CN113340999B - 超声c扫用喷水耦合层流发生喷嘴 - Google Patents

超声c扫用喷水耦合层流发生喷嘴 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超声无损检测技术领域，尤其是一种超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴。其包括喷头，所述喷头内设置层流发生组件，所述层流发生组件能够将通过的水流变成层流状态，所述中间管一端将层流发生组件压紧在喷头内，中间管内设置稳流器，所述稳流器能够将水流由湍流变为相对平缓稳定的流动，后盖将稳流器压紧在中间管内；所述后盖上设置多个前后贯通的进水口，喷头出水端中心位置设置出水口，进水口和出水口朝向为同一方向。本发明的进水口和出水口朝向为同一方向，进水口和出水口同向设置能够减少扰流现象的出现，从而保证喷头喷出水柱的稳定，使得水柱处于层流状态。

Description

超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴
技术领域
本发明涉及超声无损检测技术领域，尤其是一种超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴。
背景技术
超声C扫是常见的复杂构件无损检测方法，而喷水耦合又是最常用的超声无损检测的耦合方式，适用于大型复杂构件的无损检测，能够检测出大型复杂构件的多种缺陷。超声检测需要采用喷水耦合或水浸耦合等耦合方式，使用水或油等耦合液，在探头和被测工件间传递声波。为提高超声C扫检测的精度，早期就对超声C扫的耦合方式和耦合液的选择做过研究，由于大型复杂构件不适用于水浸耦合的方式，且还存在部分小型构件不适合长时间在水中浸泡，所以现在超声检测常使用喷水耦合的方式，由于喷水耦合的实用性，喷水耦合式超声C扫检测技术近年来发展迅速，许多中国企业和外国企业已经开始采用大型喷水超声C扫描技术对大型复合材料构件进行检测。
目前，喷水耦合还存在着一定的缺点，超声无损检测对信号传递的要求较高，复杂形状复合构件的超声检测由于信号衰减较大，常常影响到检测效果，特别与水浸超声检测技术相比，喷水耦合超声的声耦合稳定性不高，因此，研究并提升喷水耦合超声检测的声耦合稳定性是这一应用的关键。喷水式超声的声耦合稳定性与耦合水柱“质量"直接相关，所选的耦合液，耦合液的流动状态，所产生的气泡、流速等因素都影响水柱质量。这些因素都与喷水系统的设计相关。因此需要根据应用需求进行喷嘴的结构设计，使喷出的水流稳定无气泡，进而减少超声C扫信号的衰减。
超声C扫喷水耦合最适合传递超声信号的水柱状态为层流，当处于层流状态时水柱的形状和完整性较好，且层流状态的水柱喷射到工件表面所造成的溅射也比较少，此时超声信号的声场比较稳定，超声波传递状态较好。水柱的喷射距离受重力和空气阻力的影响，喷嘴与工件相距过远，会存在向下的偏差和向四周的发散，而喷嘴与工件相距过近又易产生溅射，所以喷嘴与工件间的距离应保持合适的距离。而为了保证检测的信号，就必须使水柱在喷射距离内保持层流状态。根据雷诺数的方程可知，液体的层流状态与液体的流速、密度、粘度及管道特征长度都有关系，在耦合液确定的情况下，液体的流速及管道的特征长度影响较大，为了减少溅射又考虑到水柱受重力会有向下的偏差，在超声C扫的喷水耦合中，水的流速不宜过高也不宜过低。这时就只能考虑管径的问题来使喷射水柱处于层流状态，管径越小越容易产生层流，由于流量和出口口径的要求，可以采用多个毛细管并联的方式来使喷出的水流处于层流状态。
现有技术中，超声无损检测喷嘴的进出水口一般设置的方向不同，导致水在流动过程中产生紊流和气泡，影响层流状态的产生。同时，层流发生部分利用率低，层流发生结构不能够保证水流的层流状态稳定的产生，影响到超声C扫无损检测的结果准确性。
发明内容
