CN1519056A

CN1519056A - 双流体喷嘴

Info

Publication number: CN1519056A
Application number: CNA031030580A
Authority: CN
Inventors: 孙泰炎; 魏淑娴
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: CN100395036C

Abstract

一种双流体喷嘴，包括旋涡混合模块，此模块包括一混合室、至少一与混合室连通的液体入口；液体与气体注入混合室；液体入口的液/气混合流体产生涡流且形成载有气泡的流体，模块上同心安装的枢销杆体，其下游放置一冲击构件，提供液流计量与形成喷雾角，并使液流分布在质量与速度上均维持轴向对称，枢销杆体内设气体信道，其出口在折流器下游侧，提供清洁枢销表面装置，消除枢销表面上的粗大液滴，阻止累积任何不利的残留物硬质层，并对需要高温的应用提供表面冷却，防止枢销辐条受侵蚀发生的喷嘴损坏，及枢销表面硬炼焦层造成的喷雾品质受损的情形发生；同时，改善包括混合室内不对称的喷雾分布及因辐条造成的喷雾角动量减损的缺点。

Description

双流体喷嘴

技术领域

本发明涉及一种喷嘴，尤指一种双流体喷嘴。

背景技术

液体雾化是在各种工业应用中，诸如农业喷洒、蒸发冷却、泥浆干燥、烟道气涤除、集尘器与燃油器燃烧处理等，形成总表面积最大化的液体时最有效的方法之一。用于喷嘴设计中的雾化机构有两种：压力雾化器(单流体)与双流体雾化器。单流体压力雾化器利用液体压能转换，而于液体从雾化器喷射出时，形成高速液体喷射/薄膜，藉此达成微滴雾化。由于周围的气场在雾化器出口周缘含有诱发性湍流能，所以进一步将放出的高速喷射/薄膜剪切成小滴。此种雾化器被广泛用于多种低流率的应用中，然而，在高流率要求中，从压力雾化器产生的高速喷射/薄膜变成粗厚得多，使其较难单靠周围空气即可雾化。其补救方法是使用双流体喷嘴，引进加压气体与液体混合后再射出流体，藉此改善在高流率条件时的雾化。在微观中，当此种双流体喷嘴操作时，在压力下引进气体，使之在喷嘴室中与液体搅拌及混合，以产生无数陷在液体内的细微气泡，如此造成液体黏度与表面张力大幅降低(载有气泡的液体)，并造成更细的喷雾。就技术上而言，此种液体解体过程中涉及的雾化机制有二：初次雾化是在喷嘴出口达成的，其藉由陷在液体中的气泡经由压力降低时突然膨胀并因此形成快速移动且密致的细微液滴喷雾，接着由周围空气产生的端流剪力导入二次雾化，将高速移动的液滴破碎成更细微的喷雾，后一过程与前述压力雾化器具有相同的雾化机制精神。通常，双流体喷嘴由于具有更高的流率能力，且可在相当宽广的操作范围内产生更细微的液滴(亦称为极限负荷比)，所以在工业应用中具有更广的用途。

关于双流体喷嘴，图8为一相当有效的先前技术设计。此喷嘴利用一喷嘴盖1000协助产生液滴，图8中，喷嘴盖1000包括一外框1005，一枢销1010，及多数支撑辐条1015用以支撑并接合枢销1010与外框1005。枢销1010包括一入口冲激板1020，一推拔状心轴1025，及一出口折流板1040(见图9)。此习用品能使液流垂直射在冲激板1020上，以于冲激板1020及辐条1015二者的表面上形成液体薄膜。从冲激板1020上游引进的涡动雾化空气(图中未示出)，随后与辐条间信道内及枢销1025外表面与外框1005内表面1035定义的下游环形信道内的液体薄膜混合。另一习用技术如图10所示，此设计修改图8的先前技术，在各辐条1052上放置挡壁1051，以于液体及空气在喷嘴内混合时，减少辐条1052上流动的液量，藉此改进喷嘴效能。

这些设计对达成气/液混合与雾化都相当有效，然而，也都受到一定的限制：

1.当喷嘴用于射出含有研磨微粒或污染物的液体时，辐条1015或1052上可能发生侵蚀，造成枢销受损，导致喷嘴故障。

2.当涡动空气被引进喷嘴的混合室(图中未示出)而与冲激板1020及辐条1015二者表面上的液体混合时，辐条下游可能产生一些空气动力尾流，在喷嘴室的尾流区内(辐条1015下游)，混合液流的速度与角动量都显著降低，且其分布可能变成非轴向对称歪斜。歪斜的流动样态随后扩散通过喷嘴出口，并造成不均匀的喷雾。此种结果可能严重减损喷嘴在数种广泛应用中的效能，例如，减损其在工业燃油器加热炉中的效能，因为，喷雾的均匀性及其妥善维持的角动量，是燃油器中形成稳定火焰的重要因素。

