CN212943546U - 一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，包括：喷头(1)，旋转芯轴(2)，壳体(3)，接入段(4)；旋转芯轴(2)分成三部分；喷头(1)上一部分水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线平行；喷头(1)上其余的水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线呈一定角度，且喷头(1)上其余的水孔中每一个水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线所呈的角度各不相同；超高压水在从喷头(1)的水孔喷出时，带动喷头(1)和旋转芯轴(2)整体进行旋转，用于金属外表或管道内壁等的除锈、油、油漆、海洋生物以及盐、碱、垢等污物，还可以用于金属表面抛光的作用。

Description

一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴

技术领域

本实用新型涉及一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，属于超高压水射流清洗领域

背景技术

高压水射流清洗是从20世纪70年代发展起来的一项新的清洗技术， 10MPa＜水压≤100MPa，在工业发达国家高压水射流清洗已经成为主要清洗技术，占据了清洗市场上的主要份额。如美国石化企业在换热设备上，采用高压水射流清洗的占80％以上，化学清洗的比例仅仅5％左右。目前，研究机构也都开展了水射流清洗理论的深入研究和各种清洗设备的研制，如今已迈入超高压清洗技术领域，即水压超过100MPa，超高压水射流属于物理清洗，相比较其他清洗方法主要优势为：成本低、质量好、速度快、无环境污染、无金属腐蚀、应用面广。

我国的水射流技术起步于20世纪50年代,最初主要用于采矿业。80年代中期,我国首次引进高压水射流设备,并进行仿制和自主的研究开发,用于航空复合材料的切割。同时,在船舶工业,水射流主要用于清洗、除锈。1993 年我国正式推出第一台国产高压磨料水射流切割设备,高压水射流设备也得到了迅猛发展,从小功率到大功率、从单机到成套设备、从高压到超高压, 从通用设备到专用设备,新产品不断开发,促进了高压水射流技术在国内的应用。

90年代初,燕山石化公司率先成立了北京燕山高压水清洗技术开发公司，研发出进行管式换热器管程和管壳清洗机。随后北京科技大学采用高压水射流技术，研制高压水射流除垢机择工作压力28MPa，水流量为80L/min,清洗一根管子的时间缩短，清通率提升，污垢去除率提升，我国在高压水射流领域得到长足发展，各种产品技术成熟。

现如今水射流清洗已从高压水射流清洗跨入超高压水射流清洗阶段，我国的清洗业也迈入此阶段，超高压水泵逐渐国产化，但配套清洗喷嘴的研制进展不大，使用寿命基本在30小时左右，清洗效率低。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题为：克服超高压清洗喷嘴使用寿命短，清洗效率低的问题，提供一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，用于金属外表或管道内壁等的除锈、油、油漆、海洋生物以及盐、碱、垢等污物，还可以用于金属表面抛光的作用。

本实用新型解决的技术方案为：一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，包括：喷头(1)，旋转芯轴(2)，壳体(3)，接入段(4)；

旋转芯轴(2)分成三部分；一部分为中空大圆柱段，中间部分为中空圆台段、另一部分为中空小圆柱段；中空圆台段的小端面与中空大圆柱段的一个端面固连，中空圆台段的大端面与中空小圆柱段的一个端面固连；旋转芯轴(2)的中空小圆柱段伸入接入段(4)的内腔内；中空圆台段位于壳体 (3)内；中空大圆柱段能够与喷头(1)螺纹连接；

壳体(3)的内表面为圆台形，与旋转芯轴(2)的中空圆台段形状匹配；壳体(3)的内表面的小端面与壳体(3)的一端连通；壳体(3)的内表面的大端面与壳体(3)的另一端连通；

接入段(4)的内腔能够连接外部超高压供水装置；

旋转芯轴(2)的中空圆台段沿周向设有多个水孔，水孔的一端与旋转芯轴(2)的中空圆台段的外表面连通，另一端与旋转芯轴(2)的中空圆台段的内表面连通；水孔的中轴线与旋转芯轴(2)的中轴线呈钝角；水孔的一端相对另一端靠近喷头(1)；

