一種腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，包括進(jìn)口噴嘴、調(diào)節(jié)環(huán)、底座和出口噴嘴，底座為內(nèi)空圓柱體，其內(nèi)空腔為圓柱狀的振蕩腔，進(jìn)口噴嘴的上端通過設(shè)置在其端部圓柱面上的外螺紋與高壓管連接、其中部通過設(shè)置在其中部外圓柱面上的外螺紋與調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)圈螺紋螺旋連接、其下端可螺旋旋入底座的振蕩腔內(nèi)，底座分別通過螺釘、設(shè)置在底座上下底面的通孔、設(shè)置在調(diào)節(jié)環(huán)上的通孔和設(shè)置在出口噴嘴上的通孔與調(diào)節(jié)環(huán)和出口噴嘴固定連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：針對不同工作壓力，通過旋轉(zhuǎn)底座連續(xù)調(diào)節(jié)振蕩腔的腔長從而將連續(xù)射流轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)烈的脈沖射流；且噴嘴各部分加工容易，更換方便。
【專利說明】一種腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種自激振蕩脈沖射流噴嘴，具體涉及可將不同工作壓力下的連續(xù)射流轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖射流的一種腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]自激振蕩脈沖射流是利用流體力學(xué)、流體共振、瞬變流、水聲學(xué)等理論發(fā)展起來的一種高效射流。不依靠任何其它旋轉(zhuǎn)部件或外部激勵，僅僅利用自激振蕩脈沖射流噴嘴自身特殊結(jié)構(gòu)就可將連續(xù)射流轉(zhuǎn)化為脈沖射流，從而大大增強(qiáng)射流的打擊力與破壞效果，提高射流的工作效率，并起到節(jié)能的作用。因此，自激振蕩脈沖射流噴嘴是一種很有發(fā)展前途的裝置，尤其在煤礦開采、石油鉆井、清洗等領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊。
[0004]專利號為ZL91214616.8的實用新型專利公布了一種自激振蕩脈沖射流噴嘴，這種噴嘴雖然理論上可將連續(xù)射流轉(zhuǎn)化為脈沖射流，但這種噴嘴很難甚至無法加工出來，且根據(jù)理論分析，對于不同的工作壓力此噴嘴的脈沖效果會大大不同。
[0005]專利號為ZL91228775.6的實用新型專利“脈沖射流振蕩發(fā)生器”公開了一種由兩級噴嘴疊加而成的脈沖射流振蕩發(fā)生器，但此實用新型進(jìn)口噴嘴是通過螺紋與連接壓蓋相連，由于螺紋間隙的原因，進(jìn)口噴嘴、振蕩腔的中心線與出口噴嘴中心線存在微小偏差無法共線；然而對于高壓水射流，射流流速很高、剪切層很薄，根據(jù)自激振蕩脈沖理論，只有當(dāng)進(jìn)口噴嘴、振蕩腔、出口噴嘴三者中心線嚴(yán)格共線，且振蕩腔腔長為一特定值時，才能產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈沖效果。因而對于高壓流體，此噴嘴的脈沖效果并不理想。其次，此實用新型中的出口噴嘴無碰撞壁，振蕩腔中沒有壓力波的周期性疊加放大，因而產(chǎn)生自激振蕩脈沖的機(jī)理不清晰。另一方面，此種結(jié)構(gòu)的振蕩發(fā)生器的振蕩腔腔長為一定值，當(dāng)工作壓力或上、出口噴嘴孔徑改變時，腔長不能做出相應(yīng)的改變，從而導(dǎo)致脈沖效果大大減弱。經(jīng)實驗，當(dāng)工作壓力高于5MPa時，此裝置的脈沖效果幾乎消失，所以此實用新型的普適性并不強(qiáng)。
