CN115365022A - 粒子射流喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种粒子射流喷嘴，涉及粒子射流表面处理工艺的技术领域，包括外喷管和内喷管，所述内喷管设于所述外喷管的内部，且所述内喷管的中心轴线沿所述外喷管的中心轴线方向延伸，所述内喷管设于所述外喷管的内部靠近入口的位置处。本发明提供的粒子射流喷嘴可减少粒子与喷嘴的碰撞，降低粒子射流散度，产生更加集中的粒子射流，同时，使粒子沿着轴线方向加速，获得更高的轴向速度，达到减小粒子射流散度和提高粒子速度的效果。
Description
技术领域
本发明涉及粒子射流表面处理工艺的技术领域，尤其是涉及一种粒子射流喷嘴。
背景技术
粒子射流常被用于如气动喷丸强化，喷砂处理，热喷涂、冷喷涂等各种表面处理工艺，通常采用高压气流带动粒子飞行，再通过喷嘴加速，撞击材料表面。喷射粒子射流的散度和速度是两个重要工艺参数，粒子散度一般以粒子射流的横截面圆的直径来衡量，粒子散度越小、粒子速度越快，工艺效果越好。
喷嘴一般处于设备的末端，粒子通过喷嘴实现加速和调整方向，喷嘴的结构形式对粒子分布、粒子速度大小分布、覆盖率均匀性有较大影响，进而影响工艺和效果，喷嘴的设计与优化是减小粒子射流散度和提高粒子速度的重要途径之一。
传统喷嘴可根据喷嘴内孔结构形式分为直通型、收缩型和缩扩型(文丘里型、拉瓦尔)喷嘴，现有喷嘴的共同特点是采用中空式结构，这种结构会导致粒子散度大、粒子速度低，具体表现为：粒子撞击被喷射表面的角度分布大，被喷表面粒子入射方向分布较大；粒子射流散射程度大，粒子在喷嘴内反复弹射造成了粒子动能损失，同时造成喷射粒子的散度较大；被喷表面粒子速度分布较大，沿喷嘴轴线喷射出的粒子的速度大于散射粒子的速度；在相同流量下散度大将导致覆盖率不均匀性增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粒子射流喷嘴，该粒子射流喷嘴可减少粒子与喷嘴的碰撞，降低粒子射流散度，产生更加集中的粒子射流，同时，使粒子沿着轴线方向加速，获得更高的轴向速度，达到减小粒子射流散度和提高粒子速度的效果。
为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
本发明实施例提供一种粒子射流喷嘴，包括外喷管和内喷管，所述内喷管设于所述外喷管的内部，且所述内喷管的中心轴线沿所述外喷管的中心轴线方向延伸，所述内喷管设于所述外喷管的内部靠近入口的位置处。
本发明提供的喷嘴可减少粒子与喷嘴的碰撞，降低粒子射流散度，产生更加集中的粒子射流，同时，使粒子沿着轴线方向加速，获得更高的轴向速度，达到减小粒子射流散度和提高粒子速度的效果。
具体地，本发明提供的喷嘴区别于现有技术中内部完全中空类型的喷嘴结构形式，相对于现有喷嘴，改进后的结构包括外喷管和内喷管两部分，通过在外喷管内部增加内喷管作为独立的粒子输送装置，通过外喷管内部的内喷管输送粒子，粒子由内喷管到达外喷管的前部，可直接将粒子输送到喷嘴的加速段，有效减小粒子与外喷管外壁之间的碰撞，从而，一方面减小了粒子在喷嘴内部的弹射角度，降低了不必要的动能消耗，进而减小了粒子束流散射程度，能够产生集中的粒子射流，改进后粒子射流喷嘴的粒子散度覆盖率较现有技术覆盖率有明显改善；另一方面使粒子沿着轴线方向加速，可获得更大的轴向速度，使粒子更集中于以轴线为中心的圆形分布区域内。
在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，所述内喷管的后端设有朝向所述内喷管的外部延伸的第一连接缘，所述外喷管的后端设有朝向所述外喷管的外部延伸的第二连接缘，所述第一连接缘与所述第二连接缘连接。
在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，所述外喷管采用直通型喷管。
在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，所述外喷管采用收缩型喷管，且所述内喷管的前表面位于所述外喷管的缩径部的终点位置的后方。
在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，所述外喷管采用收缩型喷管，且所述内喷管的前表面与所述外喷管的缩径部的终点位置处平齐。
