CN110695859A - 一种有自混流作用的喷嘴 - Google Patents

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曹秀荣
张泽安
张振华
李春萍
王飞
崔昆
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    • B24C7/0007—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a liquid carrier

Abstract

本发明涉及一种有自混流作用的喷嘴，属于射流技术领域。本发明综合运用了后混引射式混流和自激振荡脉冲射流的原理；采用后混合式磨料喷嘴喷出的磨料射流减少了输运管壁得磨蚀时间，射流沿程损失小，不易堆积，可防止管道堵塞；同时运用自激振荡脉冲的射流形式，使变压特性和空化的作用增强，大大提高了工作效率。结构合理而紧凑，使用方便。

Description

一种有自混流作用的喷嘴
技术领域
本发明属于射流技术领域，具体涉及一种有自混流作用的喷嘴。
背景技术
磨料射流是指磨料与高速流动的水或与高压水相互混合而形成的液固两相介质射流，它是目前应用最广的一种磨料射流；而磨料喷嘴是形成磨料射流的关键，磨料喷嘴就其混合方式分为前混合式和后混合式两种形式；前混合式磨料喷嘴喷出的磨料射流对输运管壁磨蚀时间长，射流沿程损失大，磨料在前混合室中易堆积，会造成管道堵塞；而后混合式磨料喷嘴其混合腔内水和磨料不能够充分的混合且混合后的流体不能得到充分的加速，所以效果很差。
为了提高射流的冲蚀能力，即提高射流破碎、清洗和切割的工作效率，目前国内外主要致力于研究新的射流装置与工艺；一些射流如空化射流、前混合磨料射流、后混合磨料射流、间断射流及脉冲射流等在切割、除锈、石油钻井等方面已发挥了很大的作用；但变压特性和空化作用较差，工作效率低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何既有效解决前混合式磨料喷嘴喷出的磨料射流对输运管壁磨蚀时间长、射流沿程损失大、磨料在前混合室中易堆积，造成管道堵塞等问题；又解决后混合式磨料与水的混合及加速问题；同时还解决变压特性和空化作用较差、工作效率低的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种有自混流作用的喷嘴，包括高压水喷嘴1、入砂管2、混合振荡部和聚焦管4，所述混合振荡部中心具有一腔体，称为混合振荡腔3；
先通过高压水喷嘴1将高压水射入有自混流作用的喷嘴的混合振荡腔3内，并采用后混引射式混合原理将磨料从入砂管2吸入到混合振荡腔3内，再利用自激振荡原理将高压水与磨料在混合振荡腔3内进行混合与加速，然后从聚焦管4喷出磨料射流。
优选地，所述高压水喷嘴1、入砂管2、聚焦管4均设置在混合振荡部上；高压水喷嘴1、聚焦管4分别设置在混合振荡部左右两侧，入砂管2呈轴对称布置在高压水喷嘴1的周围，使混合振荡腔3内的水、磨料混流涡环对称均匀分布。
优选地，所述入砂管2与高压水喷嘴1轴向呈60度夹角，布置在高压水喷嘴1的两侧，每个入砂管2的中心距离高压水喷嘴1的中心径向距离为7.5mm。
优选地，所述混合振荡腔3的长度根据高压水喷嘴1的尺寸确定，所述混合振荡腔3的长径比为0.5，混合振荡腔3的长度与高压水喷嘴1的直径比为2.2～7.8。
优选地，所述振荡混合腔内3的长度与高压水喷嘴1的直径比为6.25。
优选地，所述高压水喷嘴1的直径由伯努利方程和连续性方程计算推导得到，聚焦管4直径的大小根据高压水喷嘴1来确定，聚焦管4与高压水喷嘴1的直径比为1.5～2.3倍，且大于磨料粒径的3倍以上，所述聚焦管4的直径为8mm。
优选地，整个有自混流作用的喷嘴与高压水喷嘴1的直径比为4。
优选地，所述混合振荡部与聚焦管4的连接侧设有内凹的锥角。
优选地，对于混合振荡腔3的锥角设计，混合振荡腔3的锥角范围在110°～130°。