[0006]自激振蕩脈沖射流技術(shù)發(fā)展至今已有近三十年，理論較為成熟，但卻沒有一種合適的噴嘴來使這項技術(shù)得到廣泛的推廣與應(yīng)用，自激振蕩脈沖射流的理論遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前于實踐。近年來，隨著自激振蕩脈沖射流技術(shù)應(yīng)用范圍擴(kuò)大，所需工作壓力越來越高，目前在石油鉆井、礦上開采上常用的壓力一般都在IOMPa以上。目前還不存在具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、效果好、成本低的高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴。因此，現(xiàn)亟需一種可適用于不同工作壓力的高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴來適應(yīng)于此技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可將不同工作壓力下的連續(xù)射流轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖射流的一種腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴。
[0009]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:包括進(jìn)口噴嘴、調(diào)節(jié)環(huán)、底座和出口噴嘴，所述的底座為內(nèi)空圓柱體，其內(nèi)空腔為圓柱狀的振蕩腔，所述的進(jìn)口噴嘴的上端通過設(shè)置在其端部圓柱面上的外螺紋與高壓管連接、其中部通過設(shè)置在其中部外圓柱面上的外螺紋與所述的調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)圈螺紋螺旋連接、其下端可螺旋旋入所述的底座的振蕩腔內(nèi)，所述的底座分別通過螺釘、設(shè)置在底座上下底面的通孔、設(shè)置在調(diào)節(jié)環(huán)上的通孔和設(shè)置在出口噴嘴上的通孔與所述的調(diào)節(jié)環(huán)和出口噴嘴固定連接。
[0010]作為優(yōu)選，所述的進(jìn)口噴嘴中部處設(shè)置有錐孔、其出口處設(shè)置有直管段。
[0011]作為優(yōu)選，所述的錐孔的錐角為13.5°、其孔表面粗糙度Ra小于等于0.8。
[0012]作為優(yōu)選，所述的直管段的長度為自身孔徑的3飛倍、其孔表面粗糙度Ra小于等于 0.8。
[0013]作為優(yōu)選，所述的振蕩腔的直徑為所述進(jìn)口噴嘴的直管段孔徑的12?14倍。
[0014]作為優(yōu)選，所述的振蕩腔內(nèi)圓柱面的表面粗糙度Ra小于等于0.8。
[0015]作為優(yōu)選，所述的出口噴嘴上端面設(shè)置有一圓槽，用以安放O型圈。
[0016]作為優(yōu)選，所述的出口噴嘴上端中心設(shè)置有一錐體，其內(nèi)部設(shè)置有出口噴嘴中心孔。
[0017]作為優(yōu)選，所述的出口噴嘴中心孔長度為自身孔徑的3飛倍。
[0018]作為優(yōu)選，所述的出口噴嘴中心孔孔徑為所述的進(jìn)口噴嘴的出口處孔徑的
1.2?1.4 倍。
[0019]作為優(yōu)選，所述的出口噴嘴中心孔孔表面粗糙度Ra小于等于0.8。
[0020]作為優(yōu)選，所述的錐體的錐角為120°。
[0021]作為優(yōu)選，所述的錐體表面粗糙度Ra小于等于0.8。
[0022]作為優(yōu)選，所述的進(jìn)口噴嘴的下端外圓柱面與振蕩腔的內(nèi)圓柱面的配合精度為H5/g4。
[0023]作為優(yōu)選，所述的出口噴嘴外圓柱面與底座內(nèi)圓柱面的配合精度為H6/f5。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:將自激振蕩脈沖射流噴嘴分為四部分分別加工再裝配，從而降低了加工難度與成本，且各部分更換簡單，方便使用；特別是調(diào)節(jié)環(huán)的使用不僅保證了振蕩腔長連續(xù)可調(diào)，也保證了進(jìn)口噴嘴下端外圓柱面與振蕩腔表面的配合精度得以實現(xiàn)，從而使得進(jìn)口噴嘴中心線與振蕩腔中心線共線；出口噴嘴外圓柱面與底座端內(nèi)圓柱面的配合精度保證了出口噴嘴中心線與振蕩腔中心線共線，從而進(jìn)口噴嘴、振蕩腔、出口噴嘴三者中心線共線。經(jīng)計算，采用此種結(jié)構(gòu)后，進(jìn)口噴嘴、振蕩腔、出口噴嘴三者中心線共線的精度比專利號為ZL91228775.6的專利“脈沖射流振蕩發(fā)生器”的三者共線精度提高了至少10倍。此外，本發(fā)明中出口噴嘴錐形碰撞壁的使用，有效的反饋了振蕩壓力波，因而脈沖效果好。另外，本發(fā)明中進(jìn)口噴嘴孔壁、振蕩腔壁面、出口噴嘴孔壁粗糙度Ra小于等于0.8，不僅減小了射流與壁面摩擦引起的能量損耗，也減小了振蕩壓力波傳播過程中的損耗，從而使得出口射流能量更集中，脈沖效果更好。經(jīng)實驗驗證，采用本發(fā)明后，在壓力為20MPa時仍能產(chǎn)生良好的脈沖效果。
