CN220050045U - 一种具有异向双气流结构的雾化喷盘 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有异向双气流结构的雾化喷盘，该雾化喷盘包括喷盘本体以及与喷盘本体螺纹连接的盘芯；喷盘本体与盘芯之间设计有环形气腔，喷盘本体上设有连通该环形气腔且对称布置的进气通道；盘芯中心设有向下延伸的台阶状凸起，喷盘本体顶部中心设有台阶状圆锥口，台阶状圆锥口的圆锥面与台阶状凸起的外圆锥面形成与环形气腔相连的第一喷嘴；喷盘本体的底部中心设有与台阶状圆锥口中心线一致的喇叭形口，喇叭形口的外表面上设有一圈与环形气腔相连的第二喷嘴。该雾化喷盘在提供高实收率细粉的同时，具备抑制紊流产生、保障连续稳定生产的特性。
Description
技术领域
本实用新型涉及增材制造技术领域，具体的说是一种具有异向双气流结构的雾化喷盘。
背景技术
气雾化制粉是指利用保护气体（氮气、氩气等）通过雾化喷盘后形成的高速高压气流，冲击熔融金属液流，将金属液流快速粉碎并冷却，从而得到微细球形金属粉末。气雾化制粉得力于其粉末球形度高、氧含量低、粒度细小的特点在冶金机械、生物医疗、航空航天等增材制造方向得到广泛应用。
随着大规模批量化气雾化制粉的生产开展，市面上主要有两种喷嘴结构：自由式喷嘴和限制式喷嘴。公开号为CN108941589A的中国专利公开了一种制备可全粒度应用于增材制造的GH4169粉末的方法，采用自由落体式喷嘴结构。其存在自由式喷嘴的普遍问题，气体能量转化率低难以获得高实收率细粉，20-53μm比例一般＜35%；公开号为CN102581291B的中国专利公开了一种用于金属气体雾化的环缝型超音速喷嘴；其采用限制式喷嘴结构，气流焦点靠近喷嘴，气流焦点处产生的紊流易使金属液流粘结雾化喷盘喷嘴导致雾化堵塞甚至金属液反喷。公开号为CN112296344A的中国专利公开了一种用于改善粉末球形度的双层气雾化喷嘴。其雾化喷盘结构复杂上下两层，一旦损坏更换麻烦，加工成本高周期长，处于测试阶段，并不适用于工厂批量化制粉生产。
实用新型内容
为了解决现有技术中的不足，本实用新型提供一种装配简单、高能量转化率、减少紊流、便于规模化连续稳定雾化生产用具有异向双气流结构的雾化喷盘，该雾化喷盘在提供高实收率细粉的同时，具备抑制紊流产生、保障连续稳定生产的特性。
为了实现上述目的，本实用新型采用的具体方案为：
一种具有异向双气流结构的雾化喷盘，包括喷盘本体以及与喷盘本体螺纹连接的盘芯；所述喷盘本体与盘芯之间设计有环形气腔，喷盘本体上设有连通该环形气腔且对称布置的进气通道；
所述盘芯中心设有向下延伸的台阶状凸起，所述喷盘本体顶部中心设有台阶状圆锥口，所述台阶状圆锥口的圆锥面与台阶状凸起的外圆锥面形成与环形气腔相连的第一喷嘴，第一喷嘴与台阶状圆锥口的轴线之间的夹角为30-45°；
所述喷盘本体的底部中心设有与台阶状圆锥口中心线一致的喇叭形口，所述喇叭形口的外表面上设有一圈与环形气腔相连的第二喷嘴，第二喷嘴与台阶状圆锥口的中心线之间的夹角为30-40°。
作为优选方案，所述第一喷嘴为拉瓦尔结构。
作为优选方案，所述第一喷嘴通过喷盘本体的台阶状圆锥口轴线的剖面是以台阶状圆锥口轴线为中心线对称的缝形通道，所述缝形通道的一侧为直线，另一侧为曲线，所述缝形通道由喷盘本体剖面圆弧段AB、直线段BC、圆弧段CD和盘芯剖面直线段EF组成，缝形通道的喉部为直线段BC与直线段EF之间的最短距离。
作为优选方案，直线段BC与直线段EF之间的最短距离为0.5-0.8mm。
作为优选方案，直线段BC的长度为1-3mm。
作为优选方案，第二喷嘴的直径为0.5-0.8mm。
作为优选方案，第二喷嘴设有30-40个。
有益效果：