优选地，所述混合振荡腔3的锥角为120°。
(三)有益效果
本发明综合运用了后混引射式混流和自激振荡脉冲射流的原理；采用后混合式磨料喷嘴喷出的磨料射流减少了输运管壁得磨蚀时间，射流沿程损失小，不易堆积，可防止管道堵塞；同时运用自激振荡脉冲的射流形式，使变压特性和空化的作用增强，大大提高了工作效率。结构合理而紧凑，使用方便。
附图说明
图1为本发明提供的一种有混流作用的喷嘴的整体结构示意图；
图2为本发明的喷嘴的主视剖面图；
图3为本发明的喷嘴的结构分解图；
图4为本发明的喷嘴内部流场压力云图；
图5为本发明的喷嘴内部流场速度云图；
图6为本发明的喷嘴内部湍动能场云图；
图7为本发明的喷嘴内部水的体积分数云图。
其中：1、高压水喷嘴，2、入砂管，3、混合振荡腔，4、聚焦管。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供了一种集后混引射式和自激振荡脉冲于一体的有自混流作用的喷嘴，能够将磨料与水充分混合且能够将固液两相流混合后的流体进行充分加速，使用寿命较长。
如图1至图3所示，本发明提供一种集后混合式和自激振荡脉冲于一体的有自混流作用的喷嘴，包括高压水喷嘴1、入砂管2、混合振荡部和聚焦管4，所述混合振荡部中心具有一腔体，称为混合振荡腔3。
该发明同时采用了后混引射式混合原理与自激振荡的原理设计实现。先通过高压水喷嘴1将高压水射入有自混流作用的喷嘴的混合振荡腔3内，并采用后混引射式混合原理将磨料从入砂管2吸入到混合振荡腔3内，再利用自激振荡原理将高压水与磨料在混合振荡腔3内进行混合与加速，然后从聚焦管4喷出磨料射流。
所述高压水喷嘴1、入砂管2、聚焦管4均设置在混合振荡部上；高压水喷嘴1、聚焦管4分别设置在混合振荡部左右两侧，入砂管2呈轴对称布置在高压水喷嘴1的周围，使混合振荡腔3内的水、磨料混流涡环对称均匀分布，促进磨料在混合振荡腔3内的混合更加均匀；入砂管2与高压水喷嘴1轴向呈60度夹角布置，入砂管2轴向呈60度角布置在高压水喷嘴1的两侧，每个入砂管2的中心距离高压水喷嘴1的中心径向距离为7.5mm，这种布置可以使腔内的水、磨料混流涡环对称均匀分布，促进磨料在振荡腔内的混合更加均匀；
对于混合振荡腔的设计，一般情况下自激振荡腔的长径比大约为1.2～1.8时，其腔内的混合效果和加速效果较好。但在本发明中由于在自激振荡腔上加了入砂管2，所以其长径比发生变化，通过研究得出本发明中混合振荡腔3的长径比为0.5时，腔内的混合效果和加速效果最佳，故本发明中混合振荡腔3的长径比设计为0.5。混合振荡腔3的长度可以根据高压水喷嘴1的尺寸确定，混合振荡腔3的长度与高压水喷嘴1的直径比为2.2～7.8时，振荡混合腔内3的效果较好，而本发明中振荡混合腔内3的长度与高压水喷嘴1的直径比为6.25，其腔内混合和加速效果达到最佳。
高压水喷嘴1的直径可由伯努利方程和连续性方程计算推导得到。而聚焦管4直径的大小是根据高压水喷嘴1来确定的，聚焦管4与高压水喷嘴1的直径比为1.5～2.3倍为好，但须大于磨料粒径的3倍以上，最终确定聚焦管4的直径d2为8mm时，其有自混流作用的喷嘴内的混合效果与加速效果都较好，在本发明中有自混流作用的喷嘴与高压水喷嘴1的直径比为4时，有自混流作用的喷嘴内部的效果最佳。
混合振荡部与聚焦管4的连接侧设有内凹的锥角；对于混合振荡腔3的锥角设计，振荡混合腔3的锥角范围在110°～130°时腔内的混合效果和加速效果较好，而锥角在120°时效果最佳，且制造较其他角度更为方便，故在此发明中，振荡混合腔3的锥角为120°。
本发明的工作原理为：由高压泵出来的高压水通过高压水喷嘴1加速进入到混合振荡腔3内，从而产生一束高速射流，这束射流通过混合振荡腔3时由于文丘里效应使混合振荡腔3局部产生负压，从入砂管2吸入磨料，磨料在混合振荡腔3中与高速射流接触掺混并一起运动，形成高速磨料水射流，在从聚焦管4喷出。磨料在脉冲射流状态下的能量交换和加速效果优于普通磨料射流，磨料随水一起脉动(两者速度不同)并获得高于从高压水喷嘴出来的射流的速度，从而降低射流的比能耗，提高射流的冲蚀效果。
