專利名稱：環(huán)縫諧振式氣流超聲霧化噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該裝置屬于氣流超聲霧化噴嘴技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種環(huán)縫諧振式氣流超聲霧化噴嘴。
氣流超聲霧化噴嘴是90年代美國(guó)麻省理工學(xué)院(MAT)的 Grant教授發(fā)明的(USGA型)環(huán)孔氣流超聲霧化噴嘴。廣泛應(yīng)用在制取各種金屬，合金粉末及金屬合金的噴射成形高新技術(shù)中。
霧化噴嘴的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，是霧化和噴射成形技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。1990年以前世界各國(guó)所用噴嘴的噴氣速度，最高只能達(dá)到1馬赫數(shù)。美國(guó)USGA型噴嘴的噴氣速度高達(dá)2.5～3馬赫數(shù)。這種噴嘴在高壓下用來霧化合金粉末時(shí)，粉碎效率高達(dá)95～98％。其原理是根據(jù)Hatman噴管諧振原理，使氣流產(chǎn)生諧振並加速，但是USGA型噴嘴，在設(shè)計(jì)上是采用環(huán)孔型結(jié)構(gòu)，見附圖7。附圖8。所有出氣孔沿一定空間角，排列成一個(gè)圓環(huán)。由于出氣孔很小，而且小孔必須按一定角度嚴(yán)格垂直並交叉貫穿。加工精度要求很高。故這種噴嘴在加工制造上難度很大。目前只有美國(guó)可以加工，但加工成品率只有30％，因此這種噴嘴難以推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)、制造一種易于加工的環(huán)縫結(jié)構(gòu)的氣流超聲霧化噴嘴。
本發(fā)明的構(gòu)成為1.用圓形回旋體噴嘴座〔3〕，通過螺紋或焊接與圓形回旋體噴嘴芯〔4〕聯(lián)接。環(huán)縫狀Hatman諧振腔〔9〕是在噴嘴芯〔4〕的頂端，用機(jī)加工方法制成。下部十字形環(huán)縫狀氣體通道，由噴嘴座〔3〕噴嘴芯〔4〕組合而成。其一路與集氣室Ve溝通，形成進(jìn)氣通道。另一路與大氣溝通，形成環(huán)縫狀噴氣孔〔10〕。噴氣錐角α可通過諧振腔〔9〕的加工角度來改變。氣源供應(yīng)由進(jìn)氣孔〔2〕進(jìn)入集氣室Ve。
2。噴嘴內(nèi)部腔體的幾何關(guān)系應(yīng)滿足下列關(guān)系式Ve／Vd≥60～100L／d＝2.5～33。金屬液流〔6〕采用限制式輸送。輸送管〔5〕伸出長(zhǎng)度h與氣錐焦點(diǎn)F應(yīng)滿足下式h＝(0.31～0.32)F4。金屬液輸送管〔5〕采用耐高溫陶瓷材料，並通過耐高溫粘結(jié)劑〔8〕與噴嘴芯〔4〕的內(nèi)孔和金屬液容器〔7〕的底部粘結(jié)。金屬液容器外部需有加熱爐〔1〕。
當(dāng)使用(2～6)MPa壓力氣體時(shí)，最高噴氣速度可達(dá)2.5～3馬赫數(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1。本發(fā)明的CHGA型噴嘴，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需特殊加工設(shè)備，加工成品率100％，加工費(fèi)用只相當(dāng)于美國(guó)USGA型的1／18～1／20。
