一種中低壓水螺旋收斂霧化噴頭的制作方法
【專利摘要】一種中低壓水螺旋收斂霧化噴頭，包括噴頭體⑴，所述噴頭體⑴內設有內螺旋錐桿⑶、外螺旋錐桿⑵，噴頭體⑴入水口處還連有噴頭頂桿(10)；內螺旋錐桿⑶和外螺旋錐桿(2)同軸固定連接，內螺旋錐桿⑶外表面的螺旋槽與外螺旋錐桿(2)內表面的螺旋槽相配合形成一個完整的圓口螺旋收斂水道⑷；外螺旋錐桿⑵外表面與噴頭體⑴內表面無縫貼合，外螺旋錐桿⑵錐體部分的底面與噴頭體(1)內表面的錐體部分的底面位于同一平面上。其優點是：體積小、重量輕、結構簡單、安裝簡單。出口水的速度快，且帶有很大的切向速度，易于增大霧化范圍和霧化能力。本實用新型可適用于水壓自伺服蛇形滅火救災機器人前面攜帶的滅火裝置。
【專利說明】一種中低壓水螺旋收斂霧化噴頭
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水壓噴頭【技術領域】，具體的說是一種中低壓水壓噴頭結構。
【背景技術】
[0002]隨著現代科技的快速發展，人們在滿足基本生活需求的同時也越來越關注我們賴以生存的地球環境和自然資源了。由于哈龍(Halon)滅火劑在滅火過程中不留殘渣和殘跡、滅火速度快、化學穩定能長期儲存等優越性能，曾在上個世紀曾得到了廣泛的應用。但它屬于鹵代烷系列滅火劑，會極大的破壞大氣層中的臭氧層，引起溫室效應等多種問題，嚴重的危害了人類的健康。1987年聯合國環境保護公約《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》要求各國停止使用鹵代烷系列滅火劑，尋找哈龍滅火劑的替代品。細水霧滅火系統因其不污染環境、滅火效率高、耗水量低等特點，被視為哈龍滅火劑的理想替代品，各國都在積極的展開研究，其應用前景廣闊。
[0003]弓永軍等研制了一種多噴嘴組合式高壓細水霧噴頭(《燃燒科學與技術》，2010年12月，第16卷第6期，“多噴嘴組合式細水霧噴頭油盆滅火試驗與分析”)，設計了一種新型三切向槽式高壓細水霧噴嘴，并將該噴嘴安裝在組合式噴頭本體上，構成多噴嘴細水霧噴頭。這種結構雖然簡單，但是整個加速通道太短，也就是加速還不夠充分，尤其只提供了切向速度，但是沒有加速，很難有足夠的保護范圍，僅能通過增大壓力實現霧化。
[0004]楊立軍等在“艦船高壓細水霧滅火系統噴頭研制”(《船舶工程》，總第30卷，2008年第3期)中提出了保證霧滴直徑的離心噴嘴設計方法，細水霧噴頭具有較寬的工作范圍。但這種結構在軸向上的速度僅由較低壓力的水流提供，所以軸向速度過小。
[0005]周華等在“新型細水霧滅火噴頭的研制”(《液壓與氣動》，2006年第7期，62頁)中提出兩級霧化使得霧滴更均勻，霧化錐角和噴霧保護半徑明顯增大。但這種結構缺點在于僅由突變去完成對水流的擾動，出水的切向速度不夠，所以在霧化性能上有諸多限制。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的是設計一種體積小、安裝方便、霧化性能好的中低壓水螺旋收斂霧化噴頭。
[0007]—種中低壓水螺旋收斂霧化噴頭，包括噴頭體1，所述噴頭體I內設有內螺旋錐桿
3、外螺旋錐桿2，噴頭體I入水口處還連有噴頭頂桿10 ;內螺旋錐桿3和外螺旋錐桿2同軸固定連接，內螺旋錐桿3外表面的螺旋槽與外螺旋錐桿2內表面的螺旋槽相配合形成一個完整的圓口螺旋收斂水道4 ;外螺旋錐桿2外表面與噴頭體I內表面無縫貼合，外螺旋錐桿2錐體部分的底面與噴頭體I內表面的錐體部分的底面位于同一平面上。
[0008]所述噴頭頂桿10通過兩組螺母和螺栓與噴頭體I相連，噴頭頂桿10帶有兩頂腳，所述兩頂腳卡入內螺旋錐桿3和外螺旋錐桿2圓柱部分底面上的凹槽內，用于固定內螺旋錐桿3和外螺旋錐桿2既不沿軸線移動也不繞軸線轉動。
[0009]所述內螺旋錐桿3包括圓柱部分和錐體部分，內螺旋錐桿3外表面從圓柱部分到錐體部分尖端設有平滑的圓口雙螺旋收斂水槽，內螺旋錐桿3中心開設有中心射流通孔8。
