CN104307651B - 一种集中式旋转空化射流喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集中式旋转空化射流喷嘴，它由圆柱形入口段、圆柱形谐振腔、圆柱形小孔和圆柱形出口段组成，在喷嘴出口段有多个进气管，进气管的内孔与圆柱形出口段内孔相切，进气管的内径为圆柱形出口段内径与圆柱形小孔直径之差的二分之一，进气管的内孔截面形状可为圆形、方形或任意异形，进气管可在喷嘴体的出口段沿轴向多列布置，进气管通入压缩空气，从多个进气管引入的压缩空气沿切向进入，在喷嘴圆柱形出口段内形成环绕水射流的气体旋流，带动水射流在圆柱形出口段内产生旋转涡流，使空化效果进一步加强，同时使空化气泡向水射流中心集中，空化水射流能量更集中，另一方面，增加了射流对靶材的剪切作用，从而大幅提高空化射流的冲蚀能力。
Description
技术领域
本发明涉及空化射流喷嘴，具体涉及集中式旋转空化射流喷嘴，可用于材料表面清洗、除锈、脱胶、表面强化以及钻孔、切割、破岩等。
背景技术
水射流特种加工利用具有很高动能的水射流束来冲蚀材料，从而实现材料切削，属于高能束加工范畴。水射流加工属于无接触“冷切割”，无机械应力、热变形、热影响区，因而成为对热敏感物质的最佳切割方法；它适应性好、切割品质优良、切缝窄、材料损耗少，而且介质成本低、清洁，切割过程中无尘、无毒、环境友好，在机械制造、航空航天、汽车、军工和陶瓷等领域得到广泛应用。
空化射流是在高速水射流中，人为地使流体某处的局部压力低于该处的饱和蒸汽压力，从而在射流中产生空化气泡，通过控制空化气泡在目标物上破裂时产生的局部高压，大大增加其材料的冲蚀能力。
目前，空化射流技术已经成功应用于材料切割与钻孔、破岩和工业清洗等领域。但在应用过程中，现有的空化水射流喷嘴存在诸多不足，主要表现在： 1）用于清洗的风琴管式空化射流喷嘴的空化效果较差，且出口腔不能使水射流能量集中，空化水射流的截面上能量集中度较低；2）用于切割、破岩的传统空化水射流喷嘴，其射流束速度低、能量不集中且作用面积大，用于钻孔、切割、破岩时效果差、效率低。
针对上述问题，本发明应用流体动力学理论，发明了一种集中式旋转空化射流喷嘴。该型喷嘴可广泛用于材料表面清洗、除锈、脱胶、表面强化以及钻孔、切割、破岩等，具有很高的实用价值。
发明内容
本发明的目的是：针对现有风琴管式空化射流喷嘴的不足，提供一种集中式旋转空化射流喷嘴，在同等条件下，集中式旋转空化射流喷嘴的空化效果更好，且水射流能量更集中，大幅提高射流的冲蚀能力。在相同的工况下，水射流所需压力较低，能耗降低，同时施工施工效率更高。
为完成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种集中式旋转空化射流喷嘴如图1、图2、图3所示，它由圆柱形入口段（3）、圆柱形谐振腔（4）、圆柱形小孔（5）和圆柱形出口段（6）组成，在喷嘴体（1）上沿周向有多个进气管（2），进气管（2）通入压缩空气。
如图3所示，上述集中式旋转空化射流喷嘴，进气管（2）的内孔与圆柱形出口段（6）内孔相切，进气管（2）的内径为圆柱形出口段（6）内径与圆柱形小孔（5）内径之差的二分之一。
上述集中式旋转空化射流喷嘴，进气管（2）的内孔截面形状可为圆形、方形或任意异形，进气管（2）可在喷嘴体（1）的圆柱形出口段（6）沿轴向多列布置。
如图2所示，当水（或其它流体）从圆柱形入口段（3）进入，经圆柱形谐振腔（4）从圆柱形小孔（5）射出形成水射流，水（或其它流体）经过圆柱形小孔（5）的入口截面时，由于收缩而产生一个压力脉冲，它反射到入口处，与来流的压力脉冲叠加，形成驻波，当振荡频率与射流的本征频率一致时产生共振，在圆柱形小孔（5）的入口处产生大尺度的涡环和空化现象，形成空化水射流。