喷头(1)的外表面分为两部分，分别为球缺段和圆柱段；在喷头(1) 上设置螺旋槽，形成沿周向分布的螺旋切削刃，螺旋切削刃从喷头(1)的球缺段延伸至圆柱段；球缺段的顶部能够实现对污渍的钻削清洗；

喷头(1)螺旋槽以外的外表面上设置多个圆柱形水孔；水孔连通喷头 (1)的内腔，喷头(1)的内腔与连通旋转芯轴(2)的中空部分连通；

喷头(1)上一部分水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线平行；喷头 (1)上其余的水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线呈一定角度，且喷头 (1)上其余的水孔中每一个水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线所呈的角度各不相同；超高压水在从喷头(1)的水孔喷出时，带动喷头(1)和旋转芯轴(2)整体进行旋转。

优选的，喷头(1)的内腔，包括喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔；喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔依次相连；

喷头(1)的螺纹孔与旋转芯轴(2)的中空大圆柱段靠近喷头(1)的外螺纹配合，实现螺纹连接；

喷头(1)的外表面分为两部分，分别为球缺段和圆柱段；在喷头(1) 上设置螺旋槽，形成沿周向分布的螺旋切削刃，从喷头(1)的球缺段延伸至圆柱段；喷头(1)螺旋槽以外的外表面上设置多个圆柱形水孔；水孔穿过喷头(1)的喷水段内腔，与喷头(1)的圆台段内腔连通。

优选的，接入段(4)内腔分四部分，分别为大圆柱形内腔、小圆柱形内腔、圆台形内腔和螺纹孔；接入段(4)的一端与壳体(3)螺纹配合固连，接入段(4)的大圆柱形内腔与旋转芯轴(2)的中空小圆柱段间隙配合；接入段(4)的大圆柱形内腔的一侧与壳体(3)的另一端配合，接入段(4) 的大圆柱形内腔的另一侧与小圆柱形内腔的一侧连通，小圆柱形内腔的另一侧与圆台形内腔的小端面连通，圆台形内腔的大端面与螺纹孔的一端连通；螺纹孔的另一端与接入段(4)的另一端连通。

优选的，接入段(4)的螺纹孔，与外部的手持喷枪(6)通过螺纹配合固连。

优选的，接入段(4)能够连接外部的手持喷枪(6)，手持喷枪(6) 通过外部的高压泵组供超高压水，通过手持喷枪(6)的水流控制后，将超高压水送至接入段(4)内，依次通过接入段(4)的圆台形内腔、小圆柱形内腔后进入旋转芯轴(2)的中空小圆柱段内，在旋转芯轴(2)内依次经过中空小圆柱段、中空圆台段和中空大圆柱段，进入喷头(1)，由喷头(1) 喷出；超高压水在经过旋转芯轴(2)的中空圆台段时，通过轴向分布的水孔，将超高压水引至旋转芯轴(2)的中空圆台段的外表面，使旋转芯轴(2) 相对于壳体(3)向着接入段(4)的方向产生一个作用力，在旋转芯轴(2) 的中空圆台段的外表面与壳体(3)的内表面之间形成间隙，形成水膜；水膜覆盖旋转芯轴(2)的中空圆台段和中空小圆柱段的外表面，且从壳体(3) 的一端流出；

优选的，高压泵组输出的超高压水的压力在100MPa以上。

优选的，旋转芯轴(2)的中空大圆柱段靠近喷头(1)一侧设有外螺纹，与喷头(1)能够通过螺纹连接固连。

优选的，喷头(1)的内腔，包括喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔；喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔依次相连；

喷头(1)的螺纹孔与旋转芯轴(2)的中空大圆柱段靠近喷头(1)的外螺纹配合，实现螺纹连接。

优选的，喷头(1)的外表面分为两部分，分别为球缺段和圆柱段；在喷头(1)上设置螺旋槽，形成沿周向分布的螺旋切削刃，从喷头(1)的球缺段延伸至圆柱段；喷头(1)螺旋槽以外的外表面上设置多个圆柱形水孔；水孔穿过喷头(1)的喷水段内腔，与喷头(1)的圆台段内腔连通；

