JP6713686B2 - nozzle - Google Patents
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Description
本発明はノズルに関し、詳しくは、粗大粒子の発生を低減できる簡単な構造でありながら、超微粒子を噴霧できる一流体ノズルに関する。 The present invention relates to a nozzle, and more particularly to a one-fluid nozzle that can spray ultrafine particles while having a simple structure that can reduce the generation of coarse particles.
流体噴射用のノズルは冷却用、洗浄用等の多用な用途で用いられている。この種のノズルにおいて液滴を微粒化する方法として、ノズル内部に設ける旋回手段で旋回流を発生させて微粒化する方法と、ノズルから直進流をノズル外面から突設する衝突ピンに衝突させて微粒化する方法がある。前者の旋回型のノズルは同圧力で同噴霧量の衝突型のノズルと比べると、ノズル内部の異物通過径が小さく目詰まりが発生しやすい。さらに、ノズル1個当たりの噴霧量を多くするために噴射孔を大きくすると、霧の粒子径も比例して大きくなってしまうため、噴射孔を大きくすることはできない。したがって、冷却に必要な総噴霧量が多い場合、ノズル個数が多くなってしまい、設備コストが上がると共に設置スペースも必要となる。一方、後者の衝突型のノズルでは、噴射孔を大きくし、噴霧量を多くしても、微細な粒子径の霧を発生させることができる。また、旋回型ノズルと比べて異物通過径も大きい。以上の点から、霧の完全蒸発が重要視されると共に、ノズルの設置スペースが限られる発電所のガスタービンの吸気冷却の用途等では後者の衝突型のノズルが好ましい。 Nozzles for fluid ejection are used for various purposes such as cooling and cleaning. As a method of atomizing droplets in this type of nozzle, a method of generating a swirling flow by a swirling means provided inside the nozzle to atomize the droplet, and a method of colliding a straight flow from the nozzle with a collision pin projecting from the outer surface of the nozzle There is a method of atomizing. The former swirl-type nozzle has a smaller foreign matter passage diameter inside the nozzle and is more likely to be clogged than a collision-type nozzle having the same pressure and the same spray amount. Furthermore, if the injection holes are made large in order to increase the amount of spray per nozzle, the particle size of the mist also increases proportionally, so the injection holes cannot be made large. Therefore, when the total amount of spray required for cooling is large, the number of nozzles is large, which increases equipment costs and requires an installation space. On the other hand, in the latter collision type nozzle, even if the injection hole is made large and the spray amount is increased, it is possible to generate a mist having a fine particle diameter. In addition, the foreign matter passage diameter is larger than that of the swirl type nozzle. From the above points, the latter impingement type nozzle is preferable for applications such as intake cooling of a gas turbine of a power plant where the complete evaporation of fog is important and the installation space of the nozzle is limited.
この種の衝突ピンと衝突させるノズルとして、例えば、米国特許7320443号公報(特許文献1)で、図6に示す衝突ピン型の一流体ノズルが提供されている。該ノズル100は、ノズル本体101の外筒110の噴射側壁110aに内筒120の先端を固定して収容し、該内筒120の中空部の一端を噴口122とすると共に該中空部の他端にテーパ状に拡がる流入口123を設けている。ノズル本体101の外筒110の先端の外面から別体のJ字状の衝突ピン130の基部130aを埋設して、他端の衝突面130bを噴口122と対向配置し、噴口122からの噴出液を衝突面130bに衝突させて微粒化して噴霧している。
As a nozzle that collides with a collision pin of this type, for example, US Pat. No. 7,320,443 (Patent Document 1) provides a collision pin type one-fluid nozzle shown in FIG. In the
また、特開平9−94487号公報(特許文献2)で図7(A)〜(C)で示すピン衝突型ノズルが提供されている。該ノズル200では中心のノズル本体210の噴射側端面211の外周部から別体のJ字状に突設したピン220の先端に設けた凹部に軸部材230を接着固定し、該軸部材230の下端は傾斜衝突面232としている。ノズル本体210の噴射側端面211の中央に設けた円錐状の噴射穴212の中央奥端に、ノズルチップ240の中央の絞り流路241を位置させている。該絞り流路241の中心線を対向する傾斜衝突面232の中心に合わせている。J字状のピン220は縦枠部(アーム部220a)を含めた全体が図7(B)に示されるように断面円形となっている。
該特許文献2のノズル200は、ノズル本体210の絞り流路241から噴射穴212に拡散させて噴射した水滴を対向する傾斜衝突面232と衝突させて霧化させている。
Further, JP-A-9-94487 (Patent Document 2) provides a pin collision type nozzle shown in FIGS. 7(A) to 7(C). In the
In the
特許文献1、2の衝突型ノズルでは、直進流を衝突ピンに衝突させて微粒化させるため、直進流の噴射孔と衝突ピンの衝突面の中心軸がずれると上手く微粒化されず、固体差が大きく出てしまうため製造が難しい。また、衝突させた霧が衝突ピンの縦枠部(アーム部)やノズル本体の噴射側端面に付着して粗大粒子が発生しやすい問題がある。特に、前記特許文献2の衝突面が傾斜している場合、中心軸がずれやすくなる。
In the collision type nozzles of
また、特許文献1、2の衝突型ノズルともノズル本体とJ字状の衝突枠は別体であり、
ノズル本体に挿入固定しているため、材料コストおよび製造コストがかかり、ノズルが高価になる問題がある。
Further, in the collision type nozzles of
Since the nozzle is inserted and fixed in the nozzle body, there is a problem that the material cost and the manufacturing cost are increased and the nozzle becomes expensive.
