CN104815773A - 一种两相流雾化掺气喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两相流雾化掺气喷嘴，属于流体机械技术领域，本发明所涉及的两相流雾化掺气喷嘴包括喷嘴主体、调节套、锁紧套和混合喷嘴，喷嘴主体与混合喷嘴的出口端均采用渐缩锥孔状，且喷嘴主体与混合主体的出口孔为同心；混合喷嘴上开设有若干个进气孔，调节套上开设有若干调节孔，旋转调节套，改变调节孔与进气孔的相对位置可改变喷头掺气量，由于本发明的喷嘴采用了两相流掺气结构，能够产生更为理想的雾化喷射效果，同时，本发明结构简单，操作轻便，容易制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷嘴结构，特别是涉及一种用于摇臂式喷头的两相流雾化掺气喷嘴，属于流体机械技术领域。
背景技术
摇臂式喷头是国内应用最广的一种喷灌喷头，为保证喷头稳定工作和水力性能，通常需要提供较高的工作压力，这导致喷灌系统能耗偏高。为降低摇臂喷头的工作压力或提高水力性能，相关科研人员提供了不同的解决方案。
专利CN201930870U号公开了一种摇臂式喷头，使用顶端径向开有节流槽的副喷嘴实现喷头本位附近区域的喷灌，提高了喷灌覆盖范围，该结构通过附加结构改善喷头径向水量分布，但对喷头射流破碎过程无影响，对喷头低压工况的水量分布影响较少，不能实现喷头的低压喷灌。
专利CN202762569U号公开了一种摇臂喷头，使用网孔状的主喷嘴和副喷嘴加速射流破碎，改善了喷头的水量分布，但网孔状喷嘴会显著降低喷头射程，相比于均匀度提高程度，射程对喷头性能影响将更显著，因此该方法实际应用前景差。喷头工作时，射流分散成水滴的过程是由于射流的紊动作用使周围空气与射流质点发生动量交换，靠近液柱表面的气相获得一定速度，同时主射流表面有部分液体有动量损失，而速度变慢，逐渐脱离主体射流，从受力上分析，射流主体受重力，空气阻力，表面张力等的影响，使射流断面上流速分布不均，连续流体发生碎裂。现有摇臂式喷头的喷嘴通常为简单的渐缩喷嘴，仅靠射流喷出之后的边界卷吸空气实现雾化，雾化效果难以控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种两相流雾化掺气喷嘴，它能够有效地改善摇臂式喷头在低压工况下的射流散射效果，提高喷头喷灌均匀性。
为了达到上目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种两相流雾化掺气喷嘴，其特征在于：所述两相流雾化掺气喷嘴包括喷嘴主体、调节套、锁紧套和混合喷嘴；所述混合喷嘴通过螺纹固定连接在喷嘴主体外侧；所述调节套套装在混合喷嘴的外侧；所述锁紧套通过螺纹固定连接在混合喷嘴外侧，以压紧调节套，防止调节套滑动。
其中，所述喷嘴主体与混合喷嘴均采用渐缩锥孔状，且喷嘴主体与混合喷嘴的的出口孔为同心，防止偏心装配后射流主体冲击到混合喷嘴内壁，造成混合喷嘴内部充满水流，无法形成气液混合腔；
所述调节套内侧设置有两个密封环，密封环内装有密封圈密封调节套和混合喷嘴之间的间隙；
所述混合喷嘴靠近喷嘴主体一端侧面开设有若干个进气孔；所述调节套上开设有若干个调气孔，调气孔的位置需保证装配后进气孔和调气孔联通；旋转调节套，调节进气孔和调气孔的相对位置可调节掺气量，改变摇臂式喷头射流雾化效果。
