CN110670687B - 一种低压旋流气泡式喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低压旋流气泡式喷嘴，包括分流室、切向进水管路、轴向进水管路、混流管和气液混合腔；所述分流室出口分别连通切向进水管路和轴向进水管路，所述轴向进水管路出口与混流管连通，且所述轴向进水管路内设有旋流装置，用于产生旋流进入混流管；所述切向进水管路出口切入混流管，用于产生切向流；所述混流管用于汇聚旋流和切向流；所述气液混合腔与混流管连通，所述气液混合腔出口与喷嘴连接。本发明可产生旋转气泡式水珠，既增大了清洗面积，增强了清洗效果，同时也具有按摩打击效果，促进了人体血液循环，让人体有较舒适的肌肤体感。
Description
技术领域
本发明涉及智能马桶清洗领域，特别涉及一种低压旋流气泡式喷嘴。
背景技术
目前，应用于智能座便器的喷嘴出水方式主要为柱状水流直进直出型或者按摩脉冲型，即水流在供水压力的作用下，通过喷嘴直接喷射出去，对人体部位进行冲洗，这样的出水方式需要较大的压力才能达到较好的清洗效果，但一旦压力提高，人体的舒适度会变差，且水量消耗较大，而旋流型喷嘴清洗面积相比于其他喷嘴清洗面积大，清洗效率高。
中国发明专利名称为：旁通旋流-气泡雾化型低压细水雾喷头、授权公告号为CN105561508B，发明了一种适用于动车等场所的新型低压细水雾灭火喷头，可产生较大的射流锥角和较强的水流卷吸能力，形成大范围的雾化空间。但此喷嘴不适用于智能马桶领域。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种低压旋流气泡式喷嘴，可产生旋转气泡式水流，降低水耗，提升洗净感。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种低压旋流气泡式喷嘴，包括分流室、切向进水管路、轴向进水管路、混流管和气液混合腔；所述分流室出口分别连通切向进水管路和轴向进水管路，所述轴向进水管路出口与混流管连通，且所述轴向进水管路内设有旋流装置，用于产生旋流进入混流管；所述切向进水管路出口切入混流管，用于产生切向流；所述混流管用于汇聚旋流和切向流；所述气液混合腔与混流管连通，所述气液混合腔出口与喷嘴连接。
进一步，所述切向进水管路横截面的面积与所述轴向进水管路横截面的面积的比值范围为0.5～2.8。不同的面积比即决定了不同的流量比，切向入流与轴向入流不同的流量比，会产生不同形状的水型以及不同程度的水流紊乱情况，比值i取2时，切向水流对轴向水流为促进作用，促进切向方向的旋转，不会对轴向产生损耗，为最优流量比，最利于水流的旋转。
进一步，所述切向进水管路的横截面为长方形或者圆形，所述切向进水管路与混流管夹角为40°～80°；切向进水流道对轴向流道施加切向力是使水旋转的重要方式，切向进水管路为圆形，切向进水管路出口与混流管的夹角为75°，此设置方式在耗能最少的同时最利于水流的旋转。所述轴向进水管路的横截面为圆形，所述轴向进水管路与混流管夹角为80°～90°，这样可以防止水流动能的耗散，能够最大的节省水流动能流入混流管，以高速射进混流室。
进一步，所述旋流装置包括导向叶轮和旋流腔；所述轴向进水管路与混流管交汇处设有旋流腔，所述旋流腔内安装可转动的导向叶轮。
进一步，所述混流管沿水流方向渐缩，所述混流管进口直径为所述混流管出口直径的2～4倍，所述混流管长度为15mm～25mm。这样具有增压的作用，对水流进行加速，增强水流动能，使水流到达混流管出口时以高速射入气液混合腔，而不至于水流从液混合腔中的进气孔流出。
