CN113617549A - 一种针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，包括阀芯结构、连接套管、导管；连接套管安装在与喷嘴匹配的固定座上，以引入压缩空气和水流；阀芯结构通过螺纹与导管连接，之后导管与连接套管通过螺纹连接并将阀芯结构固定在连接套管内部；阀芯结构包括直腔管道和拉瓦尔腔管道，在拉瓦尔结构喉管处设有两个进水口，在连接套管上方平面设有供水孔，水流通过供水孔进入喷嘴，并充满阀芯结构与连接套管中间的间隙，之后经两个腔外进水口进入拉瓦尔腔内，水流方向与气流方向一致且沿气流方向的正向流动。通过本发明，能够产生微米级雾滴颗粒，从而提高微米级粉尘的降尘率。
Description
技术领域
本发明涉及湿式降尘技术领域，尤其涉及一种针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴。
背景技术
我国煤矿井下工作条件十分恶劣，煤矿生产过程中产生的微米级粉尘浓度高，憎水性强，职业危害十分严重，微米级粉尘污染还没有得到足够的重视，造成各产尘环节粉尘浓度远超国家标准。
现阶段，湿式除尘技术是井下最有效的除尘手段，湿式除尘技术是利用水或其它液体，使之与粉尘接触而分离捕集的方法。高压喷雾降尘技术将高压水进行雾化喷向含尘空气中，使之与悬浮的尘粒发生碰撞、吸附、沉降等作用；超声波雾化技术是基于蒸汽相变团聚原理，超声雾化装置产生的雾滴粒径小，蒸发速率快，易形成过饱和蒸汽相，促进颗粒物与水蒸汽的凝并；气动雾化技术实现了气体和液体在喷嘴内部共同流动，液体雾化由气体体积变化而实现。现有的湿式除尘技术在矿井粉尘防治工作中应用效果不理想，其主要原因如下：1)现有的湿式除尘技术无法提供粒径匹配、浸润性好且相对速度足够大的雾滴颗粒，往往是“炮打蚊子”；2)作为湿式除尘技术的核心元件喷嘴极易被水中杂质或空气中游离的粉尘堵塞，致使降尘效率很低。
由此可见，如何产生高速微米级活性雾滴颗粒，提高微米级粉尘的除尘效率已成为煤矿发展的头等大事。
发明内容
本发明为了解决上述提到的问题，提供了一种针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，包括：连接套管，阀芯结构，导管；其中，
所述连接套管外侧设置为六棱柱结构，内侧设置为中心三级阶梯孔结构，分别为第一阶梯孔，第二阶梯孔及第三阶梯孔，孔径从第一阶梯孔到第三阶梯孔依次减小，在第三阶梯孔内侧设有内螺纹；所述第一阶梯孔的孔口处内侧表面设有转接内螺纹，并且第一阶梯孔作为进气孔；
所述阀芯结构包括第一直腔管道，拉瓦尔腔管道和第二直腔管道；所述拉瓦尔腔管道分为顺次连接的收缩段、喉管段、扩张段；第一直腔管道内径与收缩段内径相同，第二直腔管道内径与扩张段内径相同，在第二直腔管道外层设有外螺纹；
所述导管内设置为中心二级阶梯孔结构，分别为第四阶梯孔，第五阶梯孔；且第四阶梯孔外侧设有外螺纹，内侧设有内螺纹；所述阀芯结构中的第一直腔管道插接在连接套管的第二阶梯孔内，在连接套管与阀芯结构连接的位置安装密封圈；在所述阀芯结构中拉瓦尔腔管设有进水口，在连接导管上方平面设有供水孔。
其中，进水口设于阀芯结构中拉瓦尔腔管的喉管段，进水口数量为两个，沿周向对称均匀布置，水流通过进水口进入腔内并与气流方向一致均沿气流方向正方向。
其中，进水口位于喉管处对称两个面，且与各平面轴线方向夹角为45°，每个进水口口宽均为1mm。
其中，阀芯结构中的拉瓦尔腔管道的喉管段的长度为0。
其中，阀芯结构中的拉瓦尔腔管道收缩段直径为5mm～10mm；拉瓦尔腔管道收缩段轴向长度为15mm～20mm；拉瓦尔腔管道喉管段直径为2mm～4mm；拉瓦尔腔管道扩张段直径为3mm～6mm；拉瓦尔腔管道扩张段轴向长度为5mm～10mm。
其中，第二直腔管道外层的外螺纹与第四阶梯孔内层的内螺纹连接，从而使阀芯结构与导管紧密连接，且所述导管出口角为30°。
其中，第三阶梯孔设置的内螺纹与第四阶梯孔外层设置的外螺纹连接，使连接套管与导管连接并将阀芯结构固定在连接套管内部。
其中，阀芯结构中的拉瓦尔腔管道的喉部与收缩段管口的截面点连线与拉瓦尔腔管道的中轴线的夹角设置为收缩角，且收缩角为30°～60°；所述阀芯结构中的拉瓦尔腔管道的喉部与扩张段管口的截面点连线与拉瓦尔腔管道的中轴线的夹角设置为扩张角，且扩张角为10°～15°。
其中，阀芯结构中的拉瓦尔腔管道扩张段尺寸采用以下计算公式：
其中A*为临界状态下的截面积；d*为临界状态下的直径；α为扩张段半锥角；Ma为马赫数；r为空气绝热指数，d1为扩张段直径，l为扩张段长度，A为流动横截面积。
其中，阀芯结构中的拉瓦尔腔管道喉管段尺寸采用以下计算公式：
其中Sout为喷嘴出口处面积，并且
为常数值。