所述喷嘴主体出口孔直径为d，混合喷嘴的出口孔直径为D，则则 ；随喷嘴主体（5）直径d的增大，取值增大，具体地，当d≤8mm时，， 当时，；
所述喷嘴主体出口孔与混合喷嘴的出口孔之间的距离为L，且；
所述混合喷嘴上的进气孔数量大于3个，在圆周上均布；进气孔的孔径为A，在喷头工作压力较低时，，当工作压力较高时，可适当增加补气孔的数量，补气孔。
如对进口直径较小的喷头，如PY10、PY15和PY20喷头，其进气孔直径为按以下尺寸加工，对PY30及以上喷头，其进气孔直径为按以下尺寸加工，进气孔直径尺寸为，还可适当增加进气孔数量。
本发明的有益效果是：
混合喷嘴出口孔比喷嘴主体出口孔大，可防止射流冲击混合喷嘴的内壁，造成混合喷嘴内部无法产生负压腔；通过设计喷嘴主体出口孔与混合喷嘴的出口孔之间的距离L及进气孔的孔径A可保证射流在负压腔内可卷吸较多空气，形成气液两相混合的主射流。
本发明提供的喷嘴结构简单，容易制造，经喷嘴混合后产生的水气两相射流进入环境压力为大气压的无限空间中，由于水射流自身含有微小气泡，在喷出前后，气泡因压力变化发生体积的改变，对射流主体的碎裂产生影响，明显提高了摇臂式喷头的雾化效果。
附图说明
图1为现有技术中的摇臂式喷头以及安装在其上的喷嘴的结构示意图；
图2为本发明的两相流雾化掺气喷嘴结构示意图。
图3为掺气摇臂式喷头与普通摇臂喷头低压工况下的水量分布曲线。
图中标记为：1-喷嘴组件，2-摇臂，3-换向机构，4-喷管，5-喷嘴主体，6-调节套，7-锁紧套，8-混合喷嘴，9-密封圈，10-进气孔，11-调节孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
如图2所示，一种两相流雾化掺气喷嘴，包括喷嘴主体5、调节套6、锁紧套7和混合喷嘴8；所述混合喷嘴8通过螺纹固定连接在喷嘴主体5外侧；所述调节套6套装在混合喷嘴8的外侧；所述锁紧套7通过螺纹固定连接在混合喷嘴8外侧，以压紧调节套6，防止调节套6滑动。
其中喷嘴主体5与混合喷嘴8均采用渐缩锥孔状，且喷嘴主体5与混合喷嘴8的的出口孔为同心，防止偏心装配后射流主体冲击到混合喷嘴8内壁，造成混合喷嘴8内部充满水流，无法形成气液混合腔；
调节套6内侧设置有两个密封环，密封环内装有密封圈9密封调节套6和混合喷嘴8之间的间隙；
混合喷嘴8靠近喷嘴主体5一端侧面开设有若干个进气孔10；所述调节套6上开设有若干个调气孔11，调气孔11的位置需保证装配后进气孔10和调气孔11联通；旋转调节套6，调节进气孔10和调气孔11的相对位置可调节掺气量，改变摇臂式喷头射流雾化效果。
具体地以PY15喷头作为实施例阐述如下，在本实施例中PY15喷头的喷嘴主体5出口孔直径为d=6mm，混合喷嘴8的出口孔直径为D可按下述尺寸加工 ，通过样机试验验证， PY15喷头混合喷嘴8的出口孔直径最优值取D=6.3mm。喷嘴主体5与混合喷嘴8的出口孔之间的距离为L，且。在本实施例中喷嘴主体5与混合喷嘴8的出口孔之间的距离L尺寸为L=40mm。
混合喷嘴8上开设有若干个进气孔10，在圆周上均布，进气孔10的孔径为A；调节套6上开有若干个调气孔11，调气孔11的数量与进气孔10的数量一致，通常调气孔11的孔径与进气孔10的孔径取相同值。
对进口直径较小的喷头，如PY10、PY15和PY20喷头，其进气孔直径为按以下尺寸加工，对PY30及以上喷头，其进气孔直径，，还可适当增加进气孔数量。
