本發(fā)明涉及一種二相流霧化噴頭，尤其是一種帶可旋渦流葉輪的階梯腔式低頻超聲霧化噴頭。

背景技術(shù)：

目前，在霧化栽培領(lǐng)域，運(yùn)用到的霧化方式主要有壓電式超聲霧化和機(jī)械式霧化(如霧滴顆粒較優(yōu)的二相流霧化)，壓電式超聲霧化噴嘴具有霧滴細(xì)小均勻的優(yōu)點(diǎn)，但是其霧化量偏小，只適用于小規(guī)模霧化栽培；二相流霧化噴嘴優(yōu)點(diǎn)是霧化量大，缺點(diǎn)是霧滴粒徑較大且均勻性差。那么對(duì)二相流噴頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以充分利用高速氣流的能量，研制可以生成細(xì)小均勻的優(yōu)質(zhì)霧滴且大霧化量的霧化噴嘴，是大規(guī)模霧化栽培的當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種帶可旋渦流葉輪的階梯腔式低頻超聲霧化噴頭。通過優(yōu)化二相流噴嘴諧振腔形狀，優(yōu)化二相流噴嘴噴射流道，實(shí)現(xiàn)低能耗工況下產(chǎn)生大量均勻的超細(xì)霧滴。

本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種帶可旋渦流葉輪的階梯腔式低頻超聲霧化噴頭，包括進(jìn)氣套管、進(jìn)水套管、拉瓦爾閥芯、固定蓋帽、可調(diào)基座、錐型整流套筒、可旋渦流葉輪、階梯型諧振管、調(diào)節(jié)柱塞、定位絲杠、第二基座；所述進(jìn)氣套管中心具有進(jìn)氣孔、側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)液孔；所述錐型整流套筒中心的通孔具有圓柱段和圓錐形段；所述第二基座的中心位置開有螺紋孔，第二基座一端端面上開有矩形凹槽；所述可調(diào)基座螺紋連接在進(jìn)氣套管外圈，且可調(diào)基座的軸向位置可調(diào)；所述錐型整流套筒、第二基座均通過定位絲杠固定在可調(diào)基座上；所述進(jìn)水套管、拉瓦爾閥芯、固定蓋帽均位于進(jìn)氣套管與錐型整流套筒的圓柱段通孔所圍成的空間內(nèi)；所述固定蓋帽的一端通過螺紋連接在進(jìn)氣套管上，所述進(jìn)水套管中心具有通孔、并裝在進(jìn)氣套管內(nèi)，且與進(jìn)氣套管之間設(shè)置密封圈，所述進(jìn)水套管延伸至固定蓋帽內(nèi)，拉瓦爾閥芯的兩端分別通過金屬膠與進(jìn)水套管的端部、固定蓋帽的圓柱段孔端面固定連接；進(jìn)氣套管的通氣孔、進(jìn)水套管和拉瓦爾閥芯的通孔構(gòu)成氣體通道，所述進(jìn)液孔、進(jìn)水套管和拉瓦爾閥芯與進(jìn)氣套管、固定蓋帽的通孔之間的間隙、以及拉瓦爾閥芯的進(jìn)液孔構(gòu)成液體通道；所述階梯型諧振管的諧振腔為階梯狀，一端通過調(diào)節(jié)柱塞與第二基座固定連接，另一端延伸至固定蓋帽的端面；所述可旋渦流葉輪通過軸承裝在階梯型諧振管上，并位于錐型整流套筒通孔的圓錐形段內(nèi)，所述可旋渦流葉輪的縱斷面為錐形，可旋渦流葉輪外錐面與錐型整流套筒內(nèi)錐面之間具有間隙，固定蓋帽的端面上設(shè)有環(huán)型凹槽，所述環(huán)形凹槽的縱斷面形狀為拋物線狀，環(huán)型凹槽和可旋渦流葉輪的端面圍成第二諧振區(qū)；所述調(diào)節(jié)柱塞的柱塞主體位于階梯型諧振管的第二階梯孔、內(nèi)并與第二階梯孔過盈配合，起到密封的作用，通過調(diào)節(jié)柱塞的軸向位置調(diào)節(jié)階梯型諧振管二階孔的深度；所述柱塞主體上還連接有針狀激勵(lì)器，所述激勵(lì)器穿過階梯型諧振管的諧振腔、并延伸至拉瓦爾閥芯出口段。