在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，所述外喷管采用缩扩型喷管，且所述内喷管的前表面位于所述外喷管的扩径部的起始位置的后方。
在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，所述外喷管采用缩扩型喷管，且所述内喷管的前表面与所述外喷管的扩径部的起始位置处平齐。
在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，沿所述外喷管和所述内喷管的中心轴线方向，在所述外喷管的外部套设有冷却水套，在所述冷却水套的内部设有冷却水道，在所述冷却水套的外周面开设有与所述冷却水道的一端连通的进水口和与所述冷却水道的另一端连通的出水口。
进一步优选地，在所述进水口处设有进水管口。
优选地，在所述出水口处设有出水管口。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为现有技术中，粒子弹射造成被喷表面粒子射出方向分布大的示意图；
图2为现有技术中，沿轴向射出的粒子速度大于散射粒子速度的示意图；
图3为现有技术中，相同流量下散度大导致覆盖率不均匀性大的示意图；
图4为本发明实施例一提供的粒子射流喷嘴的整体结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的粒子射流喷嘴的整体结构示意图；
图6为本发明实施例三提供的粒子射流喷嘴的整体结构示意图；
图7为本发明实施例四提供的粒子射流喷嘴的整体结构示意图；
图8为本发明实施例提供的粒子射流喷嘴的粒子散度覆盖率示意图。
图标：1-外喷管；11-缩径部；12-扩径部；2-内喷管；3-冷却水套；30-冷却水道；301-进水管口；302-出水管口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
现有技术中，粒子射流常被用于如气动喷丸强化，喷砂处理，热喷涂、冷喷涂等各种表面处理工艺，粒子散度越小、粒子速度越快，工艺效果越好。传统喷嘴可根据喷嘴内孔结构形式分为直通型、收缩型和缩扩型(文丘里型、拉瓦尔)喷嘴，现有喷嘴的共同特点是采用中空式结构，这种结构会导致粒子散度大、粒子速度低，具体表现为：如图1所示，粒子撞击被喷射表面的角度分布大，被喷表面粒子入射方向分布较大；粒子射流散射程度大，粒子在喷嘴内反复弹射造成了粒子动能损失，同时造成喷射粒子的散度较大；如图2所示，被喷表面粒子速度分布较大，沿喷嘴轴线喷射出的粒子的速度大于散射粒子的速度；如图3所示，在相同流量下散度大将导致覆盖率不均匀性增大。
相对于此，本发明提供一种粒子射流喷嘴，参照图4至图7，该粒子射流喷嘴包括外喷管1和内喷管2，内喷管2设于外喷管1的内部，且内喷管2的中心轴线沿外喷管1的中心轴线方向延伸，内喷管2设于外喷管1的内部靠近入口的位置处。
本发明提供的喷嘴可减少粒子与喷嘴的碰撞，降低粒子射流散度，产生更加集中的粒子射流，同时，使粒子沿着轴线方向加速，获得更高的轴向速度，达到减小粒子射流散度和提高粒子速度的效果。
具体地，本发明提供的喷嘴区别于现有技术中内部完全中空类型的喷嘴结构形式，相对于现有喷嘴，改进后的结构包括外喷管1和内喷管2两部分，通过在外喷管1内部增加内喷管2作为独立的粒子输送装置，通过外喷管1内部的内喷管2输送粒子，粒子由内喷管2到达外喷管1的前部，可直接将粒子输送到喷嘴的加速段，有效减小粒子与外喷管1外壁之间的碰撞，从而，一方面减小了粒子在喷嘴内部的弹射角度，降低了不必要的动能消耗，进而减小了粒子束流散射程度，能够产生集中的粒子射流，改进后粒子射流喷嘴的粒子散度覆盖率如图8所示，较图3所示的现有技术覆盖率有明显改善；另一方面使粒子沿着轴线方向加速，可获得更大的轴向速度，使粒子更集中于以轴线为中心的圆形分布区域内。
此外，本实施例中，外喷管1与内喷管2之间的连接方式较为优选地但不限于，内喷管2的后端设有朝向内喷管2的外部延伸的第一连接缘，外喷管1的后端设有朝向外喷管1的外部延伸的第二连接缘，第一连接缘与第二连接缘焊接或搭接或以其他方式连接；当然，在本实施例的一些其他可选实施方式中，内喷管2外壁也可以是通过连接筋固定连接或卡接或螺纹连接于外喷管1内壁，或者，也可以是内喷管2与外喷管1之间通过螺钉连接在一起，设置螺钉的部位对应设置密封圈等密封部件。
