CN114887786B - 一种可调节流体流速的喷嘴 - Google Patents

一种可调节流体流速的喷嘴 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种可调节流体流速的喷嘴，涉及高压流体流速调节装置的领域，包括外套筒、调节块和驱动机构；所述外套筒两端开口；所述调节块至少有三个并且可滑移的设置于所述外套筒内，多个所述调节块环绕所述外套筒的轴线排布，在外套同内围合成与所述外套筒同轴线的导流通道，用于供流体通过；所述驱动机构用于驱动所述调节块朝向或者远离所述外套筒的中心位置滑移，改变所述导流通道的直径。本申请具有较高承压能力并使调节流速后的流体保持刚性的优点。

Description

一种可调节流体流速的喷嘴
技术领域
本申请涉及高压流体流速调节装置的领域，尤其是涉及一种可调节流体流速的喷嘴。
背景技术
在科研、生产过程中物料的流量需要根据情况改变，对于喷嘴直径固定的装置，随着流量的改变，物料的流速也随之变化。很多情况下，需要在一定流量下改变流体喷射出的速度，也需要在不同流量下保持相同的喷射速度。例如：在锅炉烟气中喷入氨气对NOx进行脱除的SNCR技术，气体的喷入影响着氨气对烟气中NOx的脱除效果；在氨气与其他燃料掺烧过程中，氨气的喷入速度影响着燃料之间的掺混效果，也影响着废气中污染物的排放；在燃烧低热值废气或废液过程中需要让喷入的废气的流速与助燃空气的流速相匹配；在固废燃烧时需要让助燃风有一定的刚性，从而产生穿透固体废料的气流。
相关技术中，一般会在喷嘴的出口处设置多个挡板，遮挡板之间围合成喷射出口，通过调节多个挡板围合成的喷射出口的大小，达到改变流体流速的目的。
针对上述中的相关技术，发明人认为：由于喷嘴内径与喷射出口之间存在变径，导致流体在流过变径孔时，流速虽然增大，但流场还未达到稳定，流体喷射出变径孔后随即发生耗散，流体的刚性效果消失；此外，挡板难以承受高压流体造成的应力，容易发生损坏。
发明内容
为了提高承压能力并使调节流速后的流体保持刚性，一种可调节流体流速的喷嘴。
本申请提供的一种可调节流体流速的喷嘴采用如下的技术方案：
一种可调节流体流速的喷嘴，包括外套筒、调节块和驱动机构；所述外套筒两端开口；所述调节块至少有三个并且可滑移的设置于所述外套筒内，多个所述调节块环绕所述外套筒的轴线排布，在外套同内围合成与所述外套筒同轴线的导流通道，用于供流体通过；所述驱动机构用于驱动所述调节块朝向或者远离所述外套筒的中心位置滑移，改变所述导流通道的直径。
通过采用上述技术方案，当需要增大流体的流速时，通过驱动机构驱动多个调节块朝向外套筒的中心位置聚拢，减小导流通道的直径，从而在流量不变的情况下提高流体的流速；反之，当需要降低流体的流速时，驱动调节块背离外套筒的中心位置滑移，导流通道直径变大，流体流速降低；在调节流体流速时，由于是对整个导流通道的直径进行调节，流体在导流通道内流动的过程中流场会达到稳定，减小了流体通过变径孔时发生的耗散，从导流通道内喷出的流体会保持刚性；同时，调节块相较于薄板具有更高的承压能力，降低了高压流体损坏喷头的可能。
可选的，所述调节块包括第一斜面和第二斜面，每相邻两个所述调节块的第一斜面和第二斜面相互贴合，所述调节块可环绕所述外套筒的轴线摆动。
通过采用上述技术方案，调节块在朝向或者背离外套筒中心位置滑移的同时会环绕外套筒的轴线摆动，从而使调节块的第一斜面与相邻调节块的第二斜面始终处于贴合状态，提高导流通道内壁的密封性能，从而提高流体的稳定性。