優(yōu)選地，所述階梯型諧振管的二階諧振腔的一階孔徑與二階孔徑之比為1.5-3，二階孔與一階孔的深度之比可調(diào)節(jié)范圍為1-5。

優(yōu)選地，所述階梯型諧振管的諧振腔內(nèi)表面為鋸齒型。

優(yōu)選地，所述諧振腔內(nèi)表面的鋸齒縱斷面傾角為12-25°，鋸齒長度為1.5-2.5mm。

優(yōu)選地，固定蓋帽端面上的環(huán)形凹槽截面的拋物線線型為x＝my²+ny+p，所述拋物線靠近固定蓋帽中心的端點(diǎn)曲線斜率與錐型整流套筒內(nèi)圓錐面斜率相同。

優(yōu)選地，可旋渦流葉輪與所述錐型整流套筒內(nèi)錐面之間的間隙為0.5-1mm，可旋渦流葉輪中心孔壁面與階梯型諧振管外圓面之間的間隙為0.2-0.4mm。

優(yōu)選地，所述可旋渦流葉輪葉片壓力面起始點(diǎn)與終止點(diǎn)連線與軸線夾角α為25°-35°。

優(yōu)選地，所述可旋渦流葉輪的葉片為不等壁厚葉片，葉片壓力面的輪廓曲線為三次多項(xiàng)式曲線y＝ax³+bx²+cx+d，壓力面葉型曲線由起始點(diǎn)和終止點(diǎn)的位置和斜率決定；葉片吸力面的輪廓曲線為圓弧x²+y²+ex+fy+g＝0，吸力面葉型由起始點(diǎn)和終止點(diǎn)位置及起始點(diǎn)斜率決定。

優(yōu)選地，所述激勵(lì)器直徑為0.5-0.8mm，柱塞主體材料為鋁合金1050，鋁合金圓柱外表面包有聚氨酯橡膠，橡膠層的厚度為0.3-0.5mm。

優(yōu)選地，所述錐型整流套筒錐型孔錐角為60°，所述拋物線靠近固定蓋帽中心的端點(diǎn)曲線斜率為所述可旋渦流葉輪的外圓錐面的錐角為60°，錐型整流套筒外圓柱面上距末端面5-10mm處開有環(huán)型槽，錐型整流套筒底端面和可調(diào)基座之間加裝有密封墊圈。

液體在拉瓦爾閥芯的出口處與高速氣流匯合，液體被沖擊破碎形成大霧滴，發(fā)生第一次霧化，霧滴群繼續(xù)隨高速射流進(jìn)入階梯型諧振腔，二相流體在階梯型諧振腔發(fā)生第一次有規(guī)律諧振，在腔內(nèi)流體以約5-12khz的頻率震蕩，大霧滴被進(jìn)一步振裂細(xì)化，發(fā)生第二次霧化；固定蓋帽14端面凹槽與錐型整流套筒7組合形成了第二諧振區(qū)，霧滴從階梯型諧振腔出來后進(jìn)入第二諧振區(qū)，在第二諧振區(qū)二相流體發(fā)生無規(guī)律的震蕩，使得霧滴發(fā)生第三次霧化，霧滴粒徑進(jìn)一步變小；最終霧滴在流體壓力作用下進(jìn)入可旋渦流葉輪8的葉片間隙中，同時(shí)在流體壓力的作用下，可旋渦流葉輪8發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)，霧滴隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)，在飛出葉輪時(shí)發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)，在離心力的作用下霧滴發(fā)生第四次霧化，同時(shí)使得霧滴分布更加均勻。

本發(fā)明中將諧振腔的形狀設(shè)置為階梯型，諧振腔內(nèi)空間大的突變使得管內(nèi)流體諧振頻率增大，達(dá)到了未做改變前的1.7倍，最大頻率可達(dá)12.137khz，諧振頻率的增大對(duì)噴嘴第二次霧化過程起了積極作用。同時(shí)將階梯型諧振腔的內(nèi)表面設(shè)置為鋸齒狀，在二相流從諧振腔中回流出來的過程中，霧滴多次碰撞到鋸齒狀的凸起時(shí)，會(huì)對(duì)主流的二相流產(chǎn)生局部的擾動(dòng)作用，鋸齒形狀加劇了腔內(nèi)二相流體的不穩(wěn)定性，加強(qiáng)腔內(nèi)流體的波動(dòng)，有利于腔內(nèi)流體更容易進(jìn)入諧振狀態(tài)。