喷头(1)上一部分水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线平行；喷头 (1)上其余的水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线呈一定角度，且喷头 (1)上其余的水孔中每一个水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线所呈的角度各不相同；超高压水在从喷头(1)的水孔喷出时，带动喷头(1)和旋转芯轴(2)整体进行旋转。

优选的，在喷头(1)喷出水流时，产生反作用力，使旋转芯轴(2)向着接入段(4)的方向产生作用力，在旋转芯轴(2)的圆台段的外表面与壳体(3)的内表面之间形成间隙，间隙内形成一层水膜。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

(1)本实用新型主要用于金属外表或管道内壁等的除锈、油、油漆、海洋生物以及盐、碱、垢等污物，还可以用于金属表面抛光的作用。

(2)本实用新型超高压水射流旋转喷嘴的1喷头采用螺旋切削刃设计，材料选用硬质合金材料，可以在遇到顽固污渍时采用钻削式辅助清洗，同时通过刀刃设计控制切削力，避免对金属表面进行破坏。

(3)本实用新型将主要采用理论分析和实体数值分析相结合的手段，结合超高压水射流清洗技术的工艺参数，优化设计出喷水孔型腔，增大流量提高清洗效率和使用寿命。

(4)本实用新型改善加工工艺，采用电子束焊接，图3加工完成后，将其焊接到喷头主体上，形成图2，构成喷头整体结构，大幅度降低加工难度。

(5)本实用新型采用硬质合金材料作为超高压水射流旋转喷嘴的喷头，可有效解决超高压水带来的磨损问题，大幅度提高使用寿命.

(6)本实用新型通过设计旋转芯轴与壳体、接入段的间隙配合，在超高压水进入时，会在芯轴中间的中空圆台段和尾部的中空小圆柱段水膜，通过设计喷水孔位置，既能提供清洗所需的超高压水射流，也提供旋转力，带动喷头和旋转芯轴旋转起来，提高清洗面积，增加清洗效率。

(7)本实用新型的清洗效率和使用寿命高于现有产品，使用寿命达到 120小时；清洗效率提升30％，可承受最高水压为220MPa，耗水量一般在 3～5m³/h，所用的动力功率为37-90Kw节能环保；无金属腐蚀应用面广，例如管式换热器清洗、海洋生物清洗、金属表面除锈抛光等。

附图说明

图1为实用新型整体结构图；

图2为实用新型喷头内部结构图；

图3为喷水型腔示意图；

图4为本实用新型的喷嘴使用示意图；

图5为螺旋切削刃示意图；

图6螺旋角示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细描述。

本实用新型主要应用于金属表面的清洗，如船舶底部附着的大量海洋生物，石油换热器的管道内油垢的清洗及金属表面除锈、除漆以及抛光。本实用新型对上述污渍的清洗率为100％；对比国内产品清洗效率提升30％，使用寿命为120小时，远超国内现有产品，满足用户一次清洗工程所需时间，不需要再跟换喷嘴，降低喷嘴这种耗材的使用成本。

图1中，1是喷头，2时旋转芯轴，3是壳体，4是接入段；

图4中，5是超高压水射流旋转喷嘴，6是手持喷枪，7是高压泵组；

本实用新型一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，包括：喷头1，旋转芯轴2，壳体3，接入段4；

旋转芯轴2分成三部分；一部分为中空大圆柱段，中间部分为中空圆台段、另部分为中空小圆柱段；中空圆台段的小端面与中空大圆柱段的一个端面固连，中空圆台段的大端面与中空小圆柱段的一个端面固连；旋转芯轴2 的中空小圆柱段伸入接入段4的内腔内；中空圆台段位于壳体3内；中空大圆柱段能够与喷头1螺纹连接；