[0010]所述外螺旋錐桿2包括圓柱部分和錐體部分，外螺旋錐桿2內表面從圓柱部分到錐體部分尖端設有平滑的圓口雙螺旋收斂水槽。
[0011]所述噴頭體I的出水口處從內至外依次設有內錐孔5、噴頭孔7和外錐孔6。
[0012]本實用新型中低壓水螺旋收斂霧化噴頭的優點是:體積小、重量輕、結構簡單、安裝簡單。由于采用直通式錐形圓口雙螺旋收斂水道，使得出口水的速度快，且帶有很大的切向速度，易于增大霧化范圍和霧化能力。本實用新型出口處采用外錐孔，使得在水流速度再次往外擴張，產生滿足滅火效果的霧化水滴。本實用新型采用兩級霧化，口徑突變增大對水流的擾動，使得霧化錐角和噴霧保護半徑明顯增大。本實用新型增加采用中心射流孔，在外錐孔即三股水流匯合處會給螺旋水流推力，可以增大出口水的射流速度。經過驗證，本實用新型噴頭的霧化時間極短，霧化范圍也滿足水壓自伺服蛇形滅火救災機器人前面攜帶的滅火裝置的霧化要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型中低壓水螺旋收斂霧化噴頭的結構示意圖。
[0014]圖2為圖1的A-A向剖視圖。
[0015]圖3為內螺旋錐桿的主視結構示意圖。
[0016]圖4為內螺旋錐桿的左視結構示意圖。
[0017]圖5為噴頭頂桿的主視結構示意圖。
[0018]圖6為噴頭頂桿的左視結構示意圖。
[0019]圖7為噴頭體的主視結構示意圖。
[0020]圖8為噴頭體的左視結構示意圖。
[0021]圖9為外螺旋錐桿的主視結構示意圖。
[0022]圖10為外螺旋錐桿的左視結構示意圖。
[0023]圖中，I為噴頭體，2為外螺旋錐桿,3為內螺旋錐桿，4為螺旋收斂水道,5為內錐孔，6為外錐孔，7為噴頭孔，8為中心射流通孔，9為螺母和螺栓，10為噴頭頂桿。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖，對本實用新型進行進一步說明:如圖1-10所示，一種中低壓水螺旋收斂霧化噴頭，包括內螺旋錐桿3、外螺旋錐桿2、噴頭體1、噴頭頂桿10四部分組成。
[0025]內螺旋錐桿3和外螺旋錐桿2同軸線固定連接，且內螺旋錐桿3和外螺旋錐桿2的圓口螺旋收斂水槽匹配合并為完整的圓形的雙螺旋收斂水道4。外螺旋錐桿2的外錐面和噴頭體I的內錐面相互貼合，外螺旋錐桿2的圓柱部分的外圓柱面和噴頭體I的圓柱孔道的內圓柱面相互貼合，外螺旋錐桿2的錐體部分的底面與噴頭體I的內表面的錐體部分的底面位于同一平面上。噴頭頂桿10的兩只頂腳卡入內螺旋錐桿3和外螺旋錐桿2圓柱底面上的凹槽內，使得螺旋收斂水道4完整貼合，且使得內螺旋錐桿3和外螺旋錐桿2不沿軸線移動和不繞軸線轉動。噴頭頂桿10通過兩個螺栓螺母組固定在噴頭體I上。左側為入射口側。
[0026]如圖2所示，內螺旋錐桿3包括圓柱部分和錐體部分，內螺旋錐桿3外表面從圓柱部分到錐體部分尖端設有平滑的圓口雙螺旋收斂水槽。內螺旋錐桿中心設有中心射流通孔8。
[0027]如圖3所示，噴頭頂桿10有兩只頂腳使內螺旋錐桿3和外螺旋錐桿2對準貼合，且使得內螺旋錐桿3和外螺旋錐桿2不沿軸線移動和不繞軸線轉動。右側有帶有兩個螺栓孔的法蘭盤。
[0028]如圖4所示，噴頭體I內部孔道由圓柱孔道(即螺旋收斂水道4)、內錐孔道、噴頭孔道和外錐孔道依次組成。左側(入射口側)有帶有兩個螺栓孔的法蘭盤。
[0029]如圖5所示，外螺旋錐桿2包括圓柱部分和錐體部分，外螺旋錐桿2內表面從圓柱部分到錐體部分尖端平滑的設有圓口雙螺旋收斂水槽。
[0030]所述內螺旋錐桿3和外螺旋錐桿2在先進加工技術下可以整體加工，合為螺旋錐桿。
