CN204724348U - 一种工程材料冷却清洗旋转喷头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种工程材料冷却清洗旋转喷头，它由旋转部分(6)、固定部分(1)和连接部分(2)构成；通过连接部分(2)实现固定部分(1)和旋转部分(6)轴向限位与相对转动。旋转部分(6)的内腔为“一总多支”结构：沿主管道轴线(14)方向的总横截面积渐缩以加速水流，每条分支管路沿支管道中心螺旋线(12)延伸以产生驱动转矩。在射流冲击力的作用下，旋转部分(6)开始旋转，调节直流电动机(11)的电压使旋转部分(6)的转速稳定于计算值，保证理想射流。本实用新型结构简单紧凑，旋转喷射，周向射流均匀，冷却均匀；出射水流不发散，且轴向加速喷射流速高，冲洗效果好；控制机构简单，适用于工程材料冷却清洗领域应用。
Description
技术领域
本实用新型属于工程材料冷却清洗用喷头技术领域,特指一种工程材料冷却清洗旋转喷头。
背景技术
在工程材料冷却、清洗领域对喷射器的喷射效果有较为严格的要求，特别表现在射流对作用表面冲射作用的均匀性方面。传统的单头多组喷头，例如中国专利201010134650.7提出的一种具有喷头清洗装置的喷淋系统，不能同时保证每只喷头喷洒的均匀性，有碍于系统工作效率的提高。中国专利201310710860.X发明的单纯依靠电机拖动的调速旋转喷头，结构较为复杂，能量消耗大。
发明内容
本实用新型的目的是设计一种利用光滑曲面引导、分隔与加速水流，并从中获取驱动力矩，借助于连接与限位机构在机械结构层面完成射流加速与均匀化的喷头。
本实用新型是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：
1、一种工程材料冷却清洗旋转喷头，主要由三个部分构成，分别为旋转部分6、固定部分1和连接部分2；固定部分1通过固定部分1的通用管螺纹29，实现与通用管道接头的快速连接；连接部分2下端通过连接部分2的内螺纹26与固定部分1紧固，同时，在连接部分2上深沟球轴承3的安装位置25处安装深沟球轴承3，连接部分2固定直流电动机11；旋转部分6通过深沟球轴承3内圈与连接部分2轴向固定，同时可以实现与连接部分2的相对旋转，旋转部分6中部通过从动齿轮4的长紧定螺钉5与从动齿轮4固连，从动齿轮4与直流电动机的11的输出轴通过短紧定螺钉8固连，并与主动齿轮7相啮合，从而实现直流电动机11对旋转部分6转速的控制。
2、所述的旋转部分6的内腔为“一总多支”结构：沿主管道轴线14方向的总横截面渐缩，且每条分支沿支管道中心螺旋线12延伸，当水流沿主管道轴线14流入时，会驱动旋转部分6旋转。
3、所述的支管道中心螺旋线12附着在螺旋线附着曲面13上，螺旋线附着曲面13的母线由母线的圆弧段15与母线的直线段16组成的复合曲线绕主管道轴线14旋转360度得到。
4、所述的旋转部分6的圆形入口截面17到旋转部分6的出口截面19是光滑过渡的。
5、所述的旋转部分6的圆形入口截面17的面积是旋转部分6的出口截面19的面积的10倍。
6、所述的固定部分1的外壁底部为管螺纹，即固定部分1的通用管螺纹29，用以与通用管道接口对接。
7、所述的固定部分1的外壁上部有螺纹，即固定部分1的外螺纹28，用以与连接部分2连接。
8、所述的固定部分1的上端面为圆锥形，即固定部分1的圆锥形的出口27，与旋转部分6的圆锥形入口21相配合形成狭窄缝隙，防止水倒流溢出。
9、所述的旋转部分6的底部有外凸的边沿，连接部分2顶端有内凸的边沿，二者通过深沟球轴承3实现轴向限位与相对旋转。
10、所述的旋转部分6与直流电动机11通过齿轮副传递转动。在射流冲击力的作用下，旋转部分6开始旋转，调节直流电动机11的电压使旋转部分6的转速稳定于计算值，保证理想射流。
与现有技术相比本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型结构简单紧凑，便于安装与拆卸；
2、本实用新型旋转部分6的内腔20从入口到出口，截面渐缩，可以实现水流的加速；
3、本实用新型旋转部分6的内腔20光滑过渡，无尖角，水流通过时阻力小，压力损失小；
