專利名稱：雙流體噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴嘴，尤指一種雙流體噴嘴。
背景技術(shù)：
液體霧化是在各種工業(yè)應(yīng)用中，諸如農(nóng)業(yè)噴灑、蒸發(fā)冷卻、泥漿干燥、煙道氣滌除、集塵器與燃油器燃燒處理等，形成總表面積最大化的液體時(shí)最有效的方法之一。用于噴嘴設(shè)計(jì)中的霧化機(jī)構(gòu)有兩種壓力霧化器(單流體)與雙流體霧化器。單流體壓力霧化器利用液體壓能轉(zhuǎn)換，而于液體從霧化器噴射出時(shí)，形成高速液體噴射/薄膜，藉此達(dá)成微滴霧化。由于周圍的氣場(chǎng)在霧化器出口周緣含有誘發(fā)性湍流能，所以進(jìn)一步將放出的高速噴射/薄膜剪切成小滴。此種霧化器被廣泛用于多種低流率的應(yīng)用中，然而，在高流率要求中，從壓力霧化器產(chǎn)生的高速噴射/薄膜變成粗厚得多，使其較難單靠周圍空氣即可霧化。其補(bǔ)救方法是使用雙流體噴嘴，引進(jìn)加壓氣體與液體混合后再射出流體，藉此改善在高流率條件時(shí)的霧化。在微觀中，當(dāng)此種雙流體噴嘴操作時(shí)，在壓力下引進(jìn)氣體，使之在噴嘴室中與液體攪拌及混合，以產(chǎn)生無(wú)數(shù)陷在液體內(nèi)的細(xì)微氣泡，如此造成液體黏度與表面張力大幅降低(載有氣泡的液體)，并造成更細(xì)的噴霧。就技術(shù)上而言，此種液體解體過(guò)程中涉及的霧化機(jī)制有二初次霧化是在噴嘴出口達(dá)成的，其藉由陷在液體中的氣泡經(jīng)由壓力降低時(shí)突然膨脹并因此形成快速移動(dòng)且密致的細(xì)微液滴噴霧，接著由周圍空氣產(chǎn)生的端流剪力導(dǎo)入二次霧化，將高速移動(dòng)的液滴破碎成更細(xì)微的噴霧，后一過(guò)程與前述壓力霧化器具有相同的霧化機(jī)制精神。通常，雙流體噴嘴由于具有更高的流率能力，且可在相當(dāng)寬廣的操作范圍內(nèi)產(chǎn)生更細(xì)微的液滴(亦稱為極限負(fù)荷比)，所以在工業(yè)應(yīng)用中具有更廣的用途。
關(guān)于雙流體噴嘴，圖8為一相當(dāng)有效的先前技術(shù)設(shè)計(jì)。此噴嘴利用一噴嘴蓋1000協(xié)助產(chǎn)生液滴，圖8中，噴嘴蓋1000包括一外框1005，一樞銷1010，及多數(shù)支撐輻條1015用以支撐并接合樞銷1010與外框1005。樞銷1010包括一入口沖激板1020，一推拔狀心軸1025，及一出口折流板1040(見(jiàn)圖9)。此習(xí)用品能使液流垂直射在沖激板1020上，以于沖激板1020及輻條1015二者的表面上形成液體薄膜。從沖激板1020上游引進(jìn)的渦動(dòng)霧化空氣(圖中未示出)，隨后與輻條間信道內(nèi)及樞銷1025外表面與外框1005內(nèi)表面1035定義的下游環(huán)形信道內(nèi)的液體薄膜混合。另一習(xí)用技術(shù)如圖10所示，此設(shè)計(jì)修改圖8的先前技術(shù)，在各輻條1052上放置擋壁1051，以于液體及空氣在噴嘴內(nèi)混合時(shí)，減少輻條1052上流動(dòng)的液量，藉此改進(jìn)噴嘴效能。
這些設(shè)計(jì)對(duì)達(dá)成氣/液混合與霧化都相當(dāng)有效，然而，也都受到一定的限制1.當(dāng)噴嘴用于射出含有研磨微粒或污染物的液體時(shí)，輻條1015或1052上可能發(fā)生侵蝕，造成樞銷受損，導(dǎo)致噴嘴故障。
