CN220610848U - 一种用于清除挂壁物料的气刀喷头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，该气刀喷头包括进气管段、第一出气管段和第二出气管段，其中，进气管段与第二出气管段均为圆柱形管段，第一出气管段为圆锥台形管段；进气管段、第一出气管段均为中空且上、下两端开口的结构；第二出气管段为中空结构，其上端开口，其下端封闭；进气管段、第一出气管段、第二出气管段从上到下依次衔接，形成气刀喷头主体；第一出气管段和第二出气管段上均设置有长条形缺口；长条形缺口中间截面小，两侧截面大，具有收缩与扩张作用，可以将气刀喷头高压腔内的气体进行减速增压再减压增速，形成狭长的气刀。利用该气刀喷头可实现分离器上部的挂壁物料的自动清洗，降低人工清洁成本，提高生产效率。

Description

一种用于清除挂壁物料的气刀喷头

技术领域

本实用新型涉及气刀喷嘴领域，特别涉及一种清除聚合物生产用低压分离器挂壁物料用喷头，具体是一种用于清除挂壁物料的气刀喷头。

背景技术

高压法聚乙烯及EVA生产中，产品在低压分离器采用切向进料进行离心分离，气相从上封头排出，但会有聚合物以雾沫夹带的形式向上运动并附着于上封头与筒体上部的器壁。停车时虽然分离器外部夹套通蒸汽加热保温，使得聚合物保持流动性靠重力向下流动，但对于抛光的不锈钢设备，挂在器壁的低聚物仅靠重力无法全部流尽，总会有部分物料粘在器壁之上。停车后需人工清除，清理难度与清理工作量大。虽然涂敷高疏水性材料有利于减少物料挂壁，但无法杜绝，仍需人工清理，且涂敷材料不能重复使用，会在清理挂壁物料时被一同清理掉。

发明内容

为解决现有技术的不足，本实用新型提供一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，该气刀喷头可以有效解决EVA生产用低压分离器中的物料挂壁问题。

为实现上述目的，本实用新型设计一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，其特征在于，该气刀喷头包括进气管段、第一出气管段和第二出气管段，其中，进气管段与第二出气管段均为圆柱形管段，第一出气管段为圆锥台形管段；进气管段、第一出气管段均为中空且上、下两端开口的结构；第二出气管段为中空结构，其上端开口，其下端封闭；

进气管段的内径较第二出气管段的内径小，且进气管段的外径也较第二出气管段的外径小，第一出气管段的上端的尺寸与进气管段的尺寸相同，第一出气管段的下端的尺寸与第二出气管段的尺寸相同，进气管段、第一出气管段、第二出气管段依次从上到下且以中轴线重合的方式衔接在一起，形成气刀喷头主体；

在第一出气管段的锥面上沿圆周方向均匀设置有锥面出气口，在第二出气管段的圆周侧面上沿圆周方向均匀设置有柱面出气口；锥面出气口与柱面出气口均为长条形缺口，且该长条形缺口与喷头的内部连通；锥面出气口的长度方向沿其设置位置的母线的方向，柱面出气口的长度方向平行于第二出气管段的轴线方向；

长条形缺口从气刀喷头的内侧到外侧依次为收缩段、喉部、扩张段，其中喉部的横截面面积最小，收缩段的内端面到喉部的内侧开口端面之间横截面面积逐步缩小，喉部的外侧开口端面到扩张段的外端面之间的横截面面积逐步增大；收缩段的内端面与扩张段的外端面在径向上不正对；

进气管段的上端开口处为气刀喷头的进气口。

与现有技术相比，本实用新型具有如下效果：本实用新型设计气刀喷头，其出气口设置在两个管段上，分别为锥面管段和柱面管段，两个出气管段上均等间距设置若干出气口；该出气口内侧面到外侧面与径向呈一定角度倾斜，中间截面小，两侧截面大，具有收缩与扩张作用，可以将气刀喷头高压腔内的气体进行减速增压再减压增速，形成狭长的气刀。通过调整结构参数、出气口数量并改变进气速度，使气体从出气口喷出后拥有较大切向速度和绝对速度，足以对低压分离器内壁的挂壁物料进行清洗，实现对上封头和上部筒体形成全域清洗。该气刀喷头可实现分离器上部的挂壁物料的自动清洗，降低人工清洁成本，提高生产效率。