壳体3的内表面为圆台形，与旋转芯轴2的中空圆台段形状匹配；壳体 3的内表面的小端面与壳体3的一端连通；壳体3的内表面的大端面与壳体3的另一端连通；

接入段4的内腔能够连接外部超高压供水装置；优选的，接入段4内腔分四部分，分别为大圆柱形内腔、小圆柱形内腔、圆台形内腔和螺纹孔；接入段4的一端与壳体3螺纹配合固连，接入段4的大圆柱形内腔与旋转芯轴 2的中空小圆柱段间隙配合；接入段4的大圆柱形内腔的一侧与壳体3的另一端配合，接入段4的大圆柱形内腔的另一侧与小圆柱形内腔的一侧连通，小圆柱形内腔的另一侧与圆台形内腔的小端面连通，圆台形内腔的大端面于螺纹孔的一端连通；螺纹孔的另一端与接入段4的另一端连通。

优选的，接入段4的螺纹孔，与外部的手持喷枪6通过螺纹配合固连。

优选的，接入段4能能够连接外部的手持喷枪6，手持喷枪6通过外部的高压泵组供超高压水，通过手持喷枪6的水流控制后，将超高压水送至接入段4内，依次通过接入段4的圆台形内腔、小圆柱形内腔后进入旋转芯轴 2的中空小圆柱段内，在旋转芯轴2内依次经过中空小圆柱段、中空圆台段和中空大圆柱段，进入喷头1，由喷头1喷出；超高压水在经过旋转芯轴2 的中空圆台段时，通过轴向分布的水孔，将超高压水引至旋转芯轴2的中空圆台段的外表面，使旋转芯轴2相对于壳体3向着接入段4的方向产生一个作用力，在旋转芯轴2的中空圆台段的外表面与壳体3的内表面之间形成间隙，形成水膜；水膜覆盖旋转芯轴2的中空圆台段和中空小圆柱段的外表面，且从壳体3的一端流出；

旋转芯轴2的中空圆台段沿周向设有多个水孔，水孔的一端与旋转芯轴 2的中空圆台段的外表面连通，另一端与旋转芯轴2的中空圆台段的内表面连通；水孔的中轴线与旋转芯轴2的中轴线呈钝角；水孔的一端相对另一端靠近喷头1；

喷头1的外表面分为两部分，分别为球缺段和圆柱段；在喷头1上设置螺旋槽，形成沿周向分布的螺旋切削刃，螺旋切削刃从喷头1的球缺段延伸至圆柱段；球缺段的顶部能够实现对污渍的钻削清洗；

优选的，喷头1的内腔，包括喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔；喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔依次相连；

喷头1的螺纹孔与旋转芯轴2的中空大圆柱段靠近喷头1的外螺纹配合，实现螺纹连接；

喷头1的外表面分为两部分，分别为球缺段和圆柱段；在喷头1上设置螺旋槽，形成沿周向分布的螺旋切削刃，从喷头1的球缺段延伸至圆柱段；喷头1螺旋槽以外的外表面上设置多个圆柱形水孔；水孔穿过喷头1的喷水段内腔，与喷头1的圆台段内腔连通。

喷头1螺旋槽以外的外表面上设置多个圆柱形水孔；水孔连通喷头1的内腔，喷头1的内腔与连通旋转芯轴2的中空部分连通；

喷头1上一部分水孔的中心轴线与喷头1的中心轴线平行；喷头1上其余的水孔的中心轴线与喷头1的中心轴线呈一定角度，且喷头1上其余的水孔中每一个水孔的中心轴线与喷头1的中心轴线所呈的角度各不相同；超高压水在从喷头1的水孔喷出时，带动喷头1和旋转芯轴2整体进行旋转。

优选的，高压泵组输出的超高压水的压力在100MPa以上。

优选的，旋转芯轴2的中空大圆柱段靠近喷头1一侧设有外螺纹，与喷头1能够通过螺纹连接固连。

优选的，喷头1的内腔，包括喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔；喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔依次相连；

