CN113102130A - 一种自旋转脉冲旋流清洗喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，包括两端开口的喷嘴壳体；喷嘴壳体一端插设有入口端盖，入口端盖的入口段用于连接高压水管，入口端盖的出口段通过外螺纹与喷嘴壳体一端内壁螺纹密封连接，入口端盖的出口段内插设有旋流驱动管，旋流驱动管一端的外壁与入口端盖的出口段内壁螺纹连接；旋流驱动管末端为锥面结构，旋流驱动管末端锥面切向接触连接有转子；喷嘴壳体远离入口端盖的一端内部密封设置有喷嘴齿座，喷嘴齿座靠近转子的一端开设有内锥面，转子远离旋流驱动管的一端侧壁与喷嘴齿座的内锥面切向接触连接。本发明能够实现自旋转的同时产生脉冲水射流，进而提高高压水射流喷嘴的清洗效率，特别适用于设备表面锈蚀物处理及再制造。

Description

一种自旋转脉冲旋流清洗喷嘴

技术领域

本发明涉及高压水射流清洗技术领域，特别是涉及一种自旋转脉冲旋流清洗喷嘴。

背景技术

一直以来，清洗便是民用和工业中的重要行业之一。最常用的清洗方法有化学清洗和物理清洗两大类。两种清洗方法都具有不同的特点和适用场合，在实际应用中可根据被清洗物的表面污垢情况和清洗要求选择适用的清洗方法。

我国的清洗业相对落后，而且以手工清洗和化学清洗为主。主要是利用机械手完成一些简单的清洗作业或利用人工清洗，劳动强度大、效率低、成本高。我国在过去很长的时间里采用的最主要的清洗方法是化学清洗，化学清洗占我国清洗行业的80％左右。随着经济和工业的发展，资源越来越匮乏，而且环境也遭到了严重的破坏。对资源的利用及环境的保护不容忽视，加之对作业效率的要求，化学清洗受到了极大的限制。

近年来随着工业的发展和科技的进步清洗技术有了飞速的发展，全新的清洗技术不断出现。尤其是各种各样的物理清洗方法发展迅速并被广泛的应用起来。物理方法较之化学的清洗方法具有环保的特点，己经成为世界清洗技术主要的发展方向，其中高压水射流清洗技术发展最为迅速而且应用广泛，己成为清洗行业一种主要的清洗技术。

高速水射流在制造业中广泛用于切割和清洗作业，水射流用于去除基底上的各种涂层或锈蚀物，也用于切割许多材料。水射流切割涉及连续射流穿透固体材料，而水射流清洗涉及侵蚀过程，通过该过程，锈蚀物从材料表面去除，水射流清洗技术广泛应用于船舶外壁、飞机蒙皮、储油罐、传热设备等的清洗。清洗水射流的速度范围通常为80-200m/s。它们表现出高速相干核心，周围环绕着在夹带气流中移动的水滴环形云。

国外的高压水射流清洗技术已经相当成熟，占据工业清洗的主导地位。随着技术的发展与完善，系统的清洗压力不断提商，清洗效率和清洗质量也得到了迅速的发展。而目前国内的高压水射流清洗技术与国外有一定的差距，主要零部件高压泵绝大多数还依赖进口，价格高昂，增加了高压水射流清洗机的制造成本。同时高压水射流具有环保、节能、无腐蚀的优点，因此高压水射流清洗技术的研究意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，以解决上述现有技术存在的问题，实现自旋转的同时产生脉冲水射流，进而提高高压水射流喷嘴的清洗效率，特别适用于设备表面锈蚀物处理及再制造。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，包括两端开口的喷嘴壳体；所述喷嘴壳体一端插设有入口端盖，所述入口端盖的入口段用于连接高压水管，所述入口端盖的出口段通过外螺纹与所述喷嘴壳体一端内壁螺纹密封连接，所述入口端盖的出口段内插设有旋流驱动管，所述旋流驱动管一端的外壁与所述入口端盖的出口段内壁螺纹连接；所述旋流驱动管末端为锥面结构，所述旋流驱动管末端锥面切向接触连接有转子；所述喷嘴壳体远离所述入口端盖的一端内部密封设置有喷嘴齿座，所述喷嘴齿座靠近所述转子的一端开设有内锥面，所述转子远离所述旋流驱动管的一端侧壁与所述喷嘴齿座的内锥面切向接触连接。