固定蓋帽端面的環(huán)形凹槽與和錐型整流套筒端面構(gòu)成第二諧振區(qū)，高速二相流體在第二諧振區(qū)內(nèi)不規(guī)律地反射震蕩，使得噴頭工作時(shí)的聲壓級(jí)提高了約10db，強(qiáng)聲場(chǎng)區(qū)域有利于霧滴進(jìn)一步振裂細(xì)化。

在噴嘴出口處加裝了可旋渦流葉輪，高速旋轉(zhuǎn)的渦流葉輪一方面使霧滴發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步細(xì)化，另一方面，使霧滴群在噴射角范圍內(nèi)的空間區(qū)域內(nèi)分布更加均勻。

最后，激勵(lì)器深入到拉瓦爾噴管出口段，激勵(lì)器能夠有效降低階梯型諧振管開口處的總壓，有利于諧振腔內(nèi)壓縮氣體的排出，也使得二相流體更容易達(dá)到諧振狀態(tài)。供氣壓力大于0.15mpa時(shí)，階梯型諧振管11的諧振腔震蕩頻率可調(diào)節(jié)范圍為5.45khz-12.137khz。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述帶可旋渦流葉輪的階梯腔式低頻超聲霧化噴頭剖視圖；

圖2為可調(diào)柱塞與階梯型諧振管配合圖；

圖3為固定蓋帽端剖視圖與端面線型對(duì)照?qǐng)D；

圖4為可旋渦流葉輪二維示意圖；

圖5為可旋渦流葉輪三維圖。

圖中：

1-進(jìn)氣套管，2-進(jìn)水套管，3-密封圈，4-進(jìn)液孔，5-可調(diào)基座，6-定位絲杠，7-錐型整流套筒，8-可旋渦流葉輪，9-第二基座，10-軸承，11-階梯型諧振管，12-調(diào)節(jié)柱塞，13-壓緊螺帽，14-固定蓋帽，15-拉瓦爾閥芯，16-進(jìn)氣孔，1201-激勵(lì)器，1202-柱塞主體，1203-固定軸

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

如圖1所示，本發(fā)明所述的帶可旋渦流葉輪的階梯腔式低頻超聲霧化噴頭，主要由進(jìn)氣套管1、進(jìn)水套管2、拉瓦爾閥芯15、固定蓋帽14、可調(diào)基座5、錐型整流套筒7、可旋渦流葉輪8、階梯型諧振管11、調(diào)節(jié)柱塞12、定位絲杠6、第二基座9組成。所述進(jìn)氣套管1中心具有進(jìn)氣孔、側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)液孔；所述錐型整流套筒7中心的通孔具有圓柱段和圓錐形段；所述第二基座9的中心位置開有螺紋孔，第二基座9一端端面上開有矩形凹槽；所述可調(diào)基座5螺紋連接在進(jìn)氣套管1外圈，且可調(diào)基座5的軸向位置可調(diào)；所述錐型整流套筒7、第二基座9均通過定位絲杠6固定在可調(diào)基座5上；錐型整流套筒7外圓柱面上距末端面5-10mm處開有環(huán)型槽，錐型整流套筒7底端面和可調(diào)基座5之間加裝有密封墊圈。所述進(jìn)水套管2、拉瓦爾閥芯15、固定蓋帽14均位于進(jìn)氣套管1與錐型整流套筒7的圓柱段通孔所圍成的空間內(nèi)。固定蓋帽14的一端通過螺紋連接在進(jìn)氣套管1上，所述進(jìn)水套管2外徑略小于進(jìn)氣套管1內(nèi)徑，所述進(jìn)水套管2中心具有通孔、并裝在進(jìn)氣套管1內(nèi)，且與進(jìn)氣套管1之間設(shè)置密封圈3。所述進(jìn)水套管2延伸至固定蓋帽14內(nèi)，拉瓦爾閥芯15的兩端分別通過金屬膠與進(jìn)水套管2的端部、固定蓋帽14的圓柱段孔端面固定連接。進(jìn)氣套管1的通氣孔、進(jìn)水套管2和拉瓦爾閥芯15的通孔構(gòu)成氣體通道，所述進(jìn)液孔、進(jìn)水套管2和拉瓦爾閥芯15與進(jìn)氣套管1、固定蓋帽14的通孔之間的間隙、以及拉瓦爾閥芯15的進(jìn)液孔構(gòu)成液體通道。

