本實(shí)用新型涉及工業(yè)清洗技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有軸向推力自我平衡功能的高壓水旋轉(zhuǎn)噴頭，該產(chǎn)品在高壓水清洗行業(yè)內(nèi)主要用于各種熱交換器管程結(jié)疤和污垢清洗。

背景技術(shù)：

中國工業(yè)清洗行業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步于上世紀(jì)80年代，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于具有近百年歷史的歐、美等發(fā)達(dá)國家，而且最初還是以化學(xué)清洗為主。隨著我國改革開放及現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，以及國人對環(huán)境保護(hù)意識的加強(qiáng)，高壓水射流清洗工藝正在被越來越多的企業(yè)所接受，主要原因有三個(gè)方面：(1)清洗速度快；(2)清洗效果好；(3)清洗后不會產(chǎn)生二次污染。

高壓水自旋轉(zhuǎn)噴頭是一種高效、多用途的水射流清洗工具，是清洗設(shè)備常備的。然而，由于我國高端機(jī)械產(chǎn)品制造水平與歐、美等發(fā)達(dá)國家比較還存在一定差距，到目前為止，國內(nèi)所使用的該類產(chǎn)品全部從國外進(jìn)口，目前國內(nèi)廠家還不具備研發(fā)及加工能力，主要原因來自三個(gè)方面：(1)設(shè)計(jì)理念落后及專業(yè)人才缺乏；(2)零部件加工精度要求極高；(3)主要原材料質(zhì)量難以保證。

本產(chǎn)品第一實(shí)用新型人自2002年開始一直致力于高壓水清洗設(shè)備周邊配套附件及清洗工具研發(fā)工作，期間曾多次親臨歐、美等業(yè)內(nèi)國際高端廠家進(jìn)行實(shí)地學(xué)習(xí)、考察和技術(shù)交流。以往的高壓水自旋轉(zhuǎn)清洗噴頭基本上都是依靠軸承來承受軸向和徑向載荷的，在實(shí)際應(yīng)用過程中存在以下不足：(1)外徑尺寸較大，無法滿足清洗較小內(nèi)徑管路的要求；(2)因其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選用了軸承，所以還必須為軸承設(shè)計(jì)具有密封及防塵功能的密封，在高壓水和污垢顆粒并存的惡劣工況環(huán)境下，密封件使用壽命非常短，密封一經(jīng)損壞，內(nèi)部軸承隨之受損。四年前，本產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)便開始從事該具有軸向推力自 我平衡功能的高壓水旋轉(zhuǎn)噴頭的設(shè)計(jì)、開發(fā)，期間做過大量的清洗試驗(yàn)，收集了很多科學(xué)數(shù)據(jù)。目前，類似成熟產(chǎn)品僅有瑞士和美國兩家公司擁有，其核心內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與本產(chǎn)品截然不同。瑞士公司產(chǎn)品也采取了間隙密封，但并非階梯式設(shè)計(jì)，其清洗頭與旋轉(zhuǎn)外殼采用整體式結(jié)構(gòu)。其缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)速太高、噪音太大、清洗效率低、使用壽命短且磨損后不能維修，屬于一次性使用產(chǎn)品。美國公司產(chǎn)品核心部分采取了錐面間隙密封，結(jié)構(gòu)小巧，但也存在如下缺點(diǎn)：①錐面間隙隨實(shí)際工作壓力的變化而改變，一旦較大直徑的污垢顆粒進(jìn)入錐面密封區(qū)域，旋轉(zhuǎn)軸被卡住，清洗頭將無法正常旋轉(zhuǎn)；②轉(zhuǎn)速依然過快且泄漏量大；③使用壽命短、價(jià)格昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種具有軸向推力自我平衡功能的高壓水旋轉(zhuǎn)噴頭，既降低清洗成本，又進(jìn)一步降低旋轉(zhuǎn)速度，提高清洗效率，延長使用壽命。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：

具有軸向推力自我平衡功能的高壓水旋轉(zhuǎn)噴頭，所述具有軸向推力自我平衡功能的高壓水旋轉(zhuǎn)噴頭包括其上鉆有偏心噴射孔1的清洗頭12、中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13、內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14和進(jìn)水接頭15，中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13穿入內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14內(nèi)，中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13的前端由內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14穿出并通過螺紋連接清洗頭12，前端帶密封桿7的進(jìn)水接頭15擰入內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14后端的螺紋孔內(nèi)，進(jìn)水接頭15前端的密封桿7穿入中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13內(nèi)；中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13中間部位鉆有通孔5，當(dāng)高壓水從進(jìn)水接頭15流入中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13內(nèi)孔時(shí)，高壓水通過中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13中間部位的通孔5流進(jìn)內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14內(nèi)孔與中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13外圓之間形成的平衡腔4；清洗頭12上鉆有偏心噴射孔1，當(dāng)高壓水流經(jīng)中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn) 軸13并通過清洗頭12上面的偏心噴射孔1噴出時(shí)，清洗頭12和中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13隨即旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)高效清洗換熱器管壁污垢功能。