本实施例根据其具体结构可具体分为以下几种实施例：
实施例一
如图4所示，本实施例中，外喷管1采用直通型喷管。
实施例二
如图5所示，本实施例中，外喷管1采用收缩型喷管，且内喷管2的前表面位于外喷管1的缩径部11的终点位置的后方，或者，内喷管2的前表面与外喷管1的缩径部11的终点位置处平齐。
实施例三
如图6所示，本实施例中，外喷管1采用缩扩型喷管，且内喷管2的前表面位于外喷管1的扩径部12的起始位置的后方，或者，内喷管2的前表面与外喷管1的扩径部12的起始位置处平齐。
实施例四
如图8所示，本实施例以实施例一为例，增加冷却水套3的结构，具体地，沿外喷管1和内喷管2的中心轴线方向，在外喷管1的外部套设有冷却水套3，在冷却水套3的内部设有冷却水道30，在冷却水套3的外周面开设有与冷却水道30的一端连通的进水口和与冷却水道30的另一端连通的出水口：较为优选地，在进水口处设有进水管口301；在出水口处设有出水管口302。
在本实施例的其他可选实施方式中，也可以是在实施例二或实施例三提供的喷嘴结构的基础上，进一步地，在外喷管1的外部增加上述的冷却水套3。
本实施例中，通过设置上述的冷却水套3，可以通过自进水口向冷却水套3中通入冷水等冷却液体，以对喷嘴进行高效散热，达到强制冷却，降低喷嘴的温度，避免粒子射流速度过大时喷嘴温度过高烧坏喷嘴的效果，进而提高喷嘴的使用寿命。较佳地，冷却水道30围绕外喷管1盘旋设置，增加散热效果。
最后应说明的是：
1、本说明书中的外喷管1的具体结构不仅仅局限于上述各实施例提供的结构，对于其他结构的外喷管1仍然适用；
2、本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可；本说明书中的以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种粒子射流喷嘴，其特征在于：包括外喷管(1)和内喷管(2)，所述内喷管(2)设于所述外喷管(1)的内部，且所述内喷管(2)的中心轴线沿所述外喷管(1)的中心轴线方向延伸，所述内喷管(2)设于所述外喷管(1)的内部靠近入口的位置处。
2.根据权利要求1所述的粒子射流喷嘴，其特征在于：所述内喷管(2)的后端设有朝向所述内喷管(2)的外部延伸的第一连接缘，所述外喷管(1)的后端设有朝向所述外喷管(1)的外部延伸的第二连接缘，所述第一连接缘与所述第二连接缘连接。
3.根据权利要求1所述的粒子射流喷嘴，其特征在于：所述外喷管(1)采用直通型喷管。
4.根据权利要求1所述的粒子射流喷嘴，其特征在于：所述外喷管(1)采用收缩型喷管，且所述内喷管(2)的前表面位于所述外喷管(1)的缩径部(11)的终点位置的后方。
5.根据权利要求1所述的粒子射流喷嘴，其特征在于：所述外喷管(1)采用收缩型喷管，且所述内喷管(2)的前表面与所述外喷管(1)的缩径部(11)的终点位置处平齐。
6.根据权利要求1所述的粒子射流喷嘴，其特征在于：所述外喷管(1)采用缩扩型喷管，且所述内喷管(2)的前表面位于所述外喷管(1)的扩径部(12)的起始位置的后方。
7.根据权利要求1所述的粒子射流喷嘴，其特征在于：所述外喷管(1)采用缩扩型喷管，且所述内喷管(2)的前表面与所述外喷管(1)的扩径部(12)的起始位置处平齐。
8.根据权利要求1所述的粒子射流喷嘴，其特征在于：沿所述外喷管(1)和所述内喷管(2)的中心轴线方向，在所述外喷管(1)的外部套设有冷却水套(3)，在所述冷却水套(3)的内部设有冷却水道(30)，在所述冷却水套(3)的外周面开设有与所述冷却水道(30)的一端连通的进水口和与所述冷却水道(30)的另一端连通的出水口。
9.根据权利要求8所述的粒子射流喷嘴，其特征在于：在所述进水口处设有进水管口(301)。
10.根据权利要求8所述的粒子射流喷嘴，其特征在于：在所述出水口处设有出水管口(302)。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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