JP2016123935A - Wide angle full cone spray nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、スプレーノズルを介し被対象物にスプレーする場合、液体の圧力を変動させてもスプレー角度が一定である広角フルコーンスプレーノズルに関する。 The present invention relates to a wide-angle full cone spray nozzle in which a spray angle is constant even when the pressure of a liquid is varied when spraying an object through a spray nozzle.
スプレーノズルは、例えば塗装や洗浄、加湿等、種々の分野に利用されているが、このうち金属鋳造作業において冷却液をスプレーするのに用いられる完全円錐液体スプレーノズルがある。 Spray nozzles are used in various fields, such as painting, cleaning, and humidification. Among these, there is a complete conical liquid spray nozzle used for spraying a cooling liquid in a metal casting operation.
例えば鋼スラブのような金属材を型から押し出す金属鋳造作業において、押し出された金属に水をスプレーし速やかに冷却する必要がある。この場合、金属材への冷却液のスプレーが不均一であると、好適に冷却される部分と、されない部分が生じ、表面の品質不良が生じたり、裂けを生じたりする。 For example, in a metal casting operation in which a metal material such as a steel slab is extruded from a mold, it is necessary to spray water on the extruded metal and quickly cool it. In this case, if the spray of the cooling liquid onto the metal material is not uniform, a portion that is suitably cooled and a portion that is not cooled are generated, resulting in poor surface quality or tearing.
この冷却用スプレーノズルとして、いわゆる完全円錐液体スプレーノズルと称されるものがあり、このスプレーノズルは、連続鋳造作業でスプレーされる液体の量が、金属材が鋳造される速度に比例することが要求され、鋳造速度に応じそれに合わせてスプレーの角度は変わることなく、スプレーの圧力を変動可能とすることが望ましい。 As this cooling spray nozzle, there is a so-called perfect conical liquid spray nozzle, in which the amount of liquid sprayed in the continuous casting operation is proportional to the speed at which the metal material is cast. It is required and it is desirable to make the spray pressure variable without changing the spray angle according to the casting speed.
従来、この種の完全円錐液体スプレーノズルとしては特表2005−508741が存在する。 Conventionally, as this type of complete conical liquid spray nozzle, JP 2005-508741 exists.
この特許文献1の完全円錐液体スプレーノズルでは、ノズル本体は、放出オリフィスに連通している液体流路と、通路内の放出オリフィスの上流に配置されているベーンとを有し、ベーンは、軸線方向の流れを形成するための中心オリフィスと、円周上に離間して配置されている。また、複数の液体の流れを接線方向に向けるための複数の角度の付いた通路を有し、液体の過流やブレークダウンを起こし、軸線方向の流れと合流させることで、放出オリフィスから放出される液体が、金属が鋳造される速度の変化に比例する液体圧力の変化にも関わらず、鋳造金属のより均一な冷却のために用いるようにしている。
In the complete conical liquid spray nozzle disclosed in
しかしながら、この特許文献1に係るスプレーノズルは、スプレー角度が一定である圧力範囲がおよそ0.14MPa〜0.6MPaである。0.7MPa以上の圧力ではスプレーノズル角度は狭くなる。そのため、対応可能な金属材の鋳造速度範囲に限りがあり、鋳造速度範囲が低速から高速まで広い場合には対応できないという課題があった。
However, the spray nozzle according to
また、スプレー角度が約70°であり、カバーする範囲が狭い。複数のノズルを並列に並べ、金属材の表面全体をカバーするためには数多くのノズルが必要である。そのため、ノズルシステムのメンテナンスに時間がかかるという課題があった。そして、ノズルシステム当たりのノズル個数を少なくしメンテナンス性を良好にするために、より広いスプレー角度のノズルが望まれていた。 Moreover, the spray angle is about 70 °, and the range to cover is narrow. A large number of nozzles are required to arrange a plurality of nozzles in parallel and cover the entire surface of the metal material. Therefore, there is a problem that it takes time to maintain the nozzle system. In order to reduce the number of nozzles per nozzle system and to improve the maintainability, a nozzle having a wider spray angle has been desired.