可选的，所述外套筒内靠近流体流入的一端设置有上盖板，靠近流体流出的一端设置有下盖板，上盖板与下盖板之间形成用于容纳限制所述调节块的安装空间；所述上盖板上设置有第一贯穿孔，下盖板上设置有第二贯穿孔，所述第一贯穿孔和第二贯穿孔的直径不小于导流通道调节至最大状态下的直径，并且与所述导流通道共同形成流体的通路。
通过采用上述技术方案，上盖板和下盖板可以将调节块限制在安装空间内，提高调节块滑移摆动的稳定性。
可选的，所述调节块靠近上盖板的一端设置有第一导柱，靠近下盖板的一端设置有第二导柱，所述上盖板上设置有与调节块数量对应的第一导槽，所述第一导槽为直线型长槽且以外套筒的轴线为中心呈圆周阵列排布，所述第一导柱可滑移并可转动的设置于所述第一导槽中；所述下盖板上设置有与第一导槽数量和位置均对应的第二导槽，所述第二导柱可滑移并可转动的设置于所述第二导槽中。
通过采用上述技术方案，第一导槽可以对第一导柱的转动和滑移进行限制和引导，第二导柱可以对第二导柱的转动和滑移进行限制和引导，从而在调节流体流速时，可以使调节块沿既定的方向进行滑移和摆动，提高导流通道调节的流畅度和便捷性。
可选的，所述第一导槽穿透所述上盖板，所述第一导柱穿设于所述第一导槽中并于所述的驱动机构连接。
通过采用上述技术方案，方便第一导柱与驱动机构的连接。
可选的，所述第二导槽未穿透所述下盖板。
通过采用上述技术方案，可以保证气密性，使流体全部从导流通道内喷出。
可选的，所述驱动机构包括同轴设置于外套筒内且与外套筒转动连接的转盘，以及用于驱动所述转盘转动的驱动件；所述转盘上与每个第一导柱对应的位置均设置有驱动孔，所述驱动孔为条形孔且每个驱动孔的延长线均通过转盘的圆心，所述第一导柱穿设于驱动孔中。
通过采用上述技术方案，当需要调节流体流速时，使用驱动件驱动转盘转动，转盘会对第一导柱施加一个平行于第一导槽的力，第一导柱沿着第一导槽滑移，同时第一导柱绕轴线转动，使调节块滑移的同时环绕外套筒的轴线摆动，改变导流通道的大小，进而改变流体的流速。通过设置转盘和驱动件，可以对多个第一导柱进行同步驱动，便于对导流通道进行调节。
可选的，所述外套筒内位于导流通道的流体出口处设置有多个旋流叶片，多个所述旋流叶片环绕导流通道的轴线设置且一侧在所述导流通道的轴线处汇集。
通过采用上述技术方案，旋流叶片可以将从导流通道喷出的直流射流变为旋流，从而形成回流区，可以起到加快燃料预热，并提高混合效率的作用。
可选的，所述外套筒内同轴转动连接有调节环，所述旋流叶片远离导流通道一侧的两个顶点分别与所述调节环和所述下盖板球铰接，所述外套筒上设置有用于驱动所述调节环转动的调节件。
通过采用上述技术方案，由于旋流数=角动量/轴向动量，其中，轴向动量受轴向气体流速影响，即通过改变导流通道的大小可以改变轴向动量；角动量受切向气体流速的影响，即通过改变旋流叶片的旋转角度可以改变角动量，通过导流通道和旋流叶片的共同控制，可以改变旋流数，影响周围流场，产生合适大小的回流区，从而达到稳燃的效果；通过转动调节环，可以同时对多个旋流叶片的偏转角度进行调控，便于对流体切向流速进行调节。
可选的，所述外套筒上设置有与所述调节环同圆心的弧形的调节槽，所述调节槽为通槽，所述调节件包括穿设于调节槽中且与调节槽滑移配合的调节杆，所述调节杆一端与所述调节环固定连接，另一端位于外套筒外。
