气泡雾化喷嘴以及气泡雾化喷嘴的调节方法

摘要

本发明涉及一种气泡雾化喷嘴以及气泡雾化喷嘴的调节方法，包括双层或多层密封圈构成的多通道进气结构或旋流槽的进气结构的内部构件，具有扩散锥状喷孔、顶丝孔及气液进口快装接头的外部构件；内部构件直接插入外部构件组装成喷嘴，两者之间利用O型橡胶圈密封、利用顶丝固定，两者之间的空间为混合室。本发明内部构件流动阻力较小，可维持混合室压力在较高的范围内，喷嘴雾化效率较高；在混合室内气液两相混合过程所形成的泡状流均匀且稳定，在低气液质量流量比（0.07-0.1之间)下实现稳定的雾化效果；并且工作压力低、液体流量小，在气液进口绝对压力0.36-0.40MPa情况下，可在3.5-6.0kg/h液体流量下维持稳定喷雾。本发明应用于化工、动力、暖通等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种气泡雾化喷嘴以及气泡雾化喷嘴的调节方法，具体是以压缩空气和水为工作介质的低压小流量气泡雾化单孔喷嘴，可以应用于化工、动力、暖通等行业中加湿、冷却过程的低气耗率、雾化稳定、雾化质量高的低压气泡雾化喷嘴。

背景技术

液体雾化技术在农业、化工、能源、交通等领域有广泛的应用。雾化后的液体呈分散的颗粒状，因此其表面积增加，有利于改善气液两相间的传热、传质条件。气泡雾化出现于上世纪末，其原理是利用泡状流动过程中，当环境压力急速降低时伴随着的气泡爆炸现象来增强液体的雾化质量。从1985年至今，全球涉及液体的气力式雾化专利已有数万条，但采用气泡雾化作为主要雾化手段的专利仅有数十件,主要运用于工业燃烧、农业灌溉等领域。例如中国专利CN201110116844.9公开了一种气泡雾化施药喷头；CN201210032717.5公开了一种自吸式气泡雾化燃油喷嘴；CN201210189943.4公开了一种适用于SNCR脱硝技术的低气耗气泡雾化喷枪等。

上述技术所使用的喷嘴出口孔为平孔或环孔，必须通过加工不同直径的出口孔或内套管来满足不同流量的要求。平孔喷嘴产生的液雾为实心液雾，流量的空间分布均匀，但雾化角较小，液雾的平均流量密度（单位截面积上的液体流量）较大。为合理控制流量密度，可以采用环形出口来产生空心液雾。而环孔喷嘴所采用的内混件和外套管之间螺纹连接及密封方法，使其不具备在加工成型后对喷嘴的流量进行精确调整的可能性，且当环缝间隙小于1mm时，内混件和外套管之间的螺纹连接难以满足环缝内外表面同轴度的要求，易出现偏心型雾炬，严重时会影响到所属工业设备的正常运行。

总之，现有技术所述的喷嘴，其出口分布在混合室的环形内壁或外壁面上。内混室上半部分的剖面为环形，整体结构为狭长的环圆柱形，因而气液两相流流经此区域时流动损失较大，增加了喷嘴的雾化能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气泡雾化喷嘴以及气泡雾化喷嘴的调节方法，它是一种喷雾锥角可调的低压小流量气泡雾化单孔喷嘴，在低气耗率下（气液质量流量比介于0.07-0.1之间）即可获得稳定雾化效果的雾化单孔喷嘴。本发明由多气孔进气的混合室、顶丝构成的内混件固定结构、旋流槽和针阀构成的旋流式内混件和可调式的环形喷嘴出口孔、双层或多层密封圈构成的通道和内混室的密封结构等组成。本发明的主要优点是内混过程形成的泡状流均匀且稳定，可以在低气液比（0.1左右)下实现良好和稳定的雾化效果；内混件和外套管的同轴度可通过顶丝进行调准，提高了喷雾的均匀性；旋流式喷嘴可以加强气液两相之间的动量交换，提高雾化质量。本发明是一种可以应用于化工、动力、暖通等领域的流量可调式、通用型、低气耗率、雾化稳定的可调式气泡雾化喷嘴。

本发明提供的气泡雾化喷嘴，即喷雾锥角可调的低压小流量气泡雾化单孔喷嘴包括双层或多层密封圈构成的多通道进气结构或旋流槽的进气结构的内部构件，具有扩散锥状喷孔、顶丝孔及气液进口快装接头的外部构件；内部构件直接插入外部构件组装成喷嘴，两者之间利用O型橡胶圈密封、利用顶丝固定，两者之间所形成的空间为混合室。