如图2、图3所示，在圆柱形出口段（6），从多个进气管（2）引入的压缩空气沿切向进入，在喷嘴圆柱形出口段内形成环绕水射流的气体旋流，带动水射流在圆柱形出口段（6）内产生旋转涡流，使空化效果进一步加强，同时使空化气泡向水射流中心集中，空化水射流能量更集中，另一方面，增加了射流对靶材的剪切作用，从而大幅提高空化水射流的冲蚀能力。
本发明与现有技术相比的显著优点是：集中式旋转空化射流喷嘴，在传统空化射流喷嘴基础上，增加圆柱形出口段，并在喷嘴圆柱形出口段沿周向布置若干进气管，压缩空气从多个进气管引入，在喷嘴圆柱形出口段内形成环绕水射流的气体旋流，带动水射流在圆柱形出口段内产生旋转涡流，使空化效果进一步加强，同时使空化气泡向水射流轴心集中，空化水射流能量更集中，另一方面，增加了射流对靶材的剪切作用，大幅提高空化射流的冲蚀能力，与传统空化水射流喷嘴相比，其冲蚀能力可提高8-12倍，该喷嘴可广泛用于材料表面清洗、除锈、脱胶、表面强化以及钻孔、切割、破岩等。
附图说明
图1为集中式旋转空化射流喷嘴结构示意图。
图2为集中式旋转空化射流喷嘴剖视图。
图3为图1的右视图。
图4为集中式旋转空化射流喷嘴多列进气管布置示意图。
具体实施方式
实施例1：
参见图1、图2和图3，集中式旋转空化射流喷嘴通过入口段螺纹与高压水管路连接，喷嘴内流道由圆柱形入口段（3）、圆柱形谐振腔（4）、圆柱形小孔（5）和圆柱形出口段（6）组成，在喷嘴体（1）上沿周向有多个进气管（2），进气管（2）通入压缩空气，进气管（2）的内孔与圆柱形出口段（6）内孔相切，进气管（2）的内径为圆柱形出口段（6）内径与圆柱形小孔（5）内径之差的二分之一。
参见图2，当水（或其它流体）从圆柱形入口段（3）进入，经圆柱形谐振腔（4）从圆柱形小孔（5）射出形成水射流，水（或其它流体）经过圆柱形小孔（5）的入口截面时，由于收缩而产生一个压力脉冲，它反射到入口处，与来流的压力脉冲叠加，形成驻波，当振荡频率与射流的本征频率一致时产生共振，在圆柱形小孔（5）的入口处产生大尺度的涡环和空化现象，形成空化水射流。
参见图2、图3，在圆柱形出口段（6），从多个进气管（2）引入的压缩空气沿切向进入，在喷嘴圆柱形出口段内形成环绕水射流的气体旋流，带动水射流在圆柱形出口段（6）内产生旋转涡流，使空化效果进一步加强，同时使空化气泡向水射流中心集中，空化水射流能量更集中，另一方面，增加了射流对靶材的剪切作用，从而大幅提高空化水射流的冲蚀能力。
上述集中式旋转空化射流喷嘴，进气管（2）的内孔截面形状可为圆形、方形或任意异形。
参见图4，进气管（2）、（7）可在喷嘴体（1）的圆柱形出口段（6）沿轴向多列布置。
上述实施例是对本发明的上述内容作进一步说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
Claims (3)
1.一种集中式旋转空化射流喷嘴，其特征在于：它由圆柱形入口段（3）、圆柱形谐振腔（4）、圆柱形小孔（5）和圆柱形出口段（6）组成，在喷嘴体（1）的圆柱形出口段（6）上沿周向有多个进气管（2），进气管（2）的内孔与圆柱形出口段（6）内孔相切，从多个进气管（2）引入的压缩空气沿切向进入。
2.如权利要求1所述的集中式旋转空化射流喷嘴，其特征在于：进气管（2）的内径为圆柱形出口段（6）内径与圆柱形小孔（5）内径之差的二分之一。
3.如权利要求1所述的集中式旋转空化射流喷嘴，其特征在于：进气管（2）的内孔截面形状为圆形、方形或异形，进气管（2）在喷嘴体（1）的出口段（6）沿轴向单列或多列布置。
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