本発明は前記衝突型ノズルの問題に鑑みてなされたもので、衝突型のノズルにおいて、
衝突枠及びノズル本体の噴射側端面へ水滴が付着しにくくして、粗大粒子の発生を防止して、噴霧に含まれる水滴の微粒化を促進することができるノズルを提供することを課題としている。
The present invention has been made in view of the problem of the collision type nozzle, and in the collision type nozzle,
It is an object of the present invention to provide a nozzle that makes it difficult for water droplets to adhere to the collision frame and the jet side end surface of the nozzle body, prevents the generation of coarse particles, and promotes atomization of water droplets contained in spray. ..
前記課題を解決するため、本発明は、円筒型のノズル本体の噴射側壁の外面からJ字状の衝突枠を一体に設けている一流体ノズルであり、
前記ノズル本体の一端に平板状閉鎖壁からなる前記噴射側壁を備え、該噴射側壁の中心軸線に直線穴からなる噴射穴を備えると共に、該噴射側壁の平坦状内面と外周壁に囲まれた断面円形で内径が一定な直進流路を備え、該直進流路から前記噴射穴を通って液体を直進棒流として噴霧する構成とし、かつ、
前記J字状の衝突枠の縦枠部の突出側先端から前記中心軸線を横断して突出する横枠部にピン穴を設け、該ピン穴に衝突ピンを内嵌して前記噴射穴に向けて突出させ、該衝突ピンは突出側を台円錐形状に先鋭化すると共に、前記直進棒流が衝突する前記衝突ピンの先端に外周縁をエッジとする円形平坦面からなる衝突面を設け、かつ、前記衝突枠の縦枠部は前記衝突ピン側の内面を鋭角に傾斜させた断面三角形状としていることを特徴とするノズルを提供している。
In order to solve the above problems, the present invention is a one-fluid nozzle in which a J-shaped collision frame is integrally provided from the outer surface of the injection side wall of a cylindrical nozzle body,
The injection side wall formed of a flat plate-shaped closing wall is provided at one end of the nozzle body, and an injection hole formed of a straight hole is provided in the center axis of the injection side wall, and a cross section surrounded by a flat inner surface and an outer peripheral wall of the injection side wall. A straight passage having a circular shape and a constant inner diameter is provided, and the liquid is sprayed from the straight passage through the injection hole as a straight rod flow, and,
A pin hole is provided in a horizontal frame portion projecting from the protruding side tip of the vertical frame portion of the J-shaped collision frame across the central axis, and a collision pin is fitted in the pin hole to face the injection hole. The projection side, the projection side is sharpened into a truncated cone shape, and a collision surface formed of a circular flat surface having an outer peripheral edge as an edge is provided at the tip of the collision pin with which the rectilinear rod flow collides, and The vertical frame portion of the collision frame has a triangular cross section in which the inner surface on the collision pin side is inclined at an acute angle.
前記のように、衝突ピンの衝突面は、引用文献2と相違し、直進棒流の中心軸線と直交する円形平坦面であり、該衝突面の外周縁はエッジ、好ましくはR0.01以下のシャープエッジとしている。このように、衝突面の外周縁をシャープエッジとすると、衝突面と衝突した透明棒流がエッジによりすぐに剥離し、液膜が薄くなり、壁面抵抗による流速の低下がないため、微細化を促進できる。
前記衝突ピンは衝突枠の横枠部に設けたピン穴に圧入、接着、かしめ等で固定している。
As described above, the collision surface of the collision pin is a circular flat surface which is different from the
The collision pin is fixed to a pin hole provided in a lateral frame portion of the collision frame by press fitting, adhesion, caulking or the like.