本发明提供的一种气泡雾化喷嘴包括内部构件和外部构件；所述的内部构件是圆柱型结构，分为直流型和旋流型两种，其中，直流型内部构件外表面有两道用于套装O型橡胶圈的密封槽，密封槽之间有气体贯流通道，呈十字交叉的两个水平气孔贯穿柱体，四个平行于轴线的垂直气孔与水平气孔贯通；旋流型内部构件表面有用于套装O型橡胶圈的密封槽，密封槽下部有气体贯流通道，四道与轴线呈45^o-75^o 的旋流槽均布于贯流通道下部的柱体外表面上。

所述的外部构件是半封闭圆筒状，其内部空间呈上大下小的阶梯状，上半部分的内径较内部构件的外径大20微米，下半部分空间即为混合室，混合室内径较上部空间内径小、构成阶梯状空间；筒体上分别开有两层共6个均匀分布的顶丝螺纹孔，以及气体接口孔和液体接口孔。在此，气体接口孔和液体接口孔也可以为螺纹孔。筒体封闭端中心位置开有扩散锥状喷孔，其扩散角为90-120⁰。

套装O型橡胶圈的内部构件直接插入外部构件中，并使内部构件的底面压紧外部构件的台阶，旋紧顶丝，安装气液进口快装接头后，即完成喷嘴组装过程。在此，快装接头是一种接头，其一端为外螺纹结构，可直接旋入喷嘴的外部构件，另一端是一种压迫式快装结构，用于输送液体或气体的塑料软管可直接插入或拔出，密封性良好。

所述的直流喷嘴的内混室是由内、外构件所形成的圆管状空间，液体经进液口直接进入混合室；外部构件的气体进口与内部构件的贯流通道相联通，压缩空气经进气口进入贯流通道，然后流经水平气孔、垂直气孔，进入混合室；气、液两相流体在混合室内完成动量交换过程，形成气液两相泡状流，并经扩散锥状喷孔喷出，形成均匀稳定的液雾炬。

所述的旋流喷嘴，其内混室也是由内、外构件所形成的圆管状空间，液体经进液口直接进入混合室；外部构件的气体进口与内部构件的贯流通道相联通，压缩空气经进气口进入贯流通道，然后流经旋流槽，切向进入混合室；气、液两相流体在混合室内完成动量交换过程，形成气液两相泡状流，并经扩散锥状喷孔喷出，形成均匀稳定的旋流液雾炬。相对而言，旋流喷嘴混合室内气液两相之间的动量交换过程更为强烈，因此其液雾颗粒平均直径更小，喷雾锥角更大。

本发明提供的一种低压小流量气泡雾化喷嘴的调节方法包括以下步骤：

（1）依次打开压缩气体管道和液体管道上的节流阀。

（2) 调节液体节流阀和压缩空气节流阀，使阀后压力均稳定在工作压力附近（表压0.26-0.3Mpa）。

（3) 调节液体流量在工作参数附近，气液质量流量比将自动稳定在0.07-0.1范围内。

（4）稳定喷雾，完成调整过程。

本发明喷嘴的主要优点是：结构简单，无螺纹密封，同轴度高，直接将置入O型橡胶圈的内部构件插入外部构件中，旋紧顶丝，即可完成喷嘴组装过程；通过更换不同结构的内部构件即可实现喷雾锥角的调节；内部构件的气体流道采用贯流结构，流动阻力较小，可维持混合室压力在较高的范围内，喷嘴雾化效率较高；在混合室内，气液两相混合过程所形成的泡状流均匀且稳定，可以在低气液质量流量比（0.07-0.1之间)下实现良好的、稳定的雾化效果；该喷嘴的工作压力低、液体流量小，在气液进口绝对压力0.36-0.40MPa情况下，可在3.5-6.0kg/h液体流量下维持稳定喷雾。

本发明喷嘴的突出特点还在于：工作压力低、流量低（很少有喷嘴能够在这么小的流量下稳定工作）、无螺纹密封，通过更换内部构件来调整喷雾锥角，单孔喷雾时喷雾锥角约为20度，旋流喷雾可达到40度左右，流量分布的均匀性大为改善，更利于液雾的快速蒸发。本发明可应用在化工、动力、暖通等领域。

附图说明

图1 为本发明直流型气泡雾化喷嘴本体示意图。

图2 为本发明旋流型气泡雾化喷嘴本体示意图。

图3 为本发明直流型内部构件示意图。

图4为本发明旋流型内部构件示意图。

图5为本发明外部构件示意图。

图6 为当气液质量流量比为0.1时的直流型喷嘴的喷雾状态图。

图7为当气液质量流量比为0.1时的旋流型喷嘴的喷雾状态图。

图8表示本发明直流型喷嘴的流量特性。

图9表示本发明旋流型喷嘴的流量特性。

图10表示本发明直流型喷嘴的雾化特性。

具体实施方式   

本发明参照附图详细说明如下：

如图所示，1、密封槽， 2、贯流通道，3、水平气孔，4、垂直气孔，5、把手螺纹孔，6、顶丝螺纹孔，7、气体接头孔，8、液体接头孔，9、扩散锥状喷孔，10、混合室，11、O型橡胶圈，12、旋流槽。

