雙流體噴嘴的製作方法
2023-10-24 03:07:17 6
專利名稱：雙流體噴嘴的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種噴嘴，尤指一種雙流體噴嘴。
背景技術：
液體霧化是在各種工業應用中，諸如農業噴灑、蒸發冷卻、泥漿乾燥、煙道氣滌除、集塵器與燃油器燃燒處理等，形成總表面積最大化的液體時最有效的方法之一。用於噴嘴設計中的霧化機構有兩種壓力霧化器(單流體)與雙流體霧化器。單流體壓力霧化器利用液體壓能轉換，而於液體從霧化器噴射出時，形成高速液體噴射/薄膜，藉此達成微滴霧化。由於周圍的氣場在霧化器出口周緣含有誘發性湍流能，所以進一步將放出的高速噴射/薄膜剪切成小滴。此種霧化器被廣泛用於多種低流率的應用中，然而，在高流率要求中，從壓力霧化器產生的高速噴射/薄膜變成粗厚得多，使其較難單靠周圍空氣即可霧化。其補救方法是使用雙流體噴嘴，引進加壓氣體與液體混合後再射出流體，藉此改善在高流率條件時的霧化。在微觀中，當此種雙流體噴嘴操作時，在壓力下引進氣體，使之在噴嘴室中與液體攪拌及混合，以產生無數陷在液體內的細微氣泡，如此造成液體黏度與表面張力大幅降低(載有氣泡的液體)，並造成更細的噴霧。就技術上而言，此種液體解體過程中涉及的霧化機制有二初次霧化是在噴嘴出口達成的，其藉由陷在液體中的氣泡經由壓力降低時突然膨脹並因此形成快速移動且密緻的細微液滴噴霧，接著由周圍空氣產生的端流剪力導入二次霧化，將高速移動的液滴破碎成更細微的噴霧，後一過程與前述壓力霧化器具有相同的霧化機制精神。通常，雙流體噴嘴由於具有更高的流率能力，且可在相當寬廣的操作範圍內產生更細微的液滴(亦稱為極限負荷比)，所以在工業應用中具有更廣的用途。
關於雙流體噴嘴，圖8為一相當有效的先前技術設計。此噴嘴利用一噴嘴蓋1000協助產生液滴，圖8中，噴嘴蓋1000包括一外框1005，一樞銷1010，及多數支撐輻條1015用以支撐並接合樞銷1010與外框1005。樞銷1010包括一入口衝激板1020，一推拔狀心軸1025，及一出口折流板1040(見圖9)。此習用品能使液流垂直射在衝激板1020上，以於衝激板1020及輻條1015二者的表面上形成液體薄膜。從衝激板1020上遊引進的渦動霧化空氣(圖中未示出)，隨後與輻條間信道內及樞銷1025外表面與外框1005內表面1035定義的下遊環形信道內的液體薄膜混合。另一習用技術如圖10所示，此設計修改圖8的先前技術，在各輻條1052上放置擋壁1051，以於液體及空氣在噴嘴內混合時，減少輻條1052上流動的液量，藉此改進噴嘴效能。
這些設計對達成氣/液混合與霧化都相當有效，然而，也都受到一定的限制1.當噴嘴用於射出含有研磨微粒或汙染物的液體時，輻條1015或1052上可能發生侵蝕，造成樞銷受損，導致噴嘴故障。
2.當渦動空氣被引進噴嘴的混合室(圖中未示出)而與衝激板1020及輻條1015二者表面上的液體混合時，輻條下遊可能產生一些空氣動力尾流，在噴嘴室的尾流區內(輻條1015下遊)，混合液流的速度與角動量都顯著降低，且其分布可能變成非軸向對稱歪斜。歪斜的流動樣態隨後擴散通過噴嘴出口，並造成不均勻的噴霧。此種結果可能嚴重減損噴嘴在數種廣泛應用中的效能，例如，減損其在工業燃油器加熱爐中的效能，因為，噴霧的均勻性及其妥善維持的角動量，是燃油器中形成穩定火焰的重要因素。
