一種二級laval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴的製作方法

2023-09-15 12:33:05

一種二級laval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種二級laval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴，包括導液腔，導液腔的下方設有噴嘴口，導液腔的周圍環繞有環形高壓進氣腔，在高壓進氣腔內側壁上開設有進氣通道，高壓進氣腔通過進氣通道與噴嘴口連通，進氣通道為由入口導管、出口導管、一級共振管及二級共振管連通形成的十字交叉的hartmann雙級共振管結構，其中入口導管與一級共振管位於同於一直線上，出口導管與二級共振管位於同一直線上，且一級共振管與二級共振管的末端封閉，入口導管與出口導管均為具有laval管特徵的變徑通道。與現有技術相比，本發明將laval管特徵與十字交叉hartmann共振管相融合形成環孔結構的進氣通道，可以顯著增加噴嘴霧化效率，降低霧化顆粒的直徑並窄化粒徑分布。
【專利說明】—種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種霧化噴嘴,尤其是涉及一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴。

【背景技術】
[0002]目前，隨著現代粉末冶金工藝和高性能粉末冶金材料的研製以及球柵陣列封裝、金屬注射成型、熱噴塗、金屬快速成型3D列印等先進位備技術的發展都對金屬粉末提出了更為苛刻的要求，如粉末粒徑大小及均勻性、流動性等等。現在，適用於這些先進位備技術的粉末市場與技術大部分都為國外粉末製品公司所壟斷，如鈦合金粉、鋁合金粉、鎂合金粉、不鏽鋼粉等等，而且，其售價高達常規粉末冶金要求粉末的5倍以上。昂貴的國外原料和國內粉末製備技術的落後，阻礙了這些先進位備技術在國內的快速發展，所以，發展粉末製備相關技術依然迫切需求。
[0003]縱觀粉末製備技術，氣霧化制粉仍然是大批量製取高質量金屬粉末的主要工藝方法之一。氣霧化制粉就是利用高速壓縮氣流衝擊熔融金屬或合金流，將其碎裂的過程。而霧化噴嘴結構直接關係到霧化過程、粉末性能及生產效率，因此，噴嘴結構上的改良與創新對於霧化制粉的發展意義深遠。
[0004]Laval超音速噴嘴是現行最常用的氣霧化噴嘴形式，它主要能使噴嘴獲得超音速氣流，這有利於粉末的細化。
[0005]中國專利CN 201807737 U公布了一種用於製備金屬粉末的霧化噴嘴，包括進氣管、上蓋、下蓋、導液管。上蓋沿鉛垂方向自上而下壓合於下蓋上。下蓋的橫向中心部位沿鉛垂方向的下端沿與上蓋之間設置成拉瓦爾型環縫。進氣管與拉瓦爾型環縫相連通。導液管於上蓋橫向中心部位穿過上蓋後進入拉瓦爾型環縫圍成的區域。導液管內腔橫截面呈圓形。在平行於鉛垂方向的截面上，拉瓦爾型環縫所噴射的氣流束的方向與從導液管中流出的金屬液流柱之間的夾角a為O?10°。
[0006]國內現在還有較多收縮型或者Iaval型的環孔或環縫噴嘴，但是包括上述引用專利在內的這些霧化噴嘴的霧化效率較低，霧化顆粒的直徑較大，且粒徑分布較寬。
[0007]而具有Hartmann共振管結構的超音速噴嘴主要能使霧化氣流得到穩定的壓力振動，這有利於粉末粒徑均勻性提高。所以，本專利設想噴嘴結構能兩相結合，從理論上可以製備出粒徑較細，均勻性較好的高質量粉末顆粒。但是從已查閱的國內外研究報告來看，還未見同時具備這兩種結構的噴嘴樣式。


