CN205799268U - 一种空蚀射流湿喷砂喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水射流清洗技术领域，公开了一种空蚀射流湿喷砂喷嘴(5)，包括喷嘴本体，所述喷嘴本体内设有依次连接的圆锥腔(1)、直柱腔(2)和固液两相流出口(3)；所述圆锥腔内径较小的一端与所述直柱腔连接，圆锥腔内径较大的一端为固液两相流入口(4)，圆锥腔内径较小的一端与直柱腔的内径相等。本实用新型的空蚀射流湿喷砂喷嘴环保、使用寿命长，能够有效对特殊物体表面的物质进行清除和清洗。

Description

一种空蚀射流湿喷砂喷嘴

技术领域

本实用新型涉及水射流清洗技术领域，尤其涉及一种空蚀射流湿喷砂喷嘴。

背景技术

目前我国在对金属和非金属基材表面进行除锈和污染物清洗等方面技术落后。大部分的清除、清洗工程采用干喷砂、人工和高压水等传统的办法。经过试用，采用上述传统技术清洗效果甚微，金属表面无法一次性达到可重新涂装的要求(AS2.5级)。

利用高压清洗机喷砂装置进行清洗是一个方法，高压清洗机喷砂装置的工作原理是在高压水射流中加入适当标号的固体颗粒，利用固液混合流体的楔形剥离、射流冲击、剪切等复合破坏作用，清除附着在基体表面的油漆图层或其它覆盖物。高压水射流清洗技术的优点是清洗速度快、高效、环保，但由于该项技术工作压力大(大于100Mpa)、枪体过长(1.5m以上)、喷嘴使用寿命短，从而导致在实际应用中操作的安全性和设备的可靠性低。

由于目前清洗行业技术落后，采用高压水喷砂技术由于它受到使用寿命、安全性、设备可靠性等方面的限制，无法对严重锈蚀的金属物体表面(涂层)和非金属物体表面进行有效的处理，其关键问题是喷嘴制备技术无法满足对特殊物体表面进行清除和清洗的技术要求。如，目前对各类船舶防滑甲板涂层和飞行甲板涂层的清除。现在还未有行之有效的办法进行处理。

申请号为CN201320061152.3的中国专利公开了一种干冰清洗缩放型喷嘴，包括本体，所述本体内部开有通孔，所述通孔从一端到另一端依次分为稳定段、收缩段、喉口段、扩张段，所述稳定段和喉口段呈直筒型，所述收缩段和扩张段呈锥形。本体内的通孔为渐缩渐括形式，含有干冰颗粒的气体从稳定段的直筒型通孔进入，到达收缩段时，由于收缩段直径逐渐变小，含有干冰颗粒的气体流速加快，气体到达扩张段时，由于扩张段直径逐渐变大，含有干冰颗粒的气体流动范围逐渐扩大，当含有干冰颗粒的气体从扩张段流出时，其流速和发散区域均较大，能更好处理掉待清洗件上的污渍。

CN201110445678.7的中国专利公开了一种空化型超高压水锤式水枪喷头，该喷头的喷嘴处在高压下喷出的是带有空蚀潜能的水锤射流。该喷头包括喷头腔体，所述喷头腔体包括沿喷头轴向贯通的风琴腔体、亥姆霍兹腔体和一锥形的喷嘴出口控制段，自所述风琴腔体至所述亥姆霍兹腔体之间形成有一锥形的腔体过渡段，高速流体自风琴腔体流至喷嘴出口形成具有自激振荡的水锤流，在喷嘴出口控制段产生旋涡附壁效应从而在该喷嘴出口控制段诱发空化现象。喷头喷出的水射流属于间断性的空化水锤流，水击力度一张一弛，对打击物体表面产生交变应力，加上空蚀作用，容易使得打击物体表面由于疲劳强度而破坏或屈服。适合用于除锈，清洗，混凝土表面凿毛等应用场景。

