CN1206043C - 一种具有改进的气帽的空气雾化喷嘴组件 - Google Patents

Abstract

一种空气辅助喷嘴组件，包括气帽，以便利用相对较低的空气流量和压力来有效地生成较宽的扁平喷流形状，且增强了液体颗粒的粉碎。该气帽在中心液体流排出口的相对侧有一对纵向延伸的空气通道。各空气通道都有排出口，该排出口由下游的横向偏转凸缘和小间隔的、向内的锥形偏转表面确定，它们共同引导和偏转增压空气流，使该增压空气流向内对着排出的液体流，从而雾化该液体流，引导其成为预定的喷流形状。

Description

一种具有改进的气帽的空气雾化喷嘴组件

本申请是申请日为1999年6月11日，的美国专利申请No.09/30746的部分继续申请，该申请的说明书被参引。

技术领域

本发明通常涉及空气辅助喷嘴，尤其涉及一种用于空气辅助喷嘴组件的改进的气帽，以便增加液体颗粒的粉碎，增强对喷雾分布的控制。

背景技术

在许多喷雾应用中，例如增湿或蒸发致冷，希望能产生相对较小的喷雾颗粒，以便使其分布区域面积最大。因此，已知可用空气辅助喷嘴组件，在该空气辅助喷嘴组件中，增压气体如空气用于将液体液流粉碎或雾化成非常小的液体颗粒。例如，在某些空气辅助喷嘴组件中，液体首先在位于喷嘴组件的喷嘴或气帽的上游的雾化室内被机械粉碎，该喷嘴或气帽用于形成排出的喷流形状。也可选择，液体颗粒的粉碎在气帽自身内进行。

从高效和经济方面考虑，希望以相对较低的空气流量和压力就能有效粉碎该颗粒。这就产生了一些问题。尤其是，使喷嘴或气帽在高效和经济条件下工作通常设计时较复杂，因此生产时比较昂贵。而且，即使在生成和排出极细的喷雾颗粒时，也很难以合适方式控制引导这些颗粒，例如形成轮廓明显的、相对较广、较扁平的喷流形状。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种有改进的气帽的空气辅助喷嘴组件，该改进的气帽能有效增加液体颗粒的粉碎，增强对喷流分布和形状的控制。

另一目的是提供一种有上述特征的空气辅助喷嘴组件，其中，空气流量和压力可以足够低，从而与采用较昂贵的压气机相比，可以采用相对低容量、电压的风扇来生成该空气流。

还一目的是提供一种上述类型的喷嘴组件，其中，该气帽能有效生成较广的、扁平的喷流形状，同时增强了对液体颗粒方向的控制。一个相关的目的是提供这样一种气帽，该气帽能够很容易地改变和影响喷出的扁平喷流形状的合适宽度。

还一目的是提供一种上述类型的气帽，该气帽设计简单，适于经济生产。一个相关的目的是提供这样一种气帽，该气帽有精确的空气和液体流道和挠曲面，该挠曲面能够只用两次机械加工操作即可高效形成。

根据本发明的一个方面，提供了一种空气辅助喷嘴组件，包括：一个有液体进口通道和气体进口通道的喷嘴本体，一个布置在所述喷嘴本体下游的气帽，所述喷嘴组件有与所述液体进口通道相通的液体排出口，以便轴向排出通过所述气帽的液体流，所述气帽在所述液体排出口的相对侧有一对径向相对且纵向延伸的空气通道，所述各空气通道都在与所述空气通道的轴线垂直的径向平面方向上的该空气通道的轴向末端有横向的偏转凸缘，所述气帽包括一对向内的锥形偏转表面，各所述锥形偏转表面与一个相应的横向偏转凸缘相对、并且相对于所述偏转表面下游的一个相应的所述空气通道的纵向轴线部分成锐角地延伸；所述偏转凸缘的径向靠内侧所径向间隔开的距离小于所述纵向空气通道的轴线的径向间距，并且大于所述空气通道的内径向侧面之间的径向间距，所述偏转凸缘的内径向侧面和所述锥形偏转表面分别限定径向相对的空气排出孔，使得由所述空气通道引导的空气流的主要部分冲击所述横向偏转凸缘，并被向内引导以对着排出的液体流的相对两侧冲击，以便雾化该液体流，并引导该液体流成为预定的喷流形状。

