專利名稱：超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用超聲波振蕩脈沖射流進(jìn)行工業(yè)清洗、表面涂層剝離、去毛刺、除 銹、除漆或者鋼材表面除鱗的超聲波脈沖共振射流裝置，具體地說是一種超聲波脈沖共振 射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置。
背景技術(shù)：
高壓水射流技術(shù)及裝備是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種廣泛地應(yīng)用于工業(yè)清 洗、切割、去毛刺、表面涂層剝離、除銹除漆等的高新技術(shù)。經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，已經(jīng)形 成純水射流、磨料水射流、非定常水射流及超聲波水射流等幾大領(lǐng)域。在一般的工業(yè)清洗 中，絕大多數(shù)都是采用連續(xù)高壓純水射流。在除銹、除漆及表面涂層剝離等工作領(lǐng)域，純水 高壓水射流所需高壓水的壓力一般都在15(T250Mpa，而在清除一些較硬的金屬涂層及除毛 刺等工作，則更需要高達(dá)35(T420Mpa的連續(xù)高壓純水射流才能完成。近年來，磨料水射流 及高壓水噴丸技術(shù)也逐漸應(yīng)用到工業(yè)清洗中，以取代傳統(tǒng)的干式噴丸、超高壓水、酸洗等傳 統(tǒng)工藝。利用磨料水射流技術(shù)，可以降低水射流的使用壓力，但由于在水射流中加入了磨 料，因而會造成二次污染，并且也會由于殘留的微細(xì)磨料而影響清洗表面的質(zhì)量。由于連續(xù)高壓純水射流和磨料水射流的缺陷，近年來，開發(fā)了一種超聲波和脈沖 清洗技術(shù)，以提供非連續(xù)，或稱之為“子彈束”的高頻脈沖水射流。由于水錘現(xiàn)象引起的打 擊力，通過水射流的高頻震蕩脈沖得到的打擊力的放大倍率約為3飛倍。所以，為了達(dá)到同 樣的清洗能力，只需要用功率小3飛倍的壓力源運(yùn)轉(zhuǎn)。由于超聲波脈沖清洗裝置可以與更 小和更便宜的高壓泵一起使用，所以它比連續(xù)流水射流清洗更經(jīng)濟(jì)。另外，噴嘴，管道和配 件中的水射流壓力非常小，系統(tǒng)更為穩(wěn)定。在現(xiàn)有的超聲波脈沖水射流裝置中，盡管加拿大專利PCT/CA2003/001683，美國 專利5154347和中國專利200920009813. 1中描述的超聲波水射流噴咀和裝置代表了水射 流切割和清洗技術(shù)中的實(shí)質(zhì)性突破，但是，在以上3個專利中描述的超聲波水射流噴頭裝 置，由于其單噴嘴的特性，盡管單噴嘴的清洗效果和打擊力比傳統(tǒng)的高壓水射流技術(shù)提高 了 3-5倍，但其工作效率仍然較低，實(shí)用證明其不是最佳的，仍然有較大的提升空間。具體地說，以上專利所描述的超聲波脈沖射流裝置，由于原理和結(jié)構(gòu)的原因，還存 在以下各種問題和缺點(diǎn)
1、現(xiàn)有的單噴嘴渦流噴頭的清洗效果較好，可提高打擊力和清洗效果5-7倍左右，但 由于其清洗寬度很窄，清洗面積很小，所以，單噴嘴渦流噴頭的清洗效率較低；
2、現(xiàn)有的脈沖射流旋轉(zhuǎn)噴頭，盡管提高了其清洗寬度和面積，但是由于其脈沖射流的 混合腔結(jié)構(gòu)的缺陷，噴嘴出口離多頭變幅桿較遠(yuǎn)，超聲衰減能量損失大，無法形成穩(wěn)定的脈 沖振蕩射流，其打擊力和清洗效果較差，清洗效率仍然較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題，提供一種超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，該噴頭裝置的打擊力和清洗效果較高，并且清洗效率較高。