通过采用上述技术方案，沿调节槽拉动调节杆，可以使调节环转动，从而方便地对旋流叶片的偏转角度进行调节。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过设置外套筒、调节块和驱动机构，在调节流体流速时，可以对整个导流通道的直径进行调节，流体在导流通道内流动的过程中流场会达到稳定，减小了流体通过变径孔时发生的耗散，从导流通道内喷出的流体会保持刚性；同时，调节块相较于薄板具有更高的承压能力，降低了高压流体损坏喷头的可能；
2.通过设置第一斜面和第二斜面，调节块在朝向或者背离外套筒中心位置滑移的同时会环绕外套筒的轴线摆动，从而使调节块的第一斜面与相邻调节块的斜面始终处于贴合状态，提高导流通道内壁的密封性能，从而提高流体的稳定性；
3.通过设置互相配合的第一导柱与第一导槽、第二导柱与第二导槽，可以使调节块沿既定的方向进行滑移和摆动，提高导流通道调节的流畅度和便捷性；
4.通过设置角度可调节的旋流叶片，可以改变旋流数，影响周围流场，产生合适大小的回流区，从而达到稳燃的效果；
5.通过设置调节环和调节机构，可以方便地同时对多个旋流叶片的偏转角度进行调节。
附图说明
图1是本申请实施例中一种可调节流体流速的喷嘴的结构示意图；
图2是本申请实施例中调节块与上盖板配合的结构示意图；
图3是本申请实施例中调节块与上盖板和下盖板配合的结构示意图；
图4是本申请实施例中调节块的结构示意图；
图5是本申请实施例中旋流板与调节环和下盖板配合的结构示意图；
图6是本申请实施例中旋流板的结构示意图。
附图标记说明：1、外套筒；10、调节槽；2、调节块；20、导流通道；21、第一斜面；22、第二斜面；23、第一导柱；24、第二导柱；3、驱动机构；30、转盘；300、驱动孔；31、驱动件；310、齿环；311、驱动齿轮；312、驱动轴；313、把手；4、上盖板；40、第一贯穿孔；41、第一导槽；5、下盖板；50、第二贯穿孔；51、第二导槽；6、旋流叶片；60、第一调节球；61、第二调节球；7、调节环；8、调节件；80、调节杆。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种可调节流体流速的喷嘴。为了方便理解本申请实施例中提供的喷嘴，首先说明一下其应用场景，本申请实施例提供的喷嘴主要用于调节流体的流速，现有技术中通过遮挡板在喷嘴出口处合围成内径可调节的喷射出口，调节流体流速，但由于喷嘴内径与喷射出口存在变径，流体流经变径孔使会发生耗散，刚性消失，此外，遮挡板难以承受高压流体的应力，因此，本申请提供了一种可调节流体流速的喷嘴，能够在调节流体流速的同时维持流体的刚性，同时具有较高的承压能力。下面结合附图对本申请实施例提供的可调节流体流速的喷嘴进行说明。
参照图1，可调节流体流速的喷嘴主要包括外套筒1、调节块2和驱动机构3；外套筒1两端开口；调节块2至少有三个并且可滑移的设置于外套筒1内，多个调节块2环绕外套筒1的轴线排布，并在外套筒1内围合成与外套筒1同轴线的导流通道20，用于供流体通过；驱动机构3用于驱动多个调节块2朝向或者远离外套筒1的中心位置滑移，从而对导流通道20的直径进行调节，改变流体的流速。由于是对整个导流通道20进行调节，流体在导流通道20内流动的过程中流场会达到稳定，从导流通道20内喷出的流体会保持刚性，同时，调节块2相较于薄板具有更高的承压能力，降低了高压流体损坏喷头的可能。