根据本发明的喷嘴组件的一个优选实施例，偏转凸缘有对向的圆弧形侧面，其曲率半径与偏转表面之间的径向间距相应。

根据本发明的又一方面，提供了一种空气辅助喷嘴组件，包括：一个有液体进口通道和气体进口通道的喷嘴本体，一个布置在所述喷嘴本体下游的气帽，所述喷嘴组件有与所述液体进口通道相通的液体排出口，以便轴向排出通过所述气帽的液体流，所述气帽在所述液体排出口的相对侧有一对径向相对且纵向延伸的空气通道，所述各空气通道都有横向的偏转凸缘，以便使通过所述空气通道引导的空气径向向内偏转，所述气帽包括一对向内的锥形偏转表面，该锥形偏转表面沿下游方向相对于所述偏转表面下游的其中一个相应的所述空气通道的纵向轴线部分成锐角地径向向内延伸，所述偏转表面分别对着一个相应的横向偏转表面，以便将由横向偏转表面向内引导的空气导向该排出的液体流，从而雾化该液体流，并引导该液体流成为预定的喷流形状。

根据本发明的还一方面，提供了一种空气辅助喷嘴组件，包括：一个有液体进口通道和气体进口通道的喷嘴本体，一个布置在所述喷嘴本体下游的气帽，所述喷嘴组件有与所述液体进口通道相通的液体排出口，以便轴向排出通过所述气帽的液体流，所述气帽在所述液体排出口的相对侧有一对径向相对且纵向延伸的空气通道，所述各空气通道都有排出口，该排出口由在该壳体通道末端的、径向向内引导的横向凸缘和在径向靠内侧的、以锐角相对于所述偏转表面下游的空气通道的纵向轴延伸的、向内的锥形偏转表面来确定，所述横向偏转凸缘和锥形偏转表面共同引导空气径向向内对着排出的液体流，从而雾化该液体流，引导该液体流成为预定的喷流形状。

根据本发明的又一方面，提供了一种空气辅助喷嘴组件，包括：一个有液体进口通道和气体进口通道的喷嘴本体，一个布置在所述喷嘴本体下游的气帽，所述喷嘴组件有与所述液体进口通道相通的液体排出口，以便轴向排出通过所述气帽的液体流，所述气帽在所述液体排出口的相对侧有一对径向相对且纵向延伸的空气通道，所述各空气通道都有横向的偏转凸缘，以便使通过所述空气通道引导的空气径向向内偏转，所述气帽包括一对向内的、沿下游方向以锐角相对于所述偏转表面下游的一个相应空气通道的纵向轴线部分径向向内延伸的锥形偏转表面，所述锥形偏转表面分别对着一个相应的横向偏转表面，以便将由横向偏转凸缘向内引导的空气导向该排出的液体流，从而雾化该液体流，引导该液体流成为预定的喷流形状，所述偏转凸缘离上游侧的所述锥形偏转表面的轴向末端的轴向距离不大于所述空气通道的直径的一半。

附图说明

通过阅读下面对本发明优选实施例的说明，并参考附图，可以更好地了解本发明的这些和其它特征和优点，附图中：

图1是表示本发明的空气辅助喷嘴组件的纵向剖面图；

图2是图1所示喷嘴组件的气帽的侧视图；

图3是图1所示喷嘴组件的气帽的俯视图，表明该相对较宽的、喷出的扁平喷流形状；

图4是从图3所示的喷嘴组件的气帽的下游端看的端视图；

图5是喷嘴帽的的纵剖、放大的局部图，表示气流和液体压力的相互作用；

图6是本发明的喷嘴组件的一种可选实施例的纵剖图；

图7是沿图6中的线7-7的平面的局部剖图；

图8是图6所示喷嘴组件的气帽的俯视图，表示喷出的喷流形状；以及

图9是从图8所示气帽的下游端看的端视图。

具体实施方式

本发明易于进行各种变化，所示实施例的某些可选结构如附图所示，并将在下面详细介绍。不过，应当知道，这并不是要将本发明局限于所介绍的具体形式，而是相反，本发明将包括在本发明的精神和范围内的所有变化形式、可选结构和等价物。

下面特别参考图1，图示为一个实现本发明的空气辅助喷嘴组件10。该喷嘴组件10用增压气体如空气来将液体压力雾化成非常细的颗粒，以便使表面积最大。在结合特别说明的喷嘴组件介绍本发明时，应当知道本发明也同样可以用于其它结构的喷嘴。

