CN110773343A - 流体端头 - Google Patents

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Abstract

用于喷枪的流体端头。所述流体端头包括空气帽和涂料喷嘴。空气帽包括内表面(206)，并且涂料喷嘴包括外表面(208)。所述内表面和外表面限定空气通道(203)的侧部。内表面和外表面由轮廓限定，每个轮廓终止以形成空气通道出口(207)以靠近涂料喷嘴的涂料喷嘴出口排出空气射流。所述轮廓被配置成提供通过空气通道(203)的空气流(401)的横跨空气通道出口(207)的速度分布(400)，在所述速度分布中，径向更靠近涂料喷嘴出口的空气的速度基本上高于径向更远离涂料喷嘴出口的速度。

Description

流体端头
技术领域
本发明涉及涂料喷枪。更具体地，本发明涉及流体端头，所述流体端头用于从涂料喷枪喷射雾化空气和涂料。
背景技术
涂料喷枪通常用于将涂料涂覆到介质上，所述介质例如为车体板(vehicle bodypanel)。涂料喷枪通常使用称为雾化的过程，其用于在将液体涂料施加到介质上之前将液体涂料分解成小颗粒(即喷雾)。雾化是通过混合涂料射流(paint jet)和“雾化”空气射流(air jet)来实现的。这些射流之间的混合导致了液体涂料的雾化。
现有的涂料喷枪包括流体端头，该流体端头包括空气帽和涂料喷嘴。空气帽从靠近涂料喷嘴的空气帽出口提供雾化空气射流，从而在射流之间能够进行必要的混合以雾化涂料。高压空气源通常被用于提供所述雾化空气射流。
通过使用由高压源提供的雾化空气射流，抽吸进料喷枪(suction feed spraygun)通过喷嘴“抽吸”涂料流体以拽引涂料通过涂料喷嘴。通过比较用于产生高压雾化空气射流的能量和所得到的涂料射流的质量，喷枪的效率可以被测量。提高喷枪的效率是被希望的。
有力的雾化空气射流可提供更精细的雾化，从而产生更精细的涂料喷雾。然而，增加雾化空气射流的强度会增加不期望的高频嘶嘶噪声的量，导致更高的空气消耗，并导致更高的操作成本。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种与涂料喷枪一起使用的流体端头。流体端头包括空气帽和涂料喷嘴。空气帽包括内表面，并且涂料喷嘴包括外表面。所述内表面和外表面限定空气通道的侧部。所述内表面和外表面由轮廓(contour)限定，每个轮廓终止以形成空气通道出口，所述空气通道出口用于排出靠近涂料喷嘴的涂料喷嘴出口的空气射流。所述轮廓构造成提供穿过空气通道的空气流的横跨空气通道出口的速度分布，在所述速度分布中，径向更靠近涂料喷嘴出口的空气速度基本上高于径向更远离涂料喷嘴出口的速度。
调节通过空气通道的空气流的速度分布导致从空气出口排出的空气(即空气射流)在径向最接近涂料喷嘴的位置处的速度增加。这导致环形涡流的减弱和位移，所述环形涡流由涂料喷嘴中心前方的空气射流和涂料射流的混合产生，从而减少湍流。这些流动效果提供了几个优点：
首先，减少了涂料射流的不稳定性，从而减少了涂料喷嘴出口处的涂料射流的振动。这种振动被称为“飘振”(flapping)。涂料射流的飘振导致较重/较大尺寸的液滴朝由流体端头产生的喷雾锥的边缘移位。这种现象导致不希望的喷雾图案(spray pattern)，该喷雾图案边缘处具有大量涂料沉积而在中心处具有较轻的涂料密度。排出的涂料流的不稳定性的降低提供了更均匀的喷雾图案。
其次，振动的减少导致喷枪操作期间产生的噪音减少。
第三，被调节的速度分布允许更宽的通道和/或更低的操作压力用于雾化空气。更宽的雾化空气射流在较低的操作空气压力下提供更精细的涂料射流雾化。在没有所述被调节的速度分布的情况下，更宽的通道和/或降低的操作压力(对于雾化空气射流的给定的质量流速)将导致由雾化空气射流提供的对涂料流体的抽吸减小并且减少雾化的精细度。所述被调节的速度分布可以补偿这种减少。