参照图2和图3，外套筒1内同轴固定连接有上盖板4和下盖板5，上盖板4靠近流体流入的一端，下盖板5靠近流体喷出的一端，上盖板4和下盖板5之间存在间距形成安装空间，调节块2设置于安装空间内；上盖板4上开设有第一贯穿孔40，下盖板5上开设有第二贯穿孔50，第一贯穿孔40和第二贯穿孔50与导流通道20同轴设置，并且直径不小于导流通道20调节至最大状态下的直径。
参照图3和图4，调节块2的横截面可以为三角形、梯形等多边形，但至少需要包括相邻的第一斜面21和第二斜面22，第一斜面21和第二斜面22相交形成的夹角为调节块2的顶角，多个调节块2的顶角角度之和为360°，调节块2在滑移的同时可以环绕外套筒1的轴线摆动，从而保证调节块2合围成导流通道20时，相邻调节块2的第一斜面21和第二斜面22相互贴合，提高导流通道20的密封性，从而保证流体的稳定性。
调节块2朝向上盖板4一端的端面上凸出设置有第一导柱23，上盖板4上开设有与调节块2数量对应的第一导槽41，第一导槽41为直线型长槽，多个第一导槽41以外套筒1的轴线为中心呈圆周阵列排布，第一导槽41的中垂线通过上盖板4的圆心；第一导柱23可滑移的嵌设于第一导槽41中，第一导柱23同时可以在第一导槽41内转动，从而使调节块2朝向或者远离外套筒1中心位置滑移的同时，可以环绕外套筒1的轴线摆动，改变导流通道20的直径，并保证导流通道20的密封性能。
调节块2朝向下盖板5一端的端面上凸出设置有第二导柱24，下盖板5上开设有与第一导槽41数量和位置均对应的第二导槽51，第二导柱24可滑移的嵌设于第二导槽51中，第二导柱24可以在第二导槽51中转动，第二导槽51可以配合第一导槽41对调节块2的摆动进行限制和引导，提高导流通道20调节的流畅度和稳定性。第二导槽51未穿透下盖板5，从而保证气密性，使流体全部从导流通道20中喷出。
为了便于对倒流通道进行调节，参照图1和图2，第一导槽41为穿透上盖板4板面的通槽，第一导柱23穿设于第一导槽41中；驱动机构3包括转盘30和驱动件31；转盘30同轴设置于外套筒1内并与外套筒1转动连接，转盘30上与每个第一导柱23对应的位置均开设有驱动孔300，驱动孔300为条形孔且每个驱动孔300的延长线均通过转盘30的圆心，第一导柱23穿设于驱动孔300中，通过转动转盘30，可以带动多个第一导柱23同步在第一导槽41内滑移，从而便于调节导流通道20的大小。驱动件31用于驱动转盘30转动。
驱动件31包括齿环310、驱动齿轮311和驱动轴312；齿环310同轴设置于转盘30上，具体的，齿环310可以设置于转盘30的侧面上，也可以设置于转盘30背离上盖板4的一面上；转盘30与齿环310可以分体设置，也可以一体成型，例如，在转盘30上绕转盘30的圆心开设齿牙形成齿环310；驱动齿轮311与齿环310啮合；驱动轴312穿设于外套筒1上并且与外套筒1转动密封配合，驱动轴312一端与驱动齿轮311同轴固定连接，另一端位于外套筒1外，驱动轴312远离齿轮的一端固定连接有一字型的把手313，便于工作人员旋拧。另一个实施例中，还可以设置电机带动驱动齿轮311转动，提高导流通道20调节的便捷性。
参照图5和图6，外套筒1内位于导流通道20的流体出口处设置有多个旋流叶片6，多个旋流叶片6以外套筒1的轴线为中心呈圆周阵列排布，旋流叶片6可以将导流通道20内喷出的直流射流变为旋流，从而形成回流区，可以起到加快燃料预热，并提高混合效率的作用。具体的，旋流叶片6可以为三角形、梯形或其他多边形；为了提高旋流效率，多个旋流叶片6的一侧在外套筒1的轴线位置汇集，从而保证从导流通道20喷射出的流体能全部从多个旋流叶片6围成的区域内通过。