喷头1的螺纹孔与旋转芯轴2的中空大圆柱段靠近喷头1的外螺纹配合，实现螺纹连接。

优选的，喷头1的外表面分为两部分，分别为球缺段和圆柱段；在喷头 1上设置螺旋槽，形成沿周向分布的螺旋切削刃，从喷头1的球缺段延伸至圆柱段；喷头1螺旋槽以外的外表面上设置多个圆柱形水孔；水孔穿过喷头1的喷水段内腔，与喷头1的圆台段内腔连通；

喷头1上一部分水孔的中心轴线与喷头1的中心轴线平行；喷头1上其余的水孔的中心轴线与喷头1的中心轴线呈一定角度，且喷头1上其余的水孔中每一个水孔的中心轴线与喷头1的中心轴线所呈的角度各不相同；超高压水在从喷头1的水孔喷出时，带动喷头1和旋转芯轴2整体进行旋转。

优选的，在喷头1喷出水流时，产生反作用力，使旋转芯轴2向着接入段4的方向产生作用力，在旋转芯轴2的圆台段的外表面与壳体3的内表面之间形成间隙，间隙内形成一层水膜。

本实用新型中，喷头1的设计的优选方案，如图6所示，在喷头表面上有两个螺旋槽，成麻花型，螺旋角β优选为30°，如图5所示两个主切削刃之间的夹角α优选为120°，横刃与水中心线的夹角优选为ψ25°，横刃宽度为2.3mm，因为污渍硬度低，不需要横刃进行切削，如此设计即保证切削污渍，又不会破坏金属表面，大幅提高了清洗能力。

如图5所示，喷头球缺段上有优选设有五个分水孔，与球缺顶端最接近的三个喷水孔为主喷水孔，喷水方向为污渍所在方向，分别与旋转轴线成 19.5°、29.5°、59.5°，另外两个喷水孔为动力孔，与旋转轴线成90°，两孔为偏心空，偏心方向相反，如图6所示，两个喷水孔为动力水孔，喷水方向背离污渍方向，两孔为偏心孔，偏心方向相反，工作时，主喷水孔主要负责清洗污渍、抛光金属表面，动力水孔提供旋转力(工况为管道时，还起到将污渍送出管道的作用)。

如图2、图3所示，采用理论分析和实体数值分析相结合的手段，结合高压水射流清洗技术的一般规律，设计出如图3所示喷水孔型腔形状。

举例：设计方案的筛选方法

表1喷头喷水孔尺寸

方案一，喷水孔与喷管无过渡

方案二，喷水孔与喷管线性过渡

数值模拟结果与分析:

由上述可知，喷水孔无过渡方案出口中心速度v＝523m/s，中心速度高，边界层厚，出口水流不均匀，喷水孔线性过渡方案中心出口速度v＝510m/s，喷水孔出口处水流基本处于均匀高速喷出，在入口压力一定的情况下，极大地提高了流量。

由数值模拟结果可知，在给定入口压力的前提下，喷水孔优化可以带来高质量的出口射流，极大地提高喷嘴冲洗质量和效率。

表2喷管流体流动参数

功率消耗(单位：W)

方案一P＝Pf+W＝66090+88，摩阻消耗功率占0.2％；

方案二P＝Pf+W＝85957+430，摩阻消耗功率占0.5％；

方案二明显强于方案一，以此种方法确定出最佳内流道。

确定好的内流道即喷水孔型腔形状，如图3所示，尺寸小，无法与喷头整体加工，所以加工成焊接零件，采用电子束，将其焊接在喷头1上。

1)喷头1优选采用高硬度材料，进过电火花加工，使喷水孔型腔表面硬度进一步提高，超高压水射流与喷水孔的摩擦损耗缓慢，大幅度提升使用寿命，在水质为净化水的情况下，使用寿命为120小时，非净化水，且没有杂物的，使用寿命在100小时以上。