如圖2所示，所述階梯型諧振管11的諧振腔為二階階梯狀孔，諧振腔內(nèi)表面為鋸齒型，鋸齒縱斷面傾角為12-25°，鋸齒長度為1.5-2.5mm。所述階梯型諧振管11閉口端開有螺紋孔，該螺紋孔與所述調(diào)節(jié)柱塞12固定軸1203相配合以實(shí)現(xiàn)階梯型諧振腔二階孔深度可調(diào)。所述調(diào)節(jié)柱塞12由三段組成，第一段為激勵(lì)器1201，第二段為柱塞主體1202，第三段為固定軸1203，固定軸1203圓柱面上開有螺紋，柱塞主體1202的材料為鋁合金1050，鋁合金圓柱外表面包有聚氨酯橡膠，橡膠層的厚度為0.3-0.5mm。所述階梯型諧振管11的一端通過調(diào)節(jié)柱塞12與第二基座9固定連接，所述調(diào)節(jié)柱塞12的柱塞主體1202位于階梯型諧振管11的第二階梯孔、內(nèi)并與第二階梯孔過盈配合，起到密封的作用，以確保密封不漏氣。通過調(diào)節(jié)柱塞12的軸向位置調(diào)節(jié)階梯型諧振管11二階孔的深度。階梯型諧振腔的內(nèi)表面的鋸齒形狀加劇了腔內(nèi)二相流體的不穩(wěn)定性，這將加強(qiáng)腔內(nèi)流體的波動(dòng)，使得二相流體更容易形成諧振。此外，當(dāng)壓縮流體流出諧振腔時(shí)，霧滴隨氣體流出時(shí)，多次與腔內(nèi)壁面鋸齒撞擊，有利于霧滴進(jìn)一步細(xì)化。

所述階梯型諧振管11的二階諧振腔的一階孔徑與二階孔徑之比為1.5-3，二階孔與一階孔的深度之比可調(diào)節(jié)范圍為1-5。

階梯型諧振管11的另一端延伸至固定蓋帽14的端面；所述可旋渦流葉輪8通過軸承裝在階梯型諧振管11上，并位于錐型整流套筒7通孔的圓錐形段內(nèi)。所述階梯型諧振管11外圓面為階梯軸，用以實(shí)現(xiàn)軸承10的安裝與定位。所述可旋渦流葉輪8的縱斷面為錐形，可旋渦流葉輪8外錐面與錐型整流套筒7內(nèi)錐面之間具有間隙?？尚郎u流葉輪8與所述錐型整流套筒7內(nèi)錐面之間的間隙為0.5-1mm，可旋渦流葉輪8中心孔壁面與階梯型諧振管11外圓面之間的間隙為0.2-0.4mm。固定蓋帽14的端面上設(shè)有環(huán)型凹槽，所述環(huán)形凹槽的縱斷面形狀為拋物線狀，所述環(huán)型凹槽和可旋渦流葉輪8的端面圍成第二諧振區(qū)。激勵(lì)器1201穿過階梯型諧振管11的諧振腔、并延伸至拉瓦爾閥芯15出口段，激勵(lì)器1201將有效降低階梯型諧振管11開口處的總壓，有利于腔內(nèi)壓縮氣體的排出，也使得二相流體更容易達(dá)到諧振狀態(tài)。供氣壓力大于0.15mpa時(shí)，階梯型諧振管11的諧振腔震蕩頻率可調(diào)節(jié)范圍為5.45khz-12.137khz。

如圖3所示，固定蓋帽14端面上的環(huán)形凹槽截面的拋物線線型為x＝my²+ny+p，由a點(diǎn)坐標(biāo)及其斜率和b點(diǎn)坐標(biāo)確定。所述拋物線靠近固定蓋帽14中心的端點(diǎn)曲線斜率與錐型整流套筒7內(nèi)圓錐面斜率相同，環(huán)型凹槽與所述錐型整流套筒7平滑連接。所述錐型整流套筒7錐型孔錐角為60°，所述拋物線靠近固定蓋帽14中心的端點(diǎn)曲線斜率為所述可旋渦流葉輪8的外圓錐面的錐角為60°。