4、本实用新型旋转部分6的内腔20分支为螺旋形，水流通过时会产生反冲力矩，不需借助外力启动，只需要依靠直流电动机11调节其稳定转速；
5、本实用新型旋转部分6的内腔20为“一总多支”结构，喷射时水流周向均匀分布；
6、本实用新型在正常工作状态下只有轴向喷射水流，不会产生发散的射流，实现了能量集中利用。
附图说明
图1是本实用新型的装配体的剖视图；
图2是本实用新型的装配体的正等轴测图；
图3是本实用新型的支管道中心螺旋线及支管道中心螺旋线发生曲面；
图4是本实用新型的螺旋线附着曲面的母线；
图5是本实用新型的旋转部分6内腔的三个截面，(a)是进水口圆形截面，(b)是过渡花瓣形截面，(c)是出水口的周向均布的9个支路的圆形截面；
图6是本实用新型的旋转部分6的斜三轴测图；
图7是本实用新型的旋转部分6的正等轴测图；
图8是本实用新型的旋转部分6的仰视图；
图9是本实用新型的连接部分2的仰视图；
图10是本实用新型的连接部分2的剖视图；
图11是本实用新型的固定部分1的全剖正视图；
图12是本实用新型的固定部分1的正等轴测图。
图中：1、固定部分；2、连接部分；3、深沟球轴承；4、从动齿轮；5、长紧定螺钉；6、旋转部分；7、主动齿轮；8、短紧定螺钉；9、直流电动机的11的输出轴；10、沉头螺钉；11、直流电动机；12、支管道中心螺旋线；13、螺旋线附着曲面；14、主管道轴线；15、母线的圆弧段；16、母线的直线段；17、旋转部分6的圆形入口截面；18、旋转部分6的花瓣形过渡截面；19、旋转部分6的出口截面；20、旋转部分6的内腔；21、旋转部分6的圆锥形入口；22、螺钉的安装孔；23、外凸止口的安装孔；24、连接部分2的孔与旋转部分6的之间的0.5mm间隙；25、连接部分2上深沟球轴承3的安装位置；26、连接部分2的内螺纹；27、固定部分1的圆锥形的出口；28、固定部分1的外螺纹；29、固定部分1的通用管螺纹。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式：
一、本实用新型的基本结构为：
1、参阅图1、图2，为本实用新型的装配体。本实用新型主要由三部分构成：旋转部分6、连接部分2和固定部分1。参阅附图6，旋转部分6的圆锥形入口21的锥度为70度，其边沿突出旋转部分6的外圆2mm。固定部分1上端为“V”型凹槽，与旋转部分6配合实现对泄漏的限制。连接部分2边沿向内突出2mm，另一侧与固定部分1通过螺纹连接。旋转部分6中部通过长紧定螺钉5与从动齿轮4固定，连接部分2通过外凸止口的安装孔23安装直流电动机11，直流电动机11的输出轴9通过短紧定螺钉8与主动齿轮7固定，并与从动齿轮4相啮合，通过控制直流电动机11的输入电压实现旋转部分6的转速控制。
2、参阅图6-图8，本实用新型的旋转部分6的内腔20是一种“一主多支”的结构。水流由主管道流入，分别从n个支管道流出。支管道绕主管道轴线14均匀分布，而且每个支管道具有相同的空间构造。为了保证水流顺畅，分支管道数目n大于等于4，且小于等于16。
3、参阅图6-图8，旋转部分6的内腔20横截面积沿主管道轴线14方向收缩，总的收缩比为1:10，进而可知旋转部分6的出口截面19的管径为主管道管径的倍。
4、参阅图3、图4，各支管道沿支管道中心螺旋线12延伸，螺旋线附着曲面13的母线是圆弧段与直线段的复合曲线，称为螺旋线附着曲面13的母线，以下简称母线。母线的直线段16的始端与主管道轴线14的距离为1/4倍的旋转部分6的圆形入口截面17的内径，母线的圆弧段15与母线的直线段16相切于母线圆弧段15的始端，母线圆弧段15末端切线方向与主管道轴线14平行，母线圆弧段15的末端与主管道轴线14之间的距离为旋转部分6的圆形入口截面17与旋转部分6的出口截面19管径之差的1/2，从而确保内部管道各处占用的横截面积不会超出旋转部分6的圆形入口截面17。
5、支管道中心螺旋线12的总扭角为60度，附着在螺旋线附着曲面13上，由于螺旋线附着曲面13末端的切面与主管道轴线14平行，支管道中心螺旋线12末端的切线矢量没有沿主管道径向的分量。