2.當(dāng)渦動(dòng)空氣被引進(jìn)噴嘴的混合室(圖中未示出)而與沖激板1020及輻條1015二者表面上的液體混合時(shí)，輻條下游可能產(chǎn)生一些空氣動(dòng)力尾流，在噴嘴室的尾流區(qū)內(nèi)(輻條1015下游)，混合液流的速度與角動(dòng)量都顯著降低，且其分布可能變成非軸向?qū)ΨQ歪斜。歪斜的流動(dòng)樣態(tài)隨后擴(kuò)散通過(guò)噴嘴出口，并造成不均勻的噴霧。此種結(jié)果可能嚴(yán)重減損噴嘴在數(shù)種廣泛應(yīng)用中的效能，例如，減損其在工業(yè)燃油器加熱爐中的效能，因?yàn)?，噴霧的均勻性及其妥善維持的角動(dòng)量，是燃油器中形成穩(wěn)定火焰的重要因素。
3.當(dāng)噴霧于沖撞折流板1040后而形成時(shí)，折流器1039的表面1040近旁的噴霧中心內(nèi)也會(huì)形成一壓力較低、軸向?qū)ΨQ的再循環(huán)區(qū)。在此低壓再循環(huán)區(qū)內(nèi)，噴霧內(nèi)的細(xì)微液滴會(huì)被朝后吸向折流器的下游表面，并在該表面上形成大液滴，稱為再附著。在某些情況中，此過(guò)程會(huì)相當(dāng)嚴(yán)重地危害噴霧品質(zhì)。例如，在燃油器燃燒或泥漿加熱處理應(yīng)用中，當(dāng)加熱爐中的輻射熱使折流器表面溫度上升時(shí)，折流器下游表面1040上累積的噴霧內(nèi)，有些再循環(huán)的細(xì)微液滴可能會(huì)形成多層干亮/煉焦。經(jīng)歷一段時(shí)間后，燃油器殼內(nèi)位于折流器邊緣頂端上變硬的泥漿淤積或煉焦層，會(huì)使輪廓尖銳的邊緣變圓變鈍，造成噴霧角縮小，導(dǎo)致噴霧中形成較粗大的液滴。受到此種限制的噴嘴會(huì)減損泥漿干燥處理中的粉末生產(chǎn)品質(zhì)，或者，它會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞燃燒器的襯料，造成不穩(wěn)定的火焰。燃油器樞銷表面上積聚的煉焦層，損壞樞銷，將會(huì)進(jìn)一步在樞銷表面本身造成熱斑，最后并損壞樞銷，造成噴嘴失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有自動(dòng)清潔裝置的雙流體噴嘴。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案為一種雙流體噴嘴，其包括一混合裝置，其中包括一設(shè)有下游開(kāi)口的混合室；供第一流體流過(guò)的第一流體入口裝置，與該混合室連通；供第二流體流過(guò)的第二流體入口裝置，以軸向與該第一流體入口裝置連通，第一流體與第二流體在第一流體入口裝置內(nèi)混合而形成一混合流體，兩流體并進(jìn)入混合室進(jìn)行二次混合；一通孔本體，與混合裝置于下游端接合，并具有一將該混合流體排出該噴嘴的排放開(kāi)口；一鎖合裝置，接合混合裝置及通孔本體。
所述的雙流體噴嘴，其還包括一折流裝置，與混合裝置接合，且包括一圓筒形的桿體、一盤形的折流器頭，該折流器頭包括受該混合流體沖擊的上游表面；一計(jì)量裝置，其為一預(yù)定的信道間隙，設(shè)于折流器頭上游表面與該通孔本體上排放開(kāi)口的出口邊緣間。
所述的雙流體噴嘴，其折流器頭為軸心對(duì)稱形。
