[发明专利]一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置

说明书

本发明公开了一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置，属于工业清洗领域。该装置包括入口收缩管、振荡腔体和出水口喷片等，其特征是：压力传感器安装在喷嘴装置的前端管路，围压实验时始终置于高压容器外，避开了围压环境的限制；此外，入口收缩管、振荡腔体和出水口喷片的自由组合可以大幅改变喷嘴结构参数配比，增大自激频率调整范围。振荡信号实时检测功能与结构参数调整功能相结合，可以准确获取射流振荡特性，进而获得最佳共振效果。

技术领域

本发明属于工业清洗领域，尤其涉及一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置。

背景技术

自振射流是近年来发展起来的一种新型射流，其兼有脉冲射流和空化射流的特点，且无需附加外驱动机构即可以产生强烈的自激振荡，在高围压环境下可显著提高射流冲击效果，目前自振射流技术已成功应用于海上打捞救援、深井石油钻探、深海资源开采等领域。

自振喷嘴装置是产生自振射流的核心部件，其结构参数尤其是腔内与出口尺寸直接决定了射流的振荡效果。由自振射流发生机理可知，当自激频率即出口射流反馈压力振荡的频率与振荡腔的固有频率相接近时将产生流体共振，此时射流振荡最强烈，空化作用最明显。但在实际应用过程中，由于喷嘴结构参数的不可调，使得振荡腔的固有频率与出口射流的自激频率很难相一致，无法实现自振射流的强烈共振效果，为此急需解决二者的匹配问题。一方面要解决自激频率的实时检测问题，另一面要解决喷嘴结构参数的可调问题，只有这样才能实现自振射流的频率调制，达到最佳的振荡与空化效果。

本课题组已获得1项相关的国家授权发明专利(ZL2014100030975.9)，即一种高压水射流自激振荡喷嘴装置(以下称“原发明”)，原发明能够实现自激振荡射流的产生，并通过腔内信号孔检测射流的高频振荡效果。原发明的压力传感器安装在喷嘴侧壁，存在喷嘴结构参数调整范围受限、压力传感器安装受制于喷嘴体积大小、高围压下压力传感器可靠性得不到保障等问题。本发明与原发明有以下不同：(一)本发明将压力测点即信号孔由喷嘴侧壁移至喷嘴装置外，使传感器脱离喷嘴装置，摆脱喷嘴体积尺寸约束；(二)压力传感器安装在喷嘴装置的前端管路上，高围压实验时压力传感器始终置于高压容器外，从而避开了围压环境的影响；(三)本发明对喷嘴结构进行了创新设计，可以通过更换不同系列的振荡腔和喷嘴出口喷片，改变喷嘴结构尺寸L/d、D/d，实现喷嘴结构参数的可调，进而大幅提高射流的自激频率调整范围，有利于获得射流的共振频率，优化自振喷嘴结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置，通过调整喷嘴结构实现振荡腔结构参数大范围变化，从而大幅提高射流的自激频率调整范围；同时在振荡腔外检测自振射流效果，易于实现高围压下射流状态的实时检测。本专利为高围压下射流调制获得最佳自振效果提供了保障，也为自振射流的推广应用奠定了基础。

一种结构可调的高压水射流自振喷嘴装置，如图1所示，包括入口收缩管、振荡腔和出水口喷片，所述入口收缩管和出水口喷片分别固定在振荡腔体的两端；所述入口收缩管、出水口喷片与振荡腔固定的接触面处设有密封圈。

进一步地，所述振荡腔体为空心圆柱形，所述入口收缩管上部设有螺纹与进水管路相连接，入口收缩管一端连接供水管路，另一端连接振荡腔；所述喷片中部设有出水口，所述出水口置于振荡腔底部；

进一步地，所述入口收缩管通过外螺纹和O形密封圈一固定在振荡腔体的一端，出水口喷片通过托底座的外螺纹和O形密封圈二固定在振荡腔的另一端；

进一步地，所述入口收缩管置于振荡腔体的一端、与振荡腔体构成入口收缩断面，出水口喷片的出水口端头和振荡腔体配合构成出口收缩断面。通过设计一系列不同长度的振荡腔体，拆卸连接套管，将入口收缩管和振荡腔体分离，更换所需长度的振荡腔，即可改变振荡腔的腔长，调制喷嘴的自振效果；

进一步地，振荡腔体上端端头处设有沟槽，沟槽内环置有O形橡胶密封圈一与入口收缩管配合密封；在振荡腔体与出水口喷片连接面处，振荡腔体设有沟槽，沟槽内设置有O形橡胶密封圈二配合密封；