6、参阅图5、图6，为旋转部分6内腔20的三个截面。从旋转部分6的圆形入口截面17到旋转部分6的出口截面19，经旋转部分6的花瓣形过渡截面18过渡。旋转部分6的花瓣形过渡截面18为n个圆形周向均匀排列所得，由旋转部分6的圆形入口截面17向旋转部分6的花瓣形过渡截面18过渡，再由旋转部分6的花瓣形过渡截面18向旋转部分6的出口截面19过渡，最终形成挖切旋转部分6的内腔20的过渡曲面。
7、参阅图6-图8，本实用新型的旋转部分6外形是圆柱体，旋转部分6内部为使用上述过渡曲面切除后的剩余部分。该结构关于主管道轴线14中心对称，结构紧凑，可以适应高速旋转。
8、水流受旋转部分6的内腔20的引导，相对出射流速必定沿螺旋线末端切线方向，该切线矢量只有沿主管道轴线14方向和切线方向的分量，而没有径向分量。因此相对出射流速没有径向分量，只有轴向、切向分量。
9、由于内部水流与旋转部分6之间存在相对流量和相对流速，喷嘴与水流之间存在相互作用力，由于旋转部分6的内腔20的中心对称性，切向反冲力形成了轴向反冲力矩，该力矩决定于内部水流与旋转部分6相对流量和相对流速。在旋转部分6的圆形入口截面17流量恒定的情况下，反冲力矩恒定。因此通过控制作用在旋转部分6上的阻力矩，可以控制旋转部分6的转速。
10、由于内部水流与旋转部分6相对流速决定于支管道中心螺旋线12末端的切线矢量，因此通过控制旋转部分6的转速可以控制出射水流的绝对速度，当旋转部分6的转速恰好可以均衡掉出射水流的切向速度时，出射水流只具有轴向绝对速度，此刻呈现出的是一束平行向前喷射的水流，而且由于旋转部分6旋转，还可形成周向密排的出射水流。
二、本实用新型的装配及操作方式为：
将深沟球轴承3套在旋转部分6外部，并使深沟球轴承3的内圈接触旋转部分6底部边沿，然后将连接部分2套过深沟球轴承3的外圈，并使其上部内凸边沿接触深沟球轴承3外圈。
将连接好的旋转部分6、深沟球轴承3及连接部分2通过连接部分2下端的内螺纹与固定部分1上端的外螺纹旋合，至预定距离，保持固定部分1上端的“V”型槽与旋转部分6楔形口有0.5mm的间隙。
将从动齿轮4套上旋转部分6，并使用长紧定螺钉5将其固定在旋转部分6的外圈。
将直流电动机11通过端面的沉头螺钉10安装在连接部分2外伸的钢板上，并将主动齿轮7通过短紧定螺钉8固定于直流电动机11的输出轴上。
将上述连接好的结构整体通过固定部分1下端的管螺纹安装在通用管接头上，开启水源即可驱动旋转部分6旋转，调节直流电动机11的输入电压使旋转部分6的转速稳定在预定的计算值上或直到观察出射流发散程度明显减小至可以认为平行出射为止。
三、本实用新型的工作原理是：
水流流经固定部分1流入旋转部分6，冲击旋转部分6的内腔20，射出旋转部分6，并同时驱动旋转部分6相对于连接部分2、固定部分1旋转；
设定直流电动机11转速为使旋转部分6产生轴向平行射流所需的转速，并通过增量式光电编码器检测直流电动机11转速，实现直流电动机11转速的闭环控制；
在反冲作用下旋转部分6产生转动，在直流电动机11控制输入转矩作用下旋转部分6维持产生轴向平行射流所需的理论转速。
凡依本实用新型的形状、结构、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种工程材料冷却清洗旋转喷头，主要由三个部分构成，分别为旋转部分(6)、固定部分(1)和连接部分(2)；固定部分(1)通过固定部分(1)的通用管螺纹(29)，实现与通用管道接头的快速连接；连接部分(2)下端通过连接部分(2)的内螺纹(26)与固定部分(1)紧固，同时，在连接部分(2)上深沟球轴承(3)的安装位置(25)处安装深沟球轴承(3)，连接部分(2)固定直流电动机(11)；旋转部分6通过深沟球轴承(3)内圈与连接部分(2)轴向固定，同时可以实现与连接部分(2)的相对旋转，旋转部分(6)中部通过从动齿轮(4)的长紧定螺钉(5)与从动齿轮(4)固连，从动齿轮(4)与直流电动机的(11)的输出轴通过短紧定螺钉(8)固连，并与主动齿轮(7)相啮合，从而实现直流电动机(11)对旋转部分(6)转速的控制。
