專(zhuān)利名稱(chēng)：自激吸氣式脈沖射流噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下清淤和清污領(lǐng)域，尤其涉及一種深水水庫(kù)庫(kù)底泥沙起懸輸送的自 激吸氣式脈沖射流噴嘴。背景意義我國(guó)江河大多泥沙含量大，所建水庫(kù)淤積嚴(yán)重，使水庫(kù)興利和防洪效益下降，帶來(lái) 很多問(wèn)題和不利影響，嚴(yán)重影響了水庫(kù)的使用壽命，給國(guó)家?guī)?lái)了巨大損失。多年來(lái)，我國(guó) 在水庫(kù)排沙減淤方法上和水庫(kù)清淤技術(shù)上取得了一些研究成果，但這些方法和技術(shù)大多應(yīng) 用在較小的水庫(kù)清淤中，清淤規(guī)模較小，基本在500萬(wàn)Hl3以下，而對(duì)于淤積量上億Hl3的大型 水庫(kù)，特別是大型深水水庫(kù)泥沙處理難度更大，以往的清淤技術(shù)難以奏效，甚至無(wú)法工作。 如何解決深水水庫(kù)淤積泥沙的起動(dòng)和輸移問(wèn)題，是大型水庫(kù)清淤排沙的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)大型深水水庫(kù)庫(kù)底泥沙難以起動(dòng)、懸浮和輸移，而提供的一種自激吸 氣式脈沖射流噴嘴。它體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體性好，便于制造、安裝和維護(hù)，具有較大的 脈沖液氣射流沖擊力，以現(xiàn)有技術(shù)相比，提高了庫(kù)底泥沙沖刷力、增加了懸浮高度和輸移距 離，尤其適合于大型深水水庫(kù)泥沙處理的工程應(yīng)用中。本發(fā)明的目的可通過(guò)下述技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的一種自激吸氣式脈沖射流噴嘴，包括自激振蕩腔腔體、上噴嘴、碰撞 體、下噴嘴、吸氣孔、進(jìn)水段和氣動(dòng)閥門(mén)。在自激振蕩腔腔體入口端固定上噴嘴，上噴嘴進(jìn)口 斷面與自激振蕩腔腔體入口斷面重合，在自激振蕩腔腔體出口端固定碰撞體，碰撞體內(nèi)固 定下噴嘴，并在自激振蕩腔腔體的下游端上對(duì)稱(chēng)設(shè)置吸氣孔，使自激振蕩腔腔體內(nèi)形成了 圓柱形的自激吸氣式振蕩腔腔室；進(jìn)水段與上噴嘴連接，氣動(dòng)閥門(mén)與吸氣孔連接。自激吸氣式脈沖射流噴嘴，不需外加任何激勵(lì)源，僅靠上噴嘴射出的高速液體本 身在振蕩腔室內(nèi)形成自激脈動(dòng)負(fù)壓狀態(tài)，將空氣自動(dòng)吸入到腔室內(nèi)與脈動(dòng)液體混合，產(chǎn)生 強(qiáng)烈的自激液氣脈動(dòng)流，通過(guò)下噴嘴出口形成液氣脈沖射流，比相同工況下的自激液體射 流的沖擊力提高20% 50%，比相同工況下的連續(xù)射流沖擊力提高1倍以上，自激吸氣式 脈沖射流是一種新型高效脈沖射流。另外，自激吸氣式脈沖射流噴嘴還有一大優(yōu)點(diǎn)，即在深 水水庫(kù)庫(kù)底泥沙清淤中，本發(fā)明產(chǎn)生的脈沖液氣射流除將泥沙沖擊起動(dòng)外，脈沖液氣射流 中的氣體還可將沖起泥沙的懸浮高度增加200mm 400mm，使泥沙輸送的距離增加IOOOm 3000m。由于自激吸氣式脈沖射流噴嘴無(wú)任何旋轉(zhuǎn)部件，而且吸氣孔在自激振蕩腔腔體上自 動(dòng)的進(jìn)入空氣，無(wú)需增加其它充氣裝置，因此自激吸氣式脈沖射流噴嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小， 密封性好，可靠性高，便于制造、安裝和維護(hù)，成本大大降低。自激吸氣式脈沖射流噴嘴的不 同結(jié)構(gòu)尺寸配比，可產(chǎn)生不同頻率的液氣脈沖射流，可以在不同的領(lǐng)域得到應(yīng)用。前述的自激振蕩腔腔體的截面為圓環(huán)形等截面，其厚度由自激振蕩腔腔室內(nèi)的脈 動(dòng)壓力確定，厚度為8mm IOmm ；圓柱形自激振蕩腔腔室的直徑和長(zhǎng)度由能否形成自激吸 氣的液氣脈動(dòng)壓力和渦環(huán)氣團(tuán)活動(dòng)的空間來(lái)確定，直徑為85mm 125mm，長(zhǎng)度為40mm