[0031]本實用新型針對水壓自伺服蛇形滅火救災機器人前面攜帶的滅火裝置，要求體積小、重量輕，結構簡單，安裝方便，霧化效果好；細水霧噴頭霧化性能的好壞直接影響其滅火效果，好的霧化特性既節約用水又能快速有效地滅火，由于水壓自伺服蛇形滅火救災機器人既要通過水壓來驅動又要放出水霧滅火，故在工作時水壓不會太高，故本實用新型采用直射旋流收斂型噴頭裝置實現中低壓水流霧化滅火。
[0032]采用FLUENT軟件對所設計的霧化噴頭進行數值模擬仿真，在分析了噴頭內部流場的速度、壓力、矢量速度、運動跡線后，對噴頭的結構設計提出了優化方案，并對優化后的噴頭進行內部流場分析。水流的霧化是由于空氣和水流的相互作用，所以外部仿真必須考慮空氣的存在。采用三維VOF(volume of fluid，流體體積函數)兩相流FLUENT比較真實的模擬了噴頭射出的水流在空氣中霧化的過程。進入水的初始壓力為5Mpa，并得到以下結論:
[0033]I)霧化噴頭的水流速度在噴頭口處最大，當霧化噴頭有中心射流孔和有螺旋水道時，噴頭口處的最大速度達到56.83m/s ;當霧化噴頭沒有中心射流孔，僅有螺旋水道時，噴頭口處的最大速度達到50.82m/s。噴頭口處的速度越大，噴頭霧化的效果越好，可見，中心射流孔對噴頭的霧化性能有積極的作用。
[0034]2)水流在進入直流射流孔和螺旋水道前，水流速度緩慢增大，在進入直流射流孔和螺旋水道后，速度有較為明顯的增大，進入直流射流孔和螺旋水道后，在螺旋離心的作用下，水流速度繼續增大，進入到噴頭口后水流速度又急劇增大，從噴頭口出來時達到最大值。
[0035]3)水流在進入中心射流孔和螺旋水道前的跡線比較混亂，這說明在該部分產生了紊流，且螺旋水道入口處比中心射流孔入口處紊流現象更嚴重；水流進入中心射流孔和螺旋水道后跡線比較平滑，表明水流是沿著水道平穩流動，沒有紊流的產生。
[0036]4)高速水流射入空氣中會受到空氣的阻力作用，水流會使周圍的空氣產生擾動氣流，并不斷的將空氣卷入水流中，使水流破碎霧化，形成細小的水滴。
[0037]5)噴頭水流霧化其實質是在噴頭口形成一個空心的空氣錐，順著射流方向，水流中空氣的體積分數慢慢增大，霧化也越充分。
【權利要求】
1.一種中低壓水螺旋收斂霧化噴頭，包括噴頭體⑴，所述噴頭體⑴內設有內螺旋錐桿⑶、外螺旋錐桿⑵，噴頭體⑴入水口處還連有噴頭頂桿(1Φ ;其特征在于:內螺旋錐桿⑶和外螺旋錐桿⑵同軸固定連接，內螺旋錐桿⑶外表面的螺旋槽與外螺旋錐桿⑵內表面的螺旋槽相配合形成一個完整的圓口螺旋收斂水道⑷；外螺旋錐桿⑵外表面與噴頭體⑴內表面無縫貼合，外螺旋錐桿⑵錐體部分的底面與噴頭體⑴內表面的錐體部分的底面位于同一平面上。
2.如權利要求1所述的中低壓水螺旋收斂霧化噴頭，其特征在于:所述噴頭頂桿(10)通過兩組螺母和螺栓與噴頭體⑴相連，噴頭頂桿(1Φ帶有兩頂腳，所述兩頂腳卡入內螺旋錐桿⑶和外螺旋錐桿⑵圓柱部分底面上的凹槽內，用于固定內螺旋錐桿⑶和外螺旋錐桿⑵既不沿軸線移動也不繞軸線轉動。
3.如權利要求1所述的中低壓水螺旋收斂霧化噴頭，其特征在于:所述內螺旋錐桿⑶包括圓柱部分和錐體部分，內螺旋錐桿⑶外表面從圓柱部分到錐體部分尖端設有平滑的圓口雙螺旋收斂水槽，內螺旋錐桿⑶中心開設有中心射流通孔⑶。
4.如權利要求1所述的中低壓水螺旋收斂霧化噴頭，其特征在于:所述外螺旋錐桿⑵包括圓柱部分和錐體部分，外螺旋錐桿⑵內表面從圓柱部分到錐體部分尖端設有平滑的圓口雙螺旋收斂水槽。
5.如權利要求1所述的中低壓水螺旋收斂霧化噴頭，其特征在于:所述噴頭體⑴的出水口處從內至外依次設有內錐孔(5)、噴頭孔(7)和外錐孔(6)。
【文檔編號】A62C31/02GK204017236SQ201420331743
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】趙慧, 鄒競剛, 蔣林, 梅鵬, 吳若麟, 晏晚君, 鄭開柳, 鄭翠, 胡金, 鄭潔, 劉曉磊, 金祖飛, 周鴻杰, 朱建陽, 劉白雁, 雷斌, 曾鏞, 許仁波 申請人:武漢科技大學