按照本發(fā)明的技術(shù)方案一種超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，包括超聲波換 能器及與其固定連接的噴頭，所述超聲波換能器包括超聲波換能器本體，所述超聲波換能 器本體內(nèi)開設(shè)有縱向脈沖射流入口，所述超聲波換能器本體的上端可轉(zhuǎn)動地安裝在換能器 中心軸上，所述換能器中心軸與所述超聲波換能器本體之間設(shè)置有高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置，所 述換能器中心軸內(nèi)開設(shè)有軸向高壓水通道，所述高壓水通道與所述脈沖射流入口相連通， 所述換能器中心軸外設(shè)置有超聲波換能振子，所述超聲波換能振子固定連接在所述超聲波 換能器本體上；所述噴頭包括噴頭殼體，所述噴頭殼體內(nèi)設(shè)置有振蕩腔，所述振蕩腔與所述 脈沖射流入口相連通，所述噴頭殼體的上端與所述超聲波換能器本體的下端固定連接，所 述噴頭殼體的下端設(shè)置有多個噴嘴，所述振蕩腔內(nèi)設(shè)置有多頭變幅桿，所述多頭變幅桿的 上端與所述超聲波換能器本體相連接，所述多頭變幅桿的下端固定連接有與所述多個噴嘴 相對應(yīng)的多個微型變幅頭。所述超聲波換能振子為壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片由壓緊裝置固定，所述壓電 陶瓷片與安裝在所述換能器中心軸上旋轉(zhuǎn)電刷電連接，所述旋轉(zhuǎn)電刷與超聲波信號輸入電 纜電連接。所述超聲波換能器本體上固定連接有換能器護(hù)罩。所述超聲波換能器本體的上端設(shè)置有凹腔，所述凹腔的上部固定連接有中空的旋 轉(zhuǎn)裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置通過上軸承及下軸承裝配在所述換能器中心軸上，所述旋轉(zhuǎn)裝置的 下端固定連接有旋轉(zhuǎn)體，所述旋轉(zhuǎn)體的下端固定連接在所述凹腔的底部，所述旋轉(zhuǎn)體內(nèi)設(shè) 置有中心通孔，所述中心通孔的上端與所述高壓水通道相連通，所述中心通孔的下端與所 述脈沖射流入口相連通，所述旋轉(zhuǎn)體的上端與所述換能器中心軸的下端之間設(shè)置有所述高 壓旋轉(zhuǎn)密封裝置。所述旋轉(zhuǎn)體的下端所述凹腔的底部之間設(shè)置有銅墊。所述高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置包括安裝在所述旋轉(zhuǎn)體內(nèi)孔臺階上的油封，所述油封的頂 端面與所述旋轉(zhuǎn)體的頂端面平齊，所述油封的頂端面與所述旋轉(zhuǎn)體的頂端面上設(shè)置有一個 下墊圈，所述下墊圈上設(shè)置有上墊圈，所述上墊圈與所述下軸承的外圈相連接，所述換能器 中心軸下端的內(nèi)臺階中設(shè)置有自緊彈簧，所述自緊彈簧的下端設(shè)置有密封填料，所述密封 填料的下端抵靠在所述旋轉(zhuǎn)體上。所述旋轉(zhuǎn)體上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)體排泄孔，所述旋轉(zhuǎn)體排泄孔的上端與所述油封和所述 換能器中心軸的下端之間的空腔相連通，所述旋轉(zhuǎn)體排泄孔的下端與所述凹腔相連通，所 述超聲波換能器本體上開設(shè)有與所述凹腔相連通的換能器本體排泄孔。所述微型變幅頭為外徑遞減的階梯狀圓柱體，相鄰兩段圓柱之間通過圓錐面平滑 過渡。所述多頭變幅桿及所述微型變幅頭的材質(zhì)為鈦合金。所述噴嘴安裝在噴嘴座，所述噴頭殼體、所述噴嘴、所述噴嘴座均采用鈦合金制 成。本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)式超聲波換能器及噴頭設(shè)計，在噴頭殼 體內(nèi)設(shè)置有振動腔，在振動腔內(nèi)設(shè)置多頭變幅桿，提高了能量轉(zhuǎn)換效能，提高了其清洗寬度 和面積；采用多噴嘴旋轉(zhuǎn)共振脈沖射流噴頭技術(shù)，能產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻振蕩共振脈沖旋轉(zhuǎn)射流，大大提高其清洗效率；采用多頭變幅桿，能產(chǎn)生高強(qiáng)度多路振蕩脈沖源，提高了打擊力 和清洗效率；多頭變幅桿產(chǎn)生的脈沖能量大，傳輸距離遠(yuǎn)、壽命長。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中的A處放大圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說明。圖1、圖2中，包括噴嘴座1、噴嘴2、多頭變幅桿3、噴頭殼體4、振蕩腔5、脈沖射流 入口 6、超聲波換能器本體7、壓電陶瓷片8、高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置9、旋轉(zhuǎn)裝置10、換能器護(hù)罩 11、旋轉(zhuǎn)電刷12、超聲波信號輸入電纜13、換能器中心軸14、微型變幅頭15，下軸承16、自緊 彈簧17、密封填料18、油封19、旋轉(zhuǎn)體20、上墊圈21、下墊圈22、旋轉(zhuǎn)體排泄孔23、壓緊裝置 24、上軸承25、高壓水通道26、換能器本體排泄孔27、雙頭螺柱28、凹腔29、中心通孔30、銅 墊31等。