3.當噴霧於衝撞折流板1040後而形成時，折流器1039的表面1040近旁的噴霧中心內也會形成一壓力較低、軸向對稱的再循環區。在此低壓再循環區內，噴霧內的細微液滴會被朝後吸向折流器的下遊表面，並在該表面上形成大液滴，稱為再附著。在某些情況中，此過程會相當嚴重地危害噴霧品質。例如，在燃油器燃燒或泥漿加熱處理應用中，當加熱爐中的輻射熱使折流器表面溫度上升時，折流器下遊表面1040上累積的噴霧內，有些再循環的細微液滴可能會形成多層幹亮/煉焦。經歷一段時間後，燃油器殼內位於折流器邊緣頂端上變硬的泥漿淤積或煉焦層，會使輪廓尖銳的邊緣變圓變鈍，造成噴霧角縮小，導致噴霧中形成較粗大的液滴。受到此種限制的噴嘴會減損泥漿乾燥處理中的粉末生產品質，或者，它會嚴重損壞燃燒器的襯料，造成不穩定的火焰。燃油器樞銷表面上積聚的煉焦層，損壞樞銷，將會進一步在樞銷表面本身造成熱斑，最後並損壞樞銷，造成噴嘴失效。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有自動清潔裝置的雙流體噴嘴。
為實現上述目的，本發明的解決方案為一種雙流體噴嘴，其包括一混合裝置，其中包括一設有下遊開口的混合室；供第一流體流過的第一流體入口裝置，與該混合室連通；供第二流體流過的第二流體入口裝置，以軸向與該第一流體入口裝置連通，第一流體與第二流體在第一流體入口裝置內混合而形成一混合流體，兩流體並進入混合室進行二次混合；一通孔本體，與混合裝置於下遊端接合，並具有一將該混合流體排出該噴嘴的排放開口；一鎖合裝置，接合混合裝置及通孔本體。
所述的雙流體噴嘴，其還包括一折流裝置，與混合裝置接合，且包括一圓筒形的杆體、一盤形的折流器頭，該折流器頭包括受該混合流體衝擊的上遊表面；一計量裝置，其為一預定的信道間隙，設於折流器頭上遊表面與該通孔本體上排放開口的出口邊緣間。
所述的雙流體噴嘴，其折流器頭為軸心對稱形。
所述的雙流體噴嘴，其折流頭還包括一與流體清洗裝置接合的下遊表面；該下遊表面裝設一流體信道，其包括一位於該杆體上的中心管道、至少一槽孔用以連接該杆體與該折流器頭上一環形溝槽的連通裝置及一設於該折流器頭下遊表面與該流體清洗裝置表面間的間隙。
採用上述結構後，噴嘴效能及其操作壽命有大幅增進，理由如下第一，將燃料與氣體同時引進混合模塊上相同正切方向的切槽內，不僅可使用較小巧的渦動器設計增進兩種流體的混合度，並且因為在低流率條件時可形成較穩定的氣動渦流而改進噴嘴的極限負荷比；第二，本發明中在樞銷杆體內引用直達罩殼頂部氣體清洗裝置，可完全消除先前技術中發生的問題，包括由樞銷輻條侵蝕致生的噴嘴損壞，以及樞銷表面硬煉焦層造成的噴霧品質受損；同時，先前技術中的缺點，包括混合室內不對稱的噴霧分布及因輻條造成的噴霧角動量減損，也獲得極大的改善。
圖1為本發明較佳實施例一的立體分解圖；圖2為旋渦混合模塊的前視立體分解圖；圖3為旋渦混合模塊的後視立體分解圖；圖4為本發明較佳實施例一的前視圖；圖5為圖4沿A-A面的剖示圖；圖6為圖5中虛線包圍區內的局部放大圖；圖7為本發明另一實施例的剖示圖；圖8為一先前技術噴嘴蓋的後視立體圖；圖9為一先前技術噴嘴蓋的前視立體圖；圖10為另一先前技術噴嘴蓋的後視立體圖。