3120mmo前述的上噴嘴為圓錐形收縮截面，上噴嘴進(jìn)口直徑與進(jìn)水管直徑相同，上噴嘴的 收縮角在13°左右。前述的碰撞體為圓臺(tái)環(huán)形截面；碰撞體沿射流方向的擴(kuò)散角在90° 120°。前述的下噴嘴為圓環(huán)形等截面；下噴嘴的直徑和長(zhǎng)度由能否形成液氣脈沖射流來(lái) 確定，直徑為IOmm 24mm，長(zhǎng)度為50mm 70mm ；下噴嘴與碰撞體中心線(xiàn)重合為一體；下噴 嘴的進(jìn)口截面與碰撞體上端面重合。前述的吸氣孔應(yīng)對(duì)稱(chēng)的布置在自激振蕩腔腔體的下游端；吸氣孔的直徑應(yīng)由自 激振蕩腔腔室的脈動(dòng)負(fù)壓和吸氣量或者形成的液氣脈沖射流強(qiáng)度來(lái)決定，直徑為2. 5mm 4mm ο本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明提出的一種自激吸氣式脈沖射流噴嘴的特征在于液氣脈沖射流可分成能 量蓄積沖擊和能量釋放沖擊兩個(gè)階段。當(dāng)自激吸氣式脈沖射流噴嘴放入水庫(kù)庫(kù)底時(shí)，通過(guò) 該噴嘴產(chǎn)生的液氣脈沖射流，在能量蓄積階段，射流沖擊力小，在能量釋放階段，射流沖擊 力大，這種沖擊力的交替變化使得泥沙淤積表面產(chǎn)生松弛效應(yīng)，降低了被沖擊泥沙淤積表 面的強(qiáng)度，改善沖擊效果，從而提高了射流的沖刷能力。同時(shí)，液氣脈沖射流中的氣體使沖 起的泥沙顆粒懸浮高度增大，泥沙的輸送距離相應(yīng)得到了增大。


附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和兩個(gè)階段液氣脈沖射流沖擊示意1為本發(fā)明的剖視1附圖標(biāo)記為1自激振蕩腔腔體；2上噴嘴；3碰撞體；4下噴嘴；5吸氣孔；6進(jìn) 水段；7氣動(dòng)閥門(mén)。圖2為本發(fā)明能量蓄積階段的液氣脈沖射流沖擊2附圖標(biāo)記為1自激振蕩腔腔體；2上噴嘴；3碰撞體；4下噴嘴；5吸氣孔；6進(jìn) 水段；7氣動(dòng)閥門(mén)；8液氣脈沖射流束發(fā)散；10沖擊物。圖3為本發(fā)明能量釋放階段的液氣脈沖射流沖擊3附圖標(biāo)記為1自激振蕩腔腔體；2上噴嘴；3碰撞體；4下噴嘴；5吸氣孔；6進(jìn) 水段；7氣動(dòng)閥門(mén)；9液氣脈沖射流束密實(shí)；10沖擊物。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)例(附圖)作進(jìn)一步描述如圖1為本發(fā)明一種自激吸氣式脈沖射流噴嘴，包括自激振蕩腔腔體(1)、上噴嘴 (2)、碰撞體(3)、下噴嘴(4)、吸氣孔(5)、進(jìn)水段(6)和氣動(dòng)閥門(mén)(7)。在圖1所示自激振 蕩腔腔體(1)入口端固定上噴嘴0)，上噴嘴(2)進(jìn)口斷面與自激振蕩腔腔體(1)入口斷面 重合。在圖1所示的自激振蕩腔腔體(1)出口端固定碰撞體(3)，碰撞體(3)內(nèi)固定下噴嘴 (4)，并在自激振蕩腔腔體(1)的下游端上對(duì)稱(chēng)設(shè)置吸氣孔(5)，使自激振蕩腔腔體(1)內(nèi)形 成了圓柱形的自激吸氣式振蕩腔腔室。將圖1所示的進(jìn)水段(6)與上噴嘴(2)連接，氣動(dòng) 閥門(mén)(7)與吸氣孔(5)連接。將圖1所示的自激吸氣式脈沖射流噴嘴放入到距水庫(kù)庫(kù)底淤積面有效射程范圍內(nèi)(有效射程范圍由庫(kù)底淤積泥沙的固積強(qiáng)度和自激吸氣式脈沖射流 產(chǎn)生的射流強(qiáng)度來(lái)確定)，且與庫(kù)底淤積面成60° 90°的射流沖角。