さらに、衝突面及びエッジに衝突し、飛散する水滴が対向する衝突枠の縦枠部内面に付着しようとしても、該縦枠部内面は鋭角に傾斜させた三角形としているため、水滴は付着せずに両側の傾斜面に沿って外方へと流れていく。よって、縦枠部内面に水滴が付着し、付着した水滴が飛散してくる水滴と一緒に飛ばされて粗大粒子が発生するのを抑えることができる。
該衝突枠の縦枠部の断面形状は内面側を鋭角に傾斜させた三角形とし外面を円弧形状とし、断面形状を所謂涙型とすることが好ましい。この断面形状が涙型の内外方向の寸法は4〜3mm、好ましくは3mm、該内外方向と直交する前後方向の寸法は2.5〜2mmとし、前記衝突面と衝突して飛散する水滴ができるだけ付着しないようにしている。このように衝突ピンを細くしてもノズル本体と一体としているため、別体としてノズル本体に固定する場合と比較して、耐久性、耐圧性を高めることができる。
Furthermore, even if water droplets that collide with the collision surface and the edge try to adhere to the inner surface of the vertical frame portion of the opposing collision frame, since the inner surface of the vertical frame portion is a triangle inclined at an acute angle, the water droplets do not adhere. The water flows outward along the slopes on both sides. Therefore, it is possible to prevent water droplets from adhering to the inner surface of the vertical frame portion, and the adhering water droplets from being scattered together with the scattering water droplets to generate coarse particles.
It is preferable that the vertical frame portion of the collision frame has a triangular cross-section with an inner surface inclined at an acute angle, an outer surface having an arc shape, and a so-called teardrop-shaped cross section. This teardrop-shaped cross-section has an inner-outer dimension of 4 to 3 mm, preferably 3 mm, and a dimension in the front-rear direction orthogonal to the inner-outer direction of 2.5 to 2 mm. I try not to attach it. Even if the collision pin is made thin in this way, it is integrated with the nozzle body, so that durability and pressure resistance can be improved as compared with the case where the collision pin is fixed to the nozzle body separately.
衝突枠に飛散した水滴が付着しないようにするため、ノズル本体からの縦枠部の突出量(高さ)を大とし、衝突枠の横枠部に水滴が付着しにくくし、かつ、縦枠部から横枠部に屈曲する内周面をR0.5程度と小さくすることが好ましい。 In order to prevent water droplets from splashing on the collision frame, the protrusion (height) of the vertical frame from the nozzle body is increased to prevent water droplets from easily adhering to the horizontal frame of the collision frame. It is preferable to make the inner peripheral surface bent from the portion to the lateral frame portion as small as R0.5.
前記衝突枠のピン穴と前記ノズル本体の噴射穴は同軸と、前記衝突ピンの衝突面の直径を前記噴射穴の直径に対して100%〜115%の範囲とし、かつ、前記直進流路と連通する前記噴射穴の流入口の周縁にエッジを設けていることが好ましい。 The pin hole of the collision frame and the injection hole of the nozzle body are coaxial, the diameter of the collision surface of the collision pin is within a range of 100% to 115% with respect to the diameter of the injection hole, and the straight flow path is formed. It is preferable that an edge is provided at the peripheral edge of the inflow port of the communicating injection hole.
前記のように、衝突ピンの先端の円形平坦面を噴射穴と近接させると共に、その面積を略同等とし、噴射穴から直進棒流を円形平坦面に衝突させると、噴射液は100%近く衝突ピンの先端の円形平坦面と衝突し、液滴の微粒化を確実に図ることができる。
前記衝突ピンの衝突面の面積を噴射穴の断面積に対して100%〜115%の範囲とするのは、100%以下であると、液膜が厚くなり、膜状分裂後の粒子径が大きくなる、さらに、噴霧の広がりが狭くなり、吸気冷却等の冷却効率が低下することによる。
一方、115%を越えると、噴霧が180゜方向に広がり、直進性がなくなり、ノズル本体への水滴の付着が発生しやすくなる。
また、衝突ピンの衝突面と噴射穴の先端との間の寸法を0.1mm〜1.0mmの範囲とするのは、0.1mm未満であると、噴射穴と衝突ピンの衝突面の隙間がオリフィスになり、噴霧パターンが大きく変化すると共に、異物通過径も小さくなる。1.0mmを越えると、距離が離れるほど噴射穴と衝突面とのセンター合わせが困難になる。
例えば、前記噴射穴の直径0.18mmとすると、円形平坦面の直径を0.18mm〜0.2mmとしている。また、衝突用ピンの台円錐部の傾斜角度は90度以下にすることが好ましい。
As described above, when the circular flat surface at the tip of the collision pin is brought close to the injection hole and the areas thereof are made substantially equal to each other and the straight rod flow collides with the circular flat surface from the injection hole, the injection liquid collides nearly 100%. It collides with the circular flat surface at the tip of the pin, and it is possible to surely atomize the droplet.