所述的雙流體噴嘴，其折流頭還包括一與流體清洗裝置接合的下游表面；該下游表面裝設(shè)一流體信道，其包括一位于該桿體上的中心管道、至少一槽孔用以連接該桿體與該折流器頭上一環(huán)形溝槽的連通裝置及一設(shè)于該折流器頭下游表面與該流體清洗裝置表面間的間隙。
采用上述結(jié)構(gòu)后，噴嘴效能及其操作壽命有大幅增進(jìn)，理由如下第一，將燃料與氣體同時(shí)引進(jìn)混合模塊上相同正切方向的切槽內(nèi)，不僅可使用較小巧的渦動(dòng)器設(shè)計(jì)增進(jìn)兩種流體的混合度，并且因?yàn)樵诘土髀蕳l件時(shí)可形成較穩(wěn)定的氣動(dòng)渦流而改進(jìn)噴嘴的極限負(fù)荷比；第二，本發(fā)明中在樞銷桿體內(nèi)引用直達(dá)罩殼頂部氣體清洗裝置，可完全消除先前技術(shù)中發(fā)生的問(wèn)題，包括由樞銷輻條侵蝕致生的噴嘴損壞，以及樞銷表面硬煉焦層造成的噴霧品質(zhì)受損；同時(shí)，先前技術(shù)中的缺點(diǎn)，包括混合室內(nèi)不對(duì)稱的噴霧分布及因輻條造成的噴霧角動(dòng)量減損，也獲得極大的改善。


圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例一的立體分解圖；圖2為旋渦混合模塊的前視立體分解圖；圖3為旋渦混合模塊的后視立體分解圖；圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例一的前視圖；圖5為圖4沿A-A面的剖示圖；圖6為圖5中虛線包圍區(qū)內(nèi)的局部放大圖；圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例的剖示圖；圖8為一先前技術(shù)噴嘴蓋的后視立體圖；圖9為一先前技術(shù)噴嘴蓋的前視立體圖；圖10為另一先前技術(shù)噴嘴蓋的后視立體圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，一種雙流體噴嘴，其包括旋渦混合模塊3、模塊配接器1、支座9，其中
旋渦混合模塊3(配合圖2、3、4所示)包括渦動(dòng)器罩殼30、通孔本體50、樞銷本體60及盤體80，渦動(dòng)器罩殼30為圓筒體，其上設(shè)混合室32，混合室32位于表面34至表面36之間。表面34末端形成一錐狀中凸表面38，其夾角在90至150度的范圍內(nèi)，以于組裝時(shí)可與通孔本體50上的表面54配合，產(chǎn)生自動(dòng)對(duì)正的表面接觸。渦動(dòng)器罩殼30另端，如圖3所示，設(shè)一緩沖室40，位于表面42至表面44之間?；旌鲜?2側(cè)的圓筒壁上，以銑切等方式備制一組等距分隔的槽孔35，以提供從罩殼外部至混合室32的連通管道。槽孔35大致以正切方向設(shè)于圓筒壁上，以利于第二流體從通孔本體50外部經(jīng)由槽孔35導(dǎo)入混合室32時(shí)，可誘發(fā)一旋動(dòng)的渦流。在每一槽孔35中，都設(shè)一與渦動(dòng)器罩殼30圓筒體軸線平行的孔37，孔37從槽孔底端通過(guò)渦動(dòng)器本體表面36、44定義的頂端延伸至緩沖室40壁表面46上的預(yù)定高度為止。如圖2、3所示，孔37位于槽孔35內(nèi)，其直徑不大于槽孔35寬度，且其邊緣極靠近混合室32的邊緣。從緩沖室40側(cè)觀看時(shí)，氣孔37局部鉆入緩沖室40壁部，直到表面46所示的高度為止。表面46至表面44間的距離為預(yù)定，以確保從緩沖室40至孔37的流動(dòng)信道開(kāi)口大于孔37本身的橫剖面。