中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13在帶壓狀態(tài)時(shí)其后端進(jìn)水腔6所產(chǎn)生的向前軸向推力由內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14內(nèi)部與中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13外部所形成的平衡腔4所抵消。

本實(shí)用新型為最大限度地減小其外徑尺寸，內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不使用任何軸承，其軸承作用由內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14內(nèi)孔與中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13外圓所形成的平衡腔4以及間隙密封所形成的水膜所代替。早在五年之前，本專利實(shí)用新型人開發(fā)了一款外徑為34毫米的高壓水自旋轉(zhuǎn)清洗噴頭，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了2個(gè)深溝球軸承(05和011)和1個(gè)推力軸承(07)來支撐并承受旋轉(zhuǎn)軸(B0)在帶壓狀態(tài)下由進(jìn)水腔所產(chǎn)生的向前軸向推力。但是這款外徑為34毫米的高壓水自旋轉(zhuǎn)清洗噴頭主要用于清洗內(nèi)徑40-50毫米的管路結(jié)疤或污垢，使用過程中密封容易損壞，導(dǎo)致密封失效，外部污水及結(jié)疤顆粒直接進(jìn)入軸承內(nèi)部，軸承損壞后旋轉(zhuǎn)噴頭將無法旋轉(zhuǎn)。

工業(yè)熱交換器管常見內(nèi)徑范圍10-30毫米，要使用自旋轉(zhuǎn)噴頭清洗此類換熱器內(nèi)管污垢或結(jié)疤時(shí)，其最大外徑尺寸受到管徑限制，軸承也將無法使用。此時(shí)必須考慮如何平衡旋轉(zhuǎn)軸后端進(jìn)水腔所產(chǎn)生的向前軸向推力問題。帶著這一課題，本產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)四年前便開始從事該具有軸向推力自我平衡功能的高壓水旋轉(zhuǎn)噴頭的設(shè)計(jì)、開發(fā)，期間做過大量的清洗試驗(yàn)，收集了很多科學(xué)數(shù)據(jù)，并總結(jié)出如下設(shè)計(jì)公式或設(shè)計(jì)依據(jù)：

D1≈d1；D2≈d2；；D3≈d3

P x∏x 1/2(d2-d1)2＝P x∏x 1/2x d32+△f

D1：中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13前端外徑；

D2：中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13后端外徑；

D3：進(jìn)水接頭15密封桿7前端外徑；

d1:內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14前端內(nèi)徑；

d2:內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14后端內(nèi)徑；

d3:中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13后端內(nèi)徑；

P:流經(jīng)進(jìn)水腔6的進(jìn)水壓力；

△f：高壓水流體對中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13產(chǎn)生的綜合軸向摩擦力。

△f與高壓水壓力、流量、流速、水溫、中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸軸徑、中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸長度、金屬材料、材料表面加工后的粗糙度等諸多因素有關(guān)。為了獲取一個(gè)較為準(zhǔn)確的△f數(shù)值，本產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)四年，做了幾百次的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，積累了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。D1、D2、d1、d2是根據(jù)該小型高壓水自旋轉(zhuǎn)噴頭所允許的最大外徑預(yù)先設(shè)計(jì)的，D3和d3則必須依據(jù)△f數(shù)值科學(xué)計(jì)算、合理設(shè)計(jì)，否則，該具有軸向推力自我平衡功能的高壓水旋轉(zhuǎn)噴頭將無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

優(yōu)選的，所述的平衡腔4是指由中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13外圓和內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14內(nèi)孔之間所形成的圓柱形密封區(qū)域，高壓水經(jīng)過中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13中間部位的通孔5流入平衡腔4。

優(yōu)選的，所述的平衡腔4其橫截面為圓環(huán)形，其橫截面積大小決定了中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13后端進(jìn)水腔6橫截面積的大小。

優(yōu)選的，所述的中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13其后端外圓銑方。其顯著作用有兩點(diǎn)：(1)通過使用內(nèi)方套筒扳手直接安裝清洗頭12，中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13前端的連接螺紋2后面無需預(yù)留銑方位置或軸頸，因此，避免了被高壓水沖洗下來的污垢顆粒直接沖刷、磨損中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13前端軸頸部位，從而有效地降低了中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13斷裂危險(xiǎn)。(2)中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13后端銑方后,在內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)時(shí)像螺旋槳一樣受到流體阻力，起到降速效果，提高了清洗頭12水射流打擊力，延長了本實(shí)用新型整體使用壽命。

優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)部分采用了間隙密封，中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13后端 內(nèi)孔與進(jìn)水接頭15前端密封桿7之間采取間隙配合裝配；同樣，中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13前、后階梯外圓表面與內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14前、后階梯孔內(nèi)壁之間也采取了間隙配合裝配，既能實(shí)現(xiàn)中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13在內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14和進(jìn)水接頭15前端密封桿7之間自由旋轉(zhuǎn)，又能實(shí)現(xiàn)高壓水密封。