如圖1所示，本發(fā)明是一種超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，包括超聲波換能 器及與其固定連接的噴頭。超聲波換能器包括超聲波換能器本體7，超聲波換能器本體7上端大、下端小。超 聲波換能器本體7上固定連接有起保護(hù)作用的換能器護(hù)罩11。超聲波換能器本體7內(nèi)開設(shè) 有縱向脈沖射流入口 6。脈沖射流入口 6的上部為一條管道，下部為幾個分支。超聲波換能 器本體7的上端可轉(zhuǎn)動地安裝在換能器中心軸14上，換能器中心軸14與超聲波換能器本 體7之間設(shè)置有高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置9。換能器中心軸14內(nèi)開設(shè)有軸向高壓水通道26，高壓 水通道26與脈沖射流入口 6相連通，換能器中心軸14外設(shè)置有超聲波換能振子，超聲波換 能振子固定連接在超聲波換能器本體7上。超聲波換能振子優(yōu)選采用壓電陶瓷片8，壓電陶瓷片8由壓緊裝置24固定，壓電陶 瓷片8與安裝在換能器中心軸14上旋轉(zhuǎn)電刷12電連接，旋轉(zhuǎn)電刷12與超聲波信號輸入電 纜13電連接，超聲波信號輸入電纜13與超聲波信號發(fā)生裝置電連接。超聲波換能器本體7的上端設(shè)置有凹腔29，凹腔29的上部固定連接有中空的旋轉(zhuǎn) 裝置10，旋轉(zhuǎn)裝置10通過上軸承25及下軸承16裝配在換能器中心軸14上，旋轉(zhuǎn)裝置10 的下端固定連接有旋轉(zhuǎn)體20，旋轉(zhuǎn)體20的下端固定連接在凹腔29的底部，旋轉(zhuǎn)體20內(nèi)設(shè) 置有中心通孔30，中心通孔30的上端與高壓水通道26相連通，中心通孔30的下端與脈沖 射流入口 6相連通，旋轉(zhuǎn)體20的上端與換能器中心軸14的下端之間設(shè)置有所述高壓旋轉(zhuǎn) 密封裝置9。旋轉(zhuǎn)體20的下端凹腔29的底部之間設(shè)置有銅墊31，起密封作用。如圖2所示，高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置9包括安裝在旋轉(zhuǎn)體20內(nèi)孔臺階上的油封19，油 封19的頂端面與旋轉(zhuǎn)體20的頂端面平齊，油封19的頂端面與旋轉(zhuǎn)體20的頂端面上設(shè)置 有一個下墊圈22，下墊圈22上設(shè)置有上墊圈21，上墊圈21與下軸承16的外圈相連接，換能 器中心軸14下端的內(nèi)臺階中設(shè)置有自緊彈簧17，自緊彈簧17的下端設(shè)置有密封填料18， 密封填料18的下端抵靠在旋轉(zhuǎn)體20上。
旋轉(zhuǎn)體20上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)體排泄孔23，旋轉(zhuǎn)體排泄孔23的上端與油封19和換能器 中心軸14的下端之間的空腔相連通，旋轉(zhuǎn)體排泄孔23的下端與凹腔29相連通，超聲波換 能器本體7上開設(shè)有與凹腔29相連通的換能器本體排泄孔27。高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置9出現(xiàn) 故障時，可通過旋轉(zhuǎn)體排泄孔23及換能器本體排泄孔27將高壓水及時排出。噴頭包括噴頭殼體4，噴頭殼體4內(nèi)設(shè)置有振蕩腔5，振蕩腔5與脈沖射流入口 6 相連通。噴頭殼體4的上端與超聲波換能器本體7的下端固定連接，噴頭殼體4的下端設(shè) 置有多個噴嘴2，振蕩腔5內(nèi)設(shè)置有多頭變幅桿3，多頭變幅桿3的上端通過雙頭螺柱28與 超聲波換能器本體7相連接，多頭變幅桿3的下端固定連接有與多個噴嘴2相對應(yīng)的多個 微型變幅頭15。噴嘴2安裝在噴嘴座1，噴頭殼體4、噴嘴2、噴嘴座1均采用高強(qiáng)度鈦合金 材料制成。多頭變幅桿3及微型變幅頭15的材質(zhì)也為高強(qiáng)度鈦合金材料。微型變幅頭15為外徑遞減的階梯狀圓柱體，相鄰兩段圓柱之間通過圓錐面平滑 過渡。