CN102716827A - 气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液两相流压平衡广角均布细雾喷嘴，包括喷嘴壳体，所述喷嘴壳体上设置有进液管和进气管，还包括由文丘里回转体和螺旋槽式内芯构成的文丘里喷射器，所述文丘里回转体嵌置固定在喷嘴壳体的内腔中，所述螺旋槽式内芯插入固定在文丘里回转体的中间空腔中；所述文丘里回转体上设置有环状均压室，所述环状均压室与进液管相连通，所述环状均压室的内侧开设有出液环缝；所述螺旋槽式内芯和文丘里回转体之间由内至外依次形成文丘里喷射器的环状渐缩段、环状喉管段和环状渐扩段，所述环状渐缩段与进气管相通，所述环状喉管段与出液环缝相通，所述环状渐扩段与外界相通。本发明具有结构简单、雾化分布均匀性好、喷射区域宽等优点。

Description

气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴

技术领域

本发明涉及适用于烟尘净化、脱硫脱硝、气体降温、喷涂和消防等领域的气液两相流雾化喷嘴，尤其是指一种气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴。

技术背景

雾化喷嘴有两种：单液体雾化喷嘴和气液两相雾化喷嘴。

单液体雾化喷嘴的雾化机理主要是丝状分裂，液体以很高的速度从喷孔射出，在表面张力和液体与外界静止空气间的摩擦力作用下，液柱变成蛇状振动的液丝，然后断裂成雾。单液体雾化喷嘴的雾化效果较差，如果要产生平均直径小于100微米的雾滴，必须采用小喷孔、高液压，这种结构的单液体雾化喷嘴存在的问题是：孔口易堵塞，雾化质量差。

气液两相雾化喷嘴主要是采用压缩空气冲击液流提高雾化质量，大幅度降低液压。由于气液两相雾化喷嘴比单液体雾化喷嘴有更好的雾化性能，因此，气液两相雾化喷嘴得到越来越广泛的使用。

气液两相雾化喷嘴的雾化机理主要是膜状分裂，当气液混合流以相当高的速度从压力式喷嘴喷出时，能形成液包气的薄膜状雾滴群，气体膨胀使液膜破裂成雾，增大气压，降低液量可进一步提高雾化效果。气液两相雾化喷嘴有两种型式：引射型和气液碰撞型。

引射型喷嘴所需的液压极低，可以是常压（环境大气压），仅靠高速气流在文丘里管喉部产生的负压就可能将液体吸入文丘里管中，使气液混合形成雾滴。引射型喷嘴存在的主要问题是雾化质量不稳定，原因有两种：

一是液体不能吸入引射型喷嘴导致不能形成液雾：根据气体射流的扩散规律，当喉嘴距过大时，气体射流截面积在进入喉管之前已扩散到大于喉管面积，喉管对射流成为单纯的阻力，从而使喷射器无法抽吸液体不能形成液雾。另外，引射流气体喷射存在气流速度下限。如果喷口气速低于下限，所产生的负压不够，液体无法吸入喷头，不能形成液雾（参见：吴伟烽，冯全科，向清江，吕俊贤。气-液喷射器内两相流流型分析。核动力工程。2007，28（6），34-37）。

二是混合室中的回流作用导致无法正常喷雾：在气体喷口和文氏管之间是气液混合室，气体喷口产生的高速射流区外侧是回流区，回流区随着背压的升高不断向混合室入口处移动，当背压超过一定程度时,入口处将出现严重的回流现象，导致引射型喷嘴工作终止（参见：王厚庆，沈超，王晓娟，陈炳录，张鹤飞。气液两相流引射器的数值仿真及实验研究。石油机械。2005，33（9），21-23）。

气液碰撞型喷嘴主要靠高速气液间的相互碰撞产生雾化，气液碰撞型喷嘴有较好的雾化稳定性，但也有不足之处：

1、液相喷口易堵塞。由于气液碰撞型喷嘴是靠高速气液间的相互碰撞产生雾化，因此就要求液相喷口的直径很小（通常小于1mm），使喷液成为很细的液柱，这样才容易在高速气流的冲击下破碎成雾（参见：杨立军，王维。两相流乳化型细水雾喷嘴雾化特性研究，北京航空航天大学学报，2002，28（4），413-416）。如果液体有杂质（如湿法脱硫喷碱液有固体颗粒，喷油雾有油垢等），细喷口极易堵塞。

