CN109952156B

CN109952156B - 喷嘴

Info

Publication number: CN109952156B
Application number: CN201780069023.XA
Authority: CN
Inventors: 竹本将孝; 小谷阳史
Original assignee: Ikei Corp
Current assignee: Ikei Corp
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: JP6713686B2; JP2018108554A; WO2018123922A1; CN109952156A

Abstract

本发明提供一种能够抑制粗大粒子的产生并进行微小粒径喷雾的喷嘴。该喷嘴为从圆筒型的喷嘴主体的喷射侧壁的外表面一体设置有J字形的碰撞框的单流体喷嘴，构成为：在该喷嘴主体的一端具有由平板状封闭壁构成的所述喷射侧壁，在该喷射侧壁的中心轴线上具有由直孔构成的喷射孔，并且具有由该喷射侧壁的平坦状内表面和外周壁围成的、截面为圆形且内径恒定的直行流路，将液体作为直行束流从该直行流路通过所述喷射孔进行喷雾，并且，在从所述J字形的碰撞框的纵框部的突出侧顶端开始横切所述中心轴线而突出的横框部上设置有销孔，在该销孔中内嵌有碰撞销且使该碰撞销向所述喷射孔突出，该碰撞销的突出侧尖锐化为截锥形，并且在所述直行束流所碰撞的所述碰撞销的顶端设置有将外周缘作为边缘的由圆形平坦面构成的碰撞面，且所述碰撞框的纵框部形成为使所述碰撞销侧的内表面倾斜为锐角且截面为三角形。

Description

喷嘴

技术领域

本发明涉及一种喷嘴，更详细而言，涉及一种具有能够减少粗大粒子的发生的结构简单、且能够喷射超微粒子的单流体喷嘴。

背景技术

流体喷射用的喷嘴被用于冷却、清洗等多种用途。作为在这种喷嘴中使液滴微粒化的方法，有通过设置在喷嘴内部的旋转机构产生旋转流来微粒化的方法、和使来自喷嘴的直行流与从喷嘴外表面突出设置的碰撞销碰撞而微粒化的方法。前者的旋转型喷嘴在相同压力下与相同喷雾量的碰撞型喷嘴相比，喷嘴内部的异物通过直径较小而容易发生堵塞。并且，当为了增多每个喷嘴的喷雾量而增大喷射孔时，雾的粒径也成正比地变大，因此不能增大喷射孔。因此，在冷却所需的总喷雾量较多的情况下，喷嘴个数会增多，设备成本提高，并且还需要设置空间。另一方面，在后者的碰撞型喷嘴中，即使增大喷射孔，增多喷雾量，也可能产生微小粒径的雾。另外，与旋转型喷嘴相比异物通过直径也较大。从以上点来看，在重视雾的完全蒸发并且喷嘴的设置空间有限的发电厂的燃气轮机的进气冷却的用途等中，优选后者的碰撞型喷嘴。

作为这种与碰撞销碰撞的喷嘴，例如在美国专利7320443号公报(专利文献1)中提供一种图6所示的碰撞销型单流体喷嘴。该喷嘴100将内筒120的顶端固定收容于喷嘴主体101的外筒110的喷射侧壁110a上，将该内筒120的中空部的一端作为喷口122，并且在该中空部的另一端设置有呈锥形扩大的流入口123。从喷嘴主体101的外筒110的顶端的外表面埋设分体的J字形的碰撞销130的基部130a，并使另一端的碰撞面130b与喷口122相向配置，使来自喷口122的喷出液与碰撞面130b碰撞而微粒化，从而进行喷雾。

另外，在日本特开平9-94487号公报(专利文献2)中提供一种图7中的(A)～(C)所示的销碰撞型喷嘴。在该喷嘴200中，将轴部件230粘结固定于设置在销220的顶端的凹部，该轴部件230的下端作为倾斜碰撞面232，其中所述销220从中心的喷嘴主体210的喷射侧端面211的外周部呈分体的J字形突出设置。使喷嘴尖端240的中央的限流流路241位于设置在喷嘴主体210的喷射侧端面211的中央上的圆锥形喷射孔212的中央里端。使该限流流路241的中心线对准相向的倾斜碰撞面232的中心。J字形的销220的包括纵框部(臂部220a)的整体如图7(B)所示截面形成为圆形。