這種構(gòu)造為利用孔37在緩沖室40內(nèi)的外露/接口部份，作為一前導(dǎo)入口，以引導(dǎo)第一流體通過(guò)孔37進(jìn)入液體槽孔并產(chǎn)生混合，隨后，在混合的流體進(jìn)入混合室32時(shí)產(chǎn)生一旋動(dòng)渦流。在某些其它情況中，當(dāng)所設(shè)計(jì)的混合室小于目前所示的配置時(shí)，或當(dāng)氣孔37相對(duì)渦動(dòng)器罩殼30的軸線成斜角(圖中未示)鉆孔時(shí)，孔37可能不與緩沖室40的壁部交界，并在表面44構(gòu)成的頂部時(shí)即終止。在這些情況時(shí)，就本發(fā)明精神而言，混合室的功能是完全相同的，此種構(gòu)造的益處是可提供雙浸式液體/氣體混合效率，且因?yàn)樵试S兩種流體通過(guò)同樣正切的槽孔，所以其渦動(dòng)器的幾何構(gòu)造非常小巧。
如圖2、3中所示，圓筒形的通孔本體50設(shè)一中心通孔52，其尺寸不大于混合室32內(nèi)徑。通孔本體50的上游表面54為錐形內(nèi)凹狀，其夾角與渦動(dòng)器罩殼30的表面38夾角相同，在90至150度之間，以便在組裝期間彼此適當(dāng)密封。在表面54相反側(cè)，形成一大致垂直通口本體軸線的凸緣表面56，以于旋渦混合模塊3組裝到噴嘴配接器1時(shí)(參考圖1、4所示)，達(dá)到密封液體的目的。凸緣外徑即表面59，其大小恰可與配接器1的配合部保持一狹小間隙，以供噴嘴組裝時(shí)對(duì)正。
如圖7所示，為本發(fā)明的另一實(shí)施例，通孔本體50的通孔52具有文氏管形結(jié)構(gòu)，其壁部的內(nèi)徑沿通孔的信道漸漸縮小，至最小尺寸后再逐漸往回增加。此實(shí)施例適用于霧化氣體供應(yīng)量相當(dāng)?shù)汀⑶抑饕梢毫鞣植紱Q定混合后流體均勻性的情況。
如圖2、3所示，樞銷本體60包括一大致圓筒形的桿體62，及一大致呈盤狀且鉆設(shè)一中心通孔65的折流器頭64。折流器頭64上的上游表面66大致與樞銷軸線垂直，而折流器頭64的外徑稍微小于通孔52的最小直徑。此種構(gòu)造可在組裝整個(gè)渦動(dòng)器旋渦模塊為一體時(shí)，提供良好的進(jìn)出性。折流器頭64下游側(cè)表面上形成一同心的環(huán)形溝槽68，將其余表面分成二個(gè)環(huán)形表面70與72。環(huán)形表面70經(jīng)車削而低于環(huán)形表面72。環(huán)形表面72上切割一組槽孔74，且具有一定的深度，以使中心孔65與環(huán)形溝槽68間提供多個(gè)徑向管道。盤體80表面82其直徑不大于折流器頭64的直徑。最后以諸如熔接方式密封于表面72上。利用此種構(gòu)造，折流器頭64環(huán)形表面70與盤體80表面82之間，形成一間隙76(參考圖6所示)。組裝樞銷本體60與盤體80時(shí)，形成一氣體管道，由氣體信道孔65、各槽孔74、環(huán)形溝槽68、及環(huán)形間隙76構(gòu)成，隨后在樞銷本體60桿體62的預(yù)定軸向位置上，將此裝配件接合于渦動(dòng)器罩殼30頂部上的中心鉆孔39。當(dāng)通孔本體50的出口邊緣58與折流器頭表面66組裝為一體時(shí)，其間形成一預(yù)定間隙，此預(yù)定間隙為噴嘴計(jì)量信道，用以定義氣體及液體二者的流動(dòng)容量，并形成噴霧角形狀。樞銷本體60與渦動(dòng)器罩殼30的接合方式，可用熔接或其它方法，如螺接等。