如圖1和圖3所示，縱斷面為拋物線的凹槽使得二相流體流出階梯型諧振管11后平滑地被引送到第二諧振區(qū)，在該區(qū)域高速二相流體在第二諧振區(qū)內(nèi)不規(guī)律地反射震蕩，使得噴頭工作時(shí)的聲壓級(jí)提高了約10db，達(dá)到約95db。

如圖4和圖5所示，所述可旋渦流葉輪8的縱斷面為錐形，錐角為60°，葉片壓力面起始點(diǎn)與終止點(diǎn)連線與軸線夾角α為25°-35°，所述可旋渦流葉輪8的葉片為不等壁厚葉片，葉片壓力面的輪廓曲線為三次多項(xiàng)式曲線y＝ax³+bx²+cx+d，葉片吸力面的輪廓曲線為圓弧x²+y²+ex+fy+g＝0，壓力面葉型曲線由起始點(diǎn)c和終止點(diǎn)d的位置坐標(biāo)和斜率決定，吸力面葉型由起始點(diǎn)e和終止點(diǎn)f位置坐標(biāo)及起始點(diǎn)斜率決定，起始點(diǎn)的斜率設(shè)定為0.3～0.7，終止點(diǎn)的斜率設(shè)定為0.5～1。供氣壓力調(diào)節(jié)范圍為0.15-0.5mpa，所述可旋渦流葉輪8的轉(zhuǎn)速范圍為：400-1000r/min。

在安裝時(shí)，先將進(jìn)水套管2、拉瓦爾閥芯15和固定蓋帽14用金屬膠固定在一起，然后將固定蓋帽14擰入進(jìn)氣套管1端部的內(nèi)螺紋孔內(nèi)；其次將可旋渦流葉輪8通過軸承10固定連接在階梯型諧振管11階梯軸的軸肩位置，再通過調(diào)節(jié)柱塞12的固定軸1203將第二基座9和階梯型諧振管11固定連接；之后將定位絲杠6按圖1所示順序依次旋入第二基座9、錐型整流套筒7和可調(diào)基座5對(duì)應(yīng)的絲杠孔內(nèi)，并調(diào)整好彼此之間的相對(duì)位置。

工作過程：高壓氣體0.15-0.5mpa由噴頭尾部的進(jìn)氣孔16接入，液體在拉瓦爾管出口處與高速氣流匯合，液體被沖擊破碎形成大霧滴，發(fā)生第一次霧化，然后霧滴群繼續(xù)隨高速射流進(jìn)入階梯型諧振腔，二相流體在階梯型諧振腔發(fā)生第一次有規(guī)律諧振，在腔內(nèi)流體以約5-12khz的頻率震蕩，大霧滴被進(jìn)一步振裂細(xì)化，發(fā)生第二次霧化，在這個(gè)過程中激勵(lì)器1201和階梯型諧振管11內(nèi)表面的鋸齒型變化都對(duì)階梯型諧振腔發(fā)生穩(wěn)定諧振有促進(jìn)作用；霧滴從階梯型諧振腔出來后進(jìn)入第二諧振區(qū)，第二諧振區(qū)是固定蓋帽14端面凹槽與錐型整流套筒7組合形成的內(nèi)部空間區(qū)域，在第二諧振區(qū)二相流體發(fā)生無規(guī)律的震蕩，強(qiáng)聲場(chǎng)聲壓級(jí)約95db區(qū)域有利于霧滴進(jìn)一步振裂細(xì)化，使得霧滴發(fā)生第三次霧化，霧滴粒徑進(jìn)一步變??；最終霧滴在流體壓力作用下進(jìn)入可旋渦流葉輪8的葉片間隙中，同時(shí)在流體壓力的作用下，可旋渦流葉輪8發(fā)生400-1000r/min的高速旋轉(zhuǎn)，供氣壓力調(diào)節(jié)范圍為0.15-0.5mpa，霧滴隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)，在飛出葉輪時(shí)發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)，在離心力的作用下霧滴發(fā)生第四次霧化，同時(shí)使得霧滴分布更加均勻同時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的可旋渦流葉輪8使霧滴群在噴射角范圍內(nèi)的空間區(qū)域內(nèi)分布更加均勻。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。