この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、0.1MPaから1.0MPaまでの広い圧力範囲においてスプレー角度が一定で、かつスプレー角度が70°より広い90°の範囲までカバーできる広角フルコーンスプレーノズルを提供することにある。 The present invention has been proposed in view of the above, and the object of the present invention is that the spray angle is constant in a wide pressure range from 0.1 MPa to 1.0 MPa, and the spray angle is 90 ° wider than 70 °. An object of the present invention is to provide a wide-angle full cone spray nozzle capable of covering up to the above range.
上記課題を解決するために請求項1に係る本発明は、ほぼ中空状であって上流側に液体供給口5が設けられ、下流側に液体放出オリフィス7が設けられ、かつノズル本体2の内部にベーン8が固定された広角フルコーンスプレーノズルを備え、前記ベーン8の中央部にはベーン中央孔14が形成され、かつベーン8の下流側外周部9はテーパ状に形成され、ノズル本体2の内周面との間に環状チャンバ11が形成されていると共に、ベーン8の前方に渦巻きチャンバ13が形成され、ベーン8の外周には角度をもった複数の角度通路15が形成された広角フルコーンスプレーノズルであって、前記角度通路15の下流側の位置を前記ベーン中央孔14の中心の中線bより上方位置に設定し、かつ渦巻きチャンバ13と環状チャンバ11の長さLaをベーン8の直径Lb以下とし、広い圧力範囲で広いスプレー角度の噴射を可能としたことを特徴とする。
請求項2に係る本発明は、請求項1記載の広角フルコーンスプレーノズルにおいて、前記角度通路15の一方の角度通路端Aは前記ベーン中央孔14の円周の接線aと同一線上にあり、角度通路15の他方の最下流端Bは前記ベーン中央孔14の中線bと前記接線aとの間に位置させ、前記渦巻きチャンバ13と環状チャンバ11の長さLaをベーン直径Lbの0.8倍〜1.0倍とし、かつ角度通路15の流路面積を前記ベーン中央孔14の流路面積の1.2倍〜1.7倍の面積比としたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention according to
The present invention according to
請求項1、2に係る本発明によれば、角度通路15の一方の角度通路端Aは前記ベーン中央孔14の円周の接線aと同一線上にあり、角度通路15の他方の最下流端Bは前記ベーン中央孔14の中線bと前記接線aとの間に位置させたため、ベーン8の角度通路下流端側から流入した液体はベーン下流側外周部9で流路面積が広がることになり、チャンバで回転流と乱流が生じ、チャンバ内で回転する液体の量と流速を調整でき、0.1Mpa〜1.0Mpaの範囲で圧力を変動させてもスプレー角度が変化せず、均一なスプレー分布を生成し得る。
また、渦巻きチャンバ13と環状チャンバ11の長さLaをベーン直径Lbの0.8倍〜1.0倍としたため、上記構成と相俟ってベーン8の中央孔14からの直進流と角度通路15からの回転流がチャンバで適度に混合され、0.1Mpaから1.0Mpaの範囲において圧力を変動させてもスプレー角度が変化せず、均一なスプレー分布を生成することができる。
さらに、角度通路15の流路面積を前記ベーン中央孔14の流路面積1.2倍〜1.7倍の面積比としたため、ベーン中央孔14からの流れと角度通路15からの流れがチャンバ内で適度に混合されて噴霧され、均一なスプレー分布とすることができる。
According to the first and second aspects of the present invention, one angle passage end A of the
Further, since the length La of the
Further, since the flow passage area of the
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明するが、本発明は図示の実施例に限定されるものでなく、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能であることは云うまでもない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the illustrated embodiment, and various design changes can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say.
図1(a)、(b)は本発明の一実施例の正面図および側断面図を示す。 1A and 1B show a front view and a side sectional view of an embodiment of the present invention.