[0025]
【專利附圖】

【附圖說明】[0026]圖1:是本發(fā)明實施例的軸向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2:是本發(fā)明實施例的調(diào)節(jié)環(huán)的正視圖。
[0028]圖3:是本發(fā)明實施例的底座的軸向剖視圖。
[0029]圖4:是本發(fā)明實施例的出口噴嘴的C向視圖。
[0030]
【具體實施方式】
[0031]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0032]請見圖1、圖2、圖3和圖4，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，包括進(jìn)口噴嘴1、調(diào)節(jié)環(huán)2、底座3和出口噴嘴4 ;進(jìn)口噴嘴I中部處設(shè)置有錐孔7、其出口處設(shè)置有直管段8，錐孔7的錐角為13.5°、其孔表面粗糙度Ra小于等于0.8，直管段8的長度為自身孔徑的3飛倍、其孔表面粗糙度Ra小于等于0.8，振蕩腔14的直徑為所述進(jìn)口噴嘴I的直管段8孔徑的12~14倍；底座3為內(nèi)空圓柱體，其內(nèi)空腔為圓柱狀的振蕩腔14，振蕩腔14內(nèi)圓柱面的表面粗糙度Ra小于等于0.8，進(jìn)口噴嘴I的上端通過設(shè)置在其端部圓柱面上的外螺紋與高壓管連接、其中部通過設(shè)置在其中部外圓柱面上的外螺紋與調(diào)節(jié)環(huán)2的內(nèi)圈螺紋螺旋連接、其下端可螺旋旋入底座3的振蕩腔14內(nèi)，進(jìn)口噴嘴I的下端外圓柱面與振蕩腔14的內(nèi)圓柱面的配合精度為H5/g4 ;底座3分別通過螺釘22、23、設(shè)置在底座3上下底面的通孔12、15、設(shè)置在調(diào)節(jié)環(huán)2上的通孔11和設(shè)置在出口噴嘴4上的通孔18與調(diào)節(jié)環(huán)2和出口噴嘴4固定連接，出口噴嘴上端面設(shè)置有一圓槽21，用以安放O型圈24，出口噴嘴`4上端中心設(shè)置有一錐體19，其內(nèi)部設(shè)置有出口噴嘴中心孔20，出口噴嘴中心孔20長度為自身孔徑的3飛倍，出口噴嘴中心孔20孔徑為進(jìn)口噴嘴I的直管段8的孔徑的1.2^1.4倍，出口噴嘴中心孔20孔表面粗糙度Ra小于等于0.8，錐體19的錐角為120°，錐體19表面粗糙度Ra小于等于0.8;出口噴嘴4外圓柱面與底座3內(nèi)圓柱面的配合精度為H6/f5。
[0033]本實施實例的工作過程和原理是:首先在出口噴嘴圓槽21中安放O型圈24，將出口噴嘴4放入底座下端(圖1所示的D端)圓柱槽內(nèi)，并使通孔18與螺紋孔15對齊，擰緊螺釘23 ;然后將進(jìn)口噴嘴下端(圖1所示的B端)慢慢旋入振蕩腔14，通過調(diào)節(jié)環(huán)2的內(nèi)螺紋慢慢旋入直至與底座3接觸，并使通孔11與螺紋孔12對齊，擰緊螺釘22 ;最后將裝配好的噴嘴經(jīng)進(jìn)口噴嘴I上端(圖1所示的A端)的外螺紋與高壓管相連。使用時，高速流體經(jīng)進(jìn)口噴嘴I噴出進(jìn)入振蕩腔14，在進(jìn)口噴嘴I出口處形成的壓力擾動波會誘發(fā)射流剪切層中產(chǎn)生漩渦，一定頻率的漩渦將被選擇性放大，并與出口噴嘴4上端(圖1所示的C端)的錐體19壁面碰撞,碰撞產(chǎn)生壓力擾動波并向上游反射,若反射壓力波與進(jìn)口噴嘴I出口處的擾動波互為反相，就會導(dǎo)致振蕩腔內(nèi)流體阻抗形成周期性變化，從而將連續(xù)射流轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖射流。對于不同的工作壓力，射流進(jìn)入振蕩腔14的速度不同，剪切層中漩渦與出口噴嘴上端錐體19壁面的碰撞頻率不同，從而導(dǎo)致壓力波不同，因而針對不同的工作壓力需要有不同的振蕩腔腔長來使得反射壓力波與初始擾動波互為反相。這時，只需旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)環(huán)2就可連續(xù)改變振蕩腔14的腔長，從而使發(fā)射壓力波與初始擾動波互為反相，產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈沖效果。
