專利名稱：氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴的制作方法
技術領域：
本發明涉及適用于煙塵凈化、脫硫脫硝、氣體降溫、噴涂和消防等領域的氣液兩相流霧化噴嘴，尤其是指一種氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴。
背景技術：
霧化噴嘴有兩種單液體霧化噴嘴和氣液兩相霧化噴嘴。單液體霧化噴嘴的霧化機理主要是絲狀分裂，液體以很高的速度從噴孔射出，在表面張力和液體與外界靜止空氣間的摩擦力作用下，液柱變成蛇狀振動的液絲，然后斷裂成霧。單液體霧化噴嘴的霧化效果較差，如果要產生平均直徑小于100微米的霧滴，必須采用小噴孔、高液壓，這種結構的單液體霧化噴嘴存在的問題是孔口易堵塞，霧化質量差。氣液兩相霧化噴嘴主要是采用壓縮空氣沖擊液流提高霧化質量，大幅度降低液壓。由于氣液兩相霧化噴嘴比單液體霧化噴嘴有更好的霧化性能，因此，氣液兩相霧化噴嘴得到越來越廣泛的使用。氣液兩相霧化噴嘴的霧化機理主要是膜狀分裂，當氣液混合流以相當高的速度從壓力式噴嘴噴出時，能形成液包氣的薄膜狀霧滴群，氣體膨脹使液膜破裂成霧，增大氣壓，降低液量可進一步提高霧化效果。氣液兩相霧化噴嘴有兩種型式引射型和氣液碰撞型。引射型噴嘴所需的液壓極低，可以是常壓(環境大氣壓)，僅靠高速氣流在文丘里管喉部產生的負壓就可能將液體吸入文丘里管中，使氣液混合形成霧滴。引射型噴嘴存在的主要問題是霧化質量不穩定，原因有兩種—是液體不能吸入引射型噴嘴導致不能形成液霧根據氣體射流的擴散規律，當喉嘴距過大時，氣體射流截面積在進入喉管之前已擴散到大于喉管面積，喉管對射流成為單純的阻力，從而使噴射器無法抽吸液體不能形成液霧。另外，引射流氣體噴射存在氣流速度下限。如果噴口氣速低于下限，所產生的負壓不夠，液體無法吸入噴頭，不能形成液霧(參見吳偉烽，馮全科，向清江，呂俊賢。氣-液噴射器內兩相流流型分析。核動力工程。2007，28 (6)，34-37)。二是混合室中的回流作用導致無法正常噴霧在氣體噴口和文氏管之間是氣液混合室，氣體噴口產生的高速射流區外側是回流區，回流區隨著背壓的升高不斷向混合室入口處移動，當背壓超過一定程度時，入口處將出現嚴重的回流現象，導致引射型噴嘴工作終止(參見王厚慶，沈超，王曉娟，陳炳錄，張鶴飛。氣液兩相流引射器的數值仿真及實驗研究。石油機械。2005，33 (9)，21-23)。氣液碰撞型噴嘴主要靠高速氣液間的相互碰撞產生霧化，氣液碰撞型噴嘴有較好的霧化穩定性，但也有不足之處I、液相噴口易堵塞。由于氣液碰撞型噴嘴是靠高速氣液間的相互碰撞產生霧化，因此就要求液相噴口的直徑很小(通常小于1mm)，使噴液成為很細的液柱，這樣才容易在高速氣流的沖擊下破碎成霧(參見楊立軍，王維。兩相流乳化型細水霧噴嘴霧化特性研究，北京航空航天大學學報，2002，28 (4)，413-416)。如果液體有雜質(如濕法脫硫噴堿液有固體、顆粒，噴油霧有油垢等)，細噴口極易堵塞。2、氣液兩相霧化作用沒有得到充分發揮。碰撞型噴嘴僅有高速氣液間的相互碰撞作用，沒有利用氣液兩相流之間的剪切力。3、氣液碰撞型噴嘴所需液壓高于引射型噴嘴。為了克服引射型噴嘴霧化質量不穩定的問題，同時有效發揮氣液碰撞型噴嘴的霧化潛力，中國發明專利ZL 2009 I 0063156. 3，公開了一種采用下旋壓縮氣流，并利用高速氣流對液柱的沖擊作用，結合高速旋轉氣流對液柱的剪切作用，從而使液柱更易破碎形成液霧。盡管兩相旋流大口徑細霧噴嘴極大地改善了霧化效果，但仍有存在以缺陷I、所需的液壓較高(通常大于0. 2MPa)。 2、由于在氣流和液體接觸面上的壓力不等，導致噴嘴末端的各個噴孔噴出的液量不等。3、對于所有多孔噴嘴，無論是多孔單液體霧化噴嘴還是多孔氣液兩相霧化噴嘴，兩股霧化射流之間總存在噴霧分布不均的現象，該問題到目前為止還沒有得到很好地解決。