3.当喷雾于冲撞折流板1040后而形成时，折流器1039的表面1040近旁的喷雾中心内也会形成一压力较低、轴向对称的再循环区。在此低压再循环区内，喷雾内的细微液滴会被朝后吸向折流器的下游表面，并在该表面上形成大液滴，称为再附着。在某些情况中，此过程会相当严重地危害喷雾品质。例如，在燃油器燃烧或泥浆加热处理应用中，当加热炉中的辐射热使折流器表面温度上升时，折流器下游表面1040上累积的喷雾内，有些再循环的细微液滴可能会形成多层干亮/炼焦。经历一段时间后，燃油器壳内位于折流器边缘顶端上***的泥浆淤积或炼焦层，会使轮廓尖锐的边缘变圆变钝，造成喷雾角缩小，导致喷雾中形成较粗大的液滴。受到此种限制的喷嘴会减损泥浆干燥处理中的粉末生产品质，或者，它会严重损坏燃烧器的衬料，造成不稳定的火焰。燃油器枢销表面上积聚的炼焦层，损坏枢销，将会进一步在枢销表面本身造成热斑，最后并损坏枢销，造成喷嘴失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自动清洁装置的双流体喷嘴。

为实现上述目的，本发明的解决方案为：一种双流体喷嘴，其包括一混合装置，其中包括一设有下游开口的混合室；供第一流体流过的第一流体入口装置，与该混合室连通；供第二流体流过的第二流体入口装置，以轴向与该第一流体入口装置连通，第一流体与第二流体在第一流体入口装置内混合而形成一混合流体，两流体并进入混合室进行二次混合；一通孔本体，与混合装置于下游端接合，并具有一将该混合流体排出该喷嘴的排放开口；一锁合装置，接合混合装置及通孔本体。

所述的双流体喷嘴，其还包括：一折流装置，与混合装置接合，且包括一圆筒形的杆体、一盘形的折流器头，该折流器头包括受该混合流体冲击的上游表面；一计量装置，其为一预定的信道间隙，设于折流器头上游表面与该通孔本体上排放开口的出口边缘间。

所述的双流体喷嘴，其折流器头为轴心对称形。

所述的双流体喷嘴，其折流头还包括一与流体清洗装置接合的下游表面；该下游表面装设一流体信道，其包括一位于该杆体上的中心管道、至少一槽孔用以连接该杆体与该折流器头上一环形沟槽的连通装置及一设于该折流器头下游表面与该流体清洗装置表面间的间隙。

采用上述结构后，喷嘴效能及其操作寿命有大幅增进，理由如下：第一，将燃料与气体同时引进混合模块上相同正切方向的切槽内，不仅可使用较小巧的涡动器设计增进两种流体的混合度，并且因为在低流率条件时可形成较稳定的气动涡流而改进喷嘴的极限负荷比；第二，本发明中在枢销杆体内引用直达罩壳顶部气体清洗装置，可完全消除先前技术中发生的问题，包括由枢销辐条侵蚀致生的喷嘴损坏，以及枢销表面硬炼焦层造成的喷雾品质受损；同时，先前技术中的缺点，包括混合室内不对称的喷雾分布及因辐条造成的喷雾角动量减损，也获得极大的改善。