图示喷嘴组件10包括喷嘴本体12，该喷嘴本体12形成有由环形气体通道15环绕的中心液体进口通道14，在该环形气体通道在其上游端与多个向前、向内延伸的气体通道16连通。这时，该喷嘴本体12通过其柱形向后延伸的、有外螺纹的延伸部分18与喷嘴组件10的基座部分20相连。该喷嘴本体的向后延伸部分18与基座部分20内的内螺纹腔螺纹配合，这样，喷嘴本体12以液体和气体进口通道14、15与相应的液体和气体通道22、24连通的方式支承在基座部分20上。在基座部分20上有分别与液体和气体进口通道22、24连通的液体和气体进口孔(未示出)。通过已知方式，可以将合适的供给管道安装到该液体和气体进口孔，从而向该喷嘴组件10供给增压的液体流和气体流。

在图1所示的本发明实施例中，喷嘴组件10包括一预雾化部分26，该与雾化部分26的大部分由喷嘴本体12的下游端确定。这时，该预雾化部分26有一向内成圆锥形的中心进口通道28，该中心进口通道28在液体通道14和节流孔30之间连通，该节流孔30再与圆柱形膨胀室32连通。气体进口通道16内的增压气体被引入环形室33，该环形室再通过多个径向空气通道34与膨胀室32连通。这样，如本领域技术人员所知，通过液体进口通道14引入的增压液体通过节流孔30加速进入膨胀室32，并在该膨胀室32中被通过径向通道34引入的多股增压气流粉碎和预雾化。该预雾化部分的更详细相关结构如美国专利No.5899387所述，该专利的说明书被本文参引。当然，本领域技术人员应当知道，其它的结构和方法也可以用于预雾化该液体。

为了增强雾化并将液体颗粒引导成合适的喷流形状，气帽35紧接着安装在该预雾化部分26的下游。这时，所示气帽35是单件结构，包括一圆柱形的壳体或本体36，该壳体或本体36形成有上游室38，该上游室38容纳该喷嘴本体12的下游端。该气帽室38由上游的圆柱形部分39和中心的、向内的锥形或圆锥的部分40确定，该气帽室38与中心流体流道41连通。

气帽35安装在喷嘴本体12上，同时中心流体流道41与膨胀室32连通，且确定了该环形空气室33的气帽的上游部分在喷嘴本体12的下游端的周围。该喷嘴本体12的下游端向内成锥形，以便与气帽35的锥形部分40配合。布置于喷嘴本体12下游端周围的环形槽内的O形密封环44插入喷嘴本体12和气帽的锥形部分40之间，以便使中心流体流道41与环绕的环形空气室33密封。为了将气帽35安装在喷嘴本体12上，气帽35有一向外伸出的环形保持凸缘45，该环形保持凸缘45与螺纹安装在喷嘴本体12的外螺纹环形部分上的环形保持环46配合。

气帽35的中心流体流道41与细长的排出口48连通，该排出口48确定成通过气帽35的锥形下游端部分50的十字槽，以便生成扁平的喷流形状。为了使得该排出的扁平喷流形状不受气帽35的影响，气帽在细长排出口48的相对端有向后的锥形面51。

气帽35还形成有一对径向相对的纵向空气通道55，该纵向空气通道55从外部环形室通向下游，这样，一部分从通道16引入环形空气室33的空气绕过该预雾化部分26。在图示实施例中，空气通道55各自伸入气帽35的相应向前延伸的部分56，并与相应的排出口60连通。

根据本发明，气帽设计成以这样的方式引导从空气通道排出口出来的增压空气流，即能进一步增强预雾化流体流的雾化，并以可控制的方式增加该扁平喷流形状的宽度，图示使所需的空气流量和压力减至最小。因此，如图5所示，气帽35有横向或径向的偏转表面61，该偏转表面61与内部的锥形偏转表面62一起，引导该增压空气流在靠近中心排出口30的位置处向内对着该排出的预雾化流体流。这时，该横向的外侧偏转表面61由在各空气通道55末端横向延伸的内侧径向凸缘64确定。该径向凸缘64的圆弧形外侧的直径与气帽壳体36的直径相当，它的圆弧形内侧65的径向间距为“d”，如图5所示。为了使通过轴向空气通道55的空气流产生足够的横向偏转，从而使至少一部分空气流进行冲击和由内部的锥形偏转表面62导引，横向凸缘64的内侧径向圆弧边65之间的径向间距“d”优选是至少小于气流通道55的纵向轴线的径向间距“f”，如图5所示。

