CN216297959U - 一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴。该喷嘴包括法兰盘、顶盖、底盖和拉瓦尔喷管，顶盖的上部与法兰盘连接，其下部与法兰盘之间留有空隙，底盖位于空隙中，并分别与法兰盘和顶盖的下部连接；顶盖、法兰盘和底盖之间形成气体腔室；顶盖的中心贯通开孔，形成熔体通道；底盖上开有沉头孔，拉瓦尔喷管位于沉头孔中。本实用新型可解决传统喷管与喷嘴呈一体结构，加工难度大，形状和尺寸精度都难以保证，且更换复杂，制作成本较高的问题，还可以保证气体通过拉瓦尔喷管后达到超音速效果，最大限度减小动能损失。

Description

一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴

技术领域

本实用新型涉及粉末冶金技术领域，具体的，涉及一种用于制备金属粉末的分体式拉瓦尔喷管雾化喷嘴。

背景技术

气体雾化技术是制备金属粉末的主要生产方式，具有球形度高、粉末粒度可控等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备的主要方向。而大部分金属粉末材料都具有性活泼、易氧化的特点，这对于熔炼和雾化的过程就有较高的要求。

气体雾化技术的原理是金属经高温融化后，熔体从导流管或石墨喷嘴流出后进入气体雾化区，受到高速气流的作用，被冲击破碎为细小熔滴。随后熔滴在表面张力及雾化气体的冷却作用下，凝固成粉末颗粒。在气体雾化过程中，金属熔滴可获得很高的冷却速度，凝固生成晶粒细小，无偏析的粉末颗粒。其中雾化喷嘴是气体雾化的核心，喷嘴控制气流对金属液流的作用过程，使气流的动能转化为新生粉末表面能，因此这一控制部件即喷嘴决定了雾化粉末的性能和雾化效率。随着粉末冶金注射成形技术的出现，以及粉末原材料在表面工程、电子、化工、激光快速原形、军事等工业中的应用，对金属粉末的要求向着粒径微细、球形化方向发展，因此提高微细粉末(一般指粒度小于45μm的粉末)的收得率和粉末的可控性，降低粉末制备成本，已成为雾化制粉技术和装备发展的趋势。

目前最具有代表性的喷嘴主要有两类：一种是美国MIT的Grant教授发明的超声雾化喷嘴(US Patent No.4778516)。超声雾化喷嘴由拉瓦尔喷嘴和Hartman振动管组合在一起，在产生2～2.5M的超音速气流的同时产生80～100KHz的脉冲频率，粉末的平均粒度可达到40～60μm。该雾化器的目的是为了生产具有快速冷凝效果的铝及合金，仅适用于铝等低熔点金属粉末的生产。另一种是美国Iowa州立大学的Ames实验室Anderson等人发明了高压气体雾化喷嘴(US Patent No.4619845)。将喷嘴的环缝出口改为20～24个单一喷孔，通过提高气压(最高可达成17MPa)和导液管出口处的形状设计，克服限制式喷嘴中存在的气流激波，这一改进可以显著提高雾化效率。粉末的平均粒度可达到30～50μm。但该雾化器的雾化效率是在很高的压力下实现的，在工业上实现难度高，而且气体消耗量过大，不利于生产成本的控制。

现有的雾化喷嘴所产生的超音速气流不稳定，易出现紊流现象而造成超音速气流的能量自耗损失，且拉瓦尔喷管形状复杂，传统喷管都与喷嘴呈一体结构，加工难度大，形状和尺寸精度都难以保证，且更换复杂，制作成本较高。

实用新型内容

为克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种制备金属粉末的分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴。

本实用新型采用如下技术方案：

一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，包括法兰盘、顶盖、底盖和拉瓦尔喷管，顶盖的上部与法兰盘连接，其下部与法兰盘之间留有空隙，底盖位于空隙中，并分别与法兰盘和顶盖的下部连接；所述顶盖、法兰盘和底盖之间形成气体腔室；所述顶盖的中心贯通开孔，形成熔体通道；所述底盖上开有沉头孔，所述拉瓦尔喷管位于沉头孔中。

进一步地，所述法兰盘上设有进气口，与气体腔室连通。

进一步地，所述空隙中还设有压片，压片与法兰盘固定连接，所述压片位于底盖的顶部。

进一步地，所述压片上开有和沉头孔对应的孔。

进一步地，所述法兰盘与顶盖固定连接。

进一步地，所述底盖分别与法兰盘和顶盖的下部通过螺纹连接。

优选地，所述底盖上均匀开有八个沉头孔，并两两关于熔体通道呈轴对称形式，对称两个沉头孔的中心线夹角为60°。

进一步地，所述拉瓦尔喷管共设有八根，其内部为拉瓦尔喷管结构，外部为沉头轴结构。

进一步地，所述底盖与拉瓦尔喷管形成沉头孔轴结构，两者之间过渡配合。

进一步地，所述顶盖的横截面呈T型，所述底盖中心设有贯通孔，用于容纳顶盖的下部。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型将拉瓦尔型喷管的喷嘴部分分立出来，相比于现有的一体式喷管，易于更换；而且可采用3D打印技术制造拉瓦尔喷管，降低了喷嘴的加工难度和制作成本，且形状和尺寸精度都得到了保证，可以实现高质量气体雾化喷嘴的设计和制造。

拉瓦尔喷管由收缩管、窄喉、扩张管构成，气体受高压流入喷管的收缩管，在这一阶段，燃气运动遵循“流体在管中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，因此气流不断加速。当到达窄喉时，流速已经超过了音速。而跨音速的流体在运动时却不再遵循"截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。穿过窄喉后由扩张管逸出，燃气流的速度被进一步加速，为2-3公里/秒，相当于音速的7-8倍。这一架构可使气流的速度因喷管截面积的变化而变化，增大气体动能，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速，最大限度减小动能损失，从而提高雾化制粉中的细粉收得率，大大降低了3D打印用金属粉末的成本。