[0034]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易加工、成本低、效果好，對自激振蕩脈沖射流技術(shù)的廣泛應(yīng)用起到巨大的推動作用。
[0035]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:包括進(jìn)口噴嘴(I)、調(diào)節(jié)環(huán)(2)、底座(3)和出口噴嘴(4)，所述的底座(3)為內(nèi)空圓柱體，其內(nèi)空腔為圓柱狀的振蕩腔(14)，所述的進(jìn)口噴嘴(I)的上端通過設(shè)置在其端部圓柱面上的外螺紋與高壓管連接、其中部通過設(shè)置在其中部外圓柱面上的外螺紋與所述的調(diào)節(jié)環(huán)(2)的內(nèi)圈螺紋螺旋連接、其下端可螺旋旋入所述的底座(3)的振蕩腔(14)內(nèi)，所述的底座(3)分別通過螺釘(22、23)、設(shè)置在底座(3)上下底面的通孔(12、15)、設(shè)置在調(diào)節(jié)環(huán)(2)上的通孔(11)和設(shè)置在出口噴嘴(4)上的通孔(18)與所述的調(diào)節(jié)環(huán)(2)和出口噴嘴(4)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的進(jìn)口噴嘴(I)中部處設(shè)置有錐孔(7)、其出口處設(shè)置有直管段(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的錐孔(7)的錐角為13.5°、其孔表面粗糙度Ra小于等于0.8。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的直管段(8)的長度為自身孔徑的3飛倍、其孔表面粗糙度Ra小于等于0.8。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的振蕩腔(14)的直徑為所述進(jìn)口噴嘴(I)的直管段(8)孔徑的12?14倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的振蕩腔(14)內(nèi)圓柱面的表面粗糙度Ra小于等于0.8。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的 出口噴嘴上端面設(shè)置有一圓槽(21)，用以安放O型圈(24)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的出口噴嘴(4)上端中心設(shè)置有一錐體(19)，其內(nèi)部設(shè)置有出口噴嘴中心孔(20)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的出口噴嘴中心孔(20)長度為自身孔徑的3飛倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的出口噴嘴中心孔(20)孔徑為所述的進(jìn)口噴嘴(I)的出口處孔徑的1.2?1.4倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的出口噴嘴中心孔(20)孔表面粗糙度Ra小于等于0.8。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的錐體(19)的錐角為120°。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的錐體(19)表面粗糙度Ra小于等于0.8。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的進(jìn)口噴嘴(I)的下端外圓柱面與振蕩腔(14)的內(nèi)圓柱面的配合精度為H5/g4。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔長連續(xù)可調(diào)高壓自激振蕩脈沖射流噴嘴，其特征在于:所述的出口噴嘴(4)外圓柱面與底座(3)內(nèi)圓柱面的配合精度為H6/f5。
【文檔編號】B05B1/34GK103817028SQ201410089222
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】康勇, 王曉川, 李登, 袁波, 方珍龍, 胡毅, 王澤峰, 丁小龍 申請人:武漢大學(xué)