2、气液两相雾化作用没有得到充分发挥。碰撞型喷嘴仅有高速气液间的相互碰撞作用，没有利用气液两相流之间的剪切力。

3、气液碰撞型喷嘴所需液压高于引射型喷嘴。

为了克服引射型喷嘴雾化质量不稳定的问题，同时有效发挥气液碰撞型喷嘴的雾化潜力，中国发明专利ZL 2009 1 0063156.3，公开了一种采用下旋压缩气流，并利用高速气流对液柱的冲击作用，结合高速旋转气流对液柱的剪切作用，从而使液柱更易破碎形成液雾。尽管两相旋流大口径细雾喷嘴极大地改善了雾化效果，但仍有存在以缺陷：

1、所需的液压较高（通常大于0.2MPa）。

2、由于在气流和液体接触面上的压力不等，导致喷嘴末端的各个喷孔喷出的液量不等。

3、对于所有多孔喷嘴，无论是多孔单液体雾化喷嘴还是多孔气液两相雾化喷嘴，两股雾化射流之间总存在喷雾分布不均的现象，该问题到目前为止还没有得到很好地解决。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述技术缺陷，提供一种雾化分布均匀性好、结构简单且不会发生堵塞的气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴。

为实现上述目的，本发明所设计的气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴，包括喷嘴壳体，所述喷嘴壳体上设置有进液管和进气管，还包括由文丘里回转体和螺旋槽式内芯构成的文丘里喷射器，所述文丘里回转体嵌置固定在喷嘴壳体的内腔中，所述螺旋槽式内芯插入固定在文丘里回转体的中间空腔中；所述文丘里回转体上设置有环状均压室，所述环状均压室与进液管相连通，所述环状均压室的内侧开设有出液环缝；所述螺旋槽式内芯和文丘里回转体之间由内至外依次形成文丘里喷射器的环状渐缩段、环状喉管段和环状渐扩段，所述环状渐缩段与进气管相通，所述环状喉管段与出液环缝相通，所述环状渐扩段与外界相通。

上述技术方案中，所述环状均压室由文丘里回转体上的环形凹槽与喷嘴壳体的圆筒内壁围合而成。

上述技术方案中，所述螺旋槽式内芯包括内侧圆锥段、中间螺柱段和外侧锥台段；所述文丘里回转体包括内侧倒锥筒段、中间圆筒段和外侧锥筒段；所述内侧圆锥段与内侧倒锥筒段之间形成环状渐缩段，所述中间螺柱段与中间圆筒段之间形成环状喉管段，所述外侧锥台段与外侧锥筒段之间形成环状渐扩段。

上述技术方案中，所述喷嘴壳体由锥筒段壳体和圆筒段壳体组合而成，所述进气管设置在锥筒段壳体的顶端上，所述文丘里回转体嵌置固定在圆筒段壳体的内腔中，所述进液管设置在圆筒段壳体的侧壁上。

上述技术方案中，所述螺旋槽式内芯的轴心线与进气管的轴心线重合、与进液管的轴心线垂直，且三者的轴心线位于同一平面内。

本发明采用上述技术方案，具有以下显著技术进步和有益效果：

1、将文丘里引射雾化作用与流体动力旋切雾化作用相结合，一方面，利用引射型喷嘴的高速气流负压吸液作用，有效降低了供液压力，利用高速气流在文丘里喷射器中的负压引射作用，将环状均压室中的液体通过进液环缝吸入到螺旋沟槽中，使液流与高速气流混合雾化，因此所需的液压为常压或低压，具有节能功效；另一方面，利用气液旋流喷嘴的冲击旋切作用，使液体的雾化更加充分，产生的雾粒径更小。

2、本发明的进液管与环状均压室相通，环状均压室为大断面环状腔体，因环状均压室的断面积远远大于进液环缝的断面积，所以在环缝进口处的整个气液圆周接触面上压力相等，使液体从进液环缝流入每个螺旋沟槽中的流量相同，根据压平衡原理，环状均压室和进液环缝之间的整个环形圆周气液接触面上的压力处处相等，有效解决了进液压力不平衡问题，提高了喷雾均匀性。