在水庫(kù)庫(kù)底清淤工作中，一定壓力流量的液體通過(guò)上噴嘴( 高速射出，高速射 流與腔室內(nèi)的液體形成剪切流動(dòng)，產(chǎn)生不穩(wěn)定的渦流向下游傳播，當(dāng)與碰撞體C3)相互作 用時(shí)，由于碰撞體C3)沿射流方向是擴(kuò)散截面，且與自激振蕩腔下游腔室形成了一個(gè)碰撞 區(qū)，因此在碰撞區(qū)產(chǎn)生的渦旋向上游反射，此時(shí)碰撞區(qū)處于脈動(dòng)負(fù)壓狀態(tài)，空氣自動(dòng)的經(jīng)吸 氣孔( 進(jìn)入到碰撞區(qū)內(nèi)與該區(qū)內(nèi)的脈動(dòng)液體混合產(chǎn)生渦環(huán)氣團(tuán)，渦環(huán)氣團(tuán)向上游移動(dòng)并 逐漸增大，當(dāng)渦環(huán)氣團(tuán)與上噴嘴( 射出的高速液體射流產(chǎn)生的渦旋相碰后，渦環(huán)氣團(tuán)破 滅，此時(shí)在自激振蕩腔腔室內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的自激振動(dòng)，通過(guò)下噴嘴(4)形成了能量蓄積(渦環(huán) 氣團(tuán)增大的過(guò)程)沖擊和能量釋放(渦環(huán)氣團(tuán)破滅)沖擊兩個(gè)階段的液氣脈沖射流，這樣 就形成了低壓大流量?jī)蓚€(gè)階段的液氣脈沖射流。如圖2為本發(fā)明能量蓄積階段的液氣脈沖射流沖擊圖，包括自激振蕩腔腔體(1)、 上噴嘴(2)、碰撞體(3)、下噴嘴(4)、吸氣孔(5)、進(jìn)水段(6)、氣動(dòng)閥門(mén)(7)、液氣脈沖射流 束發(fā)散(8)和沖擊物(10)。本發(fā)明產(chǎn)生的渦環(huán)氣團(tuán)在自激振蕩腔腔室內(nèi)向上游移動(dòng)并逐 漸增大的過(guò)程，正是自激振蕩腔腔室內(nèi)脈沖液氣能量蓄積階段，通過(guò)下噴嘴(4)形成的能 量蓄積沖擊的液氣脈沖射流束發(fā)散(8)，沖擊在沖擊物(10)上，沖擊面積大，沖擊力迅速下 降。如圖3為本發(fā)明能量釋放階段的液氣脈沖射流沖擊圖，包括自激振蕩腔腔體(1)、 上噴嘴(2)、碰撞體(3)、下噴嘴(4)、吸氣孔(5)、進(jìn)水段(6)、氣動(dòng)閥門(mén)(7)、液氣脈沖射流 束密實(shí)(9)和沖擊物(10)。本發(fā)明產(chǎn)生的渦環(huán)氣團(tuán)在自激振蕩腔腔室內(nèi)向上游移動(dòng)并逐漸 增大，當(dāng)渦環(huán)氣團(tuán)與上噴嘴( 射出的高速液體射流產(chǎn)生的渦旋相碰后，渦環(huán)氣團(tuán)破滅，此 時(shí)正是自激振蕩腔腔室內(nèi)脈沖液氣能量釋放階段，通過(guò)下噴嘴(4)形成的能量釋放沖擊的 液氣脈沖射流束密實(shí)(9)，沖擊在沖擊物(10)上，沖擊面積小，沖擊力大。本發(fā)明產(chǎn)生的能量蓄積沖擊(如圖2所示)和能量釋放沖擊(如圖3所示)兩個(gè) 階段的液氣脈沖射流，形成的沖擊力的交替變化可使得沖擊物體產(chǎn)生松弛效應(yīng)，降低沖擊 物體的強(qiáng)度，改善沖擊效果，提高了沖刷能力，同時(shí)液氣脈沖射流中的氣體對(duì)沖擊物顆粒具 有懸浮的作用。自激吸氣式脈沖射流噴嘴特別適合應(yīng)用于大型深水水庫(kù)庫(kù)底泥沙的起動(dòng)與 輸移。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明提供的一種自激吸氣式脈沖射流噴嘴，包括自激振蕩腔腔體(1)、上噴嘴 (2)、碰撞體(3)、下噴嘴(4)、吸氣孔(5)、進(jìn)水段(6)和氣動(dòng)閥門(mén)(7)。在所述的自激振蕩 腔腔體(1)入口端固定所述的上噴嘴O)，所述的上噴嘴(2)進(jìn)口斷面與所述的自激振蕩腔 腔體(1)入口斷面重合，在所述的自激振蕩腔腔體(1)出口端固定所述的碰撞體(3)，所述 的碰撞體(3)內(nèi)固定所述的下噴嘴G)，并在所述的自激振蕩腔腔體(1)的下游端上對(duì)稱(chēng) 設(shè)置所述的吸氣孔(5)，使所述的自激振蕩腔腔體(1)內(nèi)形成了圓柱形的自激吸氣式振蕩 腔腔室；所述的進(jìn)水段(6)與所述的上噴嘴( 連接，所述的氣動(dòng)閥門(mén)(7)與所述的吸氣孔 (5)連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的自激吸氣式脈沖射流噴嘴，其特征在于所述的自激振蕩腔 腔體(1)上設(shè)置自動(dòng)進(jìn)氣的所述的吸氣孔(5)，所述的上噴嘴(2)固定在所述的自激振蕩腔 腔體(1)的入口端，所述的碰撞體C3)與所述的下噴嘴(4)合為一體后固定在所述的自激 振蕩腔腔體(1)的出口端。
