CN201997406U - 空化水射流喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为空化水射流喷嘴，解决已有喷嘴不能适应高铁接触网绝缘子的空化水射流冲洗的问题。前喷嘴(1)与后喷嘴(4)之间有相连通的水入口腔Q1，气入口腔Q2和空化腔Q3，气嘴上的气入口腔Q2的气出口轴线与空化腔Q3的轴线成夹角，水入口腔Q1有第一圆柱体、第一圆锥体、第二圆柱体，第一圆柱体直径D1：10-15mm，长度L1：5-7mm，第一圆锥体的锥度角β1：30-35°，第二圆柱体直径d1：1.8-2.5mm，长度L2：5-7mm，空化腔Q3有第三圆柱体，第二圆锥体和第四圆柱体，第三圆柱体直径D3：18-25mm，长度L3：33-40mm，第二圆锥体的锥度角β2：30-35°，第四圆柱直径d3：5-7mm，长度L4：6-9mm，气入口腔Q3的气入口直径D3≥4mm，气出口直径d2：1-2mm，气入口腔Q2的气出口轴线距第一圆锥体顶部距离L5：15-18mm。
Description
技术领域：
本实用新型与冲洗高铁的接触网绝缘子的空化水射流喷嘴有关。
背景技术：
在工业发达国家高压水射流清洗技术已经成为主流清洗技术，特别是在石油化工企业的换热设备清洗、管道清洗方面，采用高压水射流清洗的占80％以上，随着高压水射流清洗技术应用的广度、深度不断提高，高压水射流技术出现了快速发展的势头，已从过去单一提高水射流的射流压力上转向研究提高水射流的总体冲击效果(如冲蚀效果、射流打击能量等)，相继出现了脉冲射流、空化射流、超高压射流和磨料射流等诸多新型射流，充分发挥了高压水射流清洗的优势。空化水射流是一项高效、环保、低成本的新型高效射流技术。有研究表明，在相同泵压下，空化射流的冲击压力是连续射流冲击压力的8.6-124倍。利用此种方法，可清洗、除锈等，在与高压水射流同等级的情况下，可使喷射压力降低1-2个等级。所谓空化射流，就是人为地在水射流流束内产生许多空泡，利用空泡破裂所产的强大冲击力来增强射流的作用效果。由于空化水射流在形成过程中能产生大量的空泡，当这些空泡达到高压区溃灭时，会对附近固体表面产生作用巨大的压缩波或者微射流导致物面破碎，即空化效应。尽管这种空化效应在水力机械上一直都因产生气蚀和噪声危害而极力避免，但如果充分利用它对固体作用性强的特点，就可在工程上实现其可利用的价值。空化射流的冲击破碎能力理论上也明显高于非空化射流，在表面清洗、岩石破碎、材料切割等方面具有巨大的应用潜力，空化射流的基本原理，简单地说就是在液体射流内诱使空化发生并让空泡长大、当含有这些空泡的射流冲击物体时，使空泡在物体表面及其附近破裂，由于空泡破裂时产生的能量高度集中，并局限在许多非常小的面积，从而在物体表面许多局部区域产生极高的冲击压力和应力集中，使物体表面迅速破坏。在相同泵压和流速条件下，空化射流的这种局部压力放大作用使其清洗切割效果大大优于非空化射流。
影响接触网绝缘子的空化冲洗效果关键在一定的喷距范围内的空化喷嘴的结构，此外液流参数也与影响冲洗性能密切相关。由于过强的空化会破坏被冲洗物体的表面使产生气蚀破坏甚至其他破坏，过弱则达不到良好的冲洗效果；国内外的研究还表明，利用外界条件的激发也可以使射流产生空化，比较常见的有声空化、电磁动空化和掺气空化。但已有的掺气空化喷嘴对绝缘子的冲洗效果不好，或有气蚀破坏。
实用新型内容：
本实用新型的目的是提供一种节水、清洗成本低，对高铁的接触网绝缘子冲洗效果好的空化水射流喷嘴。