进一步，所述气液混合腔对称设有进气孔，与喷嘴连接的所述气液混合腔的出口面为弧面，所述弧面的弧度为40°～50°，所述进气孔中心线与混流管中心线夹角为40°～70°。水流高速喷出到气液混合腔时，混合腔内水流流速较大，与吸气口外部形成流速差，造成内外部压差，产生对气液混合腔外部空气的抽吸力，增加了喷嘴自吸气率，最大程度提高旋转水流的混气率，增强了混气效果，且由于腔体对称结构布置，两边流速相同，混气效率相同，旋转水流射出时不影响其旋转强度。
进一步，所述喷嘴包括直通段和出口渐缩段，所述直通段和出口渐缩段沿水流方向依次连接；所述出口直通段与混流管中心轴线夹角为10°～20°；所述出口直通段长度为出口直通段直径的2～4倍。倾斜布置目的是气液混合腔中的旋转气泡以倾斜角度撞击出口直通段的内壁面可以产生第三次切入的旋转，增加紊流，减少水流进入出口直通段的动能耗散，保证旋转水流的切向速度与轴向速度。
进一步，所述出口渐缩段出口截面收缩角度C为10°～25°，所述出口渐缩段进口直径为出口直径的2倍，可对旋转气泡式水流进行快速增压射出，提升速度，提升作用于人体的打击力。
进一步，所述轴向进水管路为螺旋形流道，用于产生初始的预旋作用。
本发明的有益效果在于：
1)本发明创新性的结合了旋转水流与气泡式水流，可产生旋转气泡式水珠，既增大了清洗面积，增强了清洗效果，同时也具有按摩打击效果，促进了人体血液循环，让人体有较舒适的肌肤体感。
2)本发明的旋流室可自由进行拆卸，也可对其中的叶轮单元进行拆换，无需外力驱动可通过水流流动带动叶轮的旋转，效果显著。
3)本发明同时通过三种加旋方式对水流进行造旋，三种助旋方式相互配合，可以在低压的情况下，使水流自然产生漩涡，且漩涡旋流强度较大，设计符合流动规律。
4)本发明清洗水流中混入空气，水流柔硬结合，具有按摩般的SPA级体验。相比于市场上现有直进直出式出水方式，更加节水，且水型新颖，增强了市场清洗水流的多样性。
附图说明
图1为本发明所述的低压旋流气泡式喷嘴的剖视图。
图2为本发明所述的低压旋流气泡式喷嘴的结构示意图。
图3为本发明所述的低压旋流气泡式喷嘴的俯视图。
图4为本发明所述的切向进水管路与轴向进水管路两种进口形状示意图。
图5为本发明所述的切向入流与混流管两种相切形状示意图。
图中：
1-进水管路；2-分流室；3-切向进水管路；4-轴向进水管路；5-旋流装置；6-混流管；9-气液混合腔；10-出口直通段；11-出口渐缩段；5-1-底板；5-2-卡槽；5-3-导向叶轮；5-4-导向叶轮轴；5-5-螺母；5-6-轴套；9a-左进气孔；9b-右进气孔。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1、图2和图3所示，本发明所述的低压旋流气泡式喷嘴，包括进水管路1、分流室2、切向进水管路3、轴向进水管路4、旋流装置5、混流管6、气液混合腔9和喷嘴。所述进水管路1与分流室2连接，分流室2出口同时连接切向进水管路3和轴向进水管路4，切向进水管路3和轴向进水管路4并联连接混流管6，所述混流管6、气液混合腔9、喷嘴依次串联连通；轴向进水管路4中包含旋流装置5，所述旋流装置5包括导向叶轮5-3和旋流腔；所述轴向进水管路4与混流管6交汇处设有旋流腔，所述旋流腔内安装可转动的导向叶轮5-3。