具体的，在本实施例中，PY15喷头混合喷嘴8上开有3个直径为3mm的进气孔10，调节套6上也开有3个直径为3mm的调气孔11。PY15喷头在使用过程中，若想调节进气孔的进气量，可旋转调节套6，改变调气孔11和进气孔10的相对位置来调节进气量，从而改变喷头射流的掺气量，进而改变喷头的雾化效果。
混合喷嘴8出口孔比喷嘴主体5出口孔大可防止射流冲击混合喷嘴8的内壁，造成混合喷嘴8内部无法产生负压腔；本实施例中喷嘴主体5出口孔与混合喷嘴8的出口孔之间的距离L及进气孔的孔径A可保证射流在负压腔内可卷吸较多空气，形成气液两相混合的主射流。
如图3所示喷头水量分布图，选取的试验喷头为PY15喷头，喷嘴直径为6mm，PY15喷头的额定压力一般是300kPa，本试验选择的工作压力为230 kPa，普通喷头的水量分布图见附图3，根据测出的单喷头水量分布，计算出喷头的组合均匀性最大值为63%。
按照同样试验条件，试验了加装两相流雾化掺气喷嘴的摇臂式喷头，有效改善了喷头喷洒域中段的降水量，因此喷头的水量分布也有一定提高，通过单喷头的水量分布，计算出喷头的组合均匀度最大值为67%，但掺气后喷头射程降低了将近1m。试验结果显示，通过两相流雾化掺气喷嘴掺气改善射流流动特性，可提高喷头低压下的喷灌均匀性，但会降低喷头射程。
Claims (8)
1.一种两相流雾化掺气喷嘴，其特征在于：所述两相流雾化掺气喷嘴包括喷嘴主体（5）、调节套（6）、锁紧套（7）和混合喷嘴（8）；所述混合喷嘴（8）通过螺纹固定连接在喷嘴主体（5）外侧；所述调节套（6）套装在混合喷嘴（8）的外侧；所述锁紧套（7）通过螺纹固定连接在混合喷嘴（8）外侧，以压紧调节套（6），防止调节套（6）滑动。
2.根据权利要求1所述的一种两相流雾化掺气喷嘴，其特征在于，所述喷嘴主体（5）与混合喷嘴（8）均采用渐缩锥孔状，且喷嘴主体（5）与混合喷嘴（8）的出口孔为同心。
3.根据权利要求1所述的一种两相流雾化掺气喷嘴，其特征在于，所述调节套（6）内侧设置有两个密封环，密封环内装有密封圈（9）密封调节套（6）和混合喷嘴（8）之间的间隙。
4.根据权利要求1所述的一种两相流雾化掺气喷嘴，其特征在于，所述混合喷嘴（8）靠近喷嘴主体（5）一端侧面开设有若干个进气孔（10）；所述调节套（6）上开设有若干个调气孔（11），调气孔（11）的位置需保证装配后进气孔（10）和调气孔（11）联通。
5.根据权利要求1所述的一种两相流雾化掺气喷嘴，其特征在于，所述喷嘴主体（5）出口孔直径为d，混合喷嘴（8）的出口孔直径为D，则 ；随喷嘴主体（5）直径d的增大，取值增大，具体地，当d≤8mm时，， 当时，。
6. 根据权利要求5所述的一种两相流雾化掺气喷嘴，其特征在于，所述喷嘴主体（5）出口孔与混合喷嘴（8）的出口孔之间的距离为L，且。
7. 根据权利要求1所述的一种两相流雾化掺气喷嘴，其特征在于，所述混合喷嘴（8）上的进气孔（10）数量大于3个，在圆周上均布；进气孔（10）的孔径为A，在喷头工作压力较低时，，当工作压力较高时，可适当增加补气孔的数量，补气孔。
8.一种摇臂式喷头，其特征在于，所述摇臂式喷头包括如权利要求1-7任一项所述的两相流雾化掺气喷嘴。
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