本实用新型是这样实现的：
本实用新型空化水射流喷嘴，前喷嘴1与枪管7连接，前喷嘴1与后喷嘴4之间有相连通的水入口腔Q1，气入口腔Q2和空化腔Q3，水入口腔Q1与空化腔Q3同轴，气嘴上的气入口腔Q2的气出口轴线与空化腔Q3的轴线成夹角，水入口腔Q1的腔体从入口依次有第一圆柱体、第一圆锥体、第二圆柱体，第一圆柱体直径D1：10-15mm，长度L1：5-7mm，第一圆锥体的锥度角β1：30-35°，第二圆柱体直径d1：1.8-2.5mm，长度L2：5-7mm，空化腔Q3从进水到出水依次有第三圆柱体，第二圆锥体和第四圆柱体，第三圆柱体直径D3：18-25mm，长度L3：33-40mm，第二圆锥体的锥度角β2：30-35°，第四圆柱直径d3：2-7mm，长度L4：6-9mm，气入口腔Q2的气入口直径D2≥4mm，气出口直径d2：1-2mm，气入口腔Q2的气出口轴线距第一圆锥体顶部距离L5：15-18mm。
气入口腔Q2的气入口轴线与气出口轴线同轴或相垂直。
水入口腔Q1的入口压力P1：0.4-1.6MPa，气入口腔Q2的入口压力P2：0.2-0.8MPa。
前喷嘴1，后喷嘴4和气嘴2为分离元件，前喷嘴1的两端分别与枪管7和后喷嘴4螺纹连接，连接处有密封件，气嘴2与前喷嘴1焊接或螺纹连接。
前喷嘴1上有与入水口同轴的气入口的环形气道与内置气嘴9连通，内置气嘴9位于前喷嘴1与后喷嘴4之间，有气出口。
影响接触网绝缘子的空化冲洗效果关键在于一定的喷距范围内空化喷嘴的结构，此外液流参数也会对影响冲洗效果产生影响。过强的空化会破坏被冲洗物体的表面使之产生气蚀甚至其它破坏，过弱则达不到良好的冲洗效果；本实用新型结构简单，制造成本低，使用方便。通入水流产生空化，并掺入气体激发空化。能够用于一定冲距范围的靶标的冲洗，经配套用于高铁的接触网绝缘子的冲洗，具有节水、冲洗效果好的特点，并不会使绝缘子产生气蚀或其它破坏。清洗速度快，清洗成本低。
附图说明：
图1为本实用新型的结构图之一。
图2为本实用新型的结构图之二。
图3为本实用新型的结构图之三。
具体实施方式：
本实用新型由前喷嘴1、后喷嘴4、气嘴2或内置气嘴9、密封、枪管7组成，前喷嘴1与枪管7固定连接组成水入口腔Q1。水入口腔前段为圆柱状、中部呈锥状收缩，并有节流孔d1，在枪管7中通入压力水流，水流方向X向；气嘴2通过气入口腔Q2，用于通入压缩空气，气流方向Y，气入口腔Q2有节流孔d2，后喷嘴4与前喷嘴1固定连接组成空化腔Q3，其前段为圆柱状、中部呈锥状收缩，并有节流孔d3，各元件结合面之间有密封，用于防止水入口腔Q1、气入口腔Q2、空化腔Q3腔体中流体在各元件的接合部分外泄。主要参数为D1、D2、D3；d1、d2、d3；L1、L2、L3、L4、L5；β1、β2，水流压力P1、气流压力P2，各参数分别为：D1：13mm、D2≥4mm、D3：20mm；d1：2.21mm、d2：1.5mm.、d3：6mm；L1：6mm、L2：6mm、L3：38mm、L4：7mm、L5：17mm；β1：33°、β2：32；P1：1.0MPa、P2：0.5MPa
本实用新型在保证以上主参数的前提下，可以改变局部结构，不会改变冲洗效果，由此可衍生出其他结构，这些衍生的局部结构也在本专利的保护范围内。如图2的结构气嘴2焊接在前喷嘴1上。如图3的结构前喷嘴1和后喷嘴4之间加入一个内置气嘴9，通过该内置气嘴9，允许气流沿轴向进入环型气入口腔Q2腔，可以使水管、气管同轴嵌套连接。