2。本發(fā)明噴嘴噴出的氣錐是封閉錐體，在氣錐焦點(diǎn)以內(nèi)，有一個(gè)穩(wěn)定的正壓區(qū)和一個(gè)穩(wěn)定的負(fù)壓區(qū)，見圖4中R區(qū)，而美國(guó)USGA噴嘴，在焦點(diǎn)以內(nèi)，存在有兩個(gè)不穩(wěn)定的負(fù)壓區(qū)，見圖5R區(qū)，因此本發(fā)明的噴嘴，噴射性能穩(wěn)定，不易出現(xiàn)反噴現(xiàn)象。
3。本發(fā)明噴嘴的噴粉實(shí)收率很高，例如在霧化Al＋10％Cu合金粉時(shí)，采用氮?dú)?，噴氣壓力?MPa，噴嘴α角為45°。實(shí)收率(－320目以下)高達(dá)98％。合金粉冷速高達(dá)104.3～105.2度／秒。顆粒形狀為球形。又如在霧化高速鋼(Wl8Cr4V)粉時(shí)，采用α角為45°的噴嘴，氮?dú)鈬姎鈮毫?MPa時(shí)－80目粉的實(shí)收率可達(dá)96％(見附表)。粉末顆粒為球形。冷速達(dá)104～104.6度／秒。合金顆粒內(nèi)萊氏體消失、碳化物晶粒平均只有0.5～1.8μm，特別是CHGA型噴嘴制得粉的粒度很細(xì)見圖6。
在使用本發(fā)明噴嘴對(duì)高速鋼噴射成形時(shí)，采用α角為24°或30°的噴嘴。噴射氣體為氮?dú)?，壓力?.8～1.5MPa。沉積合金的組織結(jié)構(gòu)與鑄態(tài)合金完全不同，徹底消除了“魚骨狀”的萊氏體組織，碳化物晶粒很細(xì)小(只有1～3μm)。沉積合金的抗彎強(qiáng)度比鑄鍛合金提高8～13％。硬度提高2～3％，延伸率提高8％。用本噴嘴噴射成形的Rine－95高溫合金坯料，可用超塑性鍛造或熱等靜壓工藝，制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金蝸輪盤。
本發(fā)明噴嘴同時(shí)適用于重油燃燒噴嘴，它可以使空氣和重油得到最大效率的混合，重油液滴非常細(xì)小，燃燒效率高。
同樣也適用于制造汽油機(jī)、柴油機(jī)的霧化噴嘴?？擅黠@提高燃燒效率，達(dá)到節(jié)油的目的。
本發(fā)明的噴嘴也適用于噴霧干燥工藝，例如，食用奶粉的霧化干燥制粉，可提高霧化干燥效率。
本發(fā)明的噴嘴同樣也適用于金屬火焰噴涂技術(shù)，通過提高噴氣速度，可提高金屬涂層與基體的結(jié)合力。
下面列表將本發(fā)明(表中稱為CHGA)與美國(guó)噴嘴USGA的主要性能作一對(duì)比。表中為兩種噴嘴不同氣壓，相同熔化條件下高速鋼粉(－80目)的實(shí)收率。

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明


圖1是本發(fā)明的CHGA型環(huán)縫式氣體超聲霧化噴嘴縱斷面圖。是由圓形回旋體噴嘴座〔3〕、圓形回旋體噴嘴芯〔4〕組合而成。諧振腔〔9〕在〔4〕件上加工制成。下部十字形環(huán)縫狀氣體通道，由〔3〕〔4〕組合而成。其一路與集氣室Ve溝通，形成進(jìn)氣通道，另一路與大氣溝通形成噴氣孔〔10〕，氣源由進(jìn)氣孔〔2〕進(jìn)入體積為Ve的集氣室，經(jīng)諧振腔〔9〕諧振后，由環(huán)縫狀體積為Vd的噴氣孔〔10〕噴出，以獲得超聲速氣流。
圖2為CHGA型環(huán)縫噴嘴的底視圖，〔2〕為進(jìn)氣孔，〔10〕為環(huán)縫狀噴氣孔，Ve為集氣室體積。
圖3為CHGA環(huán)縫噴嘴的出氣環(huán)縫長(zhǎng)度L，環(huán)縫寬度d，輸送管伸出長(zhǎng)度h與氣錐焦點(diǎn)F的關(guān)系圖。
圖4是CHGA型環(huán)縫噴嘴的負(fù)壓特性曲線〔11〕〔12〕〔13〕分別為氣源壓力0.5MPa、1MPa、2MPa時(shí)負(fù)壓曲線。－△P，＋△P表示負(fù)壓或正壓數(shù)值，F(xiàn)為氣錐焦點(diǎn)，R為負(fù)壓區(qū)域，O1為臨介點(diǎn)。