When the area of the collision surface of the collision pin is within the range of 100% to 115% with respect to the cross-sectional area of the injection hole, the liquid film becomes thick and the particle diameter after the membranous splitting is 100% or less. This is because the spray becomes larger, the spread of the spray becomes narrower, and the cooling efficiency such as intake air cooling decreases.
On the other hand, when it exceeds 115%, the spray spreads in the direction of 180°, the straightness is lost, and water droplets easily adhere to the nozzle body.
Further, when the dimension between the collision surface of the collision pin and the tip of the injection hole is within the range of 0.1 mm to 1.0 mm, when the distance is less than 0.1 mm, the gap between the injection hole and the collision surface of the collision pin. Becomes an orifice, the spray pattern changes greatly, and the foreign particle passage diameter also decreases. If it exceeds 1.0 mm, it becomes more difficult to center the injection hole and the collision surface as the distance increases.
For example, when the diameter of the injection hole is 0.18 mm, the diameter of the circular flat surface is 0.18 mm to 0.2 mm. Further, the inclination angle of the truncated cone of the collision pin is preferably 90 degrees or less.
かつ、前記のように、直進流路と連通する前記噴射穴の周縁はアールを設けずにエッジとし、かつ、該噴射穴の直径に対して前記直進流路の直径は4倍以上とすることが好ましい。
前記のように、噴射穴の流入口周縁をエッジとすることで、直進流路から噴射穴に流れ込む水流を噴射穴の内周面から剥離しながら噴射穴に流入し、噴射穴の内周面との接触摩擦をなくして水流の外面に乱れを発生させないようにして、透明棒流を生成している。さらに、衝突面をシャープエッジとすることで、透明棒流が衝突面に衝突した後、エッジですぐに剥離し、液膜が薄くなり、壁面抵抗による流速の低下がないため、微細化を促進できる。
In addition, as described above, the peripheral edge of the injection hole communicating with the straight flow passage is an edge without a radius, and the diameter of the straight flow passage is four times or more the diameter of the injection hole. Is preferred.
As described above, the edge of the inlet of the injection hole is used as an edge, so that the water flow flowing from the straight flow path into the injection hole flows into the injection hole while separating from the inner peripheral surface of the injection hole. The transparent rod flow is generated by eliminating the contact friction with the water flow so as not to generate turbulence on the outer surface. Furthermore, by making the collision surface a sharp edge, after the transparent rod flow collides with the collision surface, it immediately separates at the edge, the liquid film becomes thin, and there is no decrease in flow velocity due to wall surface resistance, so miniaturization is promoted. it can.
前記一体のノズル本体と衝突枠はステンレス、衝突ピンはセラミックとすることが好ましい。なお、ノズル本体および衝突枠は他の金属やセラミックでもよいし、衝突ピンはステンレス、ルビー、サファイア等の超硬材料でもよい。 It is preferable that the integral nozzle body and the collision frame are made of stainless steel, and the collision pin is made of ceramic. The nozzle body and the collision frame may be made of another metal or ceramic, and the collision pin may be made of a super hard material such as stainless steel, ruby, sapphire.
本発明のノズルは、前記のように、ステンレスを精密鋳造して円筒状のノズル本体と衝突枠とを連続して加工し、ノズルの強度および耐圧性を増強して、高圧噴霧用のノズルとしている。則ち、本発明のノズルでは、ノズル本体の噴射側壁の外端面からJ字状の衝突枠の縦枠部を突出して、衝突ピンを突出させる横枠部を片持ち支持する形状としているが、該衝突枠はノズル本体と連続したステンレスで形成していると共に、衝突ピン自体も強度を有するセラミックで形成しているため、高圧の直進棒流が衝突しても、衝突枠および衝突ピンは安定姿勢を保持する耐圧性を備えている。
微粒化性能の向上や噴霧量の増加を目的として、噴霧圧力を10MPa以上の高圧で使用することがある。この場合、衝突ピンと噴射穴の摩耗が問題になる。衝突ピンの方が噴射穴より摩耗しやすく、耐摩耗性に優れた材料が好ましいが、ルビー等は加工が難しい問題があるが、セラミックは耐摩耗性に優れると共に加工がしやすく、低コストで製造できる。
As described above, the nozzle of the present invention is produced by precision casting stainless steel to continuously process a cylindrical nozzle body and a collision frame, enhance the strength and pressure resistance of the nozzle, and use it as a nozzle for high-pressure spraying. There is. That is, in the nozzle of the present invention, the vertical frame portion of the J-shaped collision frame is projected from the outer end surface of the ejection side wall of the nozzle body, and the lateral frame portion for projecting the collision pin is cantilevered. The collision frame is made of stainless steel that is continuous with the nozzle body, and the collision pin itself is also made of strong ceramic, so the collision frame and the collision pin are stable even when a high-pressure straight rod flow collides. It has pressure resistance to hold the posture.