可选的，所述旋流驱动管包括依次连接的首端、中端和末端；所述旋流驱动管的首端外壁与所述入口端盖的出口段内壁螺纹连接，且所述旋流驱动管的首端内开设有与所述入口端盖连通的水流通道，所述旋流驱动管的中端均匀开设有三个径向设置的切向流道，所述切向流道一端与所述旋流驱动管内的水流通道连通，另一端贯穿所述旋流驱动管中端的外壁，所述旋流驱动管的末端外壁为锥面结构，且与所述转子一端外壁切向接触连接，所述旋流驱动管的末端与所述旋流驱动管的首端封闭连接。

可选的，所述入口端盖的出口段通过第一O型密封圈与所述喷嘴壳体一端内壁密封连接，所述喷嘴齿座通过第二O型密封圈与所述喷嘴壳体另一端内壁密封连接。

可选的，所述喷嘴壳体一端为圆柱状结构，另一端为圆锥状结构；所述入口端盖与所述喷嘴壳体圆柱状结构的一端连接，所述喷嘴齿座设置于所述喷嘴壳体圆锥状结构一端的内部。

可选的，所述转子内开设有振荡腔，所述振荡腔靠近所述喷嘴齿座的一端为内凹的倾斜面结构，所述振荡腔远离喷嘴齿座的一端开设有贯穿所述转子一端的进口通孔，所述振荡腔靠近所述喷嘴齿座的一端开设有贯穿所述转子另一端的出口通孔。

可选的，所述出口通孔的孔径为进口通孔的孔径的1～1.2倍，所述振荡腔中倾斜面的倾斜角度为。

可选的，所述转子外壁上设置有倾斜圆锥面，所述倾斜圆锥面设置于所述振荡腔位置处，且所述倾斜圆锥面外侧周向设置有耐磨橡胶垫。

可选的，所述喷嘴齿座为两端开口的圆柱状结构，所述喷嘴齿座外壁与所述喷嘴壳体一端的内壁固定连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明自旋转脉冲旋流清洗喷嘴是根据目前清洗喷嘴清洗效率低、清洗效果差的问题，通过旋流驱动管将进入喷嘴内部的水流高效旋流，布置在喷嘴壳体内的喷嘴在高压水射流的旋转扭矩作用下高速旋转，喷嘴喷出的水射流形成扩散式射流，且喷嘴壳体内的高压水射流在旋流驱动管的卷吸作用下流动能力增强，从而形成较大的清洗面积。喷嘴流道采用脉冲射流结构形式，喷嘴内部的高压水射流在高压振荡腔作用下形成脉冲水射流，从而提高喷嘴的清洗效率。本发明使得喷嘴在高压水射流作用下自旋转，在提高清洗效率的前提下无需驱动元件，且形成的脉冲射流可极大的改善喷嘴的清洗效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明自旋转脉冲旋流清洗喷嘴剖面结构示意图；