可选地，所述内表面由凸形轮廓限定，并且所述外表面由凹形轮廓限定。
可选地，限定所述内表面和外表面的轮廓是曲线形的。
可选地，轮廓被配置成在提供空气的横跨空气出口的速度分布，所述速度分布遵循抛物线分布(parabolic distribution)，该抛物线分布具有径向最接近涂料喷嘴的最大速度。
可选地，涂料喷嘴出口和空气出口之间的间隔距离基于流过涂料喷嘴出口的涂料的预定粘度。所述间隔距离还可以基于流过涂料喷嘴出口的涂料的表面张力、密度和动态粘度中的一个或多个。
涂料喷嘴出口和空气出口之间的间隔的减少减小了在排出的涂料流中的环形涡流的尺寸，从而有助于减少由湍流引起的噪音。间隔减少导致雾化空气流提供的抽吸减小。然而，所述减小的抽吸通过被调节的空气流的速度分布而被补偿，所述被调节的空气流的速度分布在排出的空气射流的靠近涂料流的区域中提供增加的速度。
空气通道在空气出口处的增加的宽度有助于产生空气的横跨空气出口的期望的速度分布。
可选地，空气通道和/或空气出口围绕涂料喷嘴。
可选地，空气通道和/或空气出口是围绕所述喷嘴的环形形状。
可选地，空气通道的侧部之间的通道宽度朝向空气出口减小。
可选地，空气出口构造成以与从涂料喷嘴出口排出的涂料相同的方向排出空气。
可选地，所述流体端头还包括从所述空气帽的外表面突出的一个或多个角部，所述一个或多个角部中的每一个包括辅助空气通道，所述辅助空气通道构造成朝所述涂料喷嘴出口下游的雾化区域排出辅助空气射流。
根据本发明的第二方面，提供了一种喷枪，其包括根据本发明的第一方面的流体端头。
附图说明
图1示出了现有的流体端头的横截面视图，其包括从现有的流体端头排出的涂料和空气射流的流动可视视图。
图2示出了根据本发明的流体端头的横截面视图，其包括从所述流体端头排出的涂料和空气射流的流动可视视图。
图3示出了图1的流体端头的横截面视图，其包括在空气出口处的空气流的速度分布的图示。
图4示出了图2的流体端头的横截面视图，其包括在空气出口处的空气流的速度分布的图示。
图5示出了根据本发明的涂料喷嘴。
图6示出了根据本发明的包括涂料喷嘴和空气帽的流体端头的横截面视图。
具体实施方式
参考图1，现有的流体端头100包括空气帽101，空气帽101基本上围绕涂料喷嘴102。空气帽内表面106和涂料喷嘴外表面108形成空气通道103。在使用中，空气流过空气通道103并被在空气通道出口107处排出以提供空气射流。涂料流过涂料喷嘴102并被在涂料喷嘴出口104处排出以提供涂料射流。涂料喷嘴102和空气通道103被设置为围绕中心轴线109。空气通道出口107是围绕所述喷嘴的环形形状。在操作中，排出的空气射流围绕排出的涂料射流。在这些射流之间所产生的混合导致涂料雾化(即涂料喷雾)。
从图1的流动可视视图可以观察到，由于空气射流和涂料射流之间的混合，产生了环形涡流(ring vortices)105。发明人已经确定这些环形涡流105是与空气射流和涂料射流的混合相关的产生噪声的湍流的主要形式。
图2显示了根据本公开的流体端头。空气帽201基本上围绕涂料喷嘴202。空气帽201和涂料喷嘴202被围绕中心轴线209旋转，从而形成环形的空气通道出口207。涂料喷嘴202的外表面208和空气帽201的内表面206形成空气通道203的侧部(sides)。在使用中，空气在空气通道出口207处从空气通道203排出。涂料在涂料喷嘴出口204处从涂料喷嘴202排出。涂料喷嘴具有涂料喷嘴厚度202a，所述涂料喷嘴厚度202a由从空气通道出口207到涂料喷嘴出口204的距离限定。涂料喷嘴厚度可以被称为涂料喷嘴出口和空气出口之间的间隔距离。空气帽内表面206和涂料喷嘴外表面208由轮廓(contours)限定。换句话说，空气通道203的侧部(sides)由轮廓(contours)限定。所述轮廓被配置成调节通过所述空气通道的空气的速度分布，所述调节通过在(或接近于)空气通道出口207的最靠近涂料喷嘴出口204的边缘处增加排出空气的速度来进行。换句话说，如图2的流动可视视图所示的，在涂料喷嘴出口204附近具有增加的高速空气区域210。所述空气流的速度分布的这种调节至少部分地由在空气通道出口207的上游的空气通道203的几何形状引起。特别地，在所示实施例中，内表面206由曲线凸形轮廓(curvilinear convex contour)限定。外表面208由曲线凸形轮廓(curvilinear convex contour)限定。
