于安装密封垫13，右边末端内侧留有键槽，用于和传动轴上的键配合传动。
内转子6传动链由传动轴9直接带动内转子6进行转动，内转子运动情况不影响外转子传动情况，外转子传动链由传动轴9开始，通过齿轮组和联接凸台8将旋转运动传递给外转子4，外转子运动情况不影响内转子旋转运动。
所述传动轴9上留有两个轴肩，轴肩端面分别固定齿轮A10A与轴承B1B内圈，传动轴9左端面用于固定密封垫13，且轴上留有传动键，分别用于联接内转子6与齿轮A10A。
所述联接凸台8左端面设有方形键，与外转子4右端面孔槽相配合，并进行传动，联接凸台内部阶梯端面用于固定轴承B1B外圈，内部孔径可通过传动轴9，外转子4外圆柱面部分留有凹槽，用于安装旋转密封垫圈C3C；右端面留有键槽，与联接凸台8上的键相配合。
本发明具有如下优点：
与其它脉冲射流发生装置相比，本发明提供的一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，利用螺旋式圆孔排布实现小体积内的多孔集成，使用变频电机对装置输入无级可调的旋转速度，可在较大频率范围内对射流脉冲进行连续无级调频，具备高频率、小体积、可调控的优点。
附图说明
图1为本发明径向多孔截断式脉冲射流发生装置整体结构剖视图；
图2为喷嘴联接端盖剖视图；
图3为装置壳体剖视图；
图4为流体进口压套剖视图；
图5为传动杆主视图与侧视图；
图6为传动杆侧视图；
图7为齿轮C剖视图，
图8右齿轮A剖视图；
图9为联接凸台剖视图；
图10为联接凸台侧视图；
图11为外转子主视图；
图12为外转子展开图；
图13为内转子主视图；
图14为内转子展开图；
图中：1A-轴承A，1B-轴承B，2-喷嘴联接端盖，3A-旋转密封圈A，3B-旋转密封圈B，3C-旋转密封圈C，4-外转子，5-承压壳体，6-内转子，7-流体进口压套，8-联接凸台，9-传动轴，10A-齿轮A，10B-齿轮B，10C-齿轮C，11-齿轮压套，12-密封垫圈，13-密封垫，14-内螺纹联接孔A，15-内螺纹联接孔B，16-内螺纹联接孔C，17-传动键A，18-传动键B，19-传动键C，20-联接光孔A，21-旋转密封圈卡槽，22-外转子传动键槽，23-内转子传动键槽，24-密封台阶,25-联接光孔B,26-压力进口联接孔，27-联接光孔C,28-喷嘴联接螺纹；
a-密封槽，b-密封台阶，c-出口流道，2U-喷嘴联接端盖配合端面，2V-喷嘴联接端盖右端面，2W-喷嘴联接端盖密封端面，4u-外转子联接配合端面，4v-外转子密封端面，6u-内转子轴肩，6v-内转子密封端面，8a-联接凸台配合端面，8b-联接凸台内阶梯端面，8c-联接凸台内部光孔，9a-传动轴左端面，9b-传动轴轴承安装轴肩，9c-传动轴齿轮装配轴肩，10m-齿轮C凸台配合端面，10n-齿轮C内部通孔，10u-齿轮A传动轴配合端面，10v-齿轮A传动孔槽，10w-齿轮A压紧端面，A1至A9-外转子螺旋孔，B1至B9-内转子螺旋孔。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1所示，一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，包括轴承组(轴承A1A和轴承B2B)、喷嘴联接端盖2、旋转密封圈3、外转子4、承压壳体5、内转子6、流体进口压套7、联接凸台8、传动轴9、传动齿轮组(齿轮A10A、齿轮B10B、齿轮C10C)、齿轮压套11、密封垫圈12及密封垫13，喷嘴联接端盖2与承压壳体5、承压壳体5与流体进口压套7、联接凸台8与齿轮C10C之间均通过螺栓联接，齿轮A10A与传动轴9、传动轴9与内转子6、联接凸台8与外转子4之间均通过键联接，由喷嘴联接端盖2、承压壳体5及流体进口压套7组成装置内腔体，由承压壳体5、外转子4、流体进口压套7组成进口压力腔，由喷嘴联接端盖2、内转子6、密封垫13组成出口压力腔，内转子传动链由“传动轴9—内转子6”组成，外转子传动链由“传动轴9—齿轮组10—联接凸台8—外转子4”组成，装置齿轮A10A通过传动轴端面9c与齿轮压套11固定。
内转子6与外转子4圆周面上各留有9个螺旋分布式圆孔(A1—A9、B1—B9)，且内外圆孔排布的螺旋方向相反，各圆孔轴向间距相等，孔径相同，可完全流通，在一个旋转位置仅能流通一个圆孔。
内转子传动链“传动轴9—内转子6”由传动轴9直接带动内转子6进行转动，内转子6运动情况不影响外转子4运动情况。
外传动链“传动轴9—齿轮组10—联接凸台8—外转子4”由传动轴9开始，通过联接凸台8将旋转运动传递给外转子4，外转子4的运动情况不影响内转子6运动情况。
开始工作时，通过变频电机向传动轴9输入一定转速，一方面传动轴9直接将旋转运动传递给内转子6，构成了内转子传动链：传动轴—内转子，至此，内转子6及其圆周的螺旋分布式圆孔处于旋转状态。另一方面，传动轴9通过轴上的传动键C19将自身旋转运动传递给齿轮A10A，齿轮A10A通过齿轮啮合将旋转运动传递给齿轮B10B，继而传递给齿轮C10C，此时，齿轮C10C基于啮合换向的原理获得与传动轴9相反的旋转速度。齿轮C10C通过销钉联接将自身旋转运动传递给联接凸台8，联接凸台8通过键17将旋转运动传递给外转子4，至此，外转子4及其圆周上螺旋分布的圆孔处于旋转状态。
内转子6与外转子4此时获得方向相反的旋转速度，内外转子周壁上逆向螺旋分布的圆孔在相对速度下交互流通。当内外转子周壁上的圆孔流通时，压力出口与压力进口也随之贯通，压力进口腔室的流体进入压力出口腔室，并流经喷嘴。当内外转子的圆孔被遮挡时，流体被阻断，继而形成了一个射流脉冲。本发明装置内外转子上的圆孔呈逆向螺旋分布，且各个圆孔均有编号，一个时刻仅能流通一个数字编号的圆孔，且各圆孔流通时间间隔相同。圆孔流通编号如下表：