但是上述喷嘴适用的清洗介质为干冰或者纯水流，并不适用于进行喷砂。

所以目前急需采用一种先进的环保、安全、高效、低成本运行的特殊喷嘴解决此类技术问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种空蚀射流湿喷砂喷嘴。本实用新型的空蚀射流湿喷砂喷嘴能够喷射出固液两相流混合物体，具有环保、使用寿命长的特点，并且能够有效对特殊物体表面的物质进行清除和清洗。

本实用新型的具体技术方案为：一种空蚀射流湿喷砂喷嘴，包括喷嘴本体，所述喷嘴本体内设有依次连接的圆锥腔、直柱腔和固液两相流出口；所述圆锥腔内径较小的一端与所述直柱腔连接，圆锥腔内径较大的一端为固液两相流入口，圆锥腔内径较小的一端与直柱腔的内径相等。

作为优选，所述固液两相流出口呈半球形，且固液两相流出口的直径大于直柱腔的内径。

作为优选，所述直柱腔的内径为6mm，所述圆锥腔的长度为10cm，圆锥腔与直柱腔的连接处到固液两相流出口的长度为20cm，所述固液两相流入口到固液两相流出口的长度为30cm。

作为优选，所述固液两相流出口的直径为10mm，所述圆锥腔的弧度为π/6rad。谐振腔长与出口孔长之比在0.2～0.6区间时的打击力较高、清洗效果最好。

作为优选，所述直柱腔与圆锥腔的内表面呈螺纹状。

本实用新型是以固液两相流的连续介质理论为基础，建立了磨料射流的力学模型，采用标准的湍流模型，通过SIMPLE算法求解压力速度耦合。对射流喷嘴附近的流场流动规律进行分析得出如下结论：喷嘴入口收缩段区域，水的流速增长很快，到达直柱腔处接近最大速度，在直柱腔内继续加速至出口处，并达到最大速度。而距入口近处的一段区域，水的流速不变；出口截面上颗粒速度小于空蚀射流水的速度，颗粒喷离喷嘴后在射流初始段继续加速；磨料射流要想得到好的应用效果，靶距不宜过大，在距离喷嘴出口30cm附近存在最佳靶距；通常认为磨料所占的体积分数越大，工程应用的效果就会越好。数值模拟结果表明：磨料供给量在一定程度上增加，出口的动量也会随之增加；当磨料供给量达到一个最佳值后，再增大磨料的供给只能使射流的出口速度降低；磨料射流与纯水射流的轴心动压进行对比，加入磨料后轴心动压明显提高，射流效果大大加强。其形成的空蚀射流可用于金属和非金属污渍的清除，采用的是空蚀射流湿喷砂技术，具有环保、节能、高效、安全、无腐蚀、易操作等特点。水、砂固液混合物通过空蚀射流湿喷砂喷嘴，从而形成空蚀射流，使得空泡在水射流冲击靶件表面的滞止压作用下产生巨大能量的溃灭再加上空蚀射流水的部分动能传递给磨料，从而在空蚀射流对靶件持续作用的同时，又增加了磨料粒子流对靶件的高频冲击磨削作用。从而大大提高了射流品质和工作效率。

本实用新型的空蚀射流湿喷砂喷嘴是根据高压水射流喷砂喷嘴改进发展起来的一种水射流形式喷嘴。本实用新型通过对喷嘴内径的逐步缩小，使水流通过内径递减的喷管后产生最大流速(100L/min)，同时在中低压力水流(15Mpa)的情况下，水、砂混合物通过空蚀射流湿喷砂喷嘴形成空蚀射流，使得空泡在水射流冲击靶件表面的滞止压作用下产生巨大能量的溃灭再加上空蚀射流水的部分动能传递给磨料，从而在空蚀射流对靶件持续作用的同时，又增加了磨料粒子流对靶件的高频冲击磨削作用，因此本实用新型产生的空蚀射流对清除表面的冲蚀和剥蚀，在效果上可比高压水射流增大数倍。