附图说明

图1为本实用新型一种用于清除挂壁物料的气刀喷头一种实施例的主视结构示意图。

图2为本实用新型一种用于清除挂壁物料的气刀喷头一种实施例的俯视结构示意图。

图3为本实用新型一种用于清除挂壁物料的气刀喷头一种实施例的第二出气管段在K-K面(柱面出气口的喉部的水平方向中轴线所在的水平面，如图1所示)上的剖视结构示意图。

图4为本实用新型一种用于清除挂壁物料的气刀喷头一种实施例的第二出气管段的长条形缺口在图3中所示的A-A面(即柱面出气口的喉部的竖直方向上的对称面)上的剖视结构示意图。

图5为本实用新型一种用于清除挂壁物料的气刀喷头一种实施例的第二出气管段的长条形缺口在外端面的一侧沿喉部的水平方向中轴线往内侧面方向观察所得的结构示意图。

图6为本实用新型一种用于清除挂壁物料的气刀喷头一种实施例的气刀进气口的气体速度与器壁处流体速度的关系曲线。

图7为本实用新型一种用于清除挂壁物料的气刀喷头一种实施例的气刀进气口的气体速度与进气口处至器壁处的压降的关系曲线。

图中：1、进气口；2、进气管段；3、第一出气管段；4、第二出气管段；5、锥面出气口；6、柱面出气口。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的、与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图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的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供一种用于清除挂壁物料的气刀喷头(简称气刀喷头)，该气刀喷头包括进气管段2、第一出气管段3和第二出气管段4，其中，进气管段2与第二出气管段4均为圆柱形管段，第一出气管段3为圆锥台形管段；进气管段2、第一出气管段3均为中空且上、下两端开口的结构；第二出气管段4为中空结构，其上端开口，其下端封闭。

进气管段2的内径较第二出气管段4的内径小，且进气管段2的外径也较第二出气管段4的外径小，第一出气管段3的上端的尺寸与进气管段2的尺寸相同，第一出气管段3的下端的尺寸与第二出气管段4的尺寸相同，进气管段2、第一出气管段3、第二出气管段4依次从上到下且以中轴线重合的方式衔接在一起，形成气刀喷头主体。

在第一出气管段3的锥面上沿圆周方向均匀设置有锥面出气口5，在第二出气管段4的圆周侧面上沿圆周方向均匀设置有柱面出气口6；锥面出气口5与柱面出气口6均为长条形缺口，且该长条形缺口与气刀喷头的内部连通；锥面出气口的长度方向沿其设置位置的母线的方向，柱面出气口的长度方向平行于第二出气管段的轴线方向。

长条形缺口从气刀喷头的内侧到外侧依次为收缩段、喉部、扩张段，其中喉部的横截面面积最小，收缩段的内端面(即与气刀喷头的内侧面共面处)到喉部的内侧开口端面之间横截面面积逐步缩小，喉部的外侧开口端面到扩张段的外端面(即与气刀喷头的外侧面共面处)之间的横截面面积逐步增大。收缩段的内端面与扩张段的外端面在径向上不正对。

作为一种实施例，长条形缺口的喉部为由两个相同的外凸弧面和两个相同的矩形平面围起来的筒状结构，其中，两个外凸弧面对称的设置在上、下两端，两个矩形平面正对的设置在左、右两侧，该外凸弧面为圆筒的圆周上的一段弧对应的外周面。

作为一种实施例，喉部宽度(即喉部的两个矩形平面之间的距离)b为4mm，喉部长度(即喉部的两个外凸弧面顶点之间的距离)h0为8mm，喉部厚度(即喉部的内侧开口端面与外侧开口端面之间的距离)t0为4mm。

长条形缺口的喉部位于对应管段的管壁的内部，喉部的水平方向上的中轴线与该管段的过该中轴线与管壁内侧面上的交点的直径之间的夹角为长条形缺口与该管段之间的偏向角γ。

作为一种实施例，第二出气管段4上的长条形缺口与第二出气管段4之间偏向角为45°。第一出气管段3上的长条形缺口与第一出气管段3之间偏向角为45°。

作为一种实施例，收缩段为以喉部的内侧开口端面为起点、以喉部的两个外凸弧面的弧为定弧以收缩角α分别在上、下方向上向内切割管壁、同时以两个矩形平面所在的面在左、右方向上向内切割管壁所形成的通道，两段定弧切割到管壁内侧面上所形成的两个曲面与两个矩形平面所在的面的切割所形成的平面相交所围成的空间即为收缩段。所述收缩角α为同一方向(上端或者下端)上的定弧的顶点与曲面的顶点之间的连线与喉部的水平方向上的中轴线之间形成的锐角；收缩段的两个曲面顶点之间的距离为长条形缺口的内端面的长度h1。