これらの図中、1は広角フルコーンタイプのスプレーノズルで、(b)図において、図中右側は液体を供給する上流側となる。また、左側は下流側に相当する。このスプレーノズル1は、細長い中空円筒状のノズル本体2を備えている。ノズル本体2の外周のほぼ中央部から図中右側の上流端にかけて供給ラインまたは液体供給管(図示せず)と接続するためのネジ部3が形成されている。また、ノズル本体2の反対側の下流端側頭部外形4は、(a)図に示すように、六角形に形成されている。これはネジ部3に液体供給管を接続する場合、レンチによって締め易くするためである。
In these drawings,
ノズル本体2の上流端側には液体供給用の供給口5が開口し、かつノズル本体2の内部には軸線方向に沿って液体通路6が形成されている。また、ノズル本体2の下流端中央部には液体放出オリフィス7が形成されている。この液体放出オリフィス7はほぼ円筒状に形成され、液体放出オリフィス側のノズル本体2の内周面は液体放出オリフィス7に向って内径が小さくなってゆくテーパ状の切頭円錐形に形成され、かつ液体放出オリフィス7の出口は下流側へ向って拡径していくテーパをもたせた切頭円錐形に形成されている。
A
このように、液体放出オリフィス7の出口領域を下流側に向ってRのついたテーパ状としたのは、液流はテーパに沿って滑らかに放出されることとなり、広角度のスプレーを生成できるようにしたためである。この場合、Rの角度の調整により70°〜90°の範囲のうち一定のスプレー角度が維持される。
As described above, when the outlet region of the
また、ノズル本体2内部の液体通路6のほぼ中央部には供給口5から圧入されたベーン8が設けられている。ベーン8の下流側の外周部9は、上流側に向って先細となるテーパ状をなし、かつその後方、つまり上流側のベーン外周部10はノズル本体2の内周面と当接しベーン8は固定されている。
A
そして、ベーン下流側外周部9と、それと対面するノズル本体2の内周面とによって環状チャンバ11が区画形成されている。また、ベーン8の平面状の先端面12と、ノズル本体2の内周とによって渦巻きチャンバ13が区画形成され、これらによってチャンバが構成されている。
An annular chamber 11 is defined by the vane downstream side outer
このベーン8はノズル本体2内を通過する液体に対し渦巻き運動を起こさせ、かつ液体を粒子にまで分解し、液体放出オリフィス7から円錐状のスプレーパターンを放出させる働きをなす。
The
すなわち、ベーン8の中央部には、液体放出オリフィス7と同軸状に断面円形のベーン中央孔14が形成されている。
That is, a vane
また、ベーン8の外周部には液体流入口側から渦巻きチャンバ13側に向って伸びる、好ましくは3つの角度をもった角度通路15が等間隔で形成されている。
Further, on the outer peripheral portion of the
これらの角度通路15は、図2(a)、(c)に示すように、ベーン8の周縁の周りに円周に沿って120°ずつ離間して配置されている。そして、これらの角度通路15は、下流側、上流側から見た場合ほぼ矩形をなしている。
As shown in FIGS. 2A and 2C, these
図2(b)、(c)において、θはベーン中央孔14の中線に対しての角度通路15の角度で25°〜35°である。αはベーン下流側外周部9のテーパの角度で、45°〜55°であり、この下流側外周部9の長さはベーン全体の軸線方向の長さの1/2となっている。Wは角度通路15の幅、dは角度通路15の深さで、角度通路の幅Wは深さdよりも大である。
2B and 2C, θ is an angle of the
本発明において特徴的なことは、図2(b)、(c)に示すように、角度通路15の下流側の一方の角度通路端Aはベーン中央孔14の円周の接線aと同一線上にあり、かつ、横から接線と角度通路端Aを合わせた位置で見たとき、角度通路15の他方の角度通路の最下流端Bはベーン中央孔14の中線bと接線aを通過する側の間にあるように構成している。
A characteristic feature of the present invention is that, as shown in FIGS. 2B and 2C, one angle passage end A on the downstream side of the
したがって、ベーン8の角度通路下流端側から流入した液体は、切頭円錐状のベーン下流側外周部9で流路面積が広がることにより、環状チャンバ11と渦巻きチャンバ13において回転流と乱流を起こすため、ベーン中央孔14からの直進流とよく混合されることになる。このように、角度通路15の他方の最下流端Bがベーン中央孔14の中線bと接線aを通過する側の間にあることで、圧力液が他方の角度通路面Cにあたる面積を適度にすることにより、渦巻きチャンバ13内で回転する液体の量と流速とが調整され、0.1Mpa〜1.0Mpaの広い範囲において圧力を変動させても、スプレー角度が広角度で変化せず、かつ均一なスプレー分布を生成する。
Therefore, the liquid flowing in from the downstream end side of the angular passage of the
また、本発明のノズル本体2では、図1(b)に示すように、渦巻きチャンバ13と環状チャンバ11の長さLaは、図2(c)に示すベーン直径Lbの0.8倍〜1.0倍に構成している。
Further, in the
このようにすると、ベーン8のベーン中央孔14からの直進流と角度通路15からの回転流が環状チャンバ11、渦巻きチャンバ13内で適度に混合されるため、0.1Mpa〜1.0Mpaの広い範囲において圧力を変動させても、スプレー角度が広角度で変化せず、かつ均一なスプレー分布を生成する。
In this way, the straight flow from the vane