区别于现有技术，本发明的针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，采用传统喷嘴的外壳结构，对里面阀芯结构进行改造，采用拉瓦尔管道结构，并且在喉管处开设两个对称出水口，能够进一步提高节水性能，降低压缩空气的使用量，同时降低空气压缩泵的损耗程度；本发明无需额外提供超声振动能量，就能够使喷嘴喷出的液滴粒度满足微米级要求，从而提高微米级粉尘的捕获能力。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴的结构示意图。
图2是本发明提供的一种针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴的连接套管的结构示意图。
图3是本发明提供的一种针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴的阀芯结构的结构示意图。
图4是本发明提供的一种针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴的导管的结构示意图。
图中，1—连接套管，2—阀芯结构，3—导管，4—第一阶梯孔，5—第二阶梯孔，6—第三阶梯孔，7—第一直腔管道，8—拉瓦尔腔管道，9—第二直腔管道，10—收缩段，11—喉管段，12—扩张段，13—进水口，14—密封圈，15—供水孔，16—第四阶梯孔，17—第五阶梯孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明。应当理解，此外所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都将属于本发明保护的范围。
参照附图1，本发明提供了一种针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，包括连接套管1，阀芯结构2，导管3；连接套管1的结构如图2所示，外层采用六棱柱结构，内层采用中心三级阶梯孔结构，分别为第一阶梯孔4，第二阶梯孔5及第三阶梯孔6，阶梯孔孔径依次减小，并且在第三阶梯孔6设有内螺纹；第一阶梯孔4的孔口处内表面设有用于转接的内螺纹，并且第一阶梯孔4作为进气孔；阀芯结构2的结构如图3所示，包括第一直腔管道7，拉瓦尔腔管道8和第二直腔管道9；拉瓦尔腔管道8分为收缩段10、喉管段11、扩张段12；第一直腔管道7内径与收缩段10内径相同，第二直腔管道9内径与扩张段12内径相同，并且在第二直腔管道9外层设有外螺纹；导管3的结构如图4所示，其中心采用阶梯孔结构，分别为第四阶梯孔17和第五阶梯孔18；且第四阶梯孔17外层设有外螺纹，内层设有内螺纹；阀芯结构2中的第一直腔管道7插接在连接套管1的第二阶梯孔5内，在连接套管1与阀芯结构2当中安装有密封圈14。在阀芯结构2中拉瓦尔喉管处11设有进水口13，在连接导管1上方平面设有供水孔15。
进水口13设于阀芯结构中拉瓦尔喉管处11，进水口数量为两个，沿周向对称均匀布置，水流通过进水口13进入腔内并与气流方向一致均沿气流方向正方向。
进水口13位于阀芯结构中拉瓦尔喉管处11对称两个面，且与各平面轴线方向夹角为45°，每个进水口口宽均为1mm。
阀芯结构2中的拉瓦尔腔管道8包括收缩段10，喉管段11，扩张段12；并且为了理论研究简化喷嘴结构喉管段11的长度为0。
阀芯结构2中的拉瓦尔腔管道8收缩段10直径为5mm—10mm；拉瓦尔腔管道8收缩段10轴向长度为15mm—20mm；拉瓦尔腔管道8喉管段11直径为2mm—4mm；拉瓦尔腔管道8扩张段12直径为3mm—6mm；拉瓦尔腔管道8扩张段12轴向长度为5mm—10mm。
第二直腔管道9外层的外螺纹与第四阶梯孔17内层的内螺纹连接，从而使阀芯结构2与导管3紧密连接，且导管3出口角为30°。
第三阶梯孔6设置的内螺纹与第四阶梯孔17外层设置的外螺纹连接，使连接套管1与导管3连接并将阀芯结构2固定在连接套管1内部。
阀芯结构2中的拉瓦尔腔管道8的喉部与收缩段管口的截面点连线与拉瓦尔腔管道的中轴线的夹角定义为收缩角，且收缩角为30°—60°；阀芯结构2中的拉瓦尔腔管道8的喉部与扩张段管口的截面点连线与拉瓦尔腔管道的中轴线的夹角定义为扩张角，且扩张角为10°—15°。
阀芯结构2中的拉瓦尔腔管道8扩张段12尺寸采用以下计算公式：
其中A*为临界状态下的截面积；d*为临界状态下的直径；α为扩张段半锥角；Ma为马赫数；r为空气绝热指数，d1为扩张段直径，l为扩张段长度，A为流动横截面积。
其中，阀芯结构2中的拉瓦尔腔管道8喉管段11尺寸采用以下计算公式：
其中Sout为喷嘴出口处面积，并且
为常数值。
具体的，如图1，使用时，在水源与供水孔15之间连接供水管，同时在空气压缩泵与作为进气孔的第一阶梯孔4之间依次连接供气管及气路转接头。
启动空气压缩泵，压缩空气依次通过供气管、气路转接头及第一阶梯孔4进入阀芯结构2中的管道内，首先进入的是第一直腔管道7，然后进入的是拉瓦尔腔管道8，高速流动的压缩空气先经过拉瓦尔腔管道8中的收缩段10提至亚音速甚至音速，当呈现亚音速或者音速的气流通过拉瓦尔腔管道8中的喉管段11时，气流的流速将会直接达到超音速，并在拉瓦尔腔管道8中的扩张段形成稳定的流场。