1）、本实用新型中的雾化喷盘包括盘芯及喷盘本体两部分，盘芯及喷盘本体通过螺纹连接组成异向双层气流结构，上层气流由盘芯及喷盘本体配合而成的第一喷嘴喷出，第一喷嘴采取拉瓦尔结构，有利于提高气体能量转化率；下层气流自喷盘本体底部斜面设计的第二喷嘴喷出，其设计采用自由式环孔喷嘴结构，其有效控制了第一喷嘴附近紊流导致的金属液粘结现象；上下双层气流结构的设计既提供了较高的能量转化率可获得高实收率细粉，同时又具备抑制紊流的能力，利于连续稳定规模化量产。
2）、第一喷嘴的缝形通道采取拉瓦尔结构，并增加直线段BC进行稳流，喷射角度30-45°，有效提升雾化效率，20-53μm细粉比例大于50%。
3）、雾化喷盘采用喷盘本体和盘芯螺纹式连接结构，便于更换喷盘本体，是批量化生产节约成本的有效方式。
附图说明
图1为雾化喷盘的结构示意图之一（盘芯与喷盘本体未连接）。
图2为雾化喷盘的结构示意图之二（盘芯与喷盘本体已连接）。
图3为图2的仰视图。
图4为图2中A-A处的剖视图。
图5是图4中I处的放大图。
图中标记：1、盘芯，2、喷盘本体，3、定位螺纹孔，4、第二喷嘴，5、进气通道，6、第一喷嘴，7、环形气腔。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”“下”等指示的方位或位置关系为基于附图2所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
请参考图1至图5，本实用新型中的一种具有异向双气流结构的雾化喷盘，包括喷盘本体2以及与喷盘本体2螺纹连接的盘芯1两部分。喷盘本体2上的定位螺纹孔3与紧固件相配合能够将雾化喷盘固定于雾化塔上。
喷盘本体2与盘芯1之间设计有环形气腔7，喷盘本体2上设有连通该环形气腔7且对称布置的进气通道5；所述盘芯1中心设有向下延伸的台阶状凸起，所述喷盘本体2顶部中心设有台阶状圆锥口，所述台阶状圆锥口的圆锥面与台阶状凸起的外圆锥面形成与环形气腔7相连的第一喷嘴6，所述第一喷嘴6为拉瓦尔结构，以提高气体能量转化率，第一喷嘴6与台阶状圆锥口的轴线之间的夹角为30-45°；所述喷盘本体2的底部中心设有与台阶状圆锥口中心线一致的喇叭形口，所述喇叭形口的外表面上设有一圈倾斜设计的第二喷嘴4，各个第二喷嘴4均与环形气腔7相连，第二喷嘴4与台阶状圆锥口的中心线之间的夹角为30-40°。气体通过进气通道5进入喷盘本体2，然后分成两层气流流出，上层气流通过第一喷嘴6流出，下层气流通过第二喷嘴4流出，提供了向下的气流导向，能够阻止第一喷嘴6与金属液流碰撞产生的紊流向上飞溅导致第一喷嘴4粘结钢液。
上下双层气流结构的设计既提供了较高的能量转化率可获得高实收率细粉，同时又具备抑制紊流的能力，利于连续稳定规模化量产。
请参考图4和5，所述第一喷嘴6通过喷盘本体2的台阶状圆锥口轴线的剖面是以台阶状圆锥口轴线为中心线对称的缝形通道，所述缝形通道的一侧为直线，另一侧为曲线，所述缝形通道由喷盘本体2剖面圆弧段AB、直线段BC、圆弧段CD和盘芯1剖面直线段EF组成，缝形通道的喉部为直线段BC与直线段EF之间的最短距离，直线段BC与直线段EF之间的最短距离为0.5-0.8mm，直线段BC的长度为1-3mm。缝形通道的拉瓦尔效应有效提升了气流速度使粉末更细，并且直线段BC的存在提供了稳流效果。
详细地，请参考图3，第二喷嘴4的直径为0.5-0.8mm，第二喷嘴4设有30-40个。
本实用新型中的盘芯1及喷盘本体2通过螺纹连接形成单进气通道双层气流结构，易装配，易更换，区别于双通道双层盘体结构雾化喷盘，设计复杂，加工成本高周期长，不适用于工厂批量化制粉生产 。
实施例1