在本发明中，锥形偏转表面62从各空气通道排出口60沿下游方向向内延伸。这时，该锥形偏转表面62由气帽35的轴向延伸部分68的截头圆锥侧确定，并终止于平头端69。还可以看见，流过气帽通道55的增压空气流受到横向的径向偏转表面61的约束，并在锥形偏转表面62的引导下径向向内。优选是，空气通道排出口60的尺寸足够小，这样，该横向偏转表面61和锥形偏转表面62联合作用，以可控制的方式强制引导空气在中心排出口48附近对着排出的流体流流动。

还发现通过控制三个重要的设计变量，即由径向间距“d”确定的横向偏转凸缘的径向长度、锥形偏转表面62的轴向末端69和偏转表面61之间的距离“1”和该偏转表面与气帽35的纵向轴之间的夹角a，即可以获得最优的喷射特性。优选是，如上所述，偏转凸缘64的端部的径向间距“d”小于空气通道55的轴线的径向间距“f”。与空气通道轴有着这样的关系的偏转凸缘保证偏转凸缘64径向向内延伸至少超过空气通道55的轴一定距离，以便能使由空气通道55引导的空气流中的大部分产生偏转。锥形偏转表面62的轴向末端与偏转表面61之间的距离“1”优选是保持相对较小，例如大约是空气通道55的直径“a”的一半或更少。通过这些设计参数可以看到，锥形偏转表面62的角度a可以根据所需的扁平喷流形状的宽度而改变。增加角度a将使得增压空气流在更靠近中心排出口48处冲击该预雾化流体流，因此对增加该扁平喷流形状的宽度有更大的影响。减小该内部锥形偏转表面62的角度a将使得空气流在更远离中心排出口48的位置处冲击该预雾化流体流，相应地减小该扁平喷流形状的宽度。不过，由于横向偏转表面61，对于各种角度a的锥形偏转表面62，空气流的冲击都会增强雾化和改变排出的喷流形状的宽度。因此，通过改变内部锥形偏转表面62的角度，该气帽35能够很容易地设计成适应特定的喷射用途。

实际上，还可以看见，具有本发明的气帽35的喷嘴组件能够在相对较低的空气压力和流量下高效工作。在空气压力小于10psi和空气流量低至3s.c.f.m时即可实现有效雾化和扁平喷流形状的控制。与在工业应用中所需的较贵的压气机相比，在本工作条件下，可以采用相对较低成本的风扇来生成空气。

本领域技术人员还可以知道，本发明的气帽在适用于高效空气辅助喷嘴组件的同时，还适于以非常经济的方式制造。实际上，该空气通道55可以通过平底钻孔而在该气帽的上游侧机械加工而成，而通过普通的钻孔工具即可在该气帽的下游侧机械加工形成偏转表面和排出口。因此，只要两道机加操作即可精确形成排出口和偏转表面。也可选择，该气帽设计成还适于用经济的塑料注塑方法制成，即通过使得模具能轴向拉开而制成。

下面参考图6-9，图示为本发明的一种可选实施例，其中，与前述实施例类似的对象以类似的参考标号表示，同时加上后缀“a”。喷嘴组件10a包括喷嘴本体，该喷嘴本体有代替预雾化部分的液体导引件75，这样，该液体液流直接排入气帽，而没有前述的空气预雾化，从而通过气帽35a外侧的对着的增压空气流以前述方式相互作用。所示液体供给件75支承在弧形的前本体件76内，该前本体件76与主本体件78螺纹配合，空气和液体供给管道装在该主本体件78上。液体供给件75的上游端79与液体供给通道82连通，其下游的、直径减小的端80装于气帽35a的中心孔内。该液体导引件75支承于喷嘴本体件76的上游室81内，该上游室与空气供给通道83连通。该液体导引件75通过多个径向布置的肋片88支承于室85内，该多个径向布置的肋片使得轴向气流从它们之间进入气帽35a。