该专利文献2的喷嘴200使从喷嘴主体210的限流流路241扩散至喷射孔212而喷射出的水滴与相向的倾斜碰撞面232碰撞而雾化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利7320443号公报

专利文献2：日本特开平9-94487号公报

发明内容

在专利文献1、2的碰撞型喷嘴中，使直行流与碰撞销碰撞而使其微粒化，因此，当直行流的喷射孔和碰撞销的碰撞面的中心轴偏移时不能顺利地微粒化，会出现较大的个体差异，因此难以制造。另外，还存在碰撞的雾附着在碰撞销的纵框部(臂部)或喷嘴主体的喷射侧端面而容易产生粗大粒子的问题。特别是，在所述专利文献2的碰撞面倾斜的情况下，中心轴容易偏移。

另外，专利文献1、2的碰撞型喷嘴的喷嘴主体和J字形的碰撞框均是独立的，由于被插入固定于喷嘴主体，因此，有花费材料成本和制造成本从而导致喷嘴价格高昂的问题。

本发明是鉴于所述碰撞型喷嘴的问题而完成的，其要解决的技术问题在于，提供一种喷嘴，在碰撞型喷嘴中，水滴难以附着在碰撞框和喷嘴主体的喷射侧端面上，由此防止产生粗大粒子，能够促进喷雾所含有的水滴的微粒化。

为了解决所述问题，本发明提供一种喷嘴，该喷嘴是从圆筒型的喷嘴主体的喷射侧壁的外表面一体设置有J字形的碰撞框的单流体喷嘴，其特征在于，

构成为：在所述喷嘴主体的一端具有由平板状封闭壁构成的所述喷射侧壁，在该喷射侧壁的中心轴线上具有由直孔构成的喷射孔，并且具有由该喷射侧壁的平坦状内表面和外周壁围成的、截面为圆形且内径恒定的直行流路，将液体作为直行束流从该直行流路通过所述喷射孔进行喷雾，并且，

在从所述J字形的碰撞框的纵框部的突出侧顶端开始横切所述中心轴线而突出的横框部上设置有销孔，在该销孔中内嵌有碰撞销且使该碰撞销向所述喷射孔突出，该碰撞销的突出侧尖锐化为截锥形，并且在所述直行束流所碰撞的所述碰撞销的顶端设置有将外周缘作为边缘的由圆形平坦面构成的碰撞面，且所述碰撞框的纵框部形成为使所述碰撞销侧的内表面倾斜为锐角且截面为三角形。

如上所述，与引用文献2不同，碰撞销的碰撞面为与直行束流的中心轴线正交的圆形平坦面，该碰撞面的外周缘为边缘，优选为是R为0.01以下的锐边。这样，当使碰撞面的外周缘为锐边时，与碰撞面碰撞的透明束流立刻被边缘剥离，液膜变薄，由此不会因壁面阻力而导致流速降低，因此能够促进微细化。

所述碰撞销通过压入、粘接、铆接等而固定于在碰撞框的横框部上设置的销孔中。

而且，即使与碰撞面及边缘碰撞而飞散的水滴想要附着于相向的碰撞框的纵框部内表面，由于该纵框部内表面为倾斜为锐角的三角形，因此水滴不会附着而沿着两侧的倾斜面流向外侧。因此，能够抑制水滴附着于纵框部内表面，抑制附着的水滴与飞散来的水滴一起飞散而产生粗大粒子。

优选地，该碰撞框的纵框部的截面形状为，内表面侧为倾斜为锐角的三角形，外表面为圆弧形，截面形状为所谓的泪滴型。该截面形状为泪滴型的内外方向上的尺寸为4～3mm，优选为3mm，在与该内外方向正交的前后方向上的尺寸为2.5～2mm，尽可能使与所述碰撞面碰撞而飞散的水滴不会附着。即使这样使碰撞销较细，由于其与喷嘴主体为一体，因此与碰撞销独立地固定于喷嘴主体的情况相比，能够提高耐用性、耐压性。