材料Ni80Cr20镍基合金熔体以1660℃的温度自导流管进入雾化喷盘，与通过雾化喷盘的气流碰撞形成粉末。雾化气体采用氮气，压力4.0MPa。进入雾化喷盘的氮气上层第一喷嘴6，第一喷嘴6喉部最窄处的距离为0.8mm，第一喷嘴6与垂直方向的夹角为40°，形成第一层气流；下层通过角度40°，环孔直径0.8mm的第二喷嘴4形成第二层气流。在双层气流共同作用下，最终收的粉末平均粒径26.5μm。10μm以下比例＜10%，63μm以上比例＜10%；20-53μm实收率58%；连续生产过程由于紊流导致钢液堵塞问题零出现。
实施例2
材料316L铁基熔体以1620℃的温度自导流管流出雾化喷盘，与通过雾化喷盘的气流碰撞形成粉末。雾化气体采用氮气，压力4.0MPa。进入雾化喷盘的氮气上层通过第一喷嘴6，第一喷嘴6喉部最窄处的距离为0.8mm，第一喷嘴6与垂直方向的夹角为35°，形成第一层气流，下层通过角度35°，环孔直径0.8mm的第二喷嘴4形成第二层气流。在双层气流共同作用下，最终收的粉末平均粒径42.0μm。20μm以下比例＜10%，90μm以上比例＜10%；38-75μm实收率62%；连续生产过程由于紊流导致钢液堵塞问题零出现。
实施例3
材料Ni60AA镍基熔体以1400℃的温度自导流管进入雾化喷盘，与通过雾化喷盘的气流碰撞形成粉末。雾化气体采用氮气，压力4.0MPa。进入雾化喷盘的氮气上层通过第一喷嘴6，第一喷嘴6喉部最窄处的距离为0.8mm，第一喷嘴6与垂直方向的夹角为30°，形成第一层气流，下层通过角度30°，环孔直径0.8mm的第二喷嘴4形成第二层气流。在双层气流共同作用下，最终收的粉末平均粒径75.0μm。45μm以下比例＜10%，150μm以上比例＜10%；53-150μm实收率65%；连续生产过程由于紊流导致钢液堵塞问题零出现。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非随本实用新型作任何形式上的限制。凡根据本实用新型的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种具有异向双气流结构的雾化喷盘，其特征在于，包括喷盘本体以及与喷盘本体螺纹连接的盘芯；所述喷盘本体与盘芯之间设计有环形气腔，喷盘本体上设有连通该环形气腔且对称布置的进气通道；
所述盘芯中心设有向下延伸的台阶状凸起，所述喷盘本体顶部中心设有台阶状圆锥口，所述台阶状圆锥口的圆锥面与台阶状凸起的外圆锥面形成与环形气腔相连的第一喷嘴，第一喷嘴与台阶状圆锥口的轴线之间的夹角为30-45°；
所述喷盘本体的底部中心设有与台阶状圆锥口中心线一致的喇叭形口，所述喇叭形口的外表面上设有一圈与环形气腔相连的第二喷嘴，第二喷嘴与台阶状圆锥口的中心线之间的夹角为30-40°。
2.根据权利要求1所述的一种具有异向双气流结构的雾化喷盘，其特征在于，所述第一喷嘴为拉瓦尔结构。
3.根据权利要求2所述的一种具有异向双气流结构的雾化喷盘，其特征在于，所述第一喷嘴通过喷盘本体的台阶状圆锥口轴线的剖面是以台阶状圆锥口轴线为中心线对称的缝形通道，所述缝形通道的一侧为直线，另一侧为曲线，所述缝形通道由喷盘本体剖面圆弧段AB、直线段BC、圆弧段CD和盘芯剖面直线段EF组成，缝形通道的喉部为直线段BC与直线段EF之间的最短距离。
4.根据权利要求3所述的一种具有异向双气流结构的雾化喷盘，其特征在于，直线段BC与直线段EF之间的最短距离为0.5-0.8mm。
5.根据权利要求3所述的一种具有异向双气流结构的雾化喷盘，其特征在于，直线段BC的长度为1-3mm。
6.根据权利要求1所述的一种具有异向双气流结构的雾化喷盘，其特征在于，第二喷嘴的直径为0.5-0.8mm。
7.根据权利要求1所述的一种具有异向双气流结构的雾化喷盘，其特征在于，第二喷嘴设有30-40个。
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