涂料喷嘴厚度202a与图1中所示的流体端头的涂料喷嘴厚度相比较小。涂料喷嘴厚度依赖于流过涂料喷嘴出口的涂料的粘度。如果涂料不具有粘度或具有最小的粘度，则可通过以下公式确定最佳涂料喷嘴厚度：
T＝4.44×d
其中T是涂料喷嘴厚度，d是涂料喷嘴出口的内径202b。如果涂料具有显著的粘度，或者被认为是粘性液体，那么涂料喷嘴厚度被基于涂料的表面张力，密度和动态粘度(dynamic viscosity)中的一个或多个。
减小的涂料喷嘴厚度202a使得从空气出口207排出的空气射流更接近从涂料出口204排出的涂料。这导致由于射流之间的混合而产生的环形涡流205的弱化。环形涡流207也朝向中心线209移位。该效果可通过将所讨论实施例的环形涡流205的流动可视化视图与图1中所示的环形涡流105比较而观察到。与在图1的流体端头观察到的相比，环形涡流205的所述弱化和位移减少了来自图2的流体端头的产生噪声的湍流水平。
所述减小的涂料喷嘴厚度205的使用使得更宽的空气通道203能够被使用。发明人已经确定，提供更宽的空气通道203(即，增加内表面206和外表面208之间的距离)允许在使用用于空气和/或涂料射流的更低的操作压力的同时获得涂料喷枪的高质量性能。从更宽的空气通道203排出的更宽的空气射流在较低的操作压力下提供涂料流的更精细的雾化。
本发明的实施例可以应用于抽吸进料喷枪，其中空气射流提供抽吸力以拽引涂料通过涂料出口204。上面讨论的环形涡流205的减少和移位减少了所提供的抽吸量。然而，提供靠近涂料出口204的高速空气区域210提供吸力的增加以抵消由于环形涡流205的减少而减小的吸力。
此外，由于涡流205的减小和位移，由图2的流体端头200引起的空气和喷射射流混合所产生的雾化涂料射流被观察到在出口下游更稳定。换句话说，液体(涂料)芯的稳定性增加。因此，雾化涂料射流的不期望的“飘振”(flapping)更少。“飘振”降低了由涂料和空气射流的混合所引起的涂料喷雾图案(pattern)的质量。
图3示出了图1的流体端头，其包括在空气通道出口107处的空气流的速度分布300的图示。箭头301指出空气流通过空气通道103的方向。速度分布300遵循抛物线分布(parabolic distribution)，所述抛物线分布在空气流的中心区域中具有最大速度，所述中心区域大致在空气帽内表面106和涂料喷嘴外表面108之间的中间。
图4示出了图2的流体端头，其包括在空气通道出口207处的空气流的速度分布400的图示。箭头401指出空气流通过空气通道203的方向。形成所述空气通道203的空气帽内表面206和涂料喷嘴外表面208具有曲线轮廓(curvilinear profiles)。特别地，空气帽内表面206包括凸形轮廓(convex contour)，并且涂料喷嘴外表面208包括凹形轮廓(concavecontour)。所述内表面和外表面的几何形状提供了在空气出口207处产生的速度分布400。速度分布400具有靠近涂料喷嘴外表面208(即靠近涂料射流)的最大速度。