优选地，为了使飞散的水滴不会附着在碰撞框上，使纵框部从喷嘴主体突出的突出量(高度)较大，水滴难以附着于碰撞框的横框部，并且使从纵框部向横框部弯曲的内周面较小，R为0.5左右。

优选地，所述碰撞框的销孔和所述喷嘴主体的喷射孔同轴，所述碰撞销的碰撞面的直径相对于所述喷射孔的直径在其100％～115％的范围内，并且在与所述直行流路连通的所述喷射孔的流入口的周缘设置有边缘。

如上所述，当使碰撞销的顶端的圆形平坦面靠近喷射孔，并且使其面积大致相等，并使直行束流从喷射孔与圆形平坦面碰撞时，约100％的喷射液与碰撞销的顶端的圆形平坦面碰撞，能够可靠地实现液滴的微粒化。

使所述碰撞销的碰撞面的面积相对于喷射孔的截面面积在100％～115％的范围内是由于，若在100％以下，则液膜变厚，膜状分裂后的粒径变大，并且喷雾的扩展变窄，进而导致进气冷却等的冷却效率降低。

另一方面，若超过115％，则喷雾向180゜方向扩展，丧失直行性，容易产生水滴向喷嘴主体附着。

另外，使碰撞销的碰撞面与喷射孔的顶端之间的尺寸在0.1mm～1.0mm的范围内是由于，若低于0.1mm，则喷射孔与碰撞销的碰撞面的间隙变为喷口，喷雾图案大幅变化，并且异物通过直径也变小。若超过1.0mm，则距离越远喷射孔与碰撞面的中心越难对齐。

例如，当使所述喷射孔的直径为0.18mm时，圆形平坦面的直径为0.18mm～0.2mm。另外，优选地，碰撞销的截锥部的倾斜角度在90度以下。

并且，优选地，如上所述，与直行流路连通的所述喷射孔的周缘不设置圆角而为边缘，并且，所述直行流路的直径相对于该喷射孔的直径为4倍以上。

如上所述，通过使喷射孔的流入口周缘为边缘，从直行流路流入喷射孔的水流一边从喷射孔的内周面剥离一边流入喷射孔，消除与喷射孔的内周面的接触摩擦以使水流的外表面不会发生紊乱，由此生成透明束流。而且，通过使碰撞面为锐边，当透明束流与碰撞面碰撞之后立刻被边缘剥离，液膜变薄，不会因壁面阻力而导致流速降低，因此能够促进微细化。

优选地，所述一体的喷嘴主体和碰撞框为不锈钢制，碰撞销为陶瓷制。另外，喷嘴主体及碰撞框也可以是其他金属或陶瓷，碰撞销也可以是不锈钢、红宝石、蓝宝石等超硬材料。

如上所述，本发明的喷嘴是通过对不锈钢进行精密铸造来连续加工圆筒形的喷嘴主体和碰撞框，增强喷嘴的强度及耐压性，用于高压喷雾的喷嘴。即，本发明的喷嘴的形状为，使J字形的碰撞框的纵框部从喷嘴主体的喷射侧壁的外端面突出，并悬臂支撑使碰撞销突出的横框部，由于该碰撞框由与喷嘴主体连续的不锈钢形成，并且碰撞销自身也由具有强度的陶瓷形成，因此即使高压的直行束流进行碰撞，碰撞框及碰撞销也具有保持稳定姿势的耐压性。

为了提高微粒化性能和增加喷雾量，有时可以使用10MPa以上高压的喷雾压力。在该情况下，碰撞销和喷射孔的摩耗成为问题。碰撞销比喷射孔更容易磨耗，因此优选使用耐磨性优异的材料，但红宝石等存在不易加工的问题，而陶瓷耐磨性优异且容易加工，能够以低成本制造。

另外，对所述不锈钢制的碰撞框的表面进行研磨将其制成平滑面，并且对所述喷嘴主体的喷射侧壁的内表面进行研磨使所述直行流路的封闭面为平滑面，并且使所述喷射孔的流入口周缘为锐边。