2)如图1所示，旋转芯轴2的中空圆台段外表面与壳体3的圆台段内表面为锥面配合，旋转芯轴2的中空圆台段长度比壳体3的圆台段的长度优选长1mm，旋转芯轴2的中空圆台段小端直径比壳体3的圆台段小端直径优选小0.1mm，旋转芯轴2的中空圆台段大端直径与壳体3的圆台段大端尺寸一致，保证形成水膜厚度优选为0.05mm。

旋转芯轴2的中空小圆柱段与接入段4的大圆柱内腔0.02mm间隙配合，起到定旋转中心的作用，旋转芯轴2的中空小圆柱段与接入段4的小圆柱内腔会形成一层薄薄的水膜，起到润滑的作用。

3)旋转芯轴2的中空圆台段沿周向均布四个水孔，水孔的一端与旋转芯轴2的中空圆台段的外表面连通，另一端与旋转芯轴2的中空圆台段的内表面连通；水孔的中轴线与旋转芯轴2的中轴线优选呈45°；水孔的一端相对另一端靠近喷头1；

4)每个部件的尺寸(长度、内径、外径)配合关系，编点优点

旋转芯轴2分成三部分；一部分为中空大圆柱段，中间部分为中空圆台段、另部分为中空小圆柱段，关系为：中空大圆柱度段上为一段外螺纹和一段圆柱，外螺纹用于与喷头1固定，圆柱段上有对称小平面，用于使用工具将旋转芯轴2与喷头1固定，中空大圆柱度段与中间部分的中空圆台段同轴且过渡加工成形，增强刚性，不易损坏；中间部分的中空圆台段的大直径端与中间部分的小圆柱段接连，中空圆台段的大直径端的直径是小圆柱段直径的2.25倍左右，此处不承力，小圆柱段直径小，摩擦小，减少旋转力的损失。

壳体3的内表面优选为圆台形，与旋转芯轴2的关系优选为：旋转芯轴 2的中空圆台段外表面与壳体3的圆台段内表面为锥面配合，旋转芯轴2的中空圆台段长度比壳体3的圆台段的长度优选长1mm，旋转芯轴2的中空圆台段小端直径优选比壳体3的圆台段小端直径小0.1mm，旋转芯轴2的中空圆台段大端直径优选与壳体3的圆台段大端尺寸一致。

接入段4内腔优选分四部分；分别为大圆柱形内腔、小圆柱形内腔、圆台形内腔和螺纹孔，关系为：螺纹孔为密封螺纹，如图4所示，可以使接入段紧固在手持喷枪6上，同时密封；向着喷头1方向，螺纹口与圆台型内腔接连，圆台型内腔与小圆柱内腔接连，同等压力了下，可使水流流速增高，提高清洗效率；向着喷头1方向，小圆柱内腔与大圆柱内腔接连，可以使旋转芯轴2的中空小圆柱段与接入段4的大圆柱内腔间隙中形成水膜，减少旋转摩擦力。

喷头1的内腔，包括喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔，关系为：螺纹孔为密封螺纹，可以使喷头1紧固在旋转芯轴2上，同时密封；大圆柱段内腔与小圆柱段内腔接连，水流先经过大圆柱段内腔，后经过小圆柱段内腔，可以提升水流速度；小圆柱段内腔与圆台段内腔接连，水流先经过小圆柱段内腔，后经过圆台段内腔，增加水流速度；圆台段内腔与喷水段内腔相连，通过喷水段内腔的特殊型面，大幅度提升水流速度，提高清洗效率。

如图4所示本实用新型在进行清洗时，主要包括5是超高压水射流旋转喷嘴，6是手持喷枪，7是高压泵组，在进行清洗时7将高压水通过6注入到5中，5相当于液体静压轴承，接入超高压水后，前段的喷头会喷射出超高压水射流并且旋转。

如图2，采用理论分析和实体数值分析相结合的手段，结合高压水射流清洗技术的一般规律，通过设计喷水孔型腔，详细分析了各清洗参数的相关性，对主要参数选择过程进行了优化，对喷嘴进行水流动量分析，为降低能耗，提高清洗效率提供理论依据，经过试验得出如图2所示的喷水孔型腔。喷水孔的型腔采用内嵌电子束焊接式，加工好图3，然后将图3嵌入到图2 中各喷水孔的位置，采取电子束焊接成形最终喷头的结构。