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 A1B1 _ _ _ _ _ _ _ _
2 _ A2B2 _ _ _ _ _ _ _
3 _ _ A3B3 _ _ _ _ _ _
4 _ _ _ A4B4 _ _ _ _ _
5 _ _ _ _ A5B5 _ _ _ _
6 _ _ _ _ _ A6B6 _ _ _
7 _ _ _ _ _ _ A7B7 _ _
8 _ _ _ _ _ _ _ A8B8 _
9 _ _ _ _ _ _ _ _ A9B9
如上表中的圆孔流通编号，若1A1B为圆孔初次流通情况，则在本发明中，圆孔流通循环次序为：A1B1—A6B6—A2B2—A7B7—A3B3—A7B7—A8B8—A4B4—A9B9—A5B5—A1B1—……。
本发明一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，利用螺旋式圆孔排布实现了小体积内的多孔集成，使用变频电机对装置输入无级可调的旋转速度，可在较大频率范围内对射流脉冲进行连续无级调频。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (10)

1.一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，包括外部壳体、内部流体传输腔和传动部件，其特征在于：所述外部壳体包括依次连接的喷嘴联接端盖、承压壳体、流体进口压套和联接凸台，承压壳体内部设有套设在一起的外转子和内转子，所述内部流体传输腔包括圆筒状内转子内中空内腔和承压壳体内壁与外转子外壁之间形成的外腔，内腔通过与喷嘴联接端盖上开设的压力出口流道连通形成出口压力腔，外腔与流体进口压套上开设的流体入口通孔连通形成流体进口压力腔，内转子与外转子周向上反向螺旋式开设有若干相同数量的圆孔，用于内外腔体之间的流体传输，所述传动部件包括设置在壳体一侧的传动轴和齿轮组，传动轴通过与内转子连接形成内转子传动链，传动轴通过齿轮组和联接凸台与外转子连接，形成外转子传动链，通过外部电机与传动轴的连接传动使得内转子与外转子之间转动方向相反，转动速度一致。
2.如权利要求1所述的一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述内转子与外转子筒壁周向各留有个螺旋分布式圆孔，圆孔螺旋设置方向相反，轴向孔间距相等，孔径相同，在一个旋转位置仅一对孔流通。
3.如权利要求1所述的一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述齿轮组包括依次垂直设置的齿轮A、齿轮B和齿轮C，喷嘴联接端盖与承压壳体、承压壳体与流体进口压套、联接凸台与齿轮C之间均通过螺栓联接，齿轮A与传动轴、传动轴与内转子、联接凸台与外转子之间均通过键联接，齿轮A中心留有孔槽结构，用于传动轴与齿轮A的传动联接，齿轮C中心留有通孔，便于使传动轴安装键穿过，利于安装。
4.如权利要求1所述的一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述内转子左端外侧与承压壳体之间设有轴承A，传动轴与联接凸台之间设有轴承B，轴承A和轴承B的内圈及外圈与其安装柱面均为过渡配合，内转子外圆柱面与外转子内圆柱面为间隙配合；
所述承压壳体与外转子之间、喷嘴联接端盖与内转子之间、流体进口压套与外转子之间安装有旋转密封垫圈，流体进口压套与承压壳体之间安装有普通密封垫圈。
5.如权利要求1所述的一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述喷嘴联接端盖为回转体，端盖压力出口部分为外螺纹，用于联接射流喷嘴，压力出口流道为圆锥收敛型流道，内部留有凹槽安装旋转密封垫圈A，端盖右端面外伸凸台用于固定轴承A外圈，圆周上开设有光孔，用于安装联接螺栓。
6.如权利要求1所述的一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述承压壳体为回转体，两端面上开设有内螺纹孔，用于安装联接螺栓，壳体内部留有中空阶梯，用于固定轴承A外圈，左边内端面留有凹槽，用于安装旋转密封圈B。
7.如权利要求1所述的一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述流体进口压套为回转体，圆周上分布的内螺纹孔与压力进口管道相连，圆周上的光孔通过螺钉与承压壳体相联。
8.如权利要求1所述的一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述内转子为回转体，内转子左端圆柱周面及轴肩用于固定轴承A内圈，右端内部台阶用于安装密封垫，右边末端内侧留有键槽，用于和传动轴上的键配合传动。
9.如权利要求1所述的一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述传动轴上留有两个轴肩，轴肩端面分别固定齿轮A与轴承B内圈，传动轴左端面用于固定密封垫，且轴上留有传动键，分别用于联接内转子与齿轮A。
10.如权利要求1所述的一种螺旋分布的径向多孔截断式脉冲射流发生装置，其特征在于：所述联接凸台左端面设有方形键，与外转子右端面孔槽相配合，并进行传动，联接凸台内部阶梯端面用于固定轴承B外圈，内部孔径供传动轴通过，外转子外圆柱面部分留有凹槽，用于安装旋转密封垫圈C；右端面留有键槽，与联接凸台上的键相配合。
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