發明內容
本發明的目的就是要克服上述技術缺陷，提供一種霧化分布均勻性好、結構簡單且不會發生堵塞的氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴。為實現上述目的，本發明所設計的氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴，包括噴嘴殼體，所述噴嘴殼體上設置有進液管和進氣管，還包括由文丘里回轉體和螺旋槽式內芯構成的文丘里噴射器，所述文丘里回轉體嵌置固定在噴嘴殼體的內腔中，所述螺旋槽式內芯插入固定在文丘里回轉體的中間空腔中；所述文丘里回轉體上設置有環狀均壓室，所述環狀均壓室與進液管相連通，所述環狀均壓室的內側開設有出液環縫；所述螺旋槽式內芯和文丘里回轉體之間由內至外依次形成文丘里噴射器的環狀漸縮段、環狀喉管段和環狀漸擴段，所述環狀漸縮段與進氣管相通，所述環狀喉管段與出液環縫相通，所述環狀漸擴段與外界相通。上述技術方案中，所述環狀均壓室由文丘里回轉體上的環形凹槽與噴嘴殼體的圓筒內壁圍合而成。上述技術方案中，所述螺旋槽式內芯包括內側圓錐段、中間螺柱段和外側錐臺段；所述文丘里回轉體包括內側倒錐筒段、中間圓筒段和外側錐筒段；所述內側圓錐段與內側倒錐筒段之間形成環狀漸縮段，所述中間螺柱段與中間圓筒段之間形成環狀喉管段，所述外側錐臺段與外側錐筒段之間形成環狀漸擴段。上述技術方案中，所述噴嘴殼體由錐筒段殼體和圓筒段殼體組合而成，所述進氣管設置在錐筒段殼體的頂端上，所述文丘里回轉體嵌置固定在圓筒段殼體的內腔中，所述進液管設置在圓筒段殼體的側壁上。上述技術方案中，所述螺旋槽式內芯的軸心線與進氣管的軸心線重合、與進液管的軸心線垂直，且三者的軸心線位于同一平面內。本發明采用上述技術方案，具有以下顯著技術進步和有益效果I、將文丘里引射霧化作用與流體動力旋切霧化作用相結合，一方面，利用引射型噴嘴的高速氣流負壓吸液作用，有效降低了供液壓力，利用高速氣流在文丘里噴射器中的負壓引射作用，將環狀均壓室中的液體通過進液環縫吸入到螺旋溝槽中，使液流與高速氣流混合霧化，因此所需的液壓為常壓或低壓，具有節能功效；另一方面，利用氣液旋流噴嘴的沖擊旋切作用，使液體的霧化更加充分，產生的霧粒徑更小。2、本發明的進液管與環狀均壓室相通，環狀均壓室為大斷面環狀腔體，因環狀均壓室的斷面積遠遠大于進液環縫的斷面積，所以在環縫進口處的整個氣液圓周接觸面上壓力相等，使液體從進液環縫流入每個螺旋溝槽中的流量相同，根據壓平衡原理，環狀均壓室和進液環縫之間的整個環形圓周氣液接觸面上的壓力處處相等，有效解決了進液壓力不平衡問題，提高了噴霧均勻性。3、文丘里噴射器的喉管段采用螺旋溝槽設計，利用氣流在溝槽中的高速旋切霧化作用，將液流剪切破碎，使液體霧化，霧化效果好。4、本發明的液霧是從文丘里噴射器末端的環狀漸擴喇叭口噴出，喇叭口的通道很 寬，有效避免了堵塞的現象，并且噴出的液霧形態呈旋轉傘狀，提高了整個360°角范圍內的霧化均勻性。5、本發明噴嘴組成的部件中，噴嘴殼體、文丘里回轉體和螺旋槽式內芯均為回旋環狀結構，加工制作簡單，安裝方便。
圖I為一種氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴的剖視結構圖；圖2為圖I的A-A向視圖；圖3為圖I中螺旋槽式內芯的結構示意圖；圖中，進液管I ;環狀均壓室2 ;進液環縫3 ;進氣管4 ;噴嘴殼體5(其中圓錐段殼體5. I、圓柱段殼體5. 2);環狀漸縮段6 ;環狀喉管段7 ;環狀漸擴段8 ;螺旋槽式內芯9 (其中內側圓錐段9. I、中間螺柱段9. 2、外側錐臺段9. 3);文丘里回轉體10 (其中內側倒錐筒段10. I、中間圓筒段10. 2、外側錐筒段10. 3)。