本申请针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴，在规定流速下和检测要求距离内，能够喷出处于层流状态的水柱，并且避免水柱内产生气泡，满足超声C扫无损检测的需要。
本发明所采用的技术方案如下：
超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴，包括喷头，所述喷头两端分别为进水端和出水端，喷头的进水端通过螺纹连接中间管一端，所述中间管另一端通过螺纹连接后盖；所述喷头内设置层流发生组件，所述层流发生组件能够将通过的水流变成层流状态，所述中间管一端将层流发生组件压紧在喷头内，中间管内设置稳流器，所述稳流器能够将水流由湍流变为相对平缓稳定的流动，后盖将稳流器压紧在中间管内；所述后盖上设置多个前后贯通的进水口，喷头出水端中心位置设置出水口，进水口和出水口朝向为同一方向。
进一步的，中间管面向后盖一端设置第一垫片，后盖将第一垫片压紧在中间管上，所述喷头面向中间管一端设置第二垫片，中间管将第二垫片压紧在喷头上。
进一步的，喷头包括前后连接成一体的层流安装段和喷水段，层流安装段为圆柱筒结构，层流安装段内设置层流发生组件，喷水段的横截面积由进水端向出水端逐渐变小。
进一步的，稳流器和后盖之间设置第一冲水室，稳流器和层流发生组件之间设置第二冲水室。
进一步的，出水口横截面形状为矩形。
进一步的，层流发生组件包括圆柱体结构的层流支架，层流支架内均匀设置多个前后贯通的毛细层流管安装孔，多个毛细层流管安装孔内分别设置毛细层流管，层流支架前后两端面分别设置第一筛网和第二筛网。
进一步的，层流支架中心位置设置探头安装腔，探头安装腔内设置超声C扫探头，后盖中心位置设置进线孔，稳流器中心位置设置前后贯穿的穿线孔，超声C扫探头尾端连接导线，导线穿过稳流器的穿线孔后伸出进线孔。
进一步的，毛细层流管的直径为1～2mm，毛细层流管的长度为35～45mm。
进一步的，稳流器上均匀设置多个前后贯通的稳流孔。
进一步的，稳流孔为方形孔，每个方形的稳流孔的对角线长度小于5mm，稳流孔的长度范围为25～35mm。
本发明的有益效果如下：
本发明的进水口和出水口朝向为同一方向，进水口和出水口同向设置能够减少扰流现象的出现，从而保证喷头喷出水柱的稳定，使得水柱处于层流状态；耦合液经过了本发明的稳流器和层流发生组件，产生两次液体流动的整流，保证了最后喷出的水柱处于稳定的层流状态，耦合液在稳流和层流过程中方向不发生改变，减少了扰流的产生；本发明的中间管分别和喷头、后盖通过螺纹连接，并在连接位置处设置第一垫片和第二垫片，能够保证连接位置处的密封性，使得维护更换更方便快捷；第一冲水室和第二冲水室起到汇聚水流并稳定水流状态的效果，保证了层流状态的水柱产生。
附图说明
图1为本发明第一视角立体图。
图2为本发明第二视角立体图。
图3为本发明前视图。
图4为图3中A-A剖视图。
其中：1、喷头；1.1、层流安装段；1.2、喷水段；2、中间管；3、后盖；4、层流支架；5、毛细层流管；6、第一筛网；7、第二筛网；8、超声C扫探头；9、稳流器；10、进水口；11、第一冲水室；12、第二冲水室；13、进线孔；14、穿线孔；15、导线；16、稳流孔；17、出水口；18、第一垫片；19、第二垫片。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示的实施例中，主要包括喷头1，喷头1两端分别为进水端和出水端，喷头1的进水端通过螺纹连接中间管2一端，中间管2另一端通过螺纹连接后盖3。
如图4所示的实施例中，喷头1内设置层流发生组件，层流发生组件能够将通过的水流变成层流状态，中间管2一端将层流发生组件压紧在喷头1内。中间管2内设置稳流器9，稳流器9能够将水流由湍流变为相对平缓稳定的流动并能够减少空腔的产生，后盖3将稳流器9压紧在中间管2内。
