CN211179388U - 一种多流道高速射流雾化喷头结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多流道高速射流雾化喷头结构，包括接管、喷嘴护套和套筒；其中，套筒的中心处开设有相连通的喷口和接管通道，接管通道内自靠近喷口处开始依次设置有相连通的喷嘴护套和接管，喷嘴护套和接管内开设有流体流道，且在靠近喷口处的一端设置有流体流道喷嘴；套筒的侧壁在周向上均匀开设有若干与喷口相连通的气体流道，且每个气体流道在靠近喷口处的一端设置有气体流道喷嘴。本实用新型能够有效地保证在水蚀实验过程中，撞击试样的液滴足够小，分布足够均匀，同时可以确保多个试样同时受到撞击，有效缩短实验周期，提高实验效率，更好地模拟实际汽轮机的水蚀现象。

Description

一种多流道高速射流雾化喷头结构

技术领域

本实用新型属于工业设备技术领域，具体涉及一种多流道高速射流雾化喷头结构，主要应用在汽轮机叶片材料抗冲蚀实验的高速射流发生器部件。

背景技术

汽轮机是一种典型的叶轮机械，高温高压蒸汽带动叶片旋转对外输出轴功，是火力发电厂的主要设备之一。随着我国发电系统向高参数、大容量机组的发展，汽轮机在运行过程中的稳定性和经济性越来越重要，在高温高压以及高转速的在运行工况下，气缸的低压部分和转子的末几级通常会伴随着严重的腐蚀现象。在实际运行的300MW、600MW汽轮机末级叶片中,运行温度一般处在100℃以下,流道中夹带的液滴与固体壁面的相对撞击速度可达到300～400m/s，根据国内外所做的汽轮机叶片水蚀实验可以了解到,液滴速度一般都在500m/s，直径一般在50μm—400μm之间。同时汽轮机末级部分的输出功率往往占据机组总输出功率的十分之一；除了对汽轮机功率和效率的影响外，水蚀现象还会引起振动和噪声，严重时会造成叶片断裂，因此减小汽轮机水蚀现象的影响，保证末级叶片的性能尤为重要。

目前对汽轮机水蚀的研究主要集中在数值模拟以及实际实验两个方面，相对数值模拟而言，实际搭建水蚀实验台能够更好地模拟实际汽轮机运行过程中的水蚀现象，测得更精确的数据。因此，在研究水蚀现象的过程中，实验台是必不可少的一部分。现有的大部分实验台通过增加试件旋转半径和转速来达到增加试件线速度的目的，具体采用高速运动的试件与低速离散液滴的碰撞来模拟符合实际情况的水蚀撞击速度。

但是伴随着电力需求的不断增长，汽轮机功率也必须尽可能提高，这就不可避免的需要增加叶片的高度，从而采用更长的叶片设计，由此带来了更加严重的水蚀问题。目前不少制造厂生产的超长叶片叶顶转速的线速度已经超过600m/s，在这种情况下，采用原有设计思路必须大幅度提高实验台尺寸和旋转速度，这就带来了过多的实验台加工制造成本，同时较高的转速也会使实验操作的危险性提高。

基于以上原因，本设计采用了一种的新型设计思路，通过低速旋转轮盘与高速雾化射流的设计，实现较高液固相对撞击速度的实验模拟。其中，轮盘保持较低转速的目的是为了保证整圈试样承受相同的水蚀工况，在单次实验中可对多个试件的水蚀性能进行测试，提高实验的效率；另一方面，较高的液固相相对撞击速度由超高压泵在固定位置产生的高速射流来实现。由于射流撞击与液滴撞击存在一定差异，必须设计一种适用于高速射流的新型雾化喷头结构，将连续高速射流转化为离散的高速液滴，从而模拟汽轮机叶片真实水蚀工况，为新型汽轮机叶片的设计与选材提供数据参考和技术支持。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多流道高速射流雾化喷头结构，其能够有效地保证在水蚀实验过程中，撞击试样的液滴足够小，分布足够均匀，同时可以确保多个试样同时受到撞击，有效缩短实验周期，提高实验效率，更好地模拟实际汽轮机的水蚀现象。

为了达到目的，本实用新型提供的技术方案为：

一种多流道高速射流雾化喷头结构，包括接管、喷嘴护套和套筒；其中，

套筒的中心处开设有相连通的喷口和接管通道，接管通道内自靠近喷口处开始依次设置有相连通的喷嘴护套和接管，喷嘴护套和接管内开设有流体流道，且在靠近喷口处的一端设置有流体流道喷嘴；套筒的侧壁在周向上均匀开设有若干与喷口相连通的气体流道，且每个气体流道在靠近喷口处的一端设置有气体流道喷嘴。

本实用新型进一步的改进在于，喷嘴护套和接管之间还设置有垫片。

本实用新型进一步的改进在于，流体流道包括依次连通的第一圆柱孔、第一锥形孔和第二圆柱孔，第二圆柱孔位于喷嘴护套和接管之间；其中，第一圆柱孔即大直径柱状段直径d₁＝2-5mm，第二圆柱孔即小直径柱状段直径d₂＝0.5-2mm；理想流道为：