具體實施例方式
如圖1所示，一種雙流體噴嘴，其包括旋渦混合模塊3、模塊配接器1、支座9，其中
旋渦混合模塊3(配合圖2、3、4所示)包括渦動器罩殼30、通孔本體50、樞銷本體60及盤體80，渦動器罩殼30為圓筒體，其上設混合室32，混合室32位於表面34至表面36之間。表面34末端形成一錐狀中凸表面38，其夾角在90至150度的範圍內，以於組裝時可與通孔本體50上的表面54配合，產生自動對正的表面接觸。渦動器罩殼30另端，如圖3所示，設一緩衝室40，位於表面42至表面44之間。混合室32側的圓筒壁上，以銑切等方式備制一組等距分隔的槽孔35，以提供從罩殼外部至混合室32的連通管道。槽孔35大致以正切方向設於圓筒壁上，以利於第二流體從通孔本體50外部經由槽孔35導入混合室32時，可誘發一旋動的渦流。在每一槽孔35中，都設一與渦動器罩殼30圓筒體軸線平行的孔37，孔37從槽孔底端通過渦動器本體表面36、44定義的頂端延伸至緩衝室40壁表面46上的預定高度為止。如圖2、3所示，孔37位於槽孔35內，其直徑不大於槽孔35寬度，且其邊緣極靠近混合室32的邊緣。從緩衝室40側觀看時，氣孔37局部鑽入緩衝室40壁部，直到表面46所示的高度為止。表面46至表面44間的距離為預定，以確保從緩衝室40至孔37的流動信道開口大於孔37本身的橫剖面。這種構造為利用孔37在緩衝室40內的外露/接口部份，作為一前導入口，以引導第一流體通過孔37進入液體槽孔並產生混合，隨後，在混合的流體進入混合室32時產生一旋動渦流。在某些其它情況中，當所設計的混合室小於目前所示的配置時，或當氣孔37相對渦動器罩殼30的軸線成斜角(圖中未示)鑽孔時，孔37可能不與緩衝室40的壁部交界，並在表面44構成的頂部時即終止。在這些情況時，就本發明精神而言，混合室的功能是完全相同的，此種構造的益處是可提供雙浸式液體/氣體混合效率，且因為允許兩種流體通過同樣正切的槽孔，所以其渦動器的幾何構造非常小巧。
如圖2、3中所示，圓筒形的通孔本體50設一中心通孔52，其尺寸不大於混合室32內徑。通孔本體50的上遊表面54為錐形內凹狀，其夾角與渦動器罩殼30的表面38夾角相同，在90至150度之間，以便在組裝期間彼此適當密封。在表面54相反側，形成一大致垂直通口本體軸線的凸緣表面56，以於旋渦混合模塊3組裝到噴嘴配接器1時(參考圖1、4所示)，達到密封液體的目的。凸緣外徑即表面59，其大小恰可與配接器1的配合部保持一狹小間隙，以供噴嘴組裝時對正。
如圖7所示，為本發明的另一實施例，通孔本體50的通孔52具有文氏管形結構，其壁部的內徑沿通孔的信道漸漸縮小，至最小尺寸後再逐漸往回增加。此實施例適用於霧化氣體供應量相當低、且主要由液流分布決定混合後流體均勻性的情況。