すなわち、ベーン直径Lbに対するチャンバの長さLaの比が0.8より小さいと、直進流と回転流の混合が少なくなるため、ノズル中央の噴霧量が多くなり均一なスプレー分布にならない。また、ベーン直径Lbに対するチャンバの長さLaの比が1.0より大きいと、チャンバ内で回転流が多くなるため、液体放出オリフィス7からの噴霧量が少なくなり、均一なスプレー分布にはならない。また、環状チャンバ11、渦巻きチャンバ13内の混合流の抵抗が大きいために流量が出にくくなる。
That is, when the ratio of the chamber length La to the vane diameter Lb is smaller than 0.8, the mixing of the straight flow and the rotary flow is reduced, so that the spray amount at the center of the nozzle is increased and the spray distribution is not uniform. Further, if the ratio of the chamber length La to the vane diameter Lb is larger than 1.0, the rotational flow increases in the chamber, so the amount of spray from the
また、本発明では、角度通路15が3個の場合、ベーン8の角度通路端Aにおいて、それぞれの角度通路15の流路面積はベーン中央孔14の流路面積の1.2倍〜1.7倍の面積比としている。
Further, in the present invention, when there are three
この面積比内では、ベーン中央孔14からの流れと角度通路15からの流れが環状チャンバ11、渦巻きチャンバ13内で適度に混合されて噴霧されるので、均一なスプレー分布になる。1.2倍未満では環状チャンバ11、渦巻きチャンバ13内で回転する流体が少ないため、ノズル中央の液体放出オリフィス7からの噴霧量が多くなり均等なスプレー分布にはならない。また、1.7倍より大きい場合は、環状チャンバ11、渦巻きチャンバ13内で回転する流体の量と速度が多いため、液体放出オリフィス7からの噴霧量が少なく周囲の流量が多くなり、均一なスプレー分布にはならない。
Within this area ratio, the flow from the vane
図3は本発明のノズルの実施例で、液体放出オリフィス7から噴射されるスプレー角度を90°とした例である。表に示すように圧力を0.1Mpaから1.0Mpaの範囲で変化させ、スプレー流量(L/min)を8.8から24に変化させてもスプレー角度はほぼ変化しないことがわかる。
FIG. 3 shows an embodiment of the nozzle of the present invention, in which the spray angle sprayed from the
図4は本発明のノズルのスプレー分布を表すグラフである。流入液圧が0.7Mpa、0.2Mpaと変わってもスプレー分布は均一である。 FIG. 4 is a graph showing the spray distribution of the nozzle of the present invention. Even if the inflow liquid pressure is changed to 0.7 Mpa and 0.2 Mpa, the spray distribution is uniform.
図5はスプレー分布の計測方向を示すもので、45a方向でも45b方向でもスプレー分布は同一であり、偏りがない。 FIG. 5 shows the measurement direction of the spray distribution. The spray distribution is the same in both the 45a direction and the 45b direction, and there is no bias.
なお、上記実施例では角度通路15を3つにした場合について説明したが、使用目的によって適宜増減しても良いことは勿論である。
In addition, although the said Example demonstrated the case where the angle channel |
本発明は、例えば金属鋳造作業において用いると好適である。金属材の鋳造設備において、複数のノズルを、隣接するノズルの放出スプレーの被覆領域が互いに部分的に重なり合うように一定の間隔で並列に並べ、冷却液が均等に被覆領域に当たるようにする。 The present invention is suitable for use in, for example, metal casting operations. In a metal casting facility, a plurality of nozzles are arranged in parallel at regular intervals so that the discharge spray coating areas of adjacent nozzles partially overlap each other so that the cooling liquid uniformly strikes the coating area.
本発明のスプレーノズルはスプレー角度が広いため、スプレーノズル個数が少なくて済むので、ノズルのメンテナンスにかかる時間を短縮することができる。また、コスト面でもコストダウンを図り得る。 Since the spray nozzle of the present invention has a wide spray angle, the number of spray nozzles can be reduced, so that the time required for nozzle maintenance can be shortened. Also, the cost can be reduced.