大直径柱状段长度与内径之比：L₁/d₁＝20-35；

锥状段大小直径之比：2<d₁/d₂<5；

锥状段长度与大直径柱状段直径之比：L₂/d₁＝2-3；

小直径柱状段与内径之比：L₃/d₂＝8-12；

喷嘴进出口直径之比：d₂/d＝10-15。

本实用新型进一步的改进在于，每个气体流道依次连通的第三圆柱孔、第二锥形孔和第四圆柱孔，第四圆柱孔靠近喷口处，且理想流道情况与液体流道相同；其中，第三圆柱孔即大直径柱状段直径d₃＝2-5mm，第四圆柱孔即小直径柱状段直径d₄＝0.5-2mm；理想流道为：

大直径柱状段长度与内径之比：L₁’/d₃＝20-35；

锥状段大小直径之比：2<d₃/d₄<5；

锥状段长度与大直径柱状段直径之比：L₂’/d₃＝2-3；

小直径柱状段与内径之比：L₃’/d₄＝8-12；

喷嘴进出口直径之比：d₄/d’＝10-15。

本实用新型进一步的改进在于，气体流道与液体流道夹角α与试件安装位置半径r以及喷嘴前缘到轮盘距离L’的关系为α＝arctan(r/L’)。

本实用新型进一步的改进在于，接管和套筒之间采用螺纹进行连接。

本实用新型至少具有如下有益的技术效果：

本实用新型设计的多流道高速射流雾化喷头适用于工业设备领域及需要雾化冷却等多种技术领域。在水蚀实验系统中，应用于高速射流发生器，喷嘴内置结构可以承受水蚀实验所需的超高压力，使得测量数据范围更广更具有普遍性，同时保证较高的射流速度，足够细小的液滴颗粒。另一方面，液体喷嘴与喷嘴护套可以拆卸，方便检修维护处理，也便于更换不同直径的节流喷嘴，改变射流速度。与传统技术相比，采用多流道高速射流雾化喷头可以通过高压气源对一股射流进行冲击雾化，形成均匀的高速离散液滴，同时对轮盘上所有试样进行撞击，从而更好地模拟实际汽轮机运行过程中的水蚀现象。

概括来讲，本实用新型具有如下优点：

1.喷嘴内置，使得承受实验所需压力范围变广，测量数据更具有普遍性；

2.喷嘴及喷嘴护套可拆卸，便于改变节流喷嘴直径，调整实验条件；方便维修维护处理；

3.采用多流道喷嘴通过高压气源对射流进行冲击雾化，形成均匀高速液滴对试件进行撞击实验，更好地模拟实际汽轮机运行工况；

4.接管与套筒螺纹连接，保证实验过程的安全稳定。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型的各部件组装图；

图3为本实用新型的主视图及剖面图，其中图3(a)为主视图，图3(b)为剖面图；

图4为本实用新型模拟射流过程示意图；

图5为本实用新型安装结构示意图。

附图标记说明：

1为接管，2为垫片，3为喷嘴护套，4为液体流道喷嘴，5为套筒，6为气体流道喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步地说明

本实用新型所述的多流道高速射流雾化喷头的结构参见图1-3所示，包括接管1、垫片2、喷嘴护套3、液体流道喷嘴4、套筒5和气体流道喷嘴6。接管1内部为轴对称通道，保证流体可以在通道内部进行光滑的轴对称流动。接管1和套筒5之间依赖螺纹进行连接，喷嘴护套3内表面有一锥形接头，可与接管1的锥形面相连接。

进一步，接管1连接在超高压发生器的水路上，外部有外螺纹，内部为轴对称通道，保证流体可以在通道内部进行光滑的轴对称流动，减小流动阻力，避免轴向旋涡导致的出口射流不均匀。喷嘴护套3上接接管1，内部为液体流道，起到保护并固定喷嘴的作用；喷嘴护套3的内表面为锥形接头，可与接管1的锥形面相连接，这样做可以避免因使用弹性密封圈变形对内部流体的扰动，防止射流发散导致的射流打击力不够，同时能够充分保证内部流体流动的稳定性以及密封的可靠性；喷嘴安装在喷嘴护套3内部，喷嘴和喷嘴护套3更换方便，同时可以承受更高的压力，拓展了实验数据的范围，使得测量结果更加全面。套筒5四周均匀排布若干气体通道，结构与接管1内部相同，可以使流体进行光滑的轴对称流动。同时保证所有管道出口方向重合于接管1流体射流主流方向的同一位置。接管1与套筒5之间安有垫片2，在保证气密性的同时又可以承受较高的压力，延长喷头部件的寿命。套筒5内部有内螺纹，与接管1连接，使得喷头整体气密性良好，同时承压能力强。套筒5外侧设置均匀排布的气体通道及气体喷嘴，实现对主流液体高速射流的定点冲击，从而形成告诉离散的液滴，达到充分雾化的效果。