如图4所示的实施例中，中间管2面向后盖3一端设置第一垫片18，后盖3将第一垫片18压紧在中间管2上，第一垫片18提高中间管2和后盖3之间的密封性。喷头1面向中间管2一端设置第二垫片19，中间管2将第二垫片19压紧在喷头1上，第二垫片19提高喷头1和中间管2之间的密封性。
中间管2分别和喷头1、后盖3通过螺纹连接，并在连接位置处设置第一垫片18和第二垫片19，能够保证连接位置处的密封性，使得拆装和维护更换更方便快捷。
如图4所示的实施例中，稳流器9和后盖3之间设置第一冲水室11，稳流器9和层流发生组件之间设置第二冲水室12，后盖3上设置多个前后贯通的进水口10，喷头1出水端中心位置设置横截面形状为矩形的出水口17，进水口10和出水口17朝向为同一方向，进水口10和出水口17同向设置能够减少扰流现象的出现，从而保证喷头1喷出水柱的稳定，使得水柱处于层流状态。
在使用时，第一冲水室11和第二冲水室12起到汇聚水流并稳定水流状态的效果，水流从进水口10进入第一冲水室11进行汇聚并稳定状态，汇聚并稳定状态后的水流通过稳流器9，水流经过稳流器9稳定状态后进入第二冲水室12内再次汇聚并稳定状态，汇聚并稳定状态后的水流通过层流发生组件，过层流发生组件出水端产生层流状态的水流，层流状态的水流从喷头1喷出。
如图3和图4所示的实施例中，喷头1包括前后连接成一体的层流安装段1.1和喷水段1.2，层流安装段1.1为圆柱筒结构，层流安装段1.1内设置层流发生组件。喷水段1.2的横截面积由进水端向出水端逐渐变小。水流在喷水段1.2内沿内壁向中间收缩的流动，这样能保证层流状态的耦合液从层流发生组件出来之后到出水口17依旧处于层流状态且能充满出水口17，减少喷头1形态对水柱状态的不利影响。
如图4所示的实施例中，层流发生组件包括圆柱体结构的层流支架4，层流支架4中心位置设置探头安装腔，探头安装腔内设置超声C扫探头8。层流支架4内均匀设置多个前后贯通的毛细层流管安装孔，多个毛细层流管安装孔内分别设置毛细层流管5。层流支架4前后两端面分别设置第一筛网6和第二筛网7。
为了让水流达到较好的层流状态，毛细层流管5的直径为1～2mm，毛细层流管5的长度为35～45mm。优选的，毛细层流管5的长度为40mm。
如图4所示的实施例中，后盖3中心位置设置进线孔13，超声C扫探头8尾端连接导线15，导线15穿过稳流器9后伸出进线孔13。
为了保证稳流器9的压紧效果，如图4所示的实施例中，稳流器9中心位置设置前后贯穿的穿线孔14，穿线孔14用于导线15穿过。稳流器9上均匀设置多个前后贯通的稳流孔16，均匀设置的稳流孔16能够稳定水流状态，并能够支撑水流，减少空腔的产生。水流从稳流器9的稳流孔16通过后，能够从湍流变为稳定流动。
为了方便稳流孔16的加工，稳流孔16为方形孔，每个方形的稳流孔16的对角线长度小于5mm，稳流孔16的长度范围为25～35mm。优选的，稳流孔16长度为30mm。
本发明的工作原理是：在使用时，超声C扫喷水耦合所用的耦合液从后盖3的进水口10进入第一冲水室11进行汇聚并稳定状态，汇聚并稳定状态后的水流通过稳流器9的各个稳流孔16中进行稳流，水流由湍流变为相对平缓稳定并无气泡的流动，稳流器9出水端出来的水流在第二冲水室12内再次汇聚并稳定状态，汇聚并稳定状态后的水流通过层流发生组件，水流经过层流发生组件的毛细层流管进行层流发生，层流状态的水流从喷头1喷出。进水口10和出水口17朝向为同一方向，进水口10和出水口17同向设置能够减少扰流现象的出现，从而保证喷头1喷出水柱的稳定，使得水柱处于层流状态。耦合液经过了稳流和层流发生两次液体流动的整流，保证了最后喷出的水柱处于稳定的层流状态。耦合液在稳流和层流过程中方向不发生改变，减少了扰流的产生。层流状态的耦合液水柱，有利于超声信号的传递，超声信号经探头发出后沿水柱方向到被检测工件，再沿水柱反射回超声探头，耦合液水柱的稳定能减少超声信号的衰减，层流状态的耦合液水柱撞击到工件表面时产生的飞溅也比较少，减少了反射回水柱的水珠数量，保持了水柱的稳定，从而减少了超声干扰信号，能够改善超声检测的信噪比。