参见图5，涂料喷嘴500具有涂料出口503。空气孔501围绕涂料喷嘴外表面502设置。涂料喷嘴外表面502具有凹形并且曲线形的轮廓(concave and curvilinearprofile)，所述轮廓围绕涂料出口503的中心线旋转。在所示的示例中，涂料喷嘴外表面502具有钟形(bell-shaped)的表面。在使用中，高压空气被喷射通过所述空气孔501。喷射的空气穿过空气通道(未示出)，该空气通道在一侧由涂料喷嘴外表面502界定，在另一侧由空气帽内表面(未示出)界定。由于涂料喷嘴外表面502和空气帽内表面(未示出)的轮廓(profiles)，离开围绕涂料出口503的空气出口(未示出)的空气射流具有速度分布，所述速度分布的最高速度接近涂料出口。通常，可以提供不同类型的空气帽以附接到图5的涂料喷嘴。当空气帽(未示出)连接到涂料喷嘴500时，空气通道(未示出)被形成。
参见图6，其示出了附接到图5的涂料喷嘴500的空气帽600的横截面图。空气帽600包括与涂料喷嘴外表面501相对的空气帽内表面601。空气帽内表面600和涂料喷嘴外表面501界定空气通道，该空气通道具有围绕涂料喷嘴出口503的空气出口602。空气孔501将空气供应到空气通道。空气帽内表面601由曲线凹形轮廓(curvilinearconcave profile)限定，并且涂料喷嘴外表面501由曲线凸形轮廓(curvilinear convex profile)限定。所述轮廓使得空气的在空气出口602处的速度分布在靠近所述涂料出口的位置处具有最大速度。
空气帽600还包括两个角部603。每个角部603包括辅助空气通道604，所述辅助空气通道604用于排出在空气出口602和涂料喷嘴出口503下游的辅助空气射流。辅助空气射流挤压由出口602、503产生的涂料喷雾，以对空气射流和涂料射流之间的混合所产生的涂料喷雾提供额外的控制。

Claims (12)

1.一种与涂料喷枪一起使用的流体端头，该流体端头具有空气帽和涂料喷嘴，其中：
所述空气帽包括内表面，并且所述涂料喷嘴包括外表面；
所述内表面和外表面限定空气通道的侧部；
所述内表面和外表面由轮廓限定，每个轮廓终止以形成空气通道出口，所述空气通道出口用于排出涂料喷嘴的涂料喷嘴出口附近的空气射流；
所述轮廓构造成提供穿过所述空气通道的空气流的横跨所述空气通道出口的速度分布，在所述速度分布中，径向更靠近涂料喷嘴出口的空气的速度基本上高于径向更远离涂料喷嘴出口的速度。
2.根据权利要求1所述的流体端头，其中所述内表面由凸形轮廓限定，并且所述外表面由凹形轮廓限定。
3.根据前述权利要求中任一项所述的流体端头，其中限定所述内表面和所述外表面的轮廓是曲线形的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的流体端头，其中所述轮廓被配置成使得所述空气通道出口处的空气的速度分布遵循抛物线分布，所述抛物线分布具有径向最接近于所述涂料喷嘴的最大速度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的流体端头，其中所述喷嘴出口和所述空气通道出口之间的间隔距离基于流过所述涂料喷嘴出口的涂料的预定的粘度。
6.如权利要求5所述的流体端头，其中，所述间隔距离基于流过所述涂料喷嘴出口的所述涂料的表面张力、密度和动态粘度中的一个或多个。
7.根据前述权利要求中任一项所述的流体端头，其中所述空气通道和/或所述空气通道出口围绕所述涂料喷嘴。
8.根据前述权利要求中任一项所述的流体端头，其中所述空气通道和/或所述空气通道出口是围绕所述喷嘴的环形形状。
9.根据前述权利要求中任一项所述的流体端头，其中所述空气通道的侧部之间的通道宽度朝向所述空气通道出口减小。
10.根据前述权利要求中任一项所述的流体端头，其中，所述空气通道出口被构造成以与从所述喷嘴出口排出的涂料相同的方向排出空气。
11.根据前述权利要求中任一项所述的流体端头，还包括从所述空气帽的外表面突出的一个或多个角部，所述一个或多个角部中的每一个包括辅助空气通道，所述辅助空气通道构造成朝向涂料喷嘴出口下游的雾化区域排出辅助空气流。
12.一种涂料喷枪，包括根据前述权利要求中任一项所述的流体端头。
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