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明圖中所示的氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴，包括噴嘴殼體5，噴嘴殼體5上設置有進液管I和進氣管4，還包括由文丘里回轉體10和螺旋槽式內芯9構成的文丘里噴射器，文丘里回轉體10嵌置固定在噴嘴殼體5的內腔中，螺旋槽式內芯9插入固定在文丘里回轉體10的中間空腔中；文丘里回轉體10上設置有環狀均壓室2，環狀均壓室2與進液管I相連通，環狀均壓室2的內側開設有出液環縫3 ;螺旋槽式內芯9和文丘里回轉體10之間由內至外依次形成文丘里噴射器的環狀漸縮段6、環狀喉管段7和環狀漸擴段8，環狀漸縮段6與進氣管4相通，環狀喉管段7與出液環縫3相通，環狀漸擴段8與外界相通。具體地，環狀均壓室2由文丘里回轉體10上的環形凹槽與噴嘴殼體5的圓筒內壁圍合而成。螺旋槽式內芯9包括內側圓錐段9. I、中間螺柱段9. 2和外側錐臺段9.3 ;與螺旋槽式內芯9的三段結構相對應，文丘里回轉體10也設有三段結構，包括內側倒錐筒段10. I、中間圓筒段10. 2和外側錐筒段10. 3。內側圓錐段9. I與內側倒錐筒段10. I之間形成環狀漸縮段6，中間螺柱段9. 2與中間圓筒段10. 2之間形成環狀喉管段7，外側錐臺段9. 3與外側錐筒段10. 3之間形成環狀漸擴段8。中間螺柱段9. 2的外表面上分布有螺旋溝槽，螺旋溝槽與環狀均壓室2之間通過進液環縫3相通，螺旋溝槽和文丘里回轉體10之間為靜配合，具體地，螺旋溝槽與文丘里回轉體10的內壁點焊，結構更加穩定。本實施例中，螺旋槽式內芯9的軸心線與進氣管4的軸心線重合、與進液管I的軸心線垂直，且三者的軸心線位于同一平面內，這樣不僅使得氣流和液流較為通暢，而且便于機械加工。本實施例中，噴嘴殼體5由錐筒段殼體5. I和圓筒段殼體5. 2組合而成，進氣管4焊接在錐筒段殼體5. I的頂端上，文丘里回轉體10嵌置固定在圓筒段殼體5. 2的內腔中，進液管I焊接在圓筒段殼體5. 2的側壁上。本發明的工作原理為進液管I通過塑料管與常壓水源連通，進氣管4通過塑料管與0. 2MPa-0. 4MPa的壓縮氣流供氣裝置相連通。水通過進液管I流入環狀均壓室2，當壓縮氣流沿進氣管4進入文丘里噴管環狀漸縮段6，氣流逐漸加速，當氣流進入環狀喉管段7時流速達到最大，氣流沿螺旋槽式內芯9圓周上的螺旋溝槽高速流動。高速氣流所產生的高負壓將環狀均壓室2中的液體沿進液環縫3均勻吸入到螺旋溝槽中，當高速氣流與液流在螺旋溝槽中相遇時，高速氣流對液流產生強烈的沖擊和旋切作用，將液流破碎霧化，形成氣液混合流。隨后，氣液混合流沿螺旋溝槽流入到環狀漸擴段8 (即喇叭口)，氣液混合流在環狀漸擴段8中進一步膨脹霧化。最后，液霧從環狀漸擴段8噴出，形成廣角均勻分布的細霧。權利要求
1.一種氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴，包括噴嘴殼體(5)，所述噴嘴殼體(5)上設置有進液管(I)和進氣管(4)，其特征在于 還包括由文丘里回轉體(10)和螺旋槽式內芯(9)構成的文丘里噴射器，所述文丘里回轉體(10)嵌置固定在噴嘴殼體(5)的內腔中，所述螺旋槽式內芯(9)插入固定在文丘里回轉體(10)的中間空腔中； 所述文丘里回轉體(10 )上設置有環狀均壓室(2 )，所述環狀均壓室(2 )與進液管(I)相連通，所述環狀均壓室(2)的內側開設有出液環縫(3)； 所述螺旋槽式內芯(9)和文丘里回轉體(10)之間由內至外依次形成文丘里噴射器的環狀漸縮段(6)、環狀喉管段(7)和環狀漸擴段(8)，所述環狀漸縮段(6)與進氣管(4)相通，所述環狀喉管段(7)與出液環縫(3)相通，所述環狀漸擴段(8)與外界相通。
2.根據權利要求I所述的氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴，其特征在于所述環狀均壓室(2)由文丘里回轉體(10)上的環形凹槽與噴嘴殼體(5)的圓筒內壁圍合而成。