For the purpose of improving atomization performance and increasing the amount of spray, the spray pressure may be used at a high pressure of 10 MPa or more. In this case, wear of the collision pin and the injection hole becomes a problem. The collision pin is more likely to wear than the injection hole, and a material with excellent wear resistance is preferable, but ruby etc. has a problem that it is difficult to process, but ceramic is excellent in wear resistance and easy to process, and it is low cost. Can be manufactured.
また、前記ステンレス製の衝突枠の表面を研磨して平滑面とすると共に、前記ノズル本体の噴射側壁の内面を研磨して前記直進流路の閉鎖面を平滑面とし、かつ、前記噴射穴の流入口周縁をシャープエッジとしている。
前記のように衝突枠の表面を平滑面とすると、衝突ピンに衝突して飛散する水滴が衝突枠に付着しにくくなると共に、ノズル本体内で直進流路の閉鎖面に衝突する水滴を付着しにくくすることができる。
Further, the surface of the collision frame made of stainless steel is polished to be a smooth surface, and the inner surface of the injection side wall of the nozzle body is polished to make the closed surface of the straight flow passage a smooth surface, and The edge of the inlet is a sharp edge.
If the surface of the collision frame is made smooth as described above, water droplets that collide with the collision pins and scatter are less likely to adhere to the collision frame, and also water droplets that collide with the closed surface of the straight flow passage in the nozzle body. Can be hardened.
また、本発明のノズルは、供給する液体圧を5.0〜13MPa、噴霧する液体の平均粒子径を20μm以下としていることが好ましい。
前記液体圧は好ましくは6〜13MPaの高圧とし、衝突ピンへの衝突圧を高くして、平均粒子径を17μm以下と更に微粒化することが好ましい。
Further, in the nozzle of the present invention, it is preferable that the liquid pressure to be supplied is 5.0 to 13 MPa and the average particle diameter of the liquid to be sprayed is 20 μm or less.
The liquid pressure is preferably set to a high pressure of 6 to 13 MPa, and the collision pressure on the collision pin is increased to further reduce the average particle diameter to 17 μm or less.
前記ノズル本体の筒部の他端はストレーナ挿入用の開口とし、多孔質材からなるストレーナーの前部を前記筒部に内嵌し、該ストレーナの後部を連結する液供給管内に突出させるものとし、該後部の外周面を複数の円弧部を連続させた花弁形状とすると共に、該ストレーナの中心軸線に沿って前端開口の直進液通路を設け、該直進液通路の前端から前記噴射穴に液体を導入する構成としていることが好ましい。 The other end of the cylindrical portion of the nozzle body is an opening for inserting a strainer, the front portion of the strainer made of a porous material is fitted into the cylindrical portion, and is projected into the liquid supply pipe connecting the rear portion of the strainer. The outer peripheral surface of the rear portion is formed into a petal shape in which a plurality of arc portions are continuous, and a straight liquid passage of a front end opening is provided along the central axis of the strainer, and a liquid is introduced from the front end of the straight liquid passage to the injection hole. Is preferably introduced.
多孔質材からなる前記ストレーナは三次元状に連続する空孔を備え、空孔率は40〜80%の範囲としている。
このように、ノズルの流入側にストレーナーを組みつけ、液体中の異物がノズル本体の噴射穴に流入する前にストレーナーで捕捉して除去すると、噴射穴が異物により目詰まりするのを確実に防止できる。
The strainer made of a porous material has three-dimensionally continuous pores, and the porosity is in the range of 40 to 80%.
In this way, if a strainer is installed on the inflow side of the nozzle and foreign matter in the liquid is captured and removed by the strainer before flowing into the injection hole of the nozzle body, it is possible to reliably prevent the injection hole from being clogged with foreign matter. it can.
本発明のノズルは、噴霧する液滴の平均粒子径を20μm以下であることより、吸気冷却用として好適に用いることができる。 The nozzle of the present invention can be suitably used for cooling intake air because the average particle diameter of the sprayed droplets is 20 μm or less.