如圖2、3所示，樞銷本體60包括一大致圓筒形的杆體62，及一大致呈盤狀且鑽設一中心通孔65的折流器頭64。折流器頭64上的上遊表面66大致與樞銷軸線垂直，而折流器頭64的外徑稍微小於通孔52的最小直徑。此種構造可在組裝整個渦動器旋渦模塊為一體時，提供良好的進出性。折流器頭64下遊側表面上形成一同心的環形溝槽68，將其餘表面分成二個環形表面70與72。環形表面70經車削而低於環形表面72。環形表面72上切割一組槽孔74，且具有一定的深度，以使中心孔65與環形溝槽68間提供多個徑向管道。盤體80表面82其直徑不大於折流器頭64的直徑。最後以諸如熔接方式密封於表面72上。利用此種構造，折流器頭64環形表面70與盤體80表面82之間，形成一間隙76(參考圖6所示)。組裝樞銷本體60與盤體80時，形成一氣體管道，由氣體信道孔65、各槽孔74、環形溝槽68、及環形間隙76構成，隨後在樞銷本體60桿體62的預定軸向位置上，將此裝配件接合於渦動器罩殼30頂部上的中心鑽孔39。當通孔本體50的出口邊緣58與折流器頭表面66組裝為一體時，其間形成一預定間隙，此預定間隙為噴嘴計量信道，用以定義氣體及液體二者的流動容量，並形成噴霧角形狀。樞銷本體60與渦動器罩殼30的接合方式，可用熔接或其它方法，如螺接等。
支座9(見圖1、4所示)使用鼓錘形棒體製成，其一端設有外螺紋92，另一端則設有O形環密封94。支座9上設一中心通孔98。O形環密封94連接一外部管道，以引導氣體經由中心孔98進入噴嘴，其還可以用內或外螺紋取代O形環密封，以達連接目的。支座9外表面104上，形成二個平行的平坦表面96，以於組裝時提供扭矩之用。螺紋92上沿軸向全長切設一組預定寬度與深度且等距間隔的槽孔100，以提供組裝後的噴嘴在操作時的液體管道。
配接器1(見圖1、4)設有外螺紋14與內螺紋12，用以容置旋渦混合模塊3與支座9。在內螺紋12下遊，鑽設一環形溝槽16，而表面18與表面20之間，亦同心鑽設一緊間隙孔19，用以裝配通孔本體50的凸緣直徑59。將旋渦混合模塊3放入配接器1時(圖1、4)，通孔本體50的凸緣表面56會抵達配接器1表面15的底部並密封。同時，與樞銷本體60及清洗盤體80結合為一體的渦動器罩殼30，被支座9的表面102從罩殼體後表面42壓制。經由支座9的壓力作用，渦動器罩殼30與通孔本體50二者會因其上設置的錐形配合表面而緊密接觸並同心對正。此一壓力同樣使通孔本體50表面56與配接器1表面15間產生緊密封。
具有本發明精神的另一可行實施例中，利用與配接器1組合的通孔本體50，作為一整體結合部(圖中未示出)。在此情況時，通孔本體50上的形貌，諸如錐形表面54與通孔52，都是配接器1的一部份。此種構造極易實施，其好處在於可減少本發明零件總數，但會限制配接器與通孔間的材料選擇性，有時，通孔本體50與配接器1之間的材料選擇，可能對某些噴嘴應用的成敗極端重要。
如圖7所示，通孔本體200孔210為縮放形或文氏管形信道。其使混合的流體先集中在一橫剖面較小的區域內，然後再釋放到射出器，用於霧化氣體消耗率受限制時，使噴霧分布較為均勻；樞銷杆體300流器頭310上遊表面320為錐形，以折流器頭的錐形角度，形成噴霧角形狀。
組合時，旋渦混合模塊3置於配接器1內，而通孔本體50的凸緣表面56直達配接器1表面15底部。支座9旋入配接器1的內螺紋12，並以表面102密合在罩殼30表面42上。藉此，通孔本體50的凸緣56也被配接器1表面15密封。在噴嘴操作期間，來自上遊源(圖中未示出)的液體被抽取至配接器內螺紋12與支座9外表面104間設置的管道，然後經由支座9上的槽孔100，流至螺紋12與罩殼30外表面間，進入配接器1溝槽16與渦動器罩殼30外表面間定義的環形室內，液體隨後被射入渦動器罩殼30正切方向的切割槽孔35內。