本实用新型图1中的1喷头外形采用螺旋切削刃设计，其直径大于3壳体，本身又为硬质合金材料，超高压旋转喷嘴整体相当于静压液体轴承，在高压水的作用下会带着1喷头高速旋转，可对顽固污渍进行钻削，同时钻削的能力不会达到破坏金属表面的程度，不会有任何破坏性危险。

本实用新型图1中的1喷头整体优选均采用硬质合金材料，硬质合金材料硬度高，耐磨性好，不易生锈，可以解决高压水流带来的磨损而导致喷嘴使用寿命降低的问题，其余部分采用不锈钢，不会受水的腐蚀。

本实用新型超高压水射流旋转喷嘴的1喷头采用螺旋切削刃设计，材料选用硬质合金材料，可以在遇到顽固污渍时采用钻削式辅助清洗，同时通过刀刃设计控制切削力，避免对金属表面进行破坏。

.本实用新型将主要采用理论分析和实体数值分析相结合的手段，结合超高压水射流清洗技术的工艺参数，优化设计出喷水孔型腔图3，增大流量提高清洗效率和使用寿命。

本实用新型改善加工工艺，采用电子束焊接，图3加工完成后，使用电子束焊接，形成图2，构成喷头整体结构，大幅度降低加工难度。

本实用新型采用硬质合金作为超高压水射流旋转喷嘴的1喷头和图3喷水孔型腔，可有效解决超高压水带来的磨损问题，大幅度提高使用寿命。

Claims (10)

1.一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，其特征在于包括：喷头(1)，旋转芯轴(2)，壳体(3)，接入段(4)；

旋转芯轴(2)分成三部分；一部分为中空大圆柱段，中间部分为中空圆台段、另一部分为中空小圆柱段；中空圆台段的小端面与中空大圆柱段的一个端面固连，中空圆台段的大端面与中空小圆柱段的一个端面固连；旋转芯轴(2)的中空小圆柱段伸入接入段(4)的内腔内；中空圆台段位于壳体(3)内；中空大圆柱段能够与喷头(1)螺纹连接；

壳体(3)的内表面为圆台形，与旋转芯轴(2)的中空圆台段形状匹配；壳体(3)的内表面的小端面与壳体(3)的一端连通；壳体(3)的内表面的大端面与壳体(3)的另一端连通；

接入段(4)的内腔能够连接外部超高压供水装置；

旋转芯轴(2)的中空圆台段沿周向设有多个水孔，水孔的一端与旋转芯轴(2)的中空圆台段的外表面连通，另一端与旋转芯轴(2)的中空圆台段的内表面连通；水孔的中轴线与旋转芯轴(2)的中轴线呈钝角；水孔的一端相对另一端靠近喷头(1)；

喷头(1)的外表面分为两部分，分别为球缺段和圆柱段；在喷头(1)上设置螺旋槽，形成沿周向分布的螺旋切削刃，螺旋切削刃从喷头(1)的球缺段延伸至圆柱段；球缺段的顶部能够实现对污渍的钻削清洗；

喷头(1)螺旋槽以外的外表面上设置多个圆柱形水孔；水孔连通喷头(1)的内腔，喷头(1)的内腔与连通旋转芯轴(2)的中空部分连通；

喷头(1)上一部分水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线平行；喷头(1)上其余的水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线呈一定角度，且喷头(1)上其余的水孔中每一个水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线所呈的角度各不相同。

2.根据权利要求1所述的一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，其特征在于：喷头(1)的内腔，包括喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔；喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔依次相连；

喷头(1)的螺纹孔与旋转芯轴(2)的中空大圆柱段靠近喷头(1)的外螺纹配合，实现螺纹连接；

喷头(1)的外表面分为两部分，分别为球缺段和圆柱段；在喷头(1)上设置螺旋槽，形成沿周向分布的螺旋切削刃，从喷头(1)的球缺段延伸至圆柱段；喷头(1)螺旋槽以外的外表面上设置多个圆柱形水孔；水孔穿过喷头(1)的喷水段内腔，与喷头(1)的圆台段内腔连通。

