[发明专利]旋转剪切空化喷嘴

说明书

本发明提供一种旋转剪切空化喷嘴，属于水射流技术领域，其包括:喷嘴主体、第一支架、第二支架、中心体、旋转剪切筒、驱动电机和万向轴；喷嘴主体为中空旋转体结构，进水端内径大于出水端内径；第一支架和第二支架相对的可转动安装在喷嘴主体内，中心体两端分别可转动安装在第一支架和第二支架上；旋转剪切筒套设在中心体外，且其两端分别固定在第一支架和第二支架上；驱动电机输出端与万向轴输入端连接，万向轴的输出端与第二支架连接。该喷嘴在中心体式喷嘴中心体外部同轴套叠一个旋转剪切筒，由于旋转剪切筒的高速旋转，使得旋转剪切筒和中心体之间的射流沿径向产生速度梯度，从而使得液体中最大主应力成为张力，液体发生剧烈空化。

技术领域

本发明涉及水射流技术领域，尤其是涉及一种旋转剪切空化喷嘴。

背景技术

水射流是用高压或超高压泵将普通水介质增压，然后使其通过喷嘴以亚声速，声速或超声速喷出，从而形成高速水流，在清洗，切割等方面的表现优异，越来越得到人们的青睐。

空化是指由于液体的局部压力低于该液体的饱和蒸汽压而产生气化形成气泡，即爆发性生长的气核，空泡在溃灭的瞬间会产生高温高压和微射流，伴随着复杂的物理化学和电化学反应。在现有技术中，采用该原理制成的空化喷嘴在清洗方面具有效率高、使用方便等优势。对于所有不可压缩的流体而言，其应力状态并非为平均值，故流体是否发生空化的判别标准应该基于主应力而不是压力。液体的应力状态通过应力张量T来描述。对于不可压缩液体，张量可分为两部分，压力p和偏分量r，偏分量使液体产生变形和流动。当一个或多个方向上的主应力成为正值时，液体中出现张应力，主应力σ1、σ2和σ3 是T的特征值，并满足det(T-σI)＝0，式中Ⅰ为单位张量。当最大主应力为张应力时，由于液体不能自动平均它的应力，液体将可能发生空化。

随着近年来国家对环保的要求越来越严格，传统的化学清洗方法已经不再适应绿色发展的需要，而空化射流清洗因为其独特的物理清洗方法而具有广泛的应用前景。但现有的空化喷嘴存在空化效果差，空化区域面积较小等问题，发明一种空化效果强，空化区域面积大的空化喷嘴意义重大。

传统的中心体式空化喷嘴，其空化的发生方式主要为绕流型空化，空化仅发生在中心体末端，而在射流喷出喷嘴后，由于外部环境发生变化，空化效应难以维持，导致空化效果较差，空化云体积小。这无疑极大限制了空化射流的高效应用。

因此，实有必要设计一种旋转剪切空化喷嘴，以克服上述问题。

发明内容

为了避免上述问题，提供了一种旋转剪切空化喷嘴，通过在中心体式喷嘴中心体外部同轴套叠一个旋转剪切筒，由于旋转剪切筒的高速旋转，使得旋转剪切筒和中心体之间的射流沿径向产生速度梯度，从而使得液体中最大主应力成为张力，液体发生剧烈空化。

本发明提供的一种旋转剪切空化喷嘴，包括：喷嘴主体、第一支架、第二支架、中心体、旋转剪切筒、驱动电机和万向轴；

喷嘴主体为中空旋转体结构，进水端内径大于出水端内径；第一支架和第二支架相对的可转动安装在喷嘴主体内，中心体两端分别可转动安装在第一支架和第二支架上，中心体轴心与第一支架和第二支架两支架的转动中心及喷嘴主体的轴心重合；旋转剪切筒套设在中心体外，且其两端分别固定在第一支架和第二支架上，旋转剪切筒内径大于中心体外径；驱动电机输出端与万向轴输入端连接，万向轴的输出端与第二支架连接。

优选地，喷嘴主体为锥直型，第一支架、第二支架分别安装在喷嘴主体两端的直线段。

优选地，第一支架和第二支架两支架均包括内环、外环及连接杆，外环同轴套在内环外，外环和内环之间连接有至少一个连接杆，外环转动安装在喷嘴主体内，中心体左端或右端可转动安装在内环内，连接杆上设有容旋转剪切筒端部卡入的缺口。

优选地，外环和内环之间连接有多个连接杆。

优选地，中心体两端均设有台阶柱，分别间隙配合安装在第一支架和第二支架的内环内。