如图4和图5所示，所述切向进水管路3进口与分流室2出口连通，切向进水管路3的横截面为长方形或者圆形，切向进水管路3出口与混流管6相交的形状相应的为圆弧面和椭圆形，所述切向进水管路3出口与混流管6夹角为40°～80°；优选的，所述切向进水管路3为圆形，切向进水管路3出口与混流管6相交的形状为椭圆形，切向进水管路3出口与混流管6夹角为75°。切向进水流道对轴向流道施加切向力是使水旋转的重要方式，切向进水管路3为圆形，切向进水管路3出口与混流管6的夹角为75°，此设置方式在耗能最少的同时最利于水流的旋转。所述轴向进水管路4进口与分流室2出口连通，轴向进水管路4的横截面为圆形，所述轴向进水管路4与混流管6夹角为80°～90°；优选的，轴向进水管路4与混流管6夹角为85°，主要可以防止水流动能的耗散，能够最大的节省水流动能流入混流管6，以高速射进混流室。
对所述切向进水管路3横截面面积S1与轴向进水管路4横截面面积S2比值i进行设计，所述比值i的取值范围为0～2.8；优选的，i取2，不同的面积比即决定了不同的流量比，切向入流与轴向入流不同的流量比，会产生不同形状的水型以及不同程度的水流紊乱情况，比值i取2时，切向水流对轴向水流为促进作用，促进切向方向的旋转，不会对轴向产生损耗，为最优流量比，最利于水流的旋转。
所述旋流装置5置于轴向进水管路4流道中，其中底板5-1与轴向进水管路4底面在同一个平面上，卡槽5-2插入轴向进水管路4中，周壁与轴向进水管路4中的曲面过渡段4c以及圆弧段4b-2紧密贴合，不漏水，导向叶轮轴5-4通过螺母5-5固定安装在旋流腔底板5-1上，导向叶轮轴5-4与助旋管同心，导向叶轮5-3通过轴套5-6安装在导向叶轮轴5-4上，导向叶轮5-3可在轴上自由转动，导向叶轮5-3叶片为长方形,叶片数为3～5片，整个旋流腔5通过卡槽5-2与轴向进水管路4进行固定安装，连成一体，旋流腔5以及导向叶轮5-3可自由拆卸，将旋流腔5模块化局部化的设置方便清洗与拆换。
所述混流管6沿水流进口处至出口处呈收缩状，其进口直径为出口直径2～4倍，所述混流管6长度为15mm～25mm；优选的，所述混流管6其进口直径为出口直径3倍，优选的，所述混流管6长度为22mm，具有增压的作用，对水流进行加速，增强水流动能，使水流到达混流管6出口时以高速射入气液混合腔9，而不至于水流从液混合腔9中的左进气孔9a和右进气孔9b流出。
所述气液混合腔9包含左进气孔9a和右进气孔9b,所述气液混合腔9进口直径与防扩散段8内径相同，气液混合腔9出口面为具有弯曲弧度的曲面，其弯曲弧度为40°～50°；所述左进气孔9a中心线和右进气孔9b中心线分别与混流管6中心线夹角为40°～70°，水流高速的喷出到气液混合腔9时，混合腔内水流流速较大，与吸气口外部形成流速差，造成内外部压差，产生对气液混合腔9外部空气的抽吸力，增加了喷嘴自吸气率，最大程度提高旋转水流的混气率，增强了混气效果，且由于腔体对称结构布置，两边流速相同，混气效率相同，旋转水流射出时不影响其旋转强度。
所述喷嘴包括直通段10和出口渐缩段11，所述直通段10和出口渐缩段11沿水流方向依次连接；所述出口直通段10进口与气液混合腔9出口相连，所述出口直通段10与混流管6中心轴线夹角为10～20度，出口直通段10长度为出口直通段10直径的2～4倍，出口直通段10与混流管6中心轴线夹角为10～20度，倾斜布置目的是气液混合腔9中的旋转气泡以倾斜角度撞击出口直通段10的内壁面可以产生第三次切入的旋转，增加紊流，减少水流进入出口直通段的动能耗散，保证旋转水流的切向速度与轴向速度。所述出口渐缩段11出口截面收缩角度C为10°～25°，出口渐缩段11进口直径为出口直径的2倍，对旋转气泡式水流进行快速增压射出，提升速度，提升作用于人体的打击力。
轴向进水管路4为螺旋形流道，螺旋形流道由于其结构特点会产生初始的预旋作用，螺旋形进水流道其内部流道结构对水流的能量影响较大，且流道中布置有旋流腔，旋流腔具有叶轮单元，因此流道既为轴向进水流道又为叶轮进水流道，而流入叶轮的角度及水流状态直接决定了流出叶轮的水流状态，且设计不当极易产生水流的紊乱以及能量的耗散，因此对于其螺旋流道内部结构的优化具有十分重要的意义。