本發(fā)明的工作過程如下高壓水經(jīng)高壓水通道26和脈沖射流入口 6進(jìn)入噴頭殼 體4的振蕩腔5中，超聲波信號通過超聲波信號輸入電纜13經(jīng)旋轉(zhuǎn)電刷12輸給超聲波振 子壓電陶瓷片8，壓電陶瓷片8產(chǎn)生超聲波振動，通過多頭變幅桿3在振蕩腔5中與高壓水 進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，多頭變幅桿3將傳輸過來的超聲波電脈沖轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動，在振蕩腔5 中與高壓水產(chǎn)生共振，把引入的高壓水強(qiáng)力擾動，從而產(chǎn)生強(qiáng)力共振脈沖射流；該脈沖射流 通過超聲波振蕩噴嘴2噴射至待加工的工件表面以達(dá)到高效的切割、破碎、剝離、清洗及除 毛刺的目的。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、采用旋轉(zhuǎn)式超聲波換能器及噴頭設(shè)計，在噴頭殼體內(nèi)設(shè)置有振動腔，在振動腔內(nèi)設(shè) 置多頭變幅桿，提高了能量轉(zhuǎn)換效能，提高了其清洗寬度和面積；
2、采用多噴嘴旋轉(zhuǎn)共振脈沖射流噴頭技術(shù)，能產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻振蕩共振脈沖旋轉(zhuǎn)射 流，大大提高其清洗效率；
3、采用多頭變幅桿，能產(chǎn)生高強(qiáng)度多路振蕩脈沖源，提高了打擊力和清洗效率；多頭變 幅桿產(chǎn)生的脈沖能量大，傳輸距離遠(yuǎn)、壽命長。本發(fā)明采用渦流脈沖共振射流噴頭技術(shù)，產(chǎn)生的多頭高頻振蕩共振脈沖射流，提 高能量轉(zhuǎn)換效能，大大降低使用壓力，節(jié)能減排。
權(quán)利要求
一種超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，包括超聲波換能器及與其固定連接的噴頭，其特征是所述超聲波換能器包括超聲波換能器本體(7)，所述超聲波換能器本體(7)內(nèi)開設(shè)有縱向脈沖射流入口(6)，所述超聲波換能器本體(7)的上端可轉(zhuǎn)動地安裝在換能器中心軸(14)上，所述換能器中心軸(14)與所述超聲波換能器本體(7)之間設(shè)置有高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置(9)，所述換能器中心軸(14)內(nèi)開設(shè)有軸向高壓水通道(26)，所述高壓水通道(26)與所述脈沖射流入口(6)相連通，所述換能器中心軸(14)外設(shè)置有超聲波換能振子，所述超聲波換能振子固定連接在所述超聲波換能器本體(7)上；所述噴頭包括噴頭殼體(4)，所述噴頭殼體(4)內(nèi)設(shè)置有振蕩腔(5)，所述振蕩腔(5)與所述脈沖射流入口(6)相連通，所述噴頭殼體(4)的上端與所述超聲波換能器本體(7)的下端固定連接，所述噴頭殼體(4)的下端設(shè)置有多個噴嘴(2)，所述振蕩腔(5)內(nèi)設(shè)置有多頭變幅桿(3)，所述多頭變幅桿(3)的上端與所述超聲波換能器本體(7)相連接，所述多頭變幅桿(3)的下端固定連接有與所述多個噴嘴(2)相對應(yīng)的多個微型變幅頭(15)。
2.按照權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，其特征是所述超聲波 換能振子為壓電陶瓷片(8)，所述壓電陶瓷片(8)由壓緊裝置(24)固定，所述壓電陶瓷片 (8)與安裝在所述換能器中心軸(14)上旋轉(zhuǎn)電刷(12)電連接，所述旋轉(zhuǎn)電刷(12)與超聲 波信號輸入電纜(13)電連接。
3.按照權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，其特征是所述超聲波 換能器本體(7 )上固定連接有換能器護(hù)罩(11)。
4.按照權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，其特征是所述超聲波 換能器本體(7)的上端設(shè)置有凹腔(29)，所述凹腔(29)的上部固定連接有中空的旋轉(zhuǎn)裝置 (10)，所述旋轉(zhuǎn)裝置(10)通過上軸承(25)及下軸承(16)裝配在所述換能器中心軸(14)上， 所述旋轉(zhuǎn)裝置(10)的下端固定連接有旋轉(zhuǎn)體(20)，所述旋轉(zhuǎn)體(20)的下端固定連接在所 述凹腔(29)的底部，所述旋轉(zhuǎn)體(20)內(nèi)設(shè)置有中心通孔(30)，所述中心通孔(30)的上端與 所述高壓水通道(26)相連通，所述中心通孔(30)的下端與所述脈沖射流入口(6)相連通， 所述旋轉(zhuǎn)體(20)的上端與所述換能器中心軸(14)的下端之間設(shè)置有所述高壓旋轉(zhuǎn)密封裝 置(9)。