当如上所述那样使碰撞框的表面为平滑面时，与碰撞销碰撞而飞散的水滴不易附着于碰撞框，并且能够使在喷嘴主体内与直行流路的封闭面碰撞的水滴不易附着。

另外，优选地，本发明的喷嘴中，供给的液体压力为5.0～13MPa，喷雾的液体的平均粒径在20μm以下。

优选地，所述液体压力优选为6～13MPa的高压，提高对碰撞销的碰撞压力，使平均粒径进一步微粒化至17μm以下。

优选地，构成为：所述喷嘴主体的筒部的另一端作为用于插入过滤器的开口，将由多孔材料构成的过滤器的前部内嵌于所述筒部，并使该过滤器的后部突出到所连结的供液管内，该后部的外周面为使多个圆弧部连续的花瓣形状，并且沿该过滤器的中心轴线设置前端开口的直行液体通道，将液体从该直行液体通道的前端导入所述喷射孔。

由多孔材料构成的所述过滤器具有连续形成三维状的孔隙，孔隙率在40～80％的范围内。

这样，当在喷嘴的流入侧组装过滤器，在流入喷嘴主体的喷射孔之前利用过滤器捕捉除去液体中的异物时，能够可靠地防止喷射孔被异物堵塞。

本发明的喷嘴的喷雾液滴的平均粒径在20μm以下，因此，能够适用于进气冷却。

发明效果

如上所述，本发明的喷嘴中，从喷嘴主体的喷射孔喷射出的直行束流所碰撞的碰撞销的外周缘为尖锐的边缘，因此与碰撞面碰撞后的直行束流立刻被边缘剥离，液膜变薄，由此不会因壁面阻力而导致流速降低，因此能够促进微细化。并且，即使与碰撞销的碰撞面及边缘碰撞而飞散的水滴想要附着于相向的碰撞框的纵框部内表面，由于该纵框部内表面为倾斜为锐角的三角形，因此水滴不会附着而沿两侧的倾斜面流向外侧。由此，能够抑制水滴附着于纵框部内表面，抑制附着的水滴与飞散来的水滴一起飞散而产生粗大粒子。由此，能够促进喷雾的微粒化，并且能够防止产生粗大粒子。

而且，由于将喷嘴主体及从该喷嘴主体突出的J字形的碰撞框设置为一体，因此强度及耐压性优异，成为用于高压喷雾的喷嘴。并且，由于是单流体喷嘴，因此无需压缩机，并且能够简化管路。而且，即是单流体喷嘴，又能够喷出平均粒径为20μm以下的超微粒子，水滴不会打湿对象物并对对象物进行冷却，例如，适用为用于进气冷却的喷嘴。

附图说明

图1表示本发明的实施方式的带有过滤器的喷嘴，(A)是主视图，(B)是喷嘴的剖视图，(C)为(A)的C-C线向视图。

图2中的(A)是所述喷嘴的主要部分的剖视图，(B)是表示来自喷嘴主体的喷射孔的直行束流与碰撞销碰撞的状态的说明图。

图3是表示所述喷嘴的碰撞框的纵框部的截面形状的图。

图4中的(A)是所述带有过滤器的喷嘴的剖视图，(B)是过滤器的侧视图，(C)是过滤器的局部剖视图。

图5是表示将所述带有过滤器的喷嘴安装在供液管上的状态的剖视图。

图6是表示现有例的剖视图。

图7中的(A)～(C)是表示其他现有例的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的喷嘴的实施方式详细地进行说明。

图1至图5所示的实施方式的带有过滤器的喷嘴1为小型轻量的喷嘴，其由不锈钢制成的单流体喷嘴构成，将由树脂制的多孔材料制成的过滤器30螺合组装在该喷嘴1上，在组装有该过滤器30的状态下使全长L1为20～30mm。