支座9(見(jiàn)圖1、4所示)使用鼓錘形棒體制成，其一端設(shè)有外螺紋92，另一端則設(shè)有O形環(huán)密封94。支座9上設(shè)一中心通孔98。O形環(huán)密封94連接一外部管道，以引導(dǎo)氣體經(jīng)由中心孔98進(jìn)入噴嘴，其還可以用內(nèi)或外螺紋取代O形環(huán)密封，以達(dá)連接目的。支座9外表面104上，形成二個(gè)平行的平坦表面96，以于組裝時(shí)提供扭矩之用。螺紋92上沿軸向全長(zhǎng)切設(shè)一組預(yù)定寬度與深度且等距間隔的槽孔100，以提供組裝后的噴嘴在操作時(shí)的液體管道。
配接器1(見(jiàn)圖1、4)設(shè)有外螺紋14與內(nèi)螺紋12，用以容置旋渦混合模塊3與支座9。在內(nèi)螺紋12下游，鉆設(shè)一環(huán)形溝槽16，而表面18與表面20之間，亦同心鉆設(shè)一緊間隙孔19，用以裝配通孔本體50的凸緣直徑59。將旋渦混合模塊3放入配接器1時(shí)(圖1、4)，通孔本體50的凸緣表面56會(huì)抵達(dá)配接器1表面15的底部并密封。同時(shí)，與樞銷本體60及清洗盤體80結(jié)合為一體的渦動(dòng)器罩殼30，被支座9的表面102從罩殼體后表面42壓制。經(jīng)由支座9的壓力作用，渦動(dòng)器罩殼30與通孔本體50二者會(huì)因其上設(shè)置的錐形配合表面而緊密接觸并同心對(duì)正。此一壓力同樣使通孔本體50表面56與配接器1表面15間產(chǎn)生緊密封。
具有本發(fā)明精神的另一可行實(shí)施例中，利用與配接器1組合的通孔本體50，作為一整體結(jié)合部(圖中未示出)。在此情況時(shí)，通孔本體50上的形貌，諸如錐形表面54與通孔52，都是配接器1的一部份。此種構(gòu)造極易實(shí)施，其好處在于可減少本發(fā)明零件總數(shù)，但會(huì)限制配接器與通孔間的材料選擇性，有時(shí)，通孔本體50與配接器1之間的材料選擇，可能對(duì)某些噴嘴應(yīng)用的成敗極端重要。
如圖7所示，通孔本體200孔210為縮放形或文氏管形信道。其使混合的流體先集中在一橫剖面較小的區(qū)域內(nèi)，然后再釋放到射出器，用于霧化氣體消耗率受限制時(shí)，使噴霧分布較為均勻；樞銷桿體300流器頭310上游表面320為錐形，以折流器頭的錐形角度，形成噴霧角形狀。
組合時(shí)，旋渦混合模塊3置于配接器1內(nèi)，而通孔本體50的凸緣表面56直達(dá)配接器1表面15底部。支座9旋入配接器1的內(nèi)螺紋12，并以表面102密合在罩殼30表面42上。藉此，通孔本體50的凸緣56也被配接器1表面15密封。在噴嘴操作期間，來(lái)自上游源(圖中未示出)的液體被抽取至配接器內(nèi)螺紋12與支座9外表面104間設(shè)置的管道，然后經(jīng)由支座9上的槽孔100，流至螺紋12與罩殼30外表面間，進(jìn)入配接器1溝槽16與渦動(dòng)器罩殼30外表面間定義的環(huán)形室內(nèi)，液體隨后被射入渦動(dòng)器罩殼30正切方向的切割槽孔35內(nèi)。