附图说明

图1为本发明较佳实施例一的立体分解图；

图2为旋涡混合模块的前视立体分解图；

图3为旋涡混合模块的后视立体分解图；

图4为本发明较佳实施例一的前视图；

图5为图4沿A-A面的剖示图；

图6为图5中虚线包围区内的局部放大图；

图7为本发明另一实施例的剖示图；

图8为一先前技术喷嘴盖的后视立体图；

图9为一先前技术喷嘴盖的前视立体图；

图10为另一先前技术喷嘴盖的后视立体图。

具体实施方式

如图1所示，一种双流体喷嘴，其包括旋涡混合模块3、模块配接器1、支座9，其中：

旋涡混合模块3(配合图2、3、4所示)包括涡动器罩壳30、通孔本体50、枢销本体60及盘体80，涡动器罩壳30为圆筒体，其上设混合室32，混合室32位于表面34至表面36之间。表面34末端形成一锥状中凸表面38，其夹角在90至150度的范围内，以于组装时可与通孔本体50上的表面54配合，产生自动对正的表面接触。涡动器罩壳30另端，如图3所示，设一缓冲室40，位于表面42至表面44之间。混合室32侧的圆筒壁上，以铣切等方式备制一组等距分隔的槽孔35，以提供从罩壳外部至混合室32的连通管道。槽孔35大致以正切方向设于圆筒壁上，以利于第二流体从通孔本体50外部经由槽孔35导入混合室32时，可诱发一旋动的涡流。在每一槽孔35中，都设一与涡动器罩壳30圆筒体轴线平行的孔37，孔37从槽孔底端通过涡动器本体表面36、44定义的顶端延伸至缓冲室40壁表面46上的预定高度为止。如图2、3所示，孔37位于槽孔35内，其直径不大于槽孔35宽度，且其边缘极靠近混合室32的边缘。从缓冲室40侧观看时，气孔37局部钻入缓冲室40壁部，直到表面46所示的高度为止。表面46至表面44间的距离为预定，以确保从缓冲室40至孔37的流动信道开口大于孔37本身的横剖面。这种构造为利用孔37在缓冲室40内的外露/接口部份，作为一前导入口，以引导第一流体通过孔37进入液体槽孔并产生混合，随后，在混合的流体进入混合室32时产生一旋动涡流。在某些其它情况中，当所设计的混合室小于目前所示的配置时，或当气孔37相对涡动器罩壳30的轴线成斜角(图中未示)钻孔时，孔37可能不与缓冲室40的壁部交界，并在表面44构成的顶部时即终止。在这些情况时，就本发明精神而言，混合室的功能是完全相同的，此种构造的益处是可提供双浸式液体/气体混合效率，且因为允许两种流体通过同样正切的槽孔，所以其涡动器的几何构造非常小巧。

如图2、3中所示，圆筒形的通孔本体50设一中心通孔52，其尺寸不大于混合室32内径。通孔本体50的上游表面54为锥形内凹状，其夹角与涡动器罩壳30的表面38夹角相同，在90至150度之间，以便在组装期间彼此适当密封。在表面54相反侧，形成一大致垂直通口本体轴线的凸缘表面56，以于旋涡混合模块3组装到喷嘴配接器1时(参考图1、4所示)，达到密封液体的目的。凸缘外径即表面59，其大小恰可与配接器1的配合部保持一狭小间隙，以供喷嘴组装时对正。

如图7所示，为本发明的另一实施例，通孔本体50的通孔52具有文氏管形结构，其壁部的内径沿通孔的信道渐渐缩小，至最小尺寸后再逐渐往回增加。此实施例适用于雾化气体供应量相当低、且主要由液流分布决定混合后流体均匀性的情况。

如图2、3所示，枢销本体60包括一大致圆筒形的杆体62，及一大致呈盘状且钻设一中心通孔65的折流器头64。折流器头64上的上游表面66大致与枢销轴线垂直，而折流器头64的外径稍微小于通孔52的最小直径。此种构造可在组装整个涡动器旋涡模块为一体时，提供良好的进出性。折流器头64下游侧表面上形成一同心的环形沟槽68，将其余表面分成二个环形表面70与72。环形表面70经车削而低于环形表面72。环形表面72上切割一组槽孔74，且具有一定的深度，以使中心孔65与环形沟槽68间提供多个径向管道。盘体80表面82其直径不大于折流器头64的直径。最后以诸如熔接方式密封于表面72上。利用此种构造，折流器头64环形表面70与盘体80表面82之间，形成一间隙76(参考图6所示)。组装枢销本体60与盘体80时，形成一气体管道，由气体信道孔65、各槽孔74、环形沟槽68、及环形间隙76构成，随后在枢销本体60杆体62的预定轴向位置上，将此装配件接合于涡动器罩壳30顶部上的中心钻孔39。当通孔本体50的出口边缘58与折流器头表面66组装为一体时，其间形成一预定间隙，此预定间隙为喷嘴计量信道，用以定义气体及液体二者的流动容量，并形成喷雾角形状。枢销本体60与涡动器罩壳30的接合方式，可用熔接或其它方法，如螺接等。

支座9(见图1、4所示)使用鼓锤形棒体制成，其一端设有外螺纹92，另一端则设有O形环密封94。支座9上设一中心通孔98。O形环密封94连接一外部管道，以引导气体经由中心孔98进入喷嘴，其还可以用内或外螺纹取代O形环密封，以达连接目的。支座9外表面104上，形成二个平行的平坦表面96，以于组装时提供扭矩之用。螺纹92上沿轴向全长切设一组预定宽度与深度且等距间隔的槽孔100，以提供组装后的喷嘴在操作时的液体管道。