圖5是USGA型環(huán)孔噴嘴的負(fù)壓特性曲線，〔14〕，〔15〕，〔16〕，分別為氣源壓力0.5MPa、1MPa、2MPa時(shí)負(fù)壓特性曲線。F為氣錐焦點(diǎn)。R為負(fù)壓區(qū)域。O2、O3、O4為臨介點(diǎn)。
圖6為CHGA型和USGA型兩種噴嘴粉碎效率比較?！?7〕，〔18〕、〔19〕，分別為氮?dú)鈮毫?.6MPa、0.8MPa、1MPa時(shí)USGA型噴嘴霧化高速鋼粉的粒度分布曲線。y座標(biāo)為各種粒度的重量百分比數(shù)值。x座標(biāo)為粒度分級(jí)?！?0〕、〔21〕、〔22〕分別為氮?dú)鈮毫?.6MPa、0.8MPa、1MPa時(shí)CHGA型噴嘴霧化高速鋼粉的粒度組成曲線。
圖7是美國(guó)USGA環(huán)孔型氣體超聲霧化噴嘴縱斷面圖。Hatman諧振腔〔24〕是由很多十字交叉互不連通的平底小孔組成。其一端與集氣室e連通。另一端與大氣連通。所有出氣孔〔25〕在空間按一定的角度α排列。氣源由單孔〔23〕進(jìn)入集氣室e。
圖8是美國(guó)USGA型環(huán)孔噴嘴的底視圖。所有出氣孔〔25〕，排列成一個(gè)圓環(huán)狀。
權(quán)利要求1.一種環(huán)縫諧振式氣流超聲霧化噴嘴，其特征在于用圓形回旋體噴嘴座[3]，通過螺紋或焊接與圓形回旋體嘴芯[4]聯(lián)接，諧振腔[9]在噴嘴芯[4]的頂端，下部十字形環(huán)縫狀氣體通道由噴嘴座[3]、噴嘴芯[4]組合而成，其一路與集氣室Ve溝通，形成進(jìn)氣通道，另一路與大氣溝通，形成環(huán)縫狀噴氣孔[10]，噴氣錐角α可通過諧振腔[9]的加工角度來改變，金屬液流[6]采用下限式輸送金屬液輸送管[5]通過耐高溫粘結(jié)劑[8]與噴嘴芯[4]的內(nèi)孔和金屬液容器[7]的底部粘結(jié)，金屬液容器外部需有加熱爐[1]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)縫諧振式氣流超聲霧化噴嘴，其特征在于噴嘴腔內(nèi)部的幾何關(guān)系應(yīng)滿足Ve／Vd≥60～100，L／d＝2.5～3關(guān)系式，輸送管〔5〕伸出長(zhǎng)度h與氣錐焦點(diǎn)F應(yīng)滿足h＝(0.31～0.32)F的關(guān)系式。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種環(huán)縫式氣流超聲霧化噴嘴，其特征在于用圓形回旋體噴嘴座(3)，通過螺紋或焊接與圓形回旋體嘴芯(4)聯(lián)接，諧振腔(9)在噴嘴芯(4)的頂端，下部十字形環(huán)縫狀氣體通道由噴嘴座(3)，噴嘴芯(4)組合而成，其一路與集氣室Ve溝通，形成進(jìn)氣通道，一路與大氣溝通，形成環(huán)縫狀噴氣孔(10)，噴氣錐角α可通過諧振腔(9)的加工來調(diào)整，金屬液流(6)采用了限式輸送。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于易于加工，成本低。
文檔編號(hào)B22F9/08GK2202601SQ9424733
公開日1995年7月5日 申請(qǐng)日期1994年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月13日
發(fā)明者吳成義, 張麗英 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)