附图说明

图1为本实用新型喷嘴的剖视图。

图2为本实用新型喷嘴的法兰盘局部剖视图。

图3为本实用新型喷嘴的顶盖剖视图。

图4为本实用新型喷嘴的底盖剖视图。

图5为本使用新型喷嘴的拉瓦尔喷管剖试图。

图6为本使用新型喷嘴的压片顶视图。

图中：1-法兰盘，2-顶盖，3-底盖，4-拉瓦尔喷管，5-压片，6-熔体通道，7-气体腔室，8-进气口，9-螺纹。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行举例说明，此处所描述的实例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例的一种用于制备金属粉末的分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，如图1和2所示，包括法兰盘1、顶盖2、底盖3、拉瓦尔喷管4和压片5。其中，法兰盘1上设有进气口8，与气体腔室7连通。法兰盘1与T型圆形顶盖2的上部固定连接，顶盖2中部贯通开孔，形成熔体通道6。底盖3位于法兰盘1与T型顶盖2下部形成的空隙中，中间设有贯通孔，用于容纳T型顶盖2的下部，底盖3分别与法兰盘1、顶盖2下部通过螺纹连接。底盖3的外围圆周上均匀开有八个沉头孔(数量不限)，并两两关于熔体通道6呈轴对称形式，对称两孔的中心线夹角为60°。拉瓦尔喷管4共八个，内部为拉瓦尔喷管结构，外部为沉头轴结构。底盖3上的沉头孔与拉瓦尔喷管4形成沉头孔轴结构，两者之间过渡配合。底盘3的顶部还设有金属压片5，压片5起到限制喷管位置的作用，可防止气体腔室7内的气流把沉头轴形状的拉瓦尔喷管4带出。压片5与法兰盘1固定连接。压片5上也开有八个圆孔与底盘3上的八个沉头孔一一对应，压片5的圆孔的直径要小于与之接触的拉瓦尔喷管4的外部直径。法兰盘1与顶盖2、压片5之间形成气体腔室7。

使用时先将八根拉瓦尔喷管4由上到下安装到底盖3的沉头孔内，再将底盖3通过内外两圈螺纹旋转安装到法兰盘1与顶盖2之间，直至底盖3的顶部与压片5接触，最后将法兰盘1安装到雾化制粉设备上即可使用。

更换拉瓦尔喷管4时，先将法兰盘1从雾化制粉设备上取下，再将底盖3通过螺纹从法兰盘1与顶盖2之间旋出，由下到上推出需要进行更换的拉瓦尔喷管4，依次更换上新的拉瓦尔喷管4后，再将底座3通过螺纹安装到法兰盘1与顶盖2之间，直至底盖3的顶部与压片5接触，最后将法兰盘1安装到雾化制粉设备上即可继续使用。

雾化制粉设备开启后气体从进气口8进入气体腔室7，再由压片5和底盖3上的孔进入拉瓦尔喷管4后达到超音速效果，形成气体雾化区，金属经设备熔炼后以液态形式从熔体通道6进入气体雾化区，受到高速气流的作用，被冲击破碎为细小熔滴。随后熔滴在表面张力及雾化气体的冷却作用下，凝固成粉末颗粒。在气体雾化过程中，金属熔滴可获得很高的冷却速度，凝固生成晶粒细小，无偏析的粉末颗粒。其中雾化喷嘴是气体雾化的核心，喷嘴控制气流对金属液流的作用过程，使气流的动能转化为新生粉末表面能。

Claims (10)

1.一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，其特征在于，包括法兰盘(1)、顶盖(2)、底盖(3)和拉瓦尔喷管(4)，顶盖(2)的上部与法兰盘(1)连接，其下部与法兰盘(1)之间留有空隙，底盖(3)位于空隙中，并分别与法兰盘(1)和顶盖(2)的下部连接；所述顶盖(2)、法兰盘(1)和底盖(3)之间形成气体腔室(7)；所述顶盖(2)的中心贯通开孔，形成熔体通道(6)；所述底盖(3)上开有沉头孔，所述拉瓦尔喷管(4)位于沉头孔中。

2.根据权利要求1所述的一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，其特征在于，所述法兰盘(1)上设有进气口(8)，与气体腔室(7)连通。

3.根据权利要求1所述的一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，其特征在于，所述空隙中还设有压片(5)，压片(5)与法兰盘(1)固定连接，所述压片位于底盖(3)的顶部。

4.根据权利要求3所述的一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，其特征在于，所述压片上开有和沉头孔对应的孔。

5.根据权利要求1所述的一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，其特征在于，所述法兰盘(1)与顶盖(2)固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，其特征在于，所述底盖(3)分别与法兰盘(1)和顶盖(2)的下部通过螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，其特征在于，所述底盖(3)上均匀开有八个沉头孔，并两两关于熔体通道(6)呈轴对称形式，对称两个沉头孔的中心线夹角为60°。

8.根据权利要求7所述的一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，其特征在于，所述拉瓦尔喷管(4)共设有八根，其内部为拉瓦尔喷管结构，外部为沉头轴结构。

9.根据权利要求8所述的一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，其特征在于，所述底盖(3)与拉瓦尔喷管(4)形成沉头孔轴结构，两者之间过渡配合。

10.根据权利要求1所述的一种分体式拉瓦尔型气体雾化喷嘴，其特征在于，所述顶盖(2)的横截面呈T型，所述底盖(3)中心设有贯通孔，用于容纳顶盖(2)的下部。

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