图2为本发明旋流驱动管主视图；

图3为本发明旋流驱动管左视图；

图4为本发明旋流驱动管俯视图；

图5为本发明旋流驱动管轴侧示意图；

图6为本发明旋流驱动管其中一个切向流道入口堵塞时的切面状态示意图；

图7为本发明旋流驱动管三个切向流道入口均连通时的切面状态示意图；

图8为本发明转子立体示意图；

图9为本发明转子主视图；

图10为本发明转子A-A向剖视图；

其中，100为自旋转脉冲旋流清洗喷嘴、1为入口端盖、2为喷嘴壳体、3为第一O型密封圈、4为旋流驱动管、5为转子、6为喷嘴齿座、7为第二O型密封圈、8为切向流道、9为振荡腔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，以解决上述现有技术存在的问题，实现自旋转的同时产生脉冲水射流，进而提高高压水射流喷嘴的清洗效率，特别适用于设备表面锈蚀物处理及再制造。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考附图1-附图10所示，本发明提供一种自旋转脉冲旋流清洗喷嘴100，包括两端开口的喷嘴壳体2；喷嘴壳体2一端插设有入口端盖1，入口端盖1的入口段用于连接高压水管，入口端盖1的出口段通过外螺纹与喷嘴壳体2一端内壁螺纹密封连接，入口端盖1的出口段内插设有旋流驱动管4，旋流驱动管4一端的外壁与入口端盖1的出口段内壁螺纹连接，通过调整旋流驱动管4与入口端盖1的旋合长度，从而调整喷嘴旋转扭矩，从而达到调整喷嘴旋转角速度；旋流驱动管4末端为锥面结构，旋流驱动管4末端锥面切向接触连接有转子5；喷嘴壳体2远离入口端盖1的一端内部密封设置有喷嘴齿座6，喷嘴齿座6靠近转子5的一端开设有内锥面，转子5远离旋流驱动管4的一端侧壁与喷嘴齿座6的内锥面切向接触连接。

具体的，旋流驱动管4包括依次连接的首端、中端和末端；旋流驱动管4的首端外壁与入口端盖1的出口段内壁螺纹连接，且旋流驱动管4的首端内开设有与入口端盖1连通的水流通道，旋流驱动管4的中端均匀开设有三个径向设置的切向流道8，切向流道8一端与旋流驱动管4内的水流通道连通，另一端贯穿旋流驱动管4中端的外壁，旋流驱动管4的末端外壁为锥面结构，且与转子5一端外壁切向接触连接，旋流驱动管4的末端与旋流驱动管4的首端封闭连接。入口端盖1的出口段通过第一O型密封圈3与喷嘴壳体2一端内壁密封连接，喷嘴齿座6通过第二O型密封圈7与喷嘴壳体2另一端内壁密封连接。喷嘴壳体2一端为圆柱状结构，另一端为圆锥状结构；入口端盖1与喷嘴壳体2圆柱状结构的一端连接，喷嘴齿座6设置于喷嘴壳体2圆锥状结构一端的内部。入口端盖1的入口内径及出口内、外径均加工管螺纹，其中入口端盖1入口段通过内径管螺纹与高压水水管连接，入口端盖1出口段通过外管螺纹与喷嘴壳体2连接，实现入口端盖1的轴向固定及位置调整，入口端盖1出口段通过内管螺纹与旋流驱动管4连接，实现旋流驱动管4的轴向固定及位置调整。

转子5内开设有振荡腔9，振荡腔9靠近喷嘴齿座6的一端为内凹的倾斜面结构，振荡腔9远离喷嘴齿座6的一端开设有贯穿转子一端的进口通孔，振荡腔9靠近喷嘴齿座6的一端开设有贯穿转子另一端的出口通孔。出口通孔的孔径为进口通孔的孔径的1～1.2倍，振荡腔9中倾斜面的倾斜角度为50°≤θ≤60°。振荡腔9加工完成后通过上下两部分焊接而成，转子5内部的进口通孔和出口通孔形成的流道采用枪钻钻头进行加工。转子5外壁上设置有倾斜圆锥面，倾斜圆锥面设置于振荡腔9位置处，用于与喷嘴壳体2内壁接触，且倾斜圆锥面外侧周向设置有耐磨橡胶垫。喷嘴齿座6为两端开口的圆柱状结构，喷嘴齿座6外壁与喷嘴壳体2一端的内壁固定连接。

旋流驱动管4产生的旋流水流是转子5产生旋转运动的主要动力，为实现旋流驱动管4与转子5、转子5与喷嘴齿座6的轴向固定及周向旋转，其分别通过圆柱面相切实现定位，转子5与喷嘴壳体2内壁通过倾斜圆锥面配合，配合处转子周向设置耐磨橡胶垫。