優(yōu)選的，所述中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13外圓上切有一組環(huán)形凹槽3，當(dāng)高壓水流經(jīng)環(huán)形凹槽3，在環(huán)形凹槽3處立即產(chǎn)生渦流，形成水密封，從而進(jìn)一步降低了高壓水的流動速度，密封效果更好。

優(yōu)選的，所述中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13與不旋轉(zhuǎn)的內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14和不旋轉(zhuǎn)的進(jìn)水接頭15前端密封桿7之間均直接采用了間隙密封。高壓水通過間隙流出時(shí)不但形成壓降起到密封作用，同時(shí)還能形成水膜，起到潤滑及支撐中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13的作用。

優(yōu)選的，為加大所述具有軸向推力自我平衡功能的高壓水旋轉(zhuǎn)噴頭向前移動的推進(jìn)力，最大限度減小所述小型高壓水自旋轉(zhuǎn)清洗噴頭總體長度，在進(jìn)水接頭15中間部位可以加工向后傾斜的噴射孔10。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型主要用于清洗各種熱交換器管程結(jié)疤和污垢清洗，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用了流體力學(xué)的設(shè)計(jì)思路。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)獨(dú)特，旋轉(zhuǎn)軸采用圓柱形階梯式間隙密封技術(shù)，密封效果更好。

(2)超速旋轉(zhuǎn)情況得到進(jìn)一步有效控制，水射流打擊力提高，清洗效果更好。

(3)有效地避免了中空旋轉(zhuǎn)軸前端軸頸斷裂的危險(xiǎn)。

(4)本實(shí)用新型具有足夠大的爬行力，無需裝額外的推進(jìn)器便可輕松清洗管路。

(5)所有易損零件均可單獨(dú)更換，維修、保養(yǎng)非常方便，使用成本大幅降低。

附圖說明

圖1是內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼剖面圖。

圖2是中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸剖面圖。

圖3是進(jìn)水接頭剖面圖。

圖4是小型高壓水自旋轉(zhuǎn)清洗噴頭的主視圖。

圖5是圖4的剖面圖。

圖6是圖2的I向視圖。

圖7是環(huán)形凹槽3放大視圖，比例5:1。

圖中，1-偏心噴射孔 2-連接螺紋 3-環(huán)形凹槽 4-平衡腔5-通孔 6-進(jìn)水腔 7-密封桿 8-泄漏孔 9-連接螺紋10-噴射孔 11-連接螺紋 12-清洗頭 13-中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸 14-內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼 15-進(jìn)水接頭

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。

本說明書包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。

本實(shí)用新型提供的具有軸向推力自我平衡功能的高壓水旋轉(zhuǎn)噴頭如圖4和圖5所示，包括其上鉆有偏心噴射孔1的清洗頭12、中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13、內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14和進(jìn)水接頭15。首先將中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13穿入內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14內(nèi)，之后使用專用內(nèi)方套筒扳手將清洗頭12與中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13前端螺紋連接，最后再將前端帶密封桿7的進(jìn)水接頭15擰入內(nèi)孔為圓柱形的階梯式 密封外殼14后端螺紋孔內(nèi)，進(jìn)水接頭15前端的密封桿7隨之穿入中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13內(nèi)。

本實(shí)用新型具有軸向推力自我平衡功能的高壓水旋轉(zhuǎn)噴頭中的旋轉(zhuǎn)部分采用了間隙密封，即中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13與進(jìn)水接頭15前端密封桿7之間采取間隙配合裝配；同樣，中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13前、后階梯外圓表面與內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14前、后階梯孔內(nèi)壁之間也采取了間隙配合裝配，中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13中間部位鉆有通孔5，當(dāng)高壓水從進(jìn)水接頭15流入中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13進(jìn)水腔6時(shí)，高壓水通過中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13中間部位的通孔5流進(jìn)內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14內(nèi)孔與中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13外圓之間形成的平衡腔4或間隙密封區(qū)。這樣一來，既能實(shí)現(xiàn)中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13在內(nèi)孔為圓柱形的階梯式密封外殼14和進(jìn)水接頭15前端密封桿7之間自由旋轉(zhuǎn)，又能實(shí)現(xiàn)高壓水密封；除了采用間隙密封之外，還在中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13外圓上切有一組環(huán)形凹槽3，當(dāng)高壓水流經(jīng)環(huán)形凹槽3時(shí)，在環(huán)形凹槽3處立即產(chǎn)生渦流，形成水密封，從而進(jìn)一步降低了高壓水的流動速度，因此密封效果更好。

本實(shí)用新型的工作過程：參見圖5，高壓水經(jīng)過進(jìn)水接頭15，流經(jīng)中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13，最后通過清洗頭12上的偏心噴射孔1噴出，在清洗頭12上偏心噴射孔1的作用下，高壓水噴出使清洗頭12帶動中空的圓柱形階梯式旋轉(zhuǎn)軸13一起旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)高效清洗換熱器管壁污垢功能。

本實(shí)用新型并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本實(shí)用新型擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。