2.根据权利要求1所述的一种工程材料冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的旋转部分(6)的内腔为“一总多支”结构：沿主管道轴线(14)方向的总横截面渐缩，且每条分支沿支管道中心螺旋线(12)延伸，当水流沿主管道轴线(14)流入时，会驱动旋转部分(6)旋转。
3.根据权利要求2所述的一种工程材料冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的支管道中心螺旋线(12)附着在螺旋线附着曲面(13)上，螺旋线附着曲面(13)的母线由母线的圆弧段(15)与母线的直线段(16)组成的复合曲线绕主管道轴线(14)旋转360度得到。
4.根据权利要求1所述的一种工程材料冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的旋转部分(6)的圆形入口截面(17)到旋转部分(6)的出口截面(19)是光滑过渡的。
5.根据权利要求1所述的一种工程材料冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的旋转部分(6)的圆形入口截面(17)的面积是旋转部分(6)的出口截面(19)的面积的10倍。
6.根据权利要求1所述的一种工程材料冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的固定部分(1)的外壁底部为管螺纹，即固定部分(1)的通用管螺纹(29)，用以与通用管道接口对接。
7.根据权利要求1所述的一种工程材料冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的固定部分(1)的外壁上部有螺纹，即固定部分(1)的外螺纹(28)，用以与连接部分(2)连接。
8.根据权利要求1所述的一种工程材料冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的固定部分(1)的上端面为圆锥形，即固定部分(1)的圆锥形的出口(27)，与旋转部分(6)的圆锥形入口(21)相配合形成狭窄缝隙，防止水倒流溢出。
9.根据权利要求1所述的一种工程材料冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的旋转部分(6)的底部有外凸的边沿，连接部分(2)顶端有内凸的边沿，二者通过深沟球轴承(3)实现轴向限位与相对旋转。
10.根据权利要求1所述的一种工程材料冷却清洗旋转喷头，其特征在于，所述的旋转部分(6)中部通过长紧定螺钉(5)与从动齿轮(4)固定，连接部分(2)通外凸止口的安装孔 (23)安装直流电动机(11)，直流电动机(11)的输出轴(9)通过短紧定螺钉(8)与主动齿轮(7)固定，并与旋转部分(6)上固定的从动齿轮(4)相啮合，通过控制直流电动机(11)的输入电压实现旋转部分(6)的转速控制。
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| CN201520407838.2U CN204724348U (zh) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | 一种工程材料冷却清洗旋转喷头 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105598071A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-05-25 | 吉林大学 | 一种作用面积可调的冷却清洗旋转喷头 |
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2015
- 2015-06-12 CN CN201520407838.2U patent/CN204724348U/zh not_active Expired - Fee Related
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