3.根據權利要求I或2所述的氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴，其特征在于所述螺旋槽式內芯(9)包括內側圓錐段(9. I)、中間螺柱段(9. 2)和外側錐臺段(9. 3);所述文丘里回轉體(10)包括內側倒錐筒段(10. I)、中間圓筒段(10. 2)和外側錐筒段(10. 3);所述內側圓錐段(9. I)與內側倒錐筒段(10. I)之間形成環狀漸縮段(6)，所述中間螺柱段(9. 2)與中間圓筒段(10. 2)之間形成環狀喉管段(7)，所述外側錐臺段(9. 3)與外側錐筒段(10. 3)之間形成環狀漸擴段(8)。
4.根據權利要求I或2所述的氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴，其特征在于所述噴嘴殼體(5 )由錐筒段殼體(5. I)和圓筒段殼體(5.2)組合而成，所述進氣管(4 )設置在錐筒段殼體(5. I)的頂端上，所述文丘里回轉體(10)嵌置固定在圓筒段殼體(5. 2)的內腔中，所述進液管(I)設置在圓筒段殼體(5. 2)的側壁上。
5.根據權利要求3所述的氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴，其特征在于所述噴嘴殼體(5 )由錐筒段殼體(5. I)和圓筒段殼體(5. 2 )組合而成，所述進氣管(4 )設置在錐筒段殼體(5. I)的頂端上，所述文丘里回轉體(10)嵌置固定在圓筒段殼體(5. 2)的內腔中，所述進液管(I)設置在圓筒段殼體(5. 2 )的側壁上。
6.根據權利要求I或2所述的氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴，其特征在于所述螺旋槽式內芯(9)的軸心線與進氣管(4)的軸心線重合、與進液管(I)的軸心線垂直，且三者的軸心線位于同一平面內。
7.根據權利要求3所述的氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴，其特征在于所述螺旋槽式內芯(9)的軸心線與進氣管(4)的軸心線重合、與進液管(I)的軸心線垂直,且三者的軸心線位于同一平面內。
8.根據權利要求4所述的氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴，其特征在于所述螺旋槽式內芯(9)的軸心線與進氣管(4)的軸心線重合、與進液管(I)的軸心線垂直,且三者的軸心線位于同一平面內。
9.根據權利要求5所述的氣液兩相壓平衡廣角均布細霧噴嘴，其特征在于所述螺旋槽式內芯(9)的軸心線與進氣管(4)的軸心線重合、與進液管(I)的軸心線垂直,且三者的軸心線位于同一平面內。
全文摘要
本發明公開了一種氣液兩相流壓平衡廣角均布細霧噴嘴，包括噴嘴殼體，所述噴嘴殼體上設置有進液管和進氣管，還包括由文丘里回轉體和螺旋槽式內芯構成的文丘里噴射器，所述文丘里回轉體嵌置固定在噴嘴殼體的內腔中，所述螺旋槽式內芯插入固定在文丘里回轉體的中間空腔中；所述文丘里回轉體上設置有環狀均壓室，所述環狀均壓室與進液管相連通，所述環狀均壓室的內側開設有出液環縫；所述螺旋槽式內芯和文丘里回轉體之間由內至外依次形成文丘里噴射器的環狀漸縮段、環狀喉管段和環狀漸擴段，所述環狀漸縮段與進氣管相通，所述環狀喉管段與出液環縫相通，所述環狀漸擴段與外界相通。本發明具有結構簡單、霧化分布均勻性好、噴射區域寬等優點。
文檔編號B05B7/04GK102716827SQ20121023650
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者向曉東, 吳高明, 肖揚, 莫亞平, 袁文博 申請人:武漢科技大學, 武漢鋼鐵(集團)公司