3、文丘里喷射器的喉管段采用螺旋沟槽设计，利用气流在沟槽中的高速旋切雾化作用，将液流剪切破碎，使液体雾化，雾化效果好。

4、本发明的液雾是从文丘里喷射器末端的环状渐扩喇叭口喷出，喇叭口的通道很宽，有效避免了堵塞的现象，并且喷出的液雾形态呈旋转伞状，提高了整个360°角范围内的雾化均匀性。

5、本发明喷嘴组成的部件中，喷嘴壳体、文丘里回转体和螺旋槽式内芯均为回旋环状结构，加工制作简单，安装方便。

附图说明

图1为一种气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴的剖视结构图；

图2为图1的A-A向视图；

图3为图1中螺旋槽式内芯的结构示意图；

图中，进液管1；环状均压室2；进液环缝3；进气管4；喷嘴壳体5（其中：圆锥段壳体5.1、圆柱段壳体5.2）；环状渐缩段6；环状喉管段7；环状渐扩段8；螺旋槽式内芯9（其中：内侧圆锥段9.1、中间螺柱段9.2、外侧锥台段9.3）；文丘里回转体10（其中：内侧倒锥筒段10.1、中间圆筒段10.2、外侧锥筒段10.3）。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图中所示的气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴，包括喷嘴壳体5，喷嘴壳体5上设置有进液管1和进气管4，还包括由文丘里回转体10和螺旋槽式内芯9构成的文丘里喷射器，文丘里回转体10嵌置固定在喷嘴壳体5的内腔中，螺旋槽式内芯9插入固定在文丘里回转体10的中间空腔中；文丘里回转体10上设置有环状均压室2，环状均压室2与进液管1相连通，环状均压室2的内侧开设有出液环缝3；螺旋槽式内芯9和文丘里回转体10之间由内至外依次形成文丘里喷射器的环状渐缩段6、环状喉管段7和环状渐扩段8，环状渐缩段6与进气管4相通，环状喉管段7与出液环缝3相通，环状渐扩段8与外界相通。

具体地，环状均压室2由文丘里回转体10上的环形凹槽与喷嘴壳体5的圆筒内壁围合而成。螺旋槽式内芯9包括内侧圆锥段9.1、中间螺柱段9.2和外侧锥台段9.3；与螺旋槽式内芯9的三段结构相对应，文丘里回转体10也设有三段结构，包括内侧倒锥筒段10.1、中间圆筒段10.2和外侧锥筒段10.3。内侧圆锥段9.1与内侧倒锥筒段10.1之间形成环状渐缩段6，中间螺柱段9.2与中间圆筒段10.2之间形成环状喉管段7，外侧锥台段9.3与外侧锥筒段10.3之间形成环状渐扩段8。中间螺柱段9.2的外表面上分布有螺旋沟槽，螺旋沟槽与环状均压室2之间通过进液环缝3相通，螺旋沟槽和文丘里回转体10之间为静配合，具体地，螺旋沟槽与文丘里回转体10的内壁点焊，结构更加稳定。

本实施例中，螺旋槽式内芯9的轴心线与进气管4的轴心线重合、与进液管1的轴心线垂直，且三者的轴心线位于同一平面内，这样不仅使得气流和液流较为通畅，而且便于机械加工。

本实施例中，喷嘴壳体5由锥筒段壳体5.1和圆筒段壳体5.2组合而成，进气管4焊接在锥筒段壳体5.1的顶端上，文丘里回转体10嵌置固定在圆筒段壳体5.2的内腔中，进液管1焊接在圆筒段壳体5.2的侧壁上。