【發明內容】

[0008]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種霧化效率高、霧化顆粒較小、霧化顆粒粒徑分布較窄的二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴。
[0009]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0010]—種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴,包括導液腔,導液腔的下方設有噴嘴口，導液腔的周圍環繞有環形高壓進氣腔，在高壓進氣腔內側壁上開設有進氣通道，高壓進氣腔通過進氣通道與噴嘴口連通，所述進氣通道為由入口導管、出口導管、一級共振管及二級共振管連通形成的十字交叉的hartmann雙級共振管結構，其中入口導管與一級共振管位於同於一直線上，出口導管與二級共振管位於同一直線上，且一級共振管與二級共振管的末端封閉，所述入口導管與出口導管均為具有Iaval管特徵的變徑通道。
[0011]所述入口導管從入口端沿氣流方向先收縮成一級喉部，再沿氣流方向，從一級喉部擴張至四管的連通處，所述出口導管從四管的連通處沿氣流方向先收縮成二級喉部，再沿氣流方向，從二級喉部擴張至出口端。
[0012]所述入口導管、出口導管、一級共振管或二級共振管為截面呈圓形或方形的孔狀結構；所述一級共振管與二級共振管均為等孔徑通道，且所述一級共振管與二級共振管孔徑相等；
[0013]所述入口導管擴張後端的孔徑與一級共振管孔徑相等，為一級喉部處孔徑的1.3?2倍；
[0014]所述出口導管收縮前端的孔徑與二級共振管孔徑相等，所述出口導管的出口端的孔徑為一級喉部孔徑的1.15-1.57倍；
[0015]所述二級喉部孔徑為一級喉部孔徑的1.1倍。
[0016]所述入口導管收縮部分的錐度為40?90°，擴張部分的錐度為5?30° ;
[0017]所述出口導管收縮部分的錐度為5?30°，擴張部分的錐度為43?62°。
[0018]所述一級共振管的長度與二級共振管的長度相等，且長度取為一級喉部直徑的1.47-2.89 倍。
[0019]所述入口導管與一級共振管的方向傾斜向上，且入口導管位於下側，所述出口導管與二級共振管的方向傾斜向下，且出口導管位於下側，所述入口導管的中心線與出口導管的中心線垂直。
[0020]所述出口導管的中心線與導液腔中心線之間的夾角為20?35°。
[0021]所述出口導管的出口端中心距導液腔中軸線的垂直距離為1.01?3.31 ( —級喉部孔徑+導液腔下部直徑)。
[0022]所述進氣通道的數量大於18。
[0023]所述高壓進氣腔的外側壁上連接有多個進氣管，且進氣管與高壓進氣腔的外側壁相切，所有的進氣管相對於高壓進氣腔中軸線呈同一旋轉方向布置，即順時針方向或逆時針方向；同時進氣管的入口切點為高壓進氣腔所在圓周上的等分點。
[0024]與現有技術相比，本發明將Iaval管特徵與十字交叉hartmann共振管相融合形成環孔結構的進氣通道。入口導管上的Laval管特徵使高壓氣流成為超音速射流，出口導管上的Laval管特徵使超音速來流獲得一定較強的壓力波動，特設的二級喉部與一級喉部孔徑比可以使射流具有固定波節長度的壓力波動，而且，特設的出口導管上擴張部分的錐度Θ 4使得壓力波第一波節位置達到儘量遠，壓力波強度儘量大，使壓力波動最有效地作用於金屬液流的霧化；而hartmann共振管又使射流形成固定頻率的另一壓力波動,通過設置一級共振管與二級共振管的長度使射流上述兩種壓力波動的頻率相匹配而壓力波動振幅得到加強。相比傳統的超音速霧化噴嘴，該效應可以使該噴嘴獲得更高的霧化效率、更細的霧化顆粒以及更窄的顆粒粒徑分布。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的結構示意圖；
[0026]圖2為進氣通道的結構示意圖；
[0027]圖3為高壓進氣腔與進氣管的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0029]實施例1
[0030]一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴，如圖1所示，包括導液腔1，導液腔I的下方設有噴嘴口 2，導液腔I的周圍環繞有環形高壓進氣腔3，在高壓進氣腔3內側壁上開設有進氣通道4，高壓進氣腔3通過進氣通道4與噴嘴口 2連通，進氣通道4的數量大於18。
[0031 ] 參考圖1、圖2，進氣通道4為由入口導管5、出口導管6、一級共振管7及二級共振管8連通形成的十字交叉的hartmann雙級共振管結構，其中入口導管5與一級共振管7位於同於一直線上，出口導管6與二級共振管8位於同一直線上,且一級共振管7與二級共振管8的末端封閉，入口導管5與出口導管6均為具有Iaval管特徵的變徑通道。入口導管5從入口端Si沿氣流方向先收縮成一級喉部SI，再沿氣流方向，從一級喉部SI擴張至四管的連通處，出口導管6從四管的連通處沿氣流方向先收縮成二級喉部S4，再沿氣流方向，從二級喉部S4擴張至出口端。
[0032]入口導管5、出口導管6、一級共振管7或二級共振管8為截面呈圓形或方形的孔狀結構；一級共振管7與二級共振管8均為等孔徑通道，且一級共振管7與二級共振管8孔徑相等；入口導管5擴張後端S2的孔徑與一級共振管7孔徑相等，為一級喉部SI處孔徑的
1.3?2倍；出口導管6收縮前端S3的孔徑與二級共振管8孔徑相等，出口導管6的出口端Se的孔徑為一級喉部SI孔徑的1.15-1.57倍；二級喉部S4孔徑為一級喉部SI孔徑的1.1倍。入口導管5收縮部分的錐度Θ I為40?90°，擴張部分的錐度0 2為5?30° ;出口導管6收縮部分的錐度03為5?30°，擴張部分的錐度Θ 4為43?62°。一級共振管7的長度LHl與二級共振管8的長度LH2相等，且長度取為一級喉部SI直徑的1.47-2.89倍。