由于旋流数=角动量/轴向动量，其中，轴向动量受轴向气体流速影响，即通过改变导流通道20的大小可以改变轴向动量；角动量受切向气体流速的影响，即通过改变旋流叶片6的旋转角度可以改变角动量，通过导流通道20和旋流叶片6的共同控制，可以改变旋流数，影响周围流场，产生合适大小的回流区，从而达到稳燃的效果。
外套筒1内同轴转动连接有调节环7，旋流叶片6呈梯形，旋流叶片6相邻的两个顶点处分别设置有第一调节球60和第二调节球61，第一调节球60与下盖板5球铰接，第二调节球61与调节环7球铰接，通过转动调节环7，可以改变旋流叶片6的倾斜角度，从而调节流体的角动量。外套筒1上设置有用于驱动调节环7转动的调节件8。
调节件8包括调节杆80；外套筒1的外壁上开设有与调节环7同圆心的弧形的调节槽10，调节槽10为通槽，调节杆80穿设于调节槽10内且与调节槽10滑移配合，调节杆80一端与调节环7的外壁固定连接，另一端位于外套筒1外，便于工作人员握持，通过沿调节槽10拉动调节杆80，可以使调节环7转动，从而对旋流叶片6的角度进行调节。
另一个实施例中，调节件8还可以采用电机配合齿轮和齿圈对调节环7进行驱动，即将齿圈同圆心设置于调节环7上，齿轮固定连接于电机的输出轴上且与齿圈啮合，电机带动齿轮带动齿圈转动，从而驱动调节环7转动。
本申请实施例一种可调节流体流速的喷嘴的实施原理为：当需要调节流体流速时，可以转动驱动轴312，驱动轴312带动驱动齿轮311转动，驱动齿轮311带动齿环310转动，从而使转盘30转动，转盘30会对第一导柱23施加一个平行于第一导槽41的力，第一导柱23沿着第一导槽41滑移，第二导柱24沿第二导槽51滑移，同时第一导柱23和第二导柱24绕轴线转动，使调节块2滑移的同时环绕外套筒1的轴线摆动，调节块2的第一斜面21与相邻调节块2的第二斜面22始终处于贴合状态，从而在保证导流通道20密封性的同时调节导流通道20的大小，改变流体流速的同时使流体完全从导流通道20内喷出；互相配合的第一导柱23与第一导槽41、第二导柱24与第二导槽51，可以使调节块2沿既定的方向进行滑移和摆动，提高导流通道20调节的流畅度和便捷性。
旋流叶片6可以将从导流通道20喷出的直流射流变为旋流，从而形成回流区，可以起到加快燃料预热，并提高混合效率的作用，由于旋流数=角动量/轴向动量，其中，轴向动量受轴向气体流速影响，即通过改变导流通道20的大小可以改变轴向动量；角动量受切向气体流速的影响，即通过改变旋流叶片6的旋转角度可以改变角动量，通过导流通道20和旋流叶片6的共同控制，可以改变旋流数，影响周围流场，产生合适大小的回流区，从而达到稳燃的效果；当需要调节旋流数时，沿调节槽10拉动调节杆80，可以使调节环7转动，从而同时对多个旋流叶片6的偏转角度进行调控，便于对流体切向流速进行调节。综上所述，通过设置外套筒1、调节块2和驱动机构3，在调节流体流速时，可以对整个导流通道20的直径进行调节，流体在导流通道20内流动的过程中流场会达到稳定，减小了流体通过变径孔时发生的耗散，从导流通道20内喷出的流体会保持刚性；同时，调节块2相较于薄板具有更高的承压能力，降低了高压流体损坏喷头的可能。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可调节流体流速的喷嘴，其特征在于：包括外套筒(1)、调节块(2)和驱动机构(3)；所述外套筒(1)两端开口；所述调节块(2)至少有三个并且可滑移的设置于所述外套筒(1)内，多个所述调节块(2)环绕所述外套筒(1)的轴线排布，在外套筒(1)内围合成与所述外套筒(1)同轴线的导流通道(20)，用于供流体通过；所述驱动机构(3)用于驱动所述调节块(2)朝向或者远离所述外套筒(1)的中心位置滑移，改变所述导流通道(20)的直径；