本发明的工作原理为：

进液管1通过塑料管与常压水源连通，进气管4通过塑料管与0.2MPa-0.4MPa的压缩气流供气装置相连通。水通过进液管1流入环状均压室2，当压缩气流沿进气管4进入文丘里喷管环状渐缩段6，气流逐渐加速，当气流进入环状喉管段7时流速达到最大，气流沿螺旋槽式内芯9圆周上的螺旋沟槽高速流动。高速气流所产生的高负压将环状均压室2中的液体沿进液环缝3均匀吸入到螺旋沟槽中，当高速气流与液流在螺旋沟槽中相遇时，高速气流对液流产生强烈的冲击和旋切作用，将液流破碎雾化，形成气液混合流。随后，气液混合流沿螺旋沟槽流入到环状渐扩段8（即喇叭口），气液混合流在环状渐扩段8中进一步膨胀雾化。最后，液雾从环状渐扩段8喷出，形成广角均匀分布的细雾。

Claims (9)

1.一种气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴，包括喷嘴壳体（5），所述喷嘴壳体（5）上设置有进液管（1）和进气管（4），其特征在于：

还包括由文丘里回转体（10）和螺旋槽式内芯（9）构成的文丘里喷射器，所述文丘里回转体（10）嵌置固定在喷嘴壳体（5）的内腔中，所述螺旋槽式内芯（9）插入固定在文丘里回转体（10）的中间空腔中；

所述文丘里回转体（10）上设置有环状均压室（2），所述环状均压室（2）与进液管（1）相连通，所述环状均压室（2）的内侧开设有出液环缝（3）；

所述螺旋槽式内芯（9）和文丘里回转体（10）之间由内至外依次形成文丘里喷射器的环状渐缩段（6）、环状喉管段（7）和环状渐扩段（8），所述环状渐缩段（6）与进气管（4）相通，所述环状喉管段（7）与出液环缝（3）相通，所述环状渐扩段（8）与外界相通。

2.根据权利要求1所述的气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴，其特征在于：所述环状均压室（2）由文丘里回转体（10）上的环形凹槽与喷嘴壳体（5）的圆筒内壁围合而成。

3.根据权利要求1或2所述的气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴，其特征在于：所述螺旋槽式内芯（9）包括内侧圆锥段（9.1）、中间螺柱段（9.2）和外侧锥台段（9.3）；所述文丘里回转体（10）包括内侧倒锥筒段（10.1）、中间圆筒段（10.2）和外侧锥筒段（10.3）；所述内侧圆锥段（9.1）与内侧倒锥筒段（10.1）之间形成环状渐缩段（6），所述中间螺柱段（9.2）与中间圆筒段（10.2）之间形成环状喉管段（7），所述外侧锥台段（9.3）与外侧锥筒段（10.3）之间形成环状渐扩段（8）。

4.根据权利要求1或2所述的气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴，其特征在于：所述喷嘴壳体（5）由锥筒段壳体（5.1）和圆筒段壳体（5.2）组合而成，所述进气管（4）设置在锥筒段壳体（5.1）的顶端上，所述文丘里回转体（10）嵌置固定在圆筒段壳体（5.2）的内腔中，所述进液管（1）设置在圆筒段壳体（5.2）的侧壁上。

5.根据权利要求3所述的气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴，其特征在于：所述喷嘴壳体（5）由锥筒段壳体（5.1）和圆筒段壳体（5.2）组合而成，所述进气管（4）设置在锥筒段壳体（5.1）的顶端上，所述文丘里回转体（10）嵌置固定在圆筒段壳体（5.2）的内腔中，所述进液管（1）设置在圆筒段壳体（5.2）的侧壁上。

6.根据权利要求1或2所述的气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴，其特征在于：所述螺旋槽式内芯（9）的轴心线与进气管（4）的轴心线重合、与进液管（1）的轴心线垂直，且三者的轴心线位于同一平面内。

7.根据权利要求3所述的气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴，其特征在于：所述螺旋槽式内芯（9）的轴心线与进气管（4）的轴心线重合、与进液管（1）的轴心线垂直，且三者的轴心线位于同一平面内。

8.根据权利要求4所述的气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴，其特征在于：所述螺旋槽式内芯（9）的轴心线与进气管（4）的轴心线重合、与进液管（1）的轴心线垂直，且三者的轴心线位于同一平面内。

9.根据权利要求5所述的气液两相压平衡广角均布细雾喷嘴，其特征在于：所述螺旋槽式内芯（9）的轴心线与进气管（4）的轴心线重合、与进液管（1）的轴心线垂直，且三者的轴心线位于同一平面内。

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