旋流驱动管4周向均匀布置3个切向流道8，每个切向流道8夹角为120°。从图可以发现，当一个切向流道8失效时，水流与内壁碰撞次数增多，水粒子在转子腔内部形成涡旋流，能量消耗严重，转子5出口速度比切向流道8正常时速度要小很多，切向流道8无法提供足够的水流冲击力使转子围绕驱动管旋转。从图我们可以发现，当三个切向流道8均正常工作时，水流粒子与内壁碰撞次数明显减小，其内部速度流场也更加稳定，水流能量在转子内部损耗也更小，通过切向流道8出口处的速度远远大于一个切向流道8失效的情况，可以为旋转射流的产生提供足够的能量，说明三个切向流道8正常工作对转子5内部流场的稳定及水流速度的加速效果具有重要意义。

当一个切向流道8失效时，转子5内部流场特别紊乱，其切面内流场速度变化较大，水流湍流动能大，其在转子腔内部的能量消耗也更大，对水流加速效果也不显著；当三个切向流道8正常工作时，转子5切面流场趋于稳定，切面圆形流场呈现中间流速高、壁面流速的中心轴对称分布形式，转子腔内部流场趋于稳定，转子对水流加速效果也更明显，比一个切向流道8失效时产生的加速效果也更明显，在相同入口速度下切向流道8出口速度比失效时水流加速效果提高近200％。加速的水流反作用于转子5，在转子5内部形成巨大的圆周力，推动转子5绕着旋流驱动管旋转。

转子5受旋流驱动管4初始压力将决定转子5自身旋转角速度，作为本发明的进一步改进方案，转子5顶端通过圆柱面与旋流驱动管4切向连接，通过调整旋流驱动管4与入口端盖的旋合长度，从而调整转子5所受扭矩，从而达到调整喷嘴4旋转角速度的目的。

目前清洗喷嘴清洗效率低、清洗效果差，通过旋流驱动管4将进入喷嘴内部的水流高效旋流，布置在喷嘴壳体2内的转子5一端在旋流驱动管4产生的高压水射流的旋转扭矩作用下高速旋转，转子5另一端在喷嘴齿座6内跟随高速旋转，其喷出的水射流形成扩散式射流，且喷嘴壳体2内的高压水射流在旋流驱动管4的卷吸作用下流动能力增强，从而形成较大的清洗面积。

连续水射流由于水榭作用将降低水射流清洗效率，作为本发明的进一步改进方案，转子5内部加工振荡腔9，其中振荡腔9出口处中心孔孔径D2为进口处孔径D1的1-1.2倍，振荡腔9中倾斜面倾斜角度为50°≤θ≤60°。水射流从转子5入口内部振荡腔9，高速水流经气固两相流缓冲室喷出进入振荡腔9，在转子出口处形成的压力扰动波会诱发射流剪切层中产生漩涡，一定频率的漩涡将被选择性放大，并与转子出口上端的锥体壁面碰撞，碰撞产生压力扰动波并向上游反射，若反射压力波与转子出口处的扰动波互为反相，就会导致振荡腔内流体阻抗形成周期性变化，从而将连续射流转变为脉冲射流。对于不同的水流流量，水流进入振荡腔的速度不同，剪切层中漩涡与转子出口上端锥体壁面的碰撞频率不同，从而导致压力波不同，因而针对不同的水流流量需要通过调整进入振荡腔水流流量来使得反射压力波与初始扰动波互为反相，产生强烈的脉冲效果。形成的脉冲水柱经转子5出口喷出，冲洗零件表面从而达到清洗的目的。与传统连续水射流相比，脉冲振荡水射流可有效降低水榭作用，脉冲水流以更高的冲击力对零件表面锈蚀物进行冲蚀，更容易清洗锈蚀物。