启动水泵，水源中的水将通过供水管和供水孔15进入阀芯结构与连接套管中间的间隙，然后水将通过拉瓦尔腔管道8喉管处11的对称进水口13进入拉瓦尔腔管道的内部，对称进水口均与各自平面轴线方向夹角为45°。压缩空气经阀芯处拉瓦尔结构加速将水撕碎形成一次雾化，超高速的水雾与振动腔碰撞破碎成微细雾滴群，形成二次雾化。从而产生微米级雾滴颗粒，提高捕尘能力。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，其特征在于，包括：连接套管，阀芯结构，导管；其中，
所述连接套管外侧设置为六棱柱结构，内侧设置为中心三级阶梯孔结构，分别为第一阶梯孔，第二阶梯孔及第三阶梯孔，孔径从第一阶梯孔到第三阶梯孔依次减小，在第三阶梯孔内侧设有内螺纹；所述第一阶梯孔的孔口处内侧表面设有转接内螺纹，并且第一阶梯孔作为进气孔；
所述阀芯结构包括第一直腔管道，拉瓦尔腔管道和第二直腔管道；所述拉瓦尔腔管道分为顺次连接的收缩段、喉管段、扩张段；第一直腔管道内径与收缩段内径相同，第二直腔管道内径与扩张段内径相同，在第二直腔管道外层设有外螺纹；
所述导管内设置为中心二级阶梯孔结构，分别为第四阶梯孔，第五阶梯孔；且第四阶梯孔外侧设有外螺纹，内侧设有内螺纹；所述阀芯结构中的第一直腔管道插接在连接套管的第二阶梯孔内，在连接套管与阀芯结构连接的位置安装密封圈；在所述阀芯结构中拉瓦尔腔管设有进水口，在连接导管上方平面设有供水孔。
2.根据权利要求1所述的针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，其特征在于，所述进水口设于阀芯结构中拉瓦尔腔管的喉管段，进水口数量为两个，沿周向对称均匀布置，水流通过进水口进入腔内并与气流方向一致均沿气流方向正方向。
3.根据权利要求2所述的针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，其特征在于，所述进水口位于喉管处对称两个面，且与各平面轴线方向夹角为45°，每个进水口口宽均为1mm。
4.根据权利要求1所述的针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，其特征在于，所述阀芯结构中的拉瓦尔腔管道的喉管段的长度为0。
5.根据权利要求1所述的针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，其特征在于，所述阀芯结构中的拉瓦尔腔管道收缩段直径为5mm～10mm；拉瓦尔腔管道收缩段轴向长度为15mm～20mm；拉瓦尔腔管道喉管段直径为2mm～4mm；拉瓦尔腔管道扩张段直径为3mm～6mm；拉瓦尔腔管道扩张段轴向长度为5mm～10mm。
6.根据权利要求1所述的针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，其特征在于，所述第二直腔管道外层的外螺纹与第四阶梯孔内层的内螺纹连接，从而使阀芯结构与导管紧密连接，且所述导管出口角为30°。
7.根据权利要求1所述的针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，其特征在于，所述第三阶梯孔设置的内螺纹与第四阶梯孔外层设置的外螺纹连接，使连接套管与导管连接并将阀芯结构固定在连接套管内部。
8.根据权利要求1所述的针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，其特征在于，所述阀芯结构中的拉瓦尔腔管道的喉部与收缩段管口的截面点连线与拉瓦尔腔管道的中轴线的夹角设置为收缩角，且收缩角为30°～60°；所述阀芯结构中的拉瓦尔腔管道的喉部与扩张段管口的截面点连线与拉瓦尔腔管道的中轴线的夹角设置为扩张角，且扩张角为10°～15°。
9.根据权利要求1所述的针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，其特征在于，所述阀芯结构中的拉瓦尔腔管道扩张段尺寸采用以下计算公式：
其中A*为临界状态下的截面积；d*为临界状态下的直径；α为扩张段半锥角；Ma为马赫数；r为空气绝热指数，d1为扩张段直径，l为扩张段长度，为流动横截面积。
10.根据权利要求1所述的针对微米级粉尘的新型音爆雾化喷嘴，其特征在于，所述阀芯结构中的拉瓦尔腔管道喉管段尺寸采用以下计算公式：
其中Sout为喷嘴出口处面积，并且
为常数值。
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| CN113617549B (zh) | 2022-12-09 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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