前述したように、本発明のノズルは、ノズル本体の噴射穴から噴射する直進棒流が衝突する衝突ピンの外周縁をシャープなエッジとしているため、衝突面に衝突した直進棒流がエッジによりすぐに剥離し、液膜が薄くなり、壁面抵抗による流速の低下がないため、微細化を促進できる。かつ、衝突ピンの衝突面及びエッジに衝突して飛散する水滴が対向する衝突枠の縦枠部内面に付着しようとしても、該縦枠部内面は鋭角に傾斜させた三角形としているため、水滴は付着せずに両側の傾斜面に沿って外方へと流れていく。よって、縦枠部内面に水滴が付着し、付着した水滴が飛散してくる水滴と一緒に飛ばされて粗大粒子が発生するのを抑えることができる。よって、噴霧の微粒化を促進できると共に粗大粒子の発生を抑制できる
さらに、ノズル本体および該ノズル本体から突出するJ字状の衝突枠を一体で設けているため、強度および耐圧性が優れ、高圧噴霧用のノズルとなる。かつ、一流体ノズルであるため、コンプレッサーが不要であると共に配管を簡素化できる。さらに、一流体ノズルでありながら、平均粒径が20μm以下の超微粒子を噴霧することができ、対象物を水滴で濡らすことなく冷却を行え、例えば、吸気冷却用のノズルとして好適に用いられる。
As described above, in the nozzle of the present invention, since the outer peripheral edge of the collision pin with which the straight rod flow injected from the injection hole of the nozzle main body collides has a sharp edge, the straight rod flow colliding with the collision surface is immediately moved to the edge. The liquid film becomes thinner and the liquid film becomes thinner, and there is no reduction in the flow velocity due to wall surface resistance, so miniaturization can be promoted. Moreover, even if water droplets that collide with and collide with the collision surface and the edge of the collision pin try to adhere to the inner surface of the vertical frame portion of the opposing collision frame, the inner surface of the vertical frame portion is a triangle inclined at an acute angle. It flows outward along the slopes on both sides without adhering. Therefore, it is possible to prevent water droplets from adhering to the inner surface of the vertical frame portion, and the adhering water droplets from being scattered together with the scattering water droplets to generate coarse particles. Therefore, atomization of spray can be promoted and generation of coarse particles can be suppressed. Further, since the nozzle main body and the J-shaped collision frame projecting from the nozzle main body are integrally provided, the strength and pressure resistance are excellent, and the high pressure is high. It becomes a nozzle for spraying. Moreover, since it is a one-fluid nozzle, no compressor is required and the piping can be simplified. Further, although it is a one-fluid nozzle, it can spray ultrafine particles having an average particle diameter of 20 μm or less, and can cool an object without wetting it with water droplets, and is suitably used as a nozzle for cooling intake air, for example.
以下、本発明のノズルの実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1乃至図5に示す実施形態のストレーナ付きのノズル1は、ステンレス製の一流体ノズルからなり、該ノズル1に樹脂製の多孔質材からなるストレーナ30を螺合して組みつけ、該ストレーナ30を組みつけた状態で、全長L1を20〜30mmとしている小型軽量なノズルとしている。
Hereinafter, embodiments of a nozzle of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The strainer-equipped
ノズル1は、図1(B)に示すように、単純な筒状としたノズル本体2の一端閉鎖壁からなる噴射側壁2aの外面よりJ字状の衝突枠3を突設している。該ノズル本体2と衝突枠3はステンレスを精密鋳造して一体に形成した一流体ノズルである。衝突枠3にセラミック製の衝突ピン4を押し込み固定して突設している。
As shown in FIG. 1(B), the
ノズル本体2の一端に平板状閉鎖壁からなる前記噴射側壁2aを備え、該噴射側壁2aの中心軸線Poに直線穴からなる噴射穴10を備えると共に、該噴射側壁2aの平坦状内面2bと外周壁2cに囲まれた断面円形で内径が一定な直進流路11を備えている。前記平坦状内面2bに開口する噴射穴10の流入口10aの周縁10eはシャープエッジとしている。