本自旋转脉冲旋流清洗喷嘴是根据目前清洗喷嘴清洗效率低、清洗效果差的问题，通过旋流驱动管将进入喷嘴内部的水流高效旋流，布置在喷嘴壳体内的转子在高压水射流的旋转扭矩作用下高速旋转，转子喷出的水射流形成扩散式射流，且喷嘴壳体内的高压水射流在旋流驱动管的卷吸作用下流动能力增强，从而形成较大的清洗面积。转子流道采用脉冲射流结构形式，转子内部的高压水射流在高压振荡腔作用下形成脉冲水射流，从而提高喷嘴的清洗效率。本发明使得转子在高压水射流作用下自旋转，在提高清洗效率的前提下无需驱动元件，且形成的脉冲射流可极大的改善喷嘴的清洗效果。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，其特征在于：包括两端开口的喷嘴壳体；所述喷嘴壳体一端插设有入口端盖，所述入口端盖的入口段用于连接高压水管，所述入口端盖的出口段通过外螺纹与所述喷嘴壳体一端内壁螺纹密封连接，所述入口端盖的出口段内插设有旋流驱动管，所述旋流驱动管一端的外壁与所述入口端盖的出口段内壁螺纹连接；所述旋流驱动管末端为锥面结构，所述旋流驱动管末端锥面切向接触连接有转子；所述喷嘴壳体远离所述入口端盖的一端内部密封设置有喷嘴齿座，所述喷嘴齿座靠近所述转子的一端开设有内锥面，所述转子远离所述旋流驱动管的一端侧壁与所述喷嘴齿座的内锥面切向接触连接。

2.根据权利要求1所述的自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，其特征在于：所述旋流驱动管包括依次连接的首端、中端和末端；所述旋流驱动管的首端外壁与所述入口端盖的出口段内壁螺纹连接，且所述旋流驱动管的首端内开设有与所述入口端盖连通的水流通道，所述旋流驱动管的中端均匀开设有三个径向设置的切向流道，所述切向流道一端与所述旋流驱动管内的水流通道连通，另一端贯穿所述旋流驱动管中端的外壁，所述旋流驱动管的末端外壁为锥面结构，且与所述转子一端外壁切向接触连接，所述旋流驱动管的末端与所述旋流驱动管的首端封闭连接。

3.根据权利要求1所述的自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，其特征在于：所述入口端盖的出口段通过第一O型密封圈与所述喷嘴壳体一端内壁密封连接，所述喷嘴齿座通过第二O型密封圈与所述喷嘴壳体另一端内壁密封连接。

4.根据权利要求1所述的自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，其特征在于：所述喷嘴壳体一端为圆柱状结构，另一端为圆锥状结构；所述入口端盖与所述喷嘴壳体圆柱状结构的一端连接，所述喷嘴齿座设置于所述喷嘴壳体圆锥状结构一端的内部。

5.根据权利要求1所述的自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，其特征在于：所述转子内开设有振荡腔，所述振荡腔靠近所述喷嘴齿座的一端为内凹的倾斜面结构，所述振荡腔远离喷嘴齿座的一端开设有贯穿所述转子一端的进口通孔，所述振荡腔靠近所述喷嘴齿座的一端开设有贯穿所述转子另一端的出口通孔。

6.根据权利要求5所述的自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，其特征在于：所述出口通孔的孔径为进口通孔的孔径的1～1.2倍，所述振荡腔中倾斜面的倾斜角度为50°≤θ≤60°。

7.根据权利要求5所述的自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，其特征在于：所述转子外壁上设置有倾斜圆锥面，所述倾斜圆锥面设置于所述振荡腔位置处，且所述倾斜圆锥面外侧周向设置有耐磨橡胶垫。

8.根据权利要求1所述的自旋转脉冲旋流清洗喷嘴，其特征在于：所述喷嘴齿座为两端开口的圆柱状结构，所述喷嘴齿座外壁与所述喷嘴壳体一端的内壁固定连接。

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