扩张段为以喉部的外侧开口端面为起点、以喉部的两个外凸弧面的弧为定弧以扩张角β分别在上、下方向上向外切割管壁、同时以两个矩形平面所在的面在左、右方向上向外切割管壁所形成的通道，两段定弧切割到管壁内侧面上所形成的两个曲面与两个矩形平面所在的面的切割所形成的平面相交所围成的空间即为扩张段。所述扩张角β为同一方向(上端或者下端)上的定弧的顶点与曲面的顶点之间的连线与喉部的水平方向上的中轴线之间形成的锐角；扩张段的两个曲面顶点之间的距离为长条形缺口的外端面的长度h2。

作为一种实施例，长条形缺口的h1＝h2。

第二出气管段4上的长条形缺口(即柱面出气口6)的内端面的沿长度方向的中线和其外端面的沿长度方向的中线与第二出气管段4的内侧面上的一条母线和外侧面上的一条母线对应共线。

第一出气管段3上的长条形缺口(即锥面出气口5)的内端面的沿长度方向的中线和其外端面的沿长度方向的中线与第一出气管段3的内侧面上的一条母线和外侧面上的一条母线对应共线。

进气管段2的上端开口处为气刀喷头的进气口1。

作为一种实施例，进气管段2的外侧面的顶端设置有螺纹，且进气口1的内壁上设置有螺纹，用于气刀喷头的安装与固定。

锥面出气口5的外端面的长度为32mm，收缩角与扩张角为60°，第一出气管段3上共设置有6个锥面出气口5。

柱面出气口6的长度为40mm，收缩角与扩张角为60°，第二出气管段4上共设置有6个柱面出气口6。

第一出气管段3的锥面与其底面的夹角为60°，锥面母线长度55mm。

第二出气管段4的母线长度为75。

进气管段2采用DN50无缝钢管。

作为一种实施例，所述气刀喷头为内径2600mm、具有标准椭圆封头的分离设备用的清除挂壁物料的气刀喷头，该气刀喷头的内伸长度300mm，内伸长度是指喷头柱面底部到其中心线与封头内壁交点之间的距离。

本实用新型设计的用于清除挂壁物料的气刀喷头的工作原理与流程：所述气刀喷头通过进气管段2的外侧面的顶端的螺纹固定于低压分离器的封头顶部中心，进气口1通过其内侧的螺纹与进气管道连接。压缩空气经进气管道由进气口1进入进气管段2，进气管段2内部为高压腔。由于壳体内压力接近大气压，高温乙烯气体通过气刀喷头的锥面出气口5和柱面出气口6排出，锥面出气口5和柱面出气口6被设计成有收缩角和扩张角的形式(即中间截面小，两侧截面大)，收缩角使得气体进入出口时，压力增大，产生加速的效果；扩张角使得气体在离开时获得更大的发散面积，让气体可以扫过更大的范围。气刀喷头的锥面出气口5和柱面出气口6在横截面上与径向成一定角度，使得气体从出气口喷出时获得一定的切向速度，气体运动方向与半径方向呈角度喷向低压分离器，沿壁面切线方向的速度得到增加，使气体清洁挂壁物料的效果更加显著。

需要注意的是，气体经进气口进入高压腔，气流通过变内径槽口的锥面出气口5和柱面出气口6后径向形成均衡的气流薄片。将高压气流经气刀喷头处理，发生速度方向和大小以及压力的变化，形成具有强冲击力的气流薄片。只要保证到达低压分离器器壁的高温乙烯气体的切应力大于挂壁液滴的表面张力，便可达到清洗目的。

经仿真模拟，高温乙烯气体从锥面出气口排出后，到达分离设备上封头的速度普遍大于从柱面出气口排出的水平，因此下文模拟结果侧重于分析筒体上部器壁上的液滴速度分布。

通过改变进气口1处气体速度的大小(5m/s、10m/s、15m/s、20m/s)，对出气口排出的气体在低压分离器上封头与筒体上部区域内流场模拟，再根据模拟结果，以进气口1处气体速度为横坐标，进气口处至器壁处的压降和器壁处流体速度(绝对速度最大值、绝对速度最小值、绝对速度平均值、切向速度最大值、切向速度最小值、切向速度平均值)为纵坐标，得到如图6、图7所示的结果。由模拟结果可知，高温乙烯气体通过气刀喷嘴的锥面出气口5和柱面出气口6排出，在流场区域内形成具有强冲击力的气流薄片，以一定的角度冲击低压分离器内壁并沿器壁流动，整个过程中均能对有物料挂壁现象的范围进行清洗。