根据流体力学理论，在温度不变条件下，如果忽略形成小气泡时表面张力的微小作用，则液流局部的绝对压力降低到当时温度下的饱和蒸汽压力时，液体内部原来含有的很小的气泡(通常称为气核)将迅速膨胀，在液流内部形成含有水蒸气或其他气体的空泡，从而产生空化现象。在本实用新型中，一定压力的水流方向X向连续流过水入口腔Q1的圆结构柱部分、圆锥部分、节流孔d1，根据流量定律，在节流孔速度急剧增加，空泡首先在此收缩截面的固体内壁面孕育而初生进入空化腔Q3后，进入低压区、压力急剧下降、低于饱和蒸气压、空泡发育与长大，诱发大的气泡，并在低压区内长大；一定压力的气流沿Y向连续流过气入口腔Q2的园柱部分、节流孔d2，通入压缩空气，在空化腔Q3与水混合成两相流，可以增强扰动和空化效果，随着两相流在空化腔Q3运动，并在圆锥和节流孔d3，压力升高，空泡收缩而溃灭。因此，空化现象的全过程应该包括空泡的孕育与初生、发育与长大，以及收缩和溃灭三个阶段。全过程中的每一个阶段(或子过程)都取决喷嘴的机构参数以及水流、气流压力的变化。当含有这些空泡的两相流射流冲击物体时，使空泡在物体表面及其附近破裂，由于空泡破裂时产生的能量高度集中，并局限在许多非常小的面积，从而在物体表面许多局部区域产生极高的冲击压力和应力集中，使冲洗物体表面污物迅速破坏。本实用新型就通过提供合理的喷嘴及水和气的压力参数，能使绝缘子表面得到很好的冲洗，但又不会破坏绝缘子。
Claims (5)
1.空化水射流喷嘴，其特征在于前喷嘴(1)与枪管(7)连接，前喷嘴(1)与后喷嘴(4)之间有相连通的水入口腔（Q1），气入口腔（Q2）和空化腔（Q3），水入口腔（Q1）与空化腔（Q3）同轴，气嘴上的气入口腔（Q2）的气出口轴线与空化腔（Q3）的轴线成夹角，水入口腔（Q1）的腔体从入口依次有第一圆柱体、第一圆锥体、第二圆柱体，第一圆柱体直径D1：10-15mm，长度L1：5-7mm，第一圆锥体的锥度角β1：30-35°，第二圆柱体直径d1：1.8-2.5mm，长度L2：5-7mm，空化腔（Q3）从进水到出水依次有第三圆柱体，第二圆锥体和第四圆柱体，第三圆柱体直径D3：18-25mm，长度L3：33-40mm，第二圆锥体的锥度角β2：30-35°，第四圆柱直径d3：5-7mm，长度L4：6-9mm，气入口腔（Q2）的气入口直径D2≥4mm，气出口直径d2：1-2mm，气入口腔（Q2）的气出口轴线距第一圆锥体顶部距离L5：15-18mm。
2.根据权利要求1所述的空化水射流喷嘴，其特征在于气入口腔（Q2）的气入口轴线与气出口轴线同轴或相垂直。
3.根据权利要求1所述的空化水射流喷嘴，其特征在于水入口腔（Q1）的入口压力P1：0.4-1.2MPa，气入口腔（Q2）的入口压力P2：0.2-0.8MPa。
4.根据权利要求1所述的空化水射流喷嘴，其特征在于前喷嘴(1)，后喷嘴(4)和气嘴(2)为分离元件，前喷嘴(1)的两端分别与枪管(7)和后喷嘴(4)螺纹连接，连接处有密封件，气嘴(2)与前喷嘴(1)焊接或螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的空化水射流喷嘴，其特征在于前喷嘴(1)上有与入水口同轴的有气入口的环形气道与内置气嘴(9)连通，内置气嘴(9)位于前喷嘴(1)与后喷嘴(4)之间，有气出口。
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