如图1(B)所示，喷嘴1从喷射侧壁2a的外表面突出设置有J字形的碰撞框3，该喷射侧壁2a由为简单筒形的喷嘴主体2的一端封闭壁构成。该喷嘴主体2和碰撞框3是通过对不锈钢进行精密铸造而形成为一体的单流体喷嘴。在碰撞框3中压入固定陶瓷制的碰撞销4来突出设置碰撞销4。

在喷嘴主体2的一端具有由平板状封闭壁构成的所述喷射侧壁2a，在该喷射侧壁2a的中心轴线Po上具有由直孔构成的喷射孔10，并且具有由该喷射侧壁2a的平坦状内表面2b和外周壁2c围成的、截面为圆形且内径恒定的直行流路11。在所述平坦状内表面2b上开设的喷射孔10的流入口10a的周缘10e为锐边。

将所述喷射孔10的流入口10a与直行流路11连通，将液体作为直行束流从该直行流路11通过喷射孔10进行喷射。该喷射孔10的直径为0.1～1.0mm(本实施方式中为0.18mm)，在本实施方式中，喷射孔10的长度为1mm，以使液体可靠地成为直线束流而从喷射孔10喷射。直行流路11的直径为φ0.4～4.4mm，是喷射孔10的4倍。

所述J字形的碰撞框3为具有纵框部3a和横框部3b的形状，其中，所述纵框部3a从喷射侧壁2a的顶端面突出，所述横框部3b从该纵框部3a的顶端横切中心轴线Po而突出。在横框部3b的中心轴线Po的位置设置销孔3h，将碰撞销4内嵌固定在该销孔3h中并使其向喷射孔10突出。

所述销孔3h为向喷射孔10缩径的锥形孔，另一方面，碰撞销4向顶端的碰撞侧缩径，并且使顶端部4a为大倾斜角度的截锥形，在其顶端设有由圆形平坦面构成的碰撞面5。圆形碰撞面5的外周缘为其圆角R1在0.01以下的尖锐的边缘。

使碰撞销4的顶端的碰撞面5的直径相对于相向的喷射孔10的直径在100％～115％的范围内，并且使碰撞面5和喷射孔10的顶端之间的尺寸L3在0.1mm～1.0mm的范围内。在本实施方式中，使喷射孔10的中心轴和纵框部3a的内表面之间的尺寸L4为3.5mm，使所述尺寸L3为0.6mm。

碰撞框3的纵框部3a的与碰撞销4相向的内表面倾斜为锐角且截面为三角形，相反侧的外表面为圆弧形，由此形成为所谓的泪滴型的截面形状。使内表面侧的锐角的顶点的圆角R2在0.2以下，使相反侧的圆弧的圆角R3约为1。另外，如图3所示，纵框部3a的左右宽度S1约为3mm，正交方向的前后宽度S2约为2mm，由此形成碰撞的水滴尽可能不附着的形状。

并且，该纵框部3a的突出量(高度L2)为与碰撞面5碰撞的水滴不易附着于横框部3b的3mm以上的高度。在本实施方式中，所述L3为0.6mm，L4为3.5mm，所述L2为4.2mm。另外，从纵框部3a向横框部3b弯曲的内周部的圆角R4小为0.5，由此使水滴不易附着于该弯曲部的内周面。

如图1中的(A)、(B)所示，筒形的喷嘴主体2的喷射侧的前部2f为大径，后部2g为小径，前部2f的大径部的外周面为六边形，并且在各边的边界部设置有圆弧部。在小径的后部2g的外周面设置有螺纹2d。筒形的喷嘴主体2的中空部作为同一内径的直线流路11，后端为开口2s且内嵌着过滤器30的前部30a。使用喷射侧壁2a的平坦状内表面2e封闭由喷嘴主体2的中空部构成的截面为圆形的直行流路11的前端。所述喷射孔10的流入口10a位于成为封闭面的平坦状内表面2e的中心。对成为该封闭面的平坦状内表面2e进行研磨，从而将从直行流路11流入喷射孔10的水排净，并且，使喷射孔的流入口10a的周缘为锐边10e。由此，使从直行流路11流入喷射孔10的水流一边从喷射孔10的内周面剥离一边流入喷射孔，消除与喷射孔10的内周面的接触摩擦以使水流的外表面不发生紊乱，由此生成透明束流。