同時(shí)，來(lái)自氣體源(圖中未示出)的加壓氣體被導(dǎo)入支座9，通過(guò)支座9的中心通孔98，流至渦動(dòng)器罩殼30的緩沖室40。氣體大部份用作霧化氣體，被導(dǎo)入罩殼30頂部上的氣孔37，并沖擊流經(jīng)槽孔35的液體。在槽孔內(nèi)預(yù)混的液/氣流體，隨后被射入混合室32，形成渦流。在此過(guò)程中，形成無(wú)數(shù)細(xì)微氣泡，陷在液體中。混合后的載有氣泡的流體隨后從混合室移動(dòng)，通過(guò)由通孔本體50通孔52及樞銷60桿體62外表面所定義的環(huán)形信道，一直流到旋渦混合模塊3上由通孔本體50的邊緣58及折流器頭64表面66之間距所定義的計(jì)量區(qū)。當(dāng)載有氣泡流體通過(guò)模塊計(jì)量區(qū)時(shí)，因壓力降低而誘發(fā)流體中的氣泡突然膨脹，使流體加速并使液體破碎成為細(xì)微的液滴，在此液流中的高速液滴隨后遇到由周圍漏流誘發(fā)的流場(chǎng)所造成的二次霧化。同時(shí)，渦動(dòng)器罩殼30緩沖室40內(nèi)，有一預(yù)定量氣體，稱為清洗氣體，如圖6所示，被導(dǎo)引通過(guò)樞銷本體60中心孔65、各槽孔74、折流器頭64上的環(huán)形溝槽68、及間隙76，徹底清潔折流器頭64下游表面70邊緣。
權(quán)利要求
1.一種雙流體噴嘴，其特征在于包括一混合裝置，其中包括一設(shè)有下游開(kāi)口的混合室；供第一流體流過(guò)的第一流體入口裝置，與該混合室連通；供第二流體流過(guò)的第二流體入口裝置，以軸向與該第一流體入口裝置連通，第一流體與第二流體在第一流體入口裝置內(nèi)混合而形成一混合流體，兩流體并進(jìn)入混合室進(jìn)行二次混合；一通孔本體，與混合裝置于下游端接合，并具有一將該混合流體排出該噴嘴的排放開(kāi)口；一鎖合裝置，接合混合裝置及通孔本體。
2.如權(quán)利要求1所述的雙流體噴嘴，其特征在于其還包括一折流裝置，與混合裝置接合，且包括一圓筒形的桿體、一盤形的折流器頭，該折流器頭包括受該混合流體沖擊的上游表面；一計(jì)量裝置，其為一預(yù)定的信道間隙，設(shè)于折流器頭上游表面與該通孔本體上排放開(kāi)口的出口邊緣間。
3.如權(quán)利要求2所述的雙流體噴嘴，其特征在于其折流器頭為軸心對(duì)稱形。
4.如權(quán)利要求2所述的雙流體噴嘴，其特征在于其折流頭還包括一與流體清洗裝置接合的下游表面；該下游表面裝設(shè)一流體信道，其包括一位于該桿體上的中心管道、至少一槽孔用以連接該桿體與該折流器頭上一環(huán)形溝槽的連通裝置及一設(shè)于該折流器頭下游表面與該流體清洗裝置表面間的間隙。
全文摘要
一種雙流體噴嘴，包括旋渦混合模塊，此模塊包括一混合室、至少一與混合室連通的液體入口；液體與氣體注入混合室；液體入口的液/氣混合流體產(chǎn)生渦流且形成載有氣泡的流體，模塊上同心安裝的樞銷桿體，其下游放置一沖擊構(gòu)件，提供液流計(jì)量與形成噴霧角，并使液流分布在質(zhì)量與速度上均維持軸向?qū)ΨQ，樞銷桿體內(nèi)設(shè)氣體信道，其出口在折流器下游側(cè)，提供清潔樞銷表面裝置，消除樞銷表面上的粗大液滴，阻止累積任何不利的殘留物硬質(zhì)層，并對(duì)需要高溫的應(yīng)用提供表面冷卻，防止樞銷輻條受侵蝕發(fā)生的噴嘴損壞，及樞銷表面硬煉焦層造成的噴霧品質(zhì)受損的情形發(fā)生；同時(shí)，改善包括混合室內(nèi)不對(duì)稱的噴霧分布及因輻條造成的噴霧角動(dòng)量減損的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)B05B7/02GK1519056SQ03103058
公開(kāi)日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者孫泰炎, 魏淑嫻 申請(qǐng)人:孫泰炎, 魏淑嫻