本发明的喷头1射流方向与重力方向成90度角时，在射流流速2.5米每秒，射流距离30mm内，水流能稳定在层流状态，且向下偏差小于1mm。本发明的喷头1向上喷水30mm内也能保证射流的层流状态，能满足超声C扫无损检测的大多数要求。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴，包括喷头（1），所述喷头（1）两端分别为进水端和出水端，其特征在于：喷头（1）的进水端通过螺纹连接中间管（2）一端，所述中间管（2）另一端通过螺纹连接后盖（3）；所述喷头（1）内设置层流发生组件，所述层流发生组件能够将通过的水流变成层流状态，所述中间管（2）一端将层流发生组件压紧在喷头（1）内，中间管（2）内设置稳流器（9），所述稳流器（9）能够将水流由湍流变为相对平缓稳定的流动，后盖（3）将稳流器（9）压紧在中间管（2）内；所述后盖（3）上设置多个前后贯通的进水口（10），喷头（1）出水端中心位置设置出水口（17），进水口（10）和出水口（17）朝向为同一方向；
所述层流发生组件包括圆柱体结构的层流支架（4），层流支架（4）内均匀设置多个前后贯通的毛细层流管安装孔，多个毛细层流管安装孔内分别设置毛细层流管（5），层流支架（4）前后两端面分别设置第一筛网（6）和第二筛网（7）；
所述层流支架（4）中心位置设置探头安装腔，探头安装腔内设置超声C扫探头（8），后盖（3）中心位置设置进线孔（13），稳流器（9）中心位置设置前后贯穿的穿线孔（14），超声C扫探头（8）尾端连接导线（15），导线（15）穿过稳流器（9）的穿线孔（14）后伸出进线孔（13）；
所述稳流器（9）上均匀设置多个前后贯通的稳流孔（16）。
2.如权利要求1所述的超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴，其特征在于：所述中间管（2）面向后盖（3）一端设置第一垫片（18），后盖（3）将第一垫片（18）压紧在中间管（2）上，所述喷头（1）面向中间管（2）一端设置第二垫片（19），中间管（2）将第二垫片（19）压紧在喷头（1）上。
3.如权利要求1所述的超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴，其特征在于：所述喷头（1）包括前后连接成一体的层流安装段（1.1）和喷水段（1.2），层流安装段（1.1）为圆柱筒结构，层流安装段（1.1）内设置层流发生组件，喷水段（1.2）的横截面积由进水端向出水端逐渐变小。
4.如权利要求1所述的超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴，其特征在于：所述稳流器（9）和后盖（3）之间设置第一冲水室（11），稳流器（9）和层流发生组件之间设置第二冲水室（12）。
5.如权利要求1所述的超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴，其特征在于：所述出水口（17）横截面形状为矩形。
6.如权利要求1所述的超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴，其特征在于：所述毛细层流管（5）的直径为1~2mm，毛细层流管（5）的长度为35~45mm。
7.如权利要求1所述的超声C扫用喷水耦合层流发生喷嘴，其特征在于：所述稳流孔（16）为方形孔，每个方形的稳流孔（16）的对角线长度小于5mm，稳流孔（16）的长度范围为25~35mm。
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