在所述喷嘴1中，供给的液体压力为5.0～13MPa，优选为6～13MPa，当液体压力为6MPa时，以6～16L/hr的喷雾流量进行喷雾的液体的平均粒径在20μm以下，优选为在17μm以下。

如图1和图4所示，从喷嘴主体2的直行流路11的后端的开口2s内嵌并组装圆筒形的过滤器30的前部30a。

如图4中的(C)所示，过滤器30由具有连续形成三维状的孔隙35的树脂材料构成，孔隙率为40～80％。该过滤器30的前部30a和后部30b连续，从前部30a的前端至后部30b的中间部设置有由中心孔构成的液体通道33。该液体通道33构成为：向直行流路11开口，由此从该直行流路11向喷射孔10流通。

并且，如图4中的(B)所示，过滤器30的后部30b的外周面通过使四个圆弧部32突出而成为花瓣形状，由此增大表面积，增多过滤器30的吸液量。

如图5所示，安装有过滤器30的喷嘴1通过将喷嘴主体2的螺纹2d拧入而安装在供液管40上设置的螺孔40h，并使过滤器30的后部30b突出到供液管40内。通过使突出到供液管40内的过滤器30的后部30b的外周面为花瓣形状，增大了吸收在供液管40内流通的液体Q的面积。

在所述实施方式的附设有过滤器30的喷嘴1中，由供液管40供给的液体Q通过过滤器30而被导入，利用该过滤器30捕捉混入液体Q中的异物。通过过滤器30的液体经过喷嘴1的喷嘴主体2内的直行流路11而流入喷射孔10，如图2(B)所示，通过成为细孔的喷射孔10喷射为直行束流Qs，与相向位置的碰撞销4的顶端的碰撞面5碰撞。

此时，由于喷射孔10的直径微小到0.1～1.0mm(本实施方式中为0.18mm)，因此通过该喷射孔10的液体的压力增强，提高喷射压力来喷射直行束流Qs，并与碰撞面5碰撞。由于该碰撞面5与喷射孔10在同一直线上接近配置并且面积相等，因此，从喷射孔10喷射出的直行束流全部与碰撞面5碰撞，全部液滴微小化并向外侧飞散。

如上所述，通过使形成高压的直行束流与碰撞销碰撞，能够以17μm以下的平均粒径进行喷雾。

特别是，由于所述碰撞型的单流体喷嘴1中碰撞销4的碰撞面5的周缘为锐边，因此，碰撞的水滴被排净，能够抑制粗大粒子的产生。并且，即使与碰撞面5碰撞的水滴向碰撞框3侧飞散，由于碰撞框3的纵框部3a的截面为泪滴型且碰撞销侧为锐角，因此，水滴不易附着，从这一点来看，能够抑制粗大粒子的产生，能够实现喷雾的微粒化。

并且，由于水通过过滤器而流入喷嘴1，因此能够预先除去水中的异物，即使喷嘴1的喷射孔10为细孔，也能够预防堵塞的产生。

由上述方面可知，所述带有过滤器的喷嘴能够适用为发电厂的燃气轮机的进气冷却用喷嘴。

附图标记说明

1 喷嘴

2 喷嘴主体

3 碰撞框

3a 纵框部

3b 横框部

3h 销孔

4 碰撞销

5 碰撞面

10 喷射孔

10e 边缘

11 直行流路

30 过滤器

Q 液体

Qs 直行束流

Claims

1.一种喷嘴，该喷嘴是从圆筒型的喷嘴主体的喷射侧壁的外表面一体设置有J字形的碰撞框的单流体喷嘴，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述碰撞框的销孔和所述喷嘴主体的喷射孔同轴，所述碰撞销的碰撞面的直径相对于所述喷射孔的直径在其100％～115％的范围内，且在与所述直行流路连通的所述喷射孔的流入口的周缘设置有边缘。

3.根据权利要求1或2所述的喷嘴，其中，所述一体设置的喷嘴主体和碰撞框为不锈钢制，所述碰撞销为陶瓷制。