[0033]入口導管5與一級共振管7的方向傾斜向上，且入口導管5位於下側，出口導管6與二級共振管8的方向傾斜向下，且出口導管6位於下側，入口導管5的中心線與出口導管6的中心線垂直。出口導管6的中心線與導液腔I中心線之間的夾角α為20?35°。出口導管6的出口端Se中心距導液腔I中軸線的垂直距離為1.01?3.31 ( —級喉部孔徑+導液腔下部直徑)。
[0034]參考圖3，高壓進氣腔3的外側壁上連接有多個進氣管9，且進氣管9與高壓進氣腔3的外側壁相切，所有的進氣管9相對於高壓進氣腔3中軸線呈同一旋轉方向布置，即順時針方向或逆時針方向；同時進氣管9的入口切點為高壓進氣腔3所在圓周上的等分點，圖3中是3等分點。
[0035]使用本實施例的霧化噴嘴時，進氣管9設置I個。設置入口導管5上的一級喉部SI孔徑大小為1mm。
[0036]選擇IMPa壓力，氮氣霧化時，相比原有的Laval超音速霧化噴嘴細粉率提高22 %，粉末粒徑分布峰的峰寬長度縮小了 26%。
[0037]選擇3MPa壓力，相比原有的Laval超音速霧化噴嘴細粉率提高34%，粉末粒徑分布峰的峰寬長度縮小了 37%。
[0038]上述的對實施例的描述是為便於該【技術領域】的普通技術人員能理解和使用發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於上述實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴,包括導液腔(I)，導液腔(I)的下方設有噴嘴口(2)，導液腔(I)的周圍環繞有環形高壓進氣腔(3)，在高壓進氣腔(3)內側壁上開設有進氣通道(4)，高壓進氣腔(3)通過進氣通道(4)與噴嘴口(2)連通，其特徵在於，所述進氣通道(4)為由入口導管(5)、出口導管￠)、一級共振管(7)及二級共振管(8)連通形成的十字交叉的hartmann雙級共振管結構，其中入口導管(5)與一級共振管(X)位於同於一直線上，出口導管(6)與二級共振管(8)位於同一直線上,且一級共振管(7)與二級共振管(8)的末端封閉，所述入口導管(5)與出口導管(6)均為具有Iaval管特徵的變徑通道。
2.根據權利要求1所述的一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴,其特徵在於，所述入口導管(5)從入口端沿氣流方向先收縮成一級喉部(SI)，再沿氣流方向，從一級喉部(SI)擴張至四管的連通處，所述出口導管(6)從四管的連通處沿氣流方向先收縮成二級喉部(S4)，再沿氣流方向，從二級喉部(S4)擴張至出口端。
3.根據權利要求2所述的一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴,其特徵在於，所述入口導管(5)、出口導管￠)、一級共振管(7)或二級共振管(8)為截面呈圓形或方形的孔狀結構；所述一級共振管(7)與二級共振管(8)均為等孔徑通道，且所述一級共振管(7)與二級共振管(8)孔徑相等； 入口導管(5)擴張後端(S2)的孔徑與一級共振管(7)孔徑相等，為一級喉部(SI)處孔徑的1.3?2倍； 出口導管(6)收縮前端(S3)的孔徑與二級共振管(8)孔徑相等，所述出口導管(6)的出口端(Se)的孔徑為一級喉部(SI)孔徑的1.15-1.57倍； 所述二級喉部(S4)孔徑為一級喉部(SI)孔徑的1.1倍。
4.根據權利要求2所述的一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴,其特徵在於，所述入口導管(5)收縮部分的錐度(Θ I)為40?90°，擴張部分的錐度(Θ 2)為5?30° ; 所述出口導管(6)收縮部分的錐度(Θ 3)為5?30°，擴張部分的錐度(Θ 4)為43?62。。
5.根據權利要求2所述的一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴,其特徵在於，所述一級共振管(7)的長度與二級共振管(8)的長度相等，且長度取為一級喉部(SI)直徑的 1.47-2.89 倍。
6.根據權利要求1所述的一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴，其特徵在於，所述入口導管(5)與一級共振管(7)的方向傾斜向上，且入口導管(5)位於下偵牝所述出口導管(6)與二級共振管(8)的方向傾斜向下，且出口導管(6)位於下側，所述入口導管(5)的中心線與出口導管(6)的中心線垂直。
7.根據權利要求1所述的一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴,其特徵在於，所述出口導管(6)的中心線與導液腔(I)中心線之間的夾角為20?35°。
8.根據權利要求1所述的一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴,其特徵在於，所述出口導管(6)的出口端(Se)中心距導液腔(I)中軸線的垂直距離為1.01?3.31 ( 一級喉部孔徑+導液腔下部直徑)。
9.根據權利要求1所述的一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴,其特徵在於，所述進氣通道(4)的數量大於18。
10.根據權利要求1所述的一種二級Iaval與hartmann結構融合的超音速霧化噴嘴，其特徵在於，所述高壓進氣腔(3)的外側壁上連接有多個進氣管(9)，且進氣管(9)與高壓進氣腔(3)的外側壁相切，所有的進氣管(9)相對於高壓進氣腔(3)中軸線呈同一旋轉方向布置，即順時針方向或逆時針方向；同時進氣管(9)的入口切點為高壓進氣腔(3)所在圓周上的等分點。
【文檔編號】B22F9/08GK104353838SQ201410553271
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】嚴彪, 嚴鵬飛, 孫啟, 阮成宇, 張慶 申請人:同濟大學