工作原理：
水流从进水管路1流入分流室2，通过控制轴向进水流道4与切向进水流道3进口面积比得到最优的流量比，轴向进水流道4水流径向流过旋流室5内的导向叶轮5-3，带动导向叶轮5-3转动，旋转水流从导向叶轮5-3的轴向流出，把水流的能量最大化转换为旋转机械能，产生一级旋转水流，从而流入混流管6，切向进水管路3水流以最优角度切入混流管6，与轴向进水管道4的水流汇聚，对轴向进水流道4水流施加切向力，产生二级旋转水流，此时水流既具有轴向速度又具有切向速度，高速射出，进入气液混合腔9，此时腔内水流流速大，与腔外产生流速差，继而产生压力差，空气通过吸气孔压入气液混合腔中，旋转水流中融入空气产生旋转气泡式水流，此时掺混气泡得微水流以固定角度射入出口直通段10内壁，产生第三级旋转水流，再经过出口渐缩段11，增压射出。旋转气泡式水流，结合了水流与空气，刚柔并济，既温和又有效，对人体不仅有着极佳的清洗效果，也有较舒适的体感。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种低压旋流气泡式喷嘴，其特征在于，包括分流室(2)、切向进水管路(3)、轴向进水管路(4)、混流管(6)和气液混合腔(9)；所述分流室(2)出口分别连通切向进水管路(3)和轴向进水管路(4)，所述轴向进水管路(4)出口与混流管(6)连通，且所述轴向进水管路(4)内设有旋流装置(5)，用于产生旋流进入混流管(6)；所述切向进水管路(3)出口切入混流管(6)，用于产生切向流；所述混流管(6)用于汇聚旋流和切向流；所述气液混合腔(9)与混流管(6)连通，所述气液混合腔(9)出口与喷嘴连接；所述气液混合腔(9)对称设有进气孔，与喷嘴连接的所述气液混合腔(9)的出口面为弧面，所述弧面的弧度为40°～50°，所述进气孔中心线与混流管(6)中心线夹角为40°～70°；所述切向进水管路(3)横截面的面积与所述轴向进水管路(4)横截面的面积的比值范围为0.5～2.8。
2.根据权利要求1所述的低压旋流气泡式喷嘴，其特征在于，所述切向进水管路(3)的横截面为长方形或者圆形，所述切向进水管路(3)与混流管(6)夹角为40°～80°；所述轴向进水管路(4)的横截面为圆形，所述轴向进水管路(4)与混流管(6)夹角为80°～90°。
3.根据权利要求1所述的低压旋流气泡式喷嘴，其特征在于，所述旋流装置(5)包括导向叶轮(5-3)和旋流腔；所述轴向进水管路(4)与混流管(6)交汇处设有旋流腔，所述旋流腔内安装可转动的导向叶轮(5-3)。
4.根据权利要求1所述的低压旋流气泡式喷嘴，其特征在于，所述混流管(6)沿水流方向渐缩，所述混流管(6)进口直径为所述混流管(6)出口直径的2～4倍，所述混流管(6)长度为15mm～25mm。
5.根据权利要求1所述的低压旋流气泡式喷嘴，其特征在于，所述喷嘴包括出口直通段(10)和出口渐缩段(11)，所述出口直通段(10)和出口渐缩段(11)沿水流方向依次连接；所述出口直通段(10)与混流管(6)中心轴线夹角为10°～20°；所述出口直通段(10)长度为出口直通段(10)直径的2～4倍。
6.根据权利要求5所述的低压旋流气泡式喷嘴，其特征在于，所述出口渐缩段(11)出口截面收缩角度C为10°～25°，所述出口渐缩段(11)进口直径为出口直径的2倍。
7.根据权利要求1所述的低压旋流气泡式喷嘴，其特征在于，所述轴向进水管路(4)为螺旋形流道，用于产生初始的预旋作用。
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