本例中，气帽35a安装在前喷嘴本体件76上并在液体供给件75的翼板88和喷嘴本体件76的环形凸缘89之间，且在该凸缘89和气帽保持凸缘45a之间插入有O形密封环90。与前述实施例类似，气帽35a有一对径向相对的空气通道55a，它们分别与相应的排出口60a连通，该排出口60a引导增压空气流对着排出的液体流冲击。与前述实施例类似，气帽35a有横向的锥形偏转表面61a、62a，该锥形偏转表面61a、62a以可控制的方式引导空气流向内对着液体流，一半增强液体的雾化，增加排出的扁平喷流形状的宽度。

由上可见，本发明的空气辅助喷嘴组件有改进的气帽，该气帽能有效增强液体颗粒的粉碎和提高对喷流分布和形状的控制，同时只需要相对较低的空气压力和流量，这可以由低成本的风扇和鼓风机生成。该气帽还有效地生成更宽的扁平喷流形状，同时改进了控制和液体颗粒的方向。同时该气帽包括精确的排出口空气偏转表面，它适于通过机械加工和/或塑料注塑而经济地制造。

Claims (12)

1.一种空气辅助喷嘴组件，包括：

一个有液体进口通道和气体进口通道的喷嘴本体，一个布置在所述喷嘴本体下游的气帽，所述喷嘴组件有与所述液体进口通道相通的液体排出口，以便轴向排出通过所述气帽的液体流，所述气帽在所述液体排出口的相对侧有一对径向相对且纵向延伸的空气通道，所述各空气通道都在与所述空气通道的轴线垂直的径向平面方向上的该空气通道的轴向末端有横向的偏转凸缘，所述气帽包括一对向内的锥形偏转表面，各所述锥形偏转表面与一个相应的横向偏转凸缘相对、并且相对于所述偏转表面下游的一个相应的所述空气通道的纵向轴线部分成锐角地延伸；所述偏转凸缘的径向靠内侧所径向间隔开的距离小于所述纵向空气通道的轴线的径向间距，并且大于所述空气通道的内径向侧面之间的径向间距，所述偏转凸缘的内径向侧面和所述锥形偏转表面分别限定径向相对的空气排出孔，使得由所述空气通道引导的空气流的主要部分冲击所述横向偏转凸缘，并被向内引导以对着排出的液体流的相对两侧冲击，以便雾化该液体流，并引导该液体流成为预定的喷流形状。

2.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其中：所述气帽包括一对向内的、以锐角向所述空气通道的纵向轴线延伸的锥形偏转表面，所述偏转表面分别对着一个相应的横向偏转表面，以便将由横向偏转表面向内引导的空气导向该排出的液体流。

3.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其中：所述偏转表面分别从相应的空气通道排出口的径向靠内侧沿下游方向向内延伸。

4.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其中：所述偏转凸缘有对向的圆弧形侧面，其曲率半径与偏转表面之间的径向间距相等。

5.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其中：所述液体排出口是细长形状，以便排出扁平的喷流形状，所述空气通道排出口引导空气流对着排出的液体喷流，从而增加该扁平喷流形状的宽度。

6.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其中：所述各空气通道排出口由一个所述横向偏转凸缘的径向靠内侧和以锐角朝向所述气帽的纵向轴的锥形偏转表面的径向靠外侧来确定。

7.根据权利要求6所述的喷嘴组件，其中：所述各锥形偏转表面由所述气帽的、成截头圆锥形的相应下游侧延伸部分的外部圆弧形面确定。

8.根据权利要求5所述的喷嘴组件，其中：所述液体排出口由所述气帽的轴向下游侧延伸部分中的十字形槽确定。

9.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其中：所述喷嘴本体包括一预雾化部分，在该预雾化部分内，引入所述液体和气体进口通道的增压液体流和空气流强烈地相互混合以预雾化该液体，所述液体排出口与所述雾化部分连通，以便排出通过所述气帽的、预雾化的液体流。

10.根据权利要求9所述的喷嘴组件，其中：所述液体排出口形成于所述气帽的中心，并与所述预雾化部分流体连通，以便轴向排出通过所述气帽的预雾化液体流。

11.根据权利要求1所述的喷嘴组件，还包括：一个安装在所述喷嘴体内的液体供给件，该液体供给件的上游端与所述液体进口通道流体连通，下游端轴向布置在所述气帽内，以便轴向引导通过所述气帽的增压液体流。

12.根据权利要求1所述的喷嘴组件，其中：所述偏转凸缘离上游侧的所述锥形偏转表面的轴向距离不大于所述空气通道的直径的一半。

Images