与现有技术对比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提出了采用空蚀射流技术利用负压吸附作用，采用后混合方式制作的一种可通过固液两相流的特殊喷嘴。本实用新型的空蚀射流湿喷砂喷嘴能够喷射出固液两相流混合物体，具有环保、使用寿命长的特点，并且能够有效对特殊物体表面的物质进行清除和清洗。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

附图标记为：圆锥腔 1、直柱腔 2、固液两相流出口 3、固液两相流入口 4、喷嘴本体 5。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。在本实用新型中所涉及的装置、连接结构和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、连接结构和方法。

实施例1

如图1所示：一种空蚀射流湿喷砂喷嘴，包括喷嘴本体5，所述喷嘴本体内设有依次连接的圆锥腔1、直柱腔2和固液两相流出口3。所述圆锥腔内径较小的一端与所述直柱腔连接，圆锥腔内径较大的一端为固液两相流入口4。所述固液两相流出口呈半球形。所述直柱腔与圆锥腔的内表面呈螺纹状。

其中圆锥腔的弧度为π/6rad，圆锥腔的长度为10cm；圆锥腔内径较小的一端与直柱腔的内径均为6mm；半球形的直径为10mm，圆锥腔与直柱腔的连接处到固液两相流出口的长度为20cm，所述固液两相流入口到固液两相流出口的长度为30cm。

该喷嘴的技术参数为：

工作压力：10-15Mpa；

流速：100L/min；

水源：海水；

工作环境：温度＞0℃；适用于易燃易爆场所；

磨料直径：0.5-1.5mm；

磨料流量：石英砂流量0-4kg/min(可回收)；

清洗效率：4-20㎡/hr。

本申请人于2016年4月初在葫芦岛，采用本实用新型的空蚀射流湿喷砂喷嘴，分别对舰载机飞行甲板涂层样板、舰船防滑涂层样板和对严重锈蚀的金属样板进行了表面湿喷砂清除试验，试验结果证明采用该空蚀射流湿喷砂清除设备对飞行甲板涂层(环氧类)的清除效果极为显著，同时对防滑甲板涂层(聚氨酯类)的清除试验同样取得了满意结果。该设备可将飞行甲板和防滑甲板涂层一次性全部剥离，处理后的金属表面达到AS2.5级，无需二次处理可直接进行涂刷，完全满足重新涂装的技术要求。

该设备的工作压力为15兆帕，针对环氧树脂涂层的清洗速率可达到每小时4-6平方米，对聚氨酯涂层的清洗速率可达到每小时12-15平方米。空蚀射流清除设备使用的是纯物理方法,无需任何化学试剂,没有二次污染。且该设备耐腐蚀性强，可直接使用海水水源，施工所用的海水经处理后，可直接排放到海中，不会对海洋环境造成污染；施工所用的磨料也可一次性回收,进行二次利用。具有高效安全、环保、低成本的特点。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种空蚀射流湿喷砂喷嘴，其特征在于：包括喷嘴本体(5)，所述喷嘴本体内设有依次连接的圆锥腔(1)、直柱腔(2)和固液两相流出口(3)；所述圆锥腔内径较小的一端与所述直柱腔连接，圆锥腔内径较大的一端为固液两相流入口(4)，圆锥腔内径较小的一端与直柱腔的内径相等。

2.如权利要求1所述的一种空蚀射流湿喷砂喷嘴，其特征在于，所述固液两相流出口呈半球形，且固液两相流出口的直径大于直柱腔的内径。

3.如权利要求2所述的一种空蚀射流湿喷砂喷嘴，其特征在于，所述直柱腔的内径为6mm，所述圆锥腔的长度为10cm，圆锥腔与直柱腔的连接处到固液两相流出口的长度为20cm，所述固液两相流入口到固液两相流出口的长度为30cm。

4.如权利要求2或3所述的一种空蚀射流湿喷砂喷嘴，其特征在于，所述固液两相流出口的直径为10mm，所述圆锥腔的弧度为π/6rad。

5.如权利要求1或2或3所述的一种空蚀射流湿喷砂喷嘴，其特征在于，所述直柱腔与圆锥腔的内表面呈螺纹状。