The
前記噴射穴10の流入口10aを直進流路11に連通し、該直進流路11から噴射穴10を通して液体を直進棒流として噴射するようにしている。該噴射穴10の直径は0.1〜1.0mm(本実施形態では0.18mm)、噴射穴10の長さを本実施形態では1mmとし、噴射穴10より液体が確実に直線棒流となって噴射されるようにしている。直進流路11の直径はφ0.4〜4.4mmとし、噴射穴10の4倍としている。
The
前記J字状の衝突枠3は噴射側壁2aの先端面から突出する縦枠部3aと、該縦枠部3aの先端から中心軸線Poを横断して突出する横枠部3bを備えた形状である。横枠部3bの中心軸線Poの位置にピン穴3hを設け、該ピン穴3hに衝突ピン4を内嵌固定して噴射穴10に向けて突出させている。
The J-shaped
前記ピン穴3hは噴射穴10に向かって縮径するテーパ穴とする一方、衝突ピン4は先端の衝突側に向けて縮径すると共に、先端部4aを急傾斜角度の台円錐状とし、その先端に円形平坦面からなる衝突面5を設けている。円形の衝突面5の外周縁のアールR1を0.01以下のシャープなエッジとしている。
The
衝突ピン4の先端の衝突面5の直径を対向する噴射穴10の直径に対して100%〜115%の範囲とすると共に、衝突面5と噴射穴10の先端との間の寸法L3を0.1mm〜1.0mmの範囲としている。本実施形態では噴射穴10の中心軸と縦枠部3aの内面との間の寸法L4を3.5mm、前記寸法L3を0.6mmとしている。
The diameter of the
衝突枠3の縦枠部3aは衝突ピン4と対向する内面を鋭角に傾斜させた断面三角形状、反対側の外面を円弧状とし、所謂、涙型の断面形状としている。内面側の鋭角の頂点のアールR2を0.2以下とし、反対側の円弧はアールR3を約1としている。また、図3に示すように、縦枠部3aの左右幅S1は約3mm、直交方向の前後幅S2は約2mmとし、衝突した水滴ができるだけ付着しない形状としている。
かつ、該縦枠部3aの突出量(高さL2)は衝突面5と衝突した水滴が横枠部3bへ付着しにくい3mm以上の高さとしている。本実施形態では、前記L3を0.6mm、L4を3.5mm、前記L2を4.2mmとしている。また、縦枠部3aから横枠部3bに屈曲する内周部のアールR4を0.5として小さくし、この屈曲部の内周面に水滴が付着しにくくしている。
The
Further, the protrusion amount (height L2) of the
図1(A)(B)に示すように、筒状のノズル本体2は、噴射側の前部2fを大径とし、後部2gを小径とし、前部2fの大径部の外周面を6角形とすると共に各辺の境界部に円弧部を設けている。小径の後部2gの外周面にネジ2dを設けている。筒状のノズル本体2の中空部は同一内径の直線流路11とし、後端は開口2sとし、ストレーナ30の前部30aを内嵌している。ノズル本体2の中空部からなる断面円形の直進流路11の前端を噴射側壁2aの平坦状内面2eで閉鎖している。閉鎖面となる平坦状内面2eの中心に前記噴射穴10の流入口10aが位置している。この閉鎖面となる平坦状内面2eを研磨して、直進流路11から噴射穴10に流れこむ水の切れを良くし、かつ、噴射穴の流入口10aの周縁をシャープエッジ10eとしている。これにより、直進流路11から噴射穴10に流れ込む水流を噴射穴10の内周面から剥離しながら噴射穴に流入し、噴射穴10の内周面との接触摩擦をなくして水流の外面に乱れを発生させないようにして、透明棒流を生成している。
As shown in FIGS. 1(A) and 1(B), in a
前記ノズル1では、供給する液体圧を5.0〜13MPa、好ましくは6〜13MPaとし、噴霧流量を液体圧が6MPaの時、6〜16L/hr、噴霧する液体の平均粒子径を20μm以下、好ましくは17μm以下としている。
In the
図1および図4に示すように、ノズル本体2の直進流路11の後端の開口2sから円筒状のストレーナ30の前部30aを内嵌して組みつけている。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
ストレーナ30は図4(C)に示すように三次元状に連続する空孔35を備えた樹脂材からなり、空孔率は40〜80%としている。該ストレーナ30は前部30aと後部30bとが連続し、前部30aの前端から後部30bの中間部まで中心穴からなる液通路33を設けている。該液通路33は直進流路11に開口し、該直進流路11から噴射穴10へと流通させる構成としている。
かつ、ストレーナ30の後部30bの外周面は図4(B)に示すように4つの円弧部32を突出して花弁形状とし、表面積を増大させてストレーナ30の吸液量を多くしている。
The
In addition, as shown in FIG. 4B, the outer peripheral surface of the
図5に示すように、ストレーナ30を取り付けたノズル1はノズル本体2のネジ2dを液供給管40に設けたネジ穴40hに螺合して取り付け、ストレーナ30の後部30bを液供給管40内に突出している。液供給管40内に突出するストレーナ30の後部30bの外周面を花弁形状としていることにより、液供給管40内を流通する液体Qを吸収する面積を増大している。
As shown in FIG. 5, the
前記実施形態のストレーナ30を付設したノズル1では、液供給管40から供給される液体Qがストレーナ30を通して導入され、該ストレーナ30で液体Qに混入する異物が捕捉される。ストレーナ30を通った液はノズル1のノズル本体2内の直進流路11を通って噴射穴10に流入し、細穴とした噴射穴10より図2(B)に示すように直進棒流Qsとなって噴射され、対向位置の衝突ピン4の先端の衝突面5に衝突する。
In the
其の際、噴射穴10は直径を0.1〜1.0mm(本実施形態では0.18mm)と微小としているため、該噴射穴10を通る液体の圧力が増強し、噴射圧を高めて直進棒流Qsが噴射され、衝突面5に衝突する。該衝突面5を噴射穴10と同一直線上に近接配置すると共に同等な面積としているため、噴射穴10から噴射される直進棒流の全量が衝突面5に衝突し、全液滴が微小化されて、外方へ飛散する。
前記のように、衝突ピンに高圧とした直進棒流を衝突させることで、平均粒子径17μm以下で噴霧することが出来る。
At that time, since the diameter of the
As described above, by colliding the high-pressure straight rod flow with the collision pin, it is possible to spray with an average particle diameter of 17 μm or less.