需要特别指出，对于挂壁物料是液态EVA的情况下，从高效节能的角度出发，选择适用的压缩机，给予进气口1处10m/s的气体速度，即可达到清洗的目的。

另外，根据本实用新型的模拟数据，结合所需清除的挂壁物料的粘度，使用者可以选择对应的压缩机给气刀喷头进气口处的气体加压，达到所需的速度，进行容器内挂壁物料的清洗。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，其特征在于，该气刀喷头包括进气管段、第一出气管段和第二出气管段，其中，进气管段与第二出气管段均为圆柱形管段，第一出气管段为圆锥台形管段；进气管段、第一出气管段均为中空且上、下两端开口的结构；第二出气管段为中空结构，其上端开口，其下端封闭；

进气管段的内径较第二出气管段的内径小，且进气管段的外径也较第二出气管段的外径小，第一出气管段的上端的尺寸与进气管段的尺寸相同，第一出气管段的下端的尺寸与第二出气管段的尺寸相同，进气管段、第一出气管段、第二出气管段依次从上到下且以中轴线重合的方式衔接在一起，形成气刀喷头主体；

在第一出气管段的锥面上沿圆周方向均匀设置有锥面出气口，在第二出气管段的圆周侧面上沿圆周方向均匀设置有柱面出气口；锥面出气口与柱面出气口均为长条形缺口，且该长条形缺口与喷头的内部连通；锥面出气口的长度方向沿其设置位置的母线的方向，柱面出气口的长度方向平行于第二出气管段的轴线方向；

长条形缺口从气刀喷头的内侧到外侧依次为收缩段、喉部、扩张段，其中喉部的横截面面积最小，收缩段的内端面到喉部的内侧开口端面之间横截面面积逐步缩小，喉部的外侧开口端面到扩张段的外端面之间的横截面面积逐步增大；收缩段的内端面与扩张段的外端面在径向上不正对；

进气管段的上端开口处为气刀喷头的进气口。

2.根据权利要求1所述的一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，其特征在于，长条形缺口的喉部为由两个相同的外凸弧面和两个相同的矩形平面围起来的筒状结构，其中，两个外凸弧面对称的设置在上、下两端，两个矩形平面正对的设置在左、右两侧，该外凸弧面为圆筒的圆周上的一段弧对应的外周面。

3.根据权利要求2所述的一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，其特征在于，长条形缺口的喉部位于对应管段的管壁的内部，喉部的水平方向上的中轴线与该管段的过该中轴线与管壁内侧面上的交点的直径之间的夹角为长条形缺口与该管段之间的偏向角。

4.根据权利要求3所述的一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，其特征在于，所述偏向角为45°。

5.根据权利要求2所述的一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，其特征在于，收缩段为以喉部的内侧开口端面为起点、以喉部的两个外凸弧面的弧为定弧以收缩角分别在上、下方向上向内切割管壁、同时以两个矩形平面所在的面在左、右方向上向内切割管壁所形成的通道，两段定弧切割到管壁内侧面上所形成的两个曲面与两个矩形平面所在的面的切割所形成的平面相交所围成的空间即为收缩段；所述收缩角为同一方向上的定弧的顶点与曲面的顶点之间的连线与喉部的水平方向上的中轴线之间形成的锐角；收缩段的两个曲面顶点之间的距离为长条形缺口的内端面的长度；

扩张段为以喉部的外侧开口端面为起点、以喉部的两个外凸弧面的弧为定弧以扩张角分别在上、下方向上向外切割管壁、同时以两个矩形平面所在的面在左、右方向上向外切割管壁所形成的通道，两段定弧切割到管壁内侧面上所形成的两个曲面与两个矩形平面所在的面的切割所形成的平面相交所围成的空间即为扩张段；所述扩张角为同一方向上的定弧的顶点与曲面的顶点之间的连线与喉部的水平方向上的中轴线之间形成的锐角；扩张段的两个曲面顶点之间的距离为长条形缺口的外端面的长度。

6.根据权利要求1或5任一项所述的一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，其特征在于，第二出气管段上的长条形缺口的内端面的沿长度方向的中线和其外端面的沿长度方向的中线与第二出气管段的内侧面上的一条母线和外侧面上的一条母线对应共线；

第一出气管段上的长条形缺口的内端面的沿长度方向的中线和其外端面的沿长度方向的中线与第一出气管段的内侧面上的一条母线和外侧面上的一条母线对应共线。

7.根据权利要求1所述的一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，其特征在于，进气管段的外侧面的顶端设置有螺纹，且进气口的内壁上设置有螺纹，用于气刀喷头的安装与固定。

8.根据权利要求1所述的一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，其特征在于，锥面出气口的个数为6。

9.根据权利要求1所述的一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，其特征在于，柱面出气口的个数为6。

10.根据权利要求1所述的一种用于清除挂壁物料的气刀喷头，其特征在于，第一出气管段的锥面与其底面的夹角为60°，锥面母线长度55mm。