同時，來自氣體源(圖中未示出)的加壓氣體被導入支座9，通過支座9的中心通孔98，流至渦動器罩殼30的緩衝室40。氣體大部份用作霧化氣體，被導入罩殼30頂部上的氣孔37，並衝擊流經槽孔35的液體。在槽孔內預混的液/氣流體，隨後被射入混合室32，形成渦流。在此過程中，形成無數細微氣泡，陷在液體中。混合後的載有氣泡的流體隨後從混合室移動，通過由通孔本體50通孔52及樞銷60桿體62外表面所定義的環形信道，一直流到旋渦混合模塊3上由通孔本體50的邊緣58及折流器頭64表面66之間距所定義的計量區。當載有氣泡流體通過模塊計量區時，因壓力降低而誘發流體中的氣泡突然膨脹，使流體加速並使液體破碎成為細微的液滴，在此液流中的高速液滴隨後遇到由周圍漏流誘發的流場所造成的二次霧化。同時，渦動器罩殼30緩衝室40內，有一預定量氣體，稱為清洗氣體，如圖6所示，被導引通過樞銷本體60中心孔65、各槽孔74、折流器頭64上的環形溝槽68、及間隙76，徹底清潔折流器頭64下遊表面70邊緣。
權利要求
1.一種雙流體噴嘴，其特徵在於包括一混合裝置，其中包括一設有下遊開口的混合室；供第一流體流過的第一流體入口裝置，與該混合室連通；供第二流體流過的第二流體入口裝置，以軸向與該第一流體入口裝置連通，第一流體與第二流體在第一流體入口裝置內混合而形成一混合流體，兩流體並進入混合室進行二次混合；一通孔本體，與混合裝置於下遊端接合，並具有一將該混合流體排出該噴嘴的排放開口；一鎖合裝置，接合混合裝置及通孔本體。
2.如權利要求1所述的雙流體噴嘴，其特徵在於其還包括一折流裝置，與混合裝置接合，且包括一圓筒形的杆體、一盤形的折流器頭，該折流器頭包括受該混合流體衝擊的上遊表面；一計量裝置，其為一預定的信道間隙，設於折流器頭上遊表面與該通孔本體上排放開口的出口邊緣間。
3.如權利要求2所述的雙流體噴嘴，其特徵在於其折流器頭為軸心對稱形。
4.如權利要求2所述的雙流體噴嘴，其特徵在於其折流頭還包括一與流體清洗裝置接合的下遊表面；該下遊表面裝設一流體信道，其包括一位於該杆體上的中心管道、至少一槽孔用以連接該杆體與該折流器頭上一環形溝槽的連通裝置及一設於該折流器頭下遊表面與該流體清洗裝置表面間的間隙。
全文摘要
一種雙流體噴嘴，包括旋渦混合模塊，此模塊包括一混合室、至少一與混合室連通的液體入口；液體與氣體注入混合室；液體入口的液/氣混合流體產生渦流且形成載有氣泡的流體，模塊上同心安裝的樞銷杆體，其下遊放置一衝擊構件，提供液流計量與形成噴霧角，並使液流分布在質量與速度上均維持軸向對稱，樞銷杆體內設氣體信道，其出口在折流器下遊側，提供清潔樞銷表面裝置，消除樞銷表面上的粗大液滴，阻止累積任何不利的殘留物硬質層，並對需要高溫的應用提供表面冷卻，防止樞銷輻條受侵蝕發生的噴嘴損壞，及樞銷表面硬煉焦層造成的噴霧品質受損的情形發生；同時，改善包括混合室內不對稱的噴霧分布及因輻條造成的噴霧角動量減損的缺點。
文檔編號B05B7/02GK1519056SQ03103058
公開日2004年8月11日 申請日期2003年1月22日 優先權日2003年1月22日
發明者孫泰炎, 魏淑嫻 申請人:孫泰炎, 魏淑嫻