3.按照權(quán)利要求1所述的自激吸氣式脈沖射流噴嘴，其特征在于所述的自動(dòng)進(jìn)氣的 吸氣孔(5)對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述的自激振蕩腔腔體(1)的下游。
4.按照權(quán)利要求1所述的自激吸氣式脈沖射流噴嘴，其特征在于所述的自激振蕩腔 腔體(1)、所述的上噴嘴O)、所述的碰撞體(3)和所述的下噴嘴固結(jié)為一整體后的中 心線(xiàn)在一條直線(xiàn)上，并且所述的碰撞體(3)和所述的下噴嘴(4)的同心度應(yīng)在一條直線(xiàn)上。
5.按照權(quán)利要求1所述的自激吸氣式脈沖射流噴嘴，其特征在于施加于所述的上噴 嘴⑵上的工作壓力Ptl ( 2MPa，工作流量為8m3/h 40m3/h，通過(guò)所述的吸氣孔(5)的 吸氣量A為lm3/h 6m3/h。
6.按照權(quán)利要求1所述的的自激振蕩腔腔體(1)沿所述的上噴嘴(2)出口速度方向的 截面為圓環(huán)形等截面，厚度為8mm IOmm ；圓柱形自激振蕩腔腔室的直徑為85mm 125mm， 長(zhǎng)度為40mm 120mm。
7.按照權(quán)利要求1所述的上噴嘴(2)是一個(gè)圓錐形收縮截面，所述的上噴嘴(2)進(jìn)口 直徑與進(jìn)水管直徑相同；所述的上噴嘴O)的收縮角在13°左右。
8.按照權(quán)利要求1所述的碰撞體(3)沿所述的上噴嘴(2)出口速度方向的逆方向“凸” 出的截面為圓臺(tái)環(huán)形截面；所述的碰撞體C3)沿所述的上噴嘴O)出口速度方向的擴(kuò)散角 為 90° 120°。
9.按照權(quán)利要求1所述的下噴嘴(4)為圓環(huán)形等截面；所述的下噴嘴的直徑為 IOmm 24mm，長(zhǎng)度為50mm 70mm ；所述的下噴嘴⑷與所述的碰撞體(3)中心線(xiàn)重合為 一體；所述的下噴嘴的進(jìn)口截面與所述的碰撞體C3)上端面重合。
10.按照權(quán)利要求1所述的吸氣孔(5)對(duì)稱(chēng)布置在所述的自激振蕩腔腔體(1)的下游 端；所述的吸氣孔(5)的直徑為2. 5mm 4mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種自激吸氣式脈沖射流噴嘴，包括自激振蕩腔腔體(1)、上噴嘴(2)、碰撞體(3)、下噴嘴(4)、吸氣孔(5)、進(jìn)水段(6)、氣動(dòng)閥門(mén)(7)。其特征在于自激振蕩腔腔體(1)上設(shè)置了自動(dòng)進(jìn)氣的吸氣孔(5)，上噴嘴(2)固定在自激振蕩腔腔體(1)的入口端，碰撞體(3)與下噴嘴(4)合為一體后固定在自激振蕩腔腔體(1)出口端。它是一種低壓大流量自激吸氣式脈沖射流噴嘴。本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)配比可形成不同頻率的脈沖射流，產(chǎn)生不同大小交替變化的沖擊力，與現(xiàn)有技術(shù)相比沖擊力得到較大的提高，可應(yīng)用在不同水深的水庫(kù)清淤中，特別適合于大型深水水庫(kù)泥沙的起懸輸移工程中。
文檔編號(hào)E02F3/90GK102069049SQ20101055689
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉新陽(yáng), 周文, 曹永梅, 汪順生, 王松林, 王玉川, 雷霆, 高傳昌 申請(qǐng)人:華北水利水電學(xué)院