3.根据权利要求1所述的一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，其特征在于：接入段(4)内腔分四部分，分别为大圆柱形内腔、小圆柱形内腔、圆台形内腔和螺纹孔；接入段(4)的一端与壳体(3)螺纹配合固连，接入段(4)的大圆柱形内腔与旋转芯轴(2)的中空小圆柱段间隙配合；接入段(4)的大圆柱形内腔的一侧与壳体(3)的另一端配合，接入段(4)的大圆柱形内腔的另一侧与小圆柱形内腔的一侧连通，小圆柱形内腔的另一侧与圆台形内腔的小端面连通，圆台形内腔的大端面与螺纹孔的一端连通；螺纹孔的另一端与接入段(4)的另一端连通。

4.根据权利要求1所述的一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，其特征在于：接入段(4)的螺纹孔，与外部的手持喷枪(6)通过螺纹配合固连。

5.根据权利要求1所述的一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，其特征在于：接入段(4)能够连接外部的手持喷枪(6)，手持喷枪(6)通过外部的高压泵组供超高压水，通过手持喷枪(6)的水流控制后，将超高压水送至接入段(4)内，依次通过接入段(4)的圆台形内腔、小圆柱形内腔后进入旋转芯轴(2)的中空小圆柱段内，在旋转芯轴(2)内依次经过中空小圆柱段、中空圆台段和中空大圆柱段，进入喷头(1)，由喷头(1)喷出；超高压水在经过旋转芯轴(2)的中空圆台段时，通过轴向分布的水孔，将超高压水引至旋转芯轴(2)的中空圆台段的外表面，使旋转芯轴(2)相对于壳体(3)向着接入段(4)的方向产生一个作用力，在旋转芯轴(2)的中空圆台段的外表面与壳体(3)的内表面之间形成间隙，形成水膜；水膜覆盖旋转芯轴(2)的中空圆台段和中空小圆柱段的外表面，且从壳体(3)的一端流出。

6.根据权利要求5所述的一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，其特征在于：高压泵组输出的超高压水的压力在100MPa以上。

7.根据权利要求1所述的一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，其特征在于：旋转芯轴(2)的中空大圆柱段靠近喷头(1)一侧设有外螺纹，与喷头(1)能够通过螺纹连接固连。

8.根据权利要求1所述的一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，其特征在于：喷头(1)的内腔，包括喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔；喷水段内腔、圆台段内腔、小圆柱段内腔、大圆柱段内腔、螺纹孔依次相连；

喷头(1)的螺纹孔与旋转芯轴(2)的中空大圆柱段靠近喷头(1)的外螺纹配合，实现螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，其特征在于：喷头(1)的外表面分为两部分，分别为球缺段和圆柱段；在喷头(1)上设置螺旋槽，形成沿周向分布的螺旋切削刃，从喷头(1)的球缺段延伸至圆柱段；喷头(1)螺旋槽以外的外表面上设置多个圆柱形水孔；水孔穿过喷头(1)的喷水段内腔，与喷头(1)的圆台段内腔连通；

喷头(1)上一部分水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线平行；喷头(1)上其余的水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线呈一定角度，且喷头(1)上其余的水孔中每一个水孔的中心轴线与喷头(1)的中心轴线所呈的角度各不相同；超高压水在从喷头(1)的水孔喷出时，带动喷头(1)和旋转芯轴(2)整体进行旋转。

10.根据权利要求1所述的一种带有切削功能的超高压水射流旋转清洗喷嘴，其特征在于：在喷头(1)喷出水流时，产生反作用力，使旋转芯轴(2)向着接入段(4)的方向产生作用力，在旋转芯轴(2)的圆台段的外表面与壳体(3)的内表面之间形成间隙，间隙内形成一层水膜。

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