配接器1(见图1、4)设有外螺纹14与内螺纹12，用以容置旋涡混合模块3与支座9。在内螺纹12下游，钻设一环形沟槽16，而表面18与表面20之间，亦同心钻设一紧间隙孔19，用以装配通孔本体50的凸缘直径59。将旋涡混合模块3放入配接器1时(图1、4)，通孔本体50的凸缘表面56会抵达配接器1表面15的底部并密封。同时，与枢销本体60及清洗盘体80结合为一体的涡动器罩壳30，被支座9的表面102从罩壳体后表面42压制。经由支座9的压力作用，涡动器罩壳30与通孔本体50二者会因其上设置的锥形配合表面而紧密接触并同心对正。此一压力同样使通孔本体50表面56与配接器1表面15间产生紧密封。

具有本发明精神的另一可行实施例中，利用与配接器1组合的通孔本体50，作为一整体结合部(图中未示出)。在此情况时，通孔本体50上的形貌，诸如锥形表面54与通孔52，都是配接器1的一部份。此种构造极易实施，其好处在于可减少本发明零件总数，但会限制配接器与通孔间的材料选择性，有时，通孔本体50与配接器1之间的材料选择，可能对某些喷嘴应用的成败极端重要。

如图7所示，通孔本体200孔210为缩放形或文氏管形信道。其使混合的流体先集中在一横剖面较小的区域内，然后再释放到射出器，用于雾化气体消耗率受限制时，使喷雾分布较为均匀；枢销杆体300流器头310上游表面320为锥形，以折流器头的锥形角度，形成喷雾角形状。

组合时，旋涡混合模块3置于配接器1内，而通孔本体50的凸缘表面56直达配接器1表面15底部。支座9旋入配接器1的内螺纹12，并以表面102密合在罩壳30表面42上。藉此，通孔本体50的凸缘56也被配接器1表面15密封。在喷嘴操作期间，来自上游源(图中未示出)的液体被抽取至配接器内螺纹12与支座9外表面104间设置的管道，然后经由支座9上的槽孔100，流至螺纹12与罩壳30外表面间，进入配接器1沟槽16与涡动器罩壳30外表面间定义的环形室内，液体随后被射入涡动器罩壳30正切方向的切割槽孔35内。

同时，来自气体源(图中未示出)的加压气体被导入支座9，通过支座9的中心通孔98，流至涡动器罩壳30的缓冲室40。气体大部份用作雾化气体，被导入罩壳30顶部上的气孔37，并冲击流经槽孔35的液体。在槽孔内预混的液/气流体，随后被射入混合室32，形成涡流。在此过程中，形成无数细微气泡，陷在液体中。混合后的载有气泡的流体随后从混合室移动，通过由通孔本体50通孔52及枢销60杆体62外表面所定义的环形信道，一直流到旋涡混合模块3上由通孔本体50的边缘58及折流器头64表面66之间距所定义的计量区。当载有气泡流体通过模块计量区时，因压力降低而诱发流体中的气泡突然膨胀，使流体加速并使液体破碎成为细微的液滴，在此液流中的高速液滴随后遇到由周围漏流诱发的流场所造成的二次雾化。同时，涡动器罩壳30缓冲室40内，有一预定量气体，称为清洗气体，如图6所示，被导引通过枢销本体60中心孔65、各槽孔74、折流器头64上的环形沟槽68、及间隙76，彻底清洁折流器头64下游表面70边缘。

Claims

1、一种双流体喷嘴，其特征在于：包括一混合装置，其中包括一设有下游开口的混合室；供第一流体流过的第一流体入口装置，与该混合室连通；供第二流体流过的第二流体入口装置，以轴向与该第一流体入口装置连通，第一流体与第二流体在第一流体入口装置内混合而形成一混合流体，两流体并进入混合室进行二次混合；一通孔本体，与混合装置于下游端接合，并具有一将该混合流体排出该喷嘴的排放开口；一锁合装置，接合混合装置及通孔本体。

2、如权利要求1所述的双流体喷嘴，其特征在于：其还包括：一折流装置，与混合装置接合，且包括一圆筒形的杆体、一盘形的折流器头，该折流器头包括受该混合流体冲击的上游表面；一计量装置，其为一预定的信道间隙，设于折流器头上游表面与该通孔本体上排放开口的出口边缘间。

3、如权利要求2所述的双流体喷嘴，其特征在于：其折流器头为轴心对称形。

4、如权利要求2所述的双流体喷嘴，其特征在于：其折流头还包括一与流体清洗装置接合的下游表面；该下游表面装设一流体信道，其包括一位于该杆体上的中心管道、至少一槽孔用以连接该杆体与该折流器头上一环形沟槽的连通装置及一设于该折流器头下游表面与该流体清洗装置表面间的间隙。