可以看出，本发明采用了后混引射式混合原理的同时采用了自激振荡的原理。先通过喷嘴1将高压水射入混流器的振荡腔3内，并采用后混引射式混合原理将磨料从入砂管2吸入到混合振荡腔3内，再利用自激振荡原理将高压水与磨料在混合振荡腔3内进行混合与加速。该新型混流器不是先将水与磨料混合好后，再通过喷嘴射入到振荡腔内进行加速，而是直接在混合振荡腔体3上开设两个入砂管2，在混合振荡腔体3内使高压水与磨料充分混合并加速，这种方式磨料与水的混合是在高压水喷嘴之后，这就避免了高压磨料水射流对高压喷嘴的磨损，而且运用了自激振荡脉冲的射流的原理，磨料与高压水在混合振荡腔内充分加速和混合，这样可以在一定范围内降低泵的压力而不影响射流的效果，从而可以提供高压泵和水喷嘴的使用寿命，降低了成本。本发明中还运用到了后混合引射式的混合原理，这样可有避免由前混合所带来的磨料堆积、管路堵塞和较长的沿程磨损等问题。
本发明中磨料入口是直接开设在混合振荡腔体上，磨料不是通过高压水喷嘴进入到混合振荡腔内而是通过混合振荡腔体上开设的磨料入口进入到混合振荡腔内，并在腔内进行混合和加速，这样避免喷嘴被磨料磨损的同时，使结构精巧化，简单化，更容易加工。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种有自混流作用的喷嘴，其特征在于，包括高压水喷嘴(1)、入砂管(2)、混合振荡部和聚焦管(4)，所述混合振荡部中心具有一腔体，称为混合振荡腔(3)；
先通过高压水喷嘴(1)将高压水射入有自混流作用的喷嘴的混合振荡腔(3)内，并采用后混引射式混合原理将磨料从入砂管(2)吸入到混合振荡腔(3)内，再利用自激振荡原理将高压水与磨料在混合振荡腔(3)内进行混合与加速，然后从聚焦管(4)喷出磨料射流。
2.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述高压水喷嘴(1)、入砂管(2)、聚焦管(4)均设置在混合振荡部上；高压水喷嘴(1)、聚焦管(4)分别设置在混合振荡部左右两侧，入砂管(2)呈轴对称布置在高压水喷嘴(1)的周围，使混合振荡腔(3)内的水、磨料混流涡环对称均匀分布。
3.如权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述入砂管(2)与高压水喷嘴(1)轴向呈60度夹角，布置在高压水喷嘴(1)的两侧，每个入砂管(2)的中心距离高压水喷嘴(1)的中心径向距离为7.5mm。
4.如权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述混合振荡腔(3)的长度根据高压水喷嘴(1)的尺寸确定，所述混合振荡腔(3)的长径比为0.5，混合振荡腔(3)的长度与高压水喷嘴(1)的直径比为2.2～7.8。
5.如权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，所述振荡混合腔内(3)的长度与高压水喷嘴(1)的直径比为6.25。
6.如权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述高压水喷嘴(1)的直径由伯努利方程和连续性方程计算推导得到，聚焦管(4)直径的大小根据高压水喷嘴(1)来确定，聚焦管(4)与高压水喷嘴(1)的直径比为1.5～2.3倍，且大于磨料粒径的3倍以上，所述聚焦管(4)的直径为8mm。
7.如权利要求6所述的喷嘴，其特征在于，整个有自混流作用的喷嘴与高压水喷嘴(1)的直径比为4。
8.如权利要求7所述的喷嘴，其特征在于，所述混合振荡部与聚焦管(4)的连接侧设有内凹的锥角。
9.如权利要求8所述的喷嘴，其特征在于，所述混合振荡腔(3)的锥角范围在110°～130°。
10.如权利要求9所述的喷嘴，其特征在于，所述混合振荡腔(3)的锥角为120°。
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