金属材の適切な冷却を行うためには、連続鋳造作業でスプレーされる液体の量が、金属材が鋳造される速度に比例していなければならない。そして、速度に応じてノズル圧力を変えスプレー量を変えている。本発明のスプレーノズルは圧力を変化させてスプレー量を変えてもスプレー角度は変わらないので、鋳造速度範囲が低速から高速まで広い場合でも冷却液を均等に被覆領域に当てることが可能となる。 In order for proper cooling of the metal material, the amount of liquid sprayed in the continuous casting operation must be proportional to the speed at which the metal material is cast. Then, the nozzle pressure is changed according to the speed to change the spray amount. The spray nozzle of the present invention does not change the spray angle even if the spray amount is changed by changing the pressure, so that even when the casting speed range is wide from low speed to high speed, the coolant can be uniformly applied to the coating region.
なお、用途は金属材の冷却に限らず、その他として、例えば物品の洗浄、湿潤などに用いても良い。 The application is not limited to the cooling of the metal material, but may be used for other purposes such as cleaning or wetting of the article.
1 スプレーノズル
2 ノズル本体
3 ネジ部
4 下流端側頭部外形
5 供給口
6 液体通路
7 液体放出オリフィス
8 ベーン
9 ベーン下流側外周部
10 ベーン外周部
11 環状チャンバ
12 先端面
13 渦巻きチャンバ
14 ベーン中央孔
15 角度通路
A 角度通路端
B 最下流端
C 角度通路面
a 接線
b 中線
DESCRIPTION OF
A Angle passage end B Most downstream end C Angle passage surface a Tangent line b Middle line
Claims (2)
前記角度通路(15)の下流側の位置を前記ベーン中央孔(14)の中心の中線(b)より上方位置に設定し、かつ渦巻きチャンバ(13)と環状チャンバ(11)の長さ(La)をベーン(8)の直径(Lb)以下とし、広い圧力範囲で広いスプレー角度の噴射を可能としたことを特徴とする広角スプレーノズル。 Wide angle, substantially hollow, provided with a liquid supply port (5) on the upstream side, a liquid discharge orifice (7) on the downstream side, and a vane (8) fixed inside the nozzle body (2) A full cone spray nozzle is provided, a vane central hole (14) is formed in the central portion of the vane (8), and a downstream outer peripheral portion (9) of the vane (8) is formed in a tapered shape. An annular chamber (11) is formed between the inner peripheral surface of 2) and a spiral chamber (13) is formed in front of the vane (8), and the outer periphery of the vane (8) has an angle. A wide-angle full cone spray nozzle formed with a plurality of angle passages (15),
The downstream position of the angle passage (15) is set to a position above the center line (b) of the center of the vane central hole (14), and the lengths of the spiral chamber (13) and the annular chamber (11) ( A wide-angle spray nozzle characterized in that La is set to be equal to or less than the diameter (Lb) of the vane (8), and spraying with a wide spray angle is possible in a wide pressure range.
前記角度通路(15)の一方の角度通路端(A)は前記ベーン中央孔(14)の円周の接線(a)と同一線上にあり、角度通路(15)の他方の最下流端(B)は前記ベーン中央孔(14)の中線(b)と前記接線(a)との間に位置させ、前記渦巻きチャンバ(13)と環状チャンバ(11)の長さ(La)をベーン直径(Lb)の0.8倍〜1.0倍とし、かつ角度通路(15)の流路面積を前記ベーン中央孔(14)の流路面積の1.2倍〜1.7倍の面積比としたことを特徴とする広角フルコーンスプレーノズル。 The wide-angle full cone spray nozzle according to claim 1,
One angle passage end (A) of the angle passage (15) is collinear with the circumferential tangent (a) of the vane center hole (14), and the other most downstream end (B ) Is positioned between the middle line (b) of the vane central hole (14) and the tangent line (a), and the length (La) of the spiral chamber (13) and the annular chamber (11) is set to the vane diameter ( Lb) is 0.8 times to 1.0 times, and the flow passage area of the angle passage (15) is 1.2 to 1.7 times the flow passage area of the vane central hole (14). Wide angle full cone spray nozzle characterized by
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