前記衝突型の一流体のノズル1は、特に、衝突ピン4の衝突面5の周縁をシャープエッジとしているため、衝突する水滴の切れが良くなり、粗大粒子の発生を抑制できる。かつ、衝突面5に衝突した水滴が衝突枠3側に飛散しても、衝突枠3の縦枠部3aを断面涙型として衝突ピン側を鋭角としているため、水滴が付着しにくく、この点からも粗大粒子の発生を抑制でき、噴霧の微粒化を図ることができる。
かつ、ストレーナを通してノズル1に水を流入するため、水中の異物を予め除去でき、ノズル1の噴射穴10が細孔であっても目詰まりの発生を予防できる。
上記の点から、前記ストレーナ付きのノズルは、発電所のガスタービンの吸気冷却用ノズルとして好適に用いられる。
Since the collision type one-
Moreover, since water flows into the
From the above points, the nozzle with a strainer is preferably used as an intake air cooling nozzle of a gas turbine of a power plant.
1 ノズル
2 ノズル本体
3 衝突枠
3a 縦枠部
3b 横枠部
3h ピン穴
4 衝突ピン
5 衝突面
10 噴射穴
10e エッジ
11 直進流路
30 ストレーナ
Q 液体
Qs 直進棒流
1
Claims (3)
前記ノズル本体の一端に平板状閉鎖壁からなる前記噴射側壁を備え、該噴射側壁の中心軸線に直線穴からなる噴射穴を備えると共に、該噴射側壁の平坦状内面と外周壁に囲まれた断面円形で内径が一定な直進流路を備え、該直進流路から前記噴射穴を通って液体を直進棒流として噴霧する構成とし、かつ、
前記J字状の衝突枠の縦枠部の突出側先端から前記中心軸線を横断して突出する横枠部にピン穴を設け、該ピン穴に衝突ピンを内嵌して前記噴射穴に向けて突出させ、該衝突ピンは突出側を台円錐形状に先鋭化すると共に、前記直進棒流が衝突する前記衝突ピンの先端に外周縁をエッジとする円形平坦面からなる衝突面を設け、かつ、前記衝突枠の縦枠部は前記衝突ピン側の内面を鋭角に傾斜させた断面三角形状としていることを特徴とするノズル。 A one-fluid nozzle in which a J-shaped collision frame is integrally provided from the outer surface of the injection side wall of the cylindrical nozzle body,
The injection side wall formed of a flat plate-shaped closing wall is provided at one end of the nozzle body, and an injection hole formed of a straight hole is provided in the center axis of the injection side wall, and a cross section surrounded by a flat inner surface and an outer peripheral wall of the injection side wall. A straight passage having a circular shape and a constant inner diameter is provided, and the liquid is sprayed from the straight passage through the injection hole as a straight rod flow, and,
A pin hole is provided in a horizontal frame portion projecting from the protruding side tip of the vertical frame portion of the J-shaped collision frame across the central axis, and a collision pin is fitted in the pin hole to face the injection hole. The projection side, the projection side is sharpened into a truncated cone shape, and a collision surface formed of a circular flat surface having an outer peripheral edge as an edge is provided at the tip of the collision pin with which the rectilinear rod flow collides, and The nozzle is characterized in that the vertical frame portion of the collision frame has a triangular cross section in which the inner surface on the collision pin side is inclined at an acute angle.
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