所述调节块(2)包括第一斜面(21)和第二斜面(22)，每相邻两个所述调节块(2)的第一斜面(21)和第二斜面(22)相互贴合，所述调节块(2)可环绕所述外套筒(1)的轴线摆动；
所述外套筒(1)内靠近流体流入的一端设置有上盖板(4)，靠近流体流出的一端设置有下盖板(5)，上盖板(4)与下盖板(5)之间形成用于容纳限制所述调节块(2)的安装空间；所述上盖板(4)上设置有第一贯穿孔(40)，下盖板(5)上设置有第二贯穿孔(50)，所述第一贯穿孔(40)和第二贯穿孔(50)的直径不小于导流通道(20)调节至最大状态下的直径，并且与所述导流通道(20)共同形成流体的通路；
所述调节块(2)靠近上盖板(4)的一端设置有第一导柱(23)，靠近下盖板(5)的一端设置有第二导柱(24)，所述上盖板(4)上设置有与调节块(2)数量对应的第一导槽(41)，所述第一导槽(41)为直线型长槽且以外套筒(1)的轴线为中心呈圆周阵列排布，所述第一导柱(23)可滑移并可转动的设置于所述第一导槽(41)中；所述下盖板(5)上设置有与第一导槽(41)数量和位置均对应的第二导槽(51)，所述第二导柱(24)可滑移并可转动的设置于所述第二导槽(51)中；
所述第一导槽(41)穿透所述上盖板(4)，所述第一导柱(23)穿设于所述第一导槽(41)中并与所述的驱动机构(3)连接；
所述驱动机构(3)包括同轴设置于外套筒(1)内且与外套筒(1)转动连接的转盘(30)，以及用于驱动所述转盘(30)转动的驱动件(31)；所述转盘(30)上与每个第一导柱(23)对应的位置均设置有驱动孔(300)，所述驱动孔(300)为条形孔且每个驱动孔(300)的延长线均通过转盘(30)的圆心，所述第一导柱(23)穿设于驱动孔(300)中；
所述外套筒(1)内位于导流通道(20)的流体出口处设置有多个旋流叶片(6)，多个所述旋流叶片(6)环绕导流通道(20)的轴线设置且一侧在所述导流通道(20)的轴线处汇集；
所述旋流叶片(6)呈直角梯形，多个所述旋流叶片(6)的直角腰环绕导流通道(20)的轴线设置且在所述导流通道(20)的轴线处汇集，所述外套筒(1)内同轴转动连接有调节环(7)，所述旋流叶片(6)远离导流通道(20)的轴线一侧的倾斜腰上的两个顶点分别与所述调节环(7)和所述下盖板(5)球铰接，所述外套筒(1)上设置有用于驱动所述调节环(7)转动的调节件(8)。
2.根据权利要求1所述的一种可调节流体流速的喷嘴，其特征在于：所述第二导槽(51)未穿透所述下盖板(5)。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的一种可调节流体流速的喷嘴，其特征在于：所述外套筒(1)上设置有与所述调节环(7)同圆心的弧形的调节槽(10)，所述调节槽(10)为通槽，所述调节件(8)包括穿设于调节槽(10)中且与调节槽(10)滑移配合的调节杆(80)，所述调节杆(80)一端与所述调节环(7)固定连接，另一端位于外套筒(1)外。
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