本发明提供的喷雾锥角可调的低压小流量气泡雾化单孔喷嘴包括双层或多层密封圈构成的多通道进气结构的内部构件101或旋流槽的进气结构的内部构件102，具有扩散锥状喷孔9、顶丝螺纹孔6及气液进口快装接头的外部构件200；内部构件101，102直接插入外部构件200组装成喷嘴，两者之间利用O型橡胶圈11密封、利用顶丝固定，两者之间所形成的空间为混合室10。

本发明提供的一种喷雾锥角可调的低压小流量气泡雾化单孔喷嘴包括内部构件和外部构件；所述的内部构件是圆柱型结构，分为直流型内部构件101和旋流型内部构件102两种，其中，直流型内部构件101外表面有两道用于套装O型橡胶圈11的密封槽1，密封槽之间有气体贯流通道2，呈十字交叉的两个水平气孔3贯穿柱体，四个平行于轴线的垂直气孔4与水平气孔3贯通；旋流型内部构件102表面有用于套装O型橡胶圈11的密封槽1，密封槽下部有气体贯流通道2，四道与轴线呈45⁰-75⁰的旋流槽12均布于贯流通道2下部的柱体外表面上。

所述的外部构件200是半封闭圆筒状，其内部空间呈上大下小的阶梯状，上半部分201的内径较内部构件101，102的外径大20微米，下半部分空间即为混合室10，混合室10内径较上半部分201内径小、构成阶梯状空间；筒体上分别开有两层共6个均匀分布的顶丝螺纹孔，以及气体接口孔7和液体接口孔8；筒体封闭端中心位置开有扩散锥状喷孔9，其扩散角为90-120⁰。

套装O型橡胶圈11的内部构件直接插入外部构件中，并使内部构件的底面压紧外部构件的台阶，旋紧顶丝，安装气液进口快装接头后，即完成喷嘴组装过程。

所述的直流喷嘴的内混室是由内、外构件所形成的圆管状空间，液体经进液口直接进入混合室；外部构件的气体进口与内部构件的贯流通道相联通，压缩空气经进气口进入贯流通道，然后流经水平气孔3、垂直气孔4，进入混合室10；气、液两相流体在混合室10内完成动量交换过程，形成气液两相泡状流，并经扩散锥状喷孔9喷出，形成均匀稳定的液雾炬。

所述的旋流喷嘴，其内混室也是由内、外构件所形成的圆管状空间，液体经进液口直接进入混合室；外部构件的气体进口与内部构件的贯流通道2向联通，压缩空气经进气口进入贯流通道2，然后流经旋流槽12，切向进入混合室；气、液两相流体在混合室内完成动量交换过程，形成气液两相泡状流，并经扩散锥状喷孔9喷出，形成均匀稳定的旋流液雾炬。相对而言，旋流喷嘴混合室10内气液两相之间的动量交换过程更为强烈，因此其液雾颗粒平均直径更小，喷雾锥角更大。

本发明提供的一种低压小流量气泡雾化喷嘴的调节方法包括以下步骤：

（1）依次打开压缩气体管道和液体管道上的节流阀。

（2) 调节液体节流阀和压缩空气节流阀，使阀后压力均稳定在工作压力附近（表压0.26-0.3Mpa）。

（3) 调节液体流量在工作参数附近，气液质量流量比将自动稳定在0.07-0.1范围内。

（4）稳定喷雾，完成调整过程。

实验测试结果如下：气液质量流量比为0.1时，直流型喷嘴的喷雾情况如图6所示，旋流型喷嘴的喷雾情况如图7所示。如图6，图7所示，采用旋流型内部构件可扩大喷雾锥角。

直流型喷嘴的流量特性如图8所示，旋流型喷嘴的流量特性如图9所示。图10表示本发明直流型喷嘴的雾化特性。此时，喷孔直径为1.0mm。在气液进口压力为0.3MPa（表压）情况下，两种喷嘴的稳定工作流量均在5-6kg/h左右，通过调节气液质量流量比ALR，喷嘴流量可在3-10kg/h范围内调整。

本发明喷嘴的突出特点：工作压力低、流量低。此外、本发明的气泡雾化喷嘴无螺纹密封，通过更换内部构件来调整喷雾锥角，直流型喷嘴喷雾时喷雾锥角约为20度，旋流型喷嘴喷雾可达到40度左右，流量分布的均匀性大为改善，更利于液雾的快速蒸发。本发明可应用在化工、动力、暖通等领域。