进一步，流体流道包括依次连通的第一圆柱孔、第一锥形孔和第二圆柱孔，第二圆柱孔位于喷嘴护套3和接管1之间；其中，第一圆柱孔即大直径柱状段直径d₁＝2-5mm，第二圆柱孔即小直径柱状段直径d₂＝0.5-2mm；理想流道为：

大直径柱状段长度与内径之比：L₁/d₁＝20-35；

锥状段大小直径之比：2<d₁/d₂<5；

锥状段长度与大直径柱状段直径之比：L₂/d₁＝2-3；

小直径柱状段与内径之比：L₃/d₂＝8-12；

喷嘴进出口直径之比：d₂/d＝10-15。

每个气体流道依次连通的第三圆柱孔、第二锥形孔和第四圆柱孔，第四圆柱孔靠近喷口处，且理想流道情况与液体流道相同；其中，第三圆柱孔即大直径柱状段直径d₃＝2-5mm，第四圆柱孔即小直径柱状段直径d₄＝0.5-2mm；理想流道为：

大直径柱状段长度与内径之比：L₁’/d₃＝20-35；

锥状段大小直径之比：2<d₃/d₄<5；

锥状段长度与大直径柱状段直径之比：L₂’/d₃＝2-3；

小直径柱状段与内径之比：L₃’/d₄＝8-12；

喷嘴进出口直径之比：d₄/d’＝10-15。

且有，气体流道与液体流道夹角α与试件安装位置半径r以及喷嘴前缘(交汇点)到轮盘距离L’的关系为α＝arctan(r/L’)。

参见图4，在水蚀实验时，本装置将用来产生均匀的高速液滴，首先需要将净化后的水通过低压泵后进入超高压发生器进一步加压，最后经过蓄能器后流入接管1，保证接管1可以获得稳定的高压水。高压水在接管1及喷嘴护套3中进一步均匀加速，最后从液体喷嘴喷出，得到高压水射流；同时，均匀分布地气体通道接高压气源，通过高压气源为喷头提供稳定的高压气，并在气体流道内进一步加速，最终有气体喷嘴喷出；高压水射流与多股高压气射流交汇于液体流道中轴线上某一点，通过均匀分布地高压气流将高压水打散成高速微小液滴，使其能够均匀撞击在试件表面。

本实用新型提供的多流道高速射流雾化喷头，结构简单，安装方便，在水蚀实验中，将此喷头与高超压发生器的液体管道连接即可顺利使用。

Claims (6)

1.一种多流道高速射流雾化喷头结构，其特征在于，包括接管(1)、喷嘴护套(3)和套筒(5)；其中，

套筒(5)的中心处开设有相连通的喷口和接管通道，接管通道内自靠近喷口处开始依次设置有相连通的喷嘴护套(3)和接管(1)，喷嘴护套(3)和接管(1)内开设有流体流道，且在靠近喷口处的一端设置有流体流道喷嘴(4)；套筒(5)的侧壁在周向上均匀开设有若干与喷口相连通的气体流道，且每个气体流道在靠近喷口处的一端设置有气体流道喷嘴(6)。

2.根据权利要求1所述的一种多流道高速射流雾化喷头结构，其特征在于，喷嘴护套(3)和接管(1)之间还设置有垫片(2)。

3.根据权利要求1所述的一种多流道高速射流雾化喷头结构，其特征在于，流体流道包括依次连通的第一圆柱孔、第一锥形孔和第二圆柱孔，第二圆柱孔位于喷嘴护套(3)和接管(1)之间；其中，第一圆柱孔即大直径柱状段直径d₁＝2-5mm，第二圆柱孔即小直径柱状段直径d₂＝0.5-2mm；理想流道为：

大直径柱状段长度与内径之比：L₁/d₁＝20-35；

锥状段大小直径之比：2<d₁/d₂<5；

锥状段长度与大直径柱状段直径之比：L₂/d₁＝2-3；

小直径柱状段与内径之比：L₃/d₂＝8-12；

喷嘴进出口直径之比：d₂/d＝10-15。

4.根据权利要求1所述的一种多流道高速射流雾化喷头结构，其特征在于，每个气体流道依次连通的第三圆柱孔、第二锥形孔和第四圆柱孔，第四圆柱孔靠近喷口处，且理想流道情况与液体流道相同；其中，第三圆柱孔即大直径柱状段直径d₃＝2-5mm，第四圆柱孔即小直径柱状段直径d₄＝0.5-2mm；理想流道为：

大直径柱状段长度与内径之比：L₁’/d₃＝20-35；

锥状段大小直径之比：2<d₃/d₄<5；

锥状段长度与大直径柱状段直径之比：L₂’/d₃＝2-3；

小直径柱状段与内径之比：L₃’/d₄＝8-12；

喷嘴进出口直径之比：d₄/d’＝10-15。

5.根据权利要求1所述的一种多流道高速射流雾化喷头结构，其特征在于，气体流道与液体流道夹角α与试件安装位置半径r以及喷嘴前缘到轮盘距离L’的关系为α＝arctan(r/L’)。

6.根据权利要求1所述的一种多流道高速射流雾化喷头结构，其特征在于，接管(1)和套筒(5)之间采用螺纹进行连接。

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