5.按照權(quán)利要求4所述的超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，其特征是所述旋轉(zhuǎn)體 (20)的下端所述凹腔(29)的底部之間設(shè)置有銅墊(31)。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，其特征是所述高 壓旋轉(zhuǎn)密封裝置(9)包括安裝在所述旋轉(zhuǎn)體(20)內(nèi)孔臺階上的油封(19)，所述油封(19)的 頂端面與所述旋轉(zhuǎn)體(20)的頂端面平齊，所述油封(19)的頂端面與所述旋轉(zhuǎn)體(20)的頂 端面上設(shè)置有一個下墊圈(22)，所述下墊圈(22)上設(shè)置有上墊圈(21)，所述上墊圈(21)與 所述下軸承(16)的外圈相連接，所述換能器中心軸(14)下端的內(nèi)臺階中設(shè)置有自緊彈簧 (17)，所述自緊彈簧(17)的下端設(shè)置有密封填料(18)，所述密封填料(18)的下端抵靠在所 述旋轉(zhuǎn)體(20)上。
7.按照權(quán)利要求4或5所述的超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，其特征是所述旋 轉(zhuǎn)體(20)上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)體排泄孔(23)，所述旋轉(zhuǎn)體排泄孔(23)的上端與所述油封(19)和 所述換能器中心軸(14)的下端之間的空腔相連通，所述旋轉(zhuǎn)體排泄孔(23)的下端與所述 凹腔(29)相連通，所述超聲波換能器本體(7)上開設(shè)有與所述凹腔(29)相連通的換能器本體排泄孔(27)。
8.按照權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，其特征是所述微型變 幅頭(15)為外徑遞減的階梯狀圓柱體，相鄰兩段圓柱之間通過圓錐面平滑過渡。
9.按照權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，其特征是所述多頭變 幅桿(3)及所述微型變幅頭(15)的材質(zhì)為鈦合金。
10.按照權(quán)利要求1所述的超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，其特征是所述噴嘴 (2)安裝在噴嘴座(1)，所述噴頭殼體(4)、所述噴嘴(2)、所述噴嘴座(1)均采用鈦合金制 成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲波脈沖共振射流旋轉(zhuǎn)噴頭裝置，包括超聲波換能器及噴頭，超聲波換能器本體內(nèi)開設(shè)有縱向脈沖射流入口，超聲波換能器本體可轉(zhuǎn)動地安裝在換能器中心軸上，換能器中心軸與超聲波換能器本體之間設(shè)置有高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置，換能器中心軸內(nèi)開設(shè)有與脈沖射流入口相連通的軸向高壓水通道，換能器中心軸外設(shè)置有超聲波換能振子；噴頭殼體內(nèi)設(shè)置有振蕩腔，噴頭殼體的下端設(shè)置有多個噴嘴，振蕩腔內(nèi)設(shè)置有多頭變幅桿，多頭變幅桿上固定連接有多個微型變幅頭。本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)式超聲波換能器及噴頭設(shè)計，在噴頭殼體內(nèi)設(shè)置有振動腔，在振動腔內(nèi)設(shè)置多頭變幅桿，提高了能量轉(zhuǎn)換效能，提高了其清洗寬度和面積，大大提高其清洗效率。
文檔編號B08B3/02GK101940994SQ20101051125
公開日2011年1月12日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者任保林, 葉喬, 徐合剛 申請人:任保林