帶改進預霧化流體混合和破碎的噴槍的制作方法

專利名稱：帶改進預霧化流體混合和破碎的噴槍的制作方法
技術領域：
本技術一般說涉及噴霧系統，更具體說，涉及工業用噴涂系統。本技術在噴涂設備的噴霧形成段處霧化之前，通過內部混合和破碎流體，提供了一種改進噴涂設備中的霧化的系統和方法。
背景技術：
噴涂設備應用于將涂料噴涂到眾多產品類型和材料，如木材和金屬上。應用于每種不同工業用途中的噴涂液可以有很不相同的流動特性和所期望的涂層性質。例如，木料涂料流體/著色劑通常是粘性流體，在整個流體/著色劑中可以有顯著的散粒/細絲。現有的噴涂設備，例如空氣霧化噴槍，常常無法粉碎上述散粒/細絲。所形成的噴涂會出現不希望有的不一致的外觀，其特征是表現在紋理，顏色和整體外觀中的斑點和各種其他的不一致性。在工作于較低空氣壓力，例如低于10psi，的空氣霧化噴槍中，上述涂層的不一致性尤為明顯。
因此，需要一種在噴涂設備的噴霧形成段形成霧化之前混合和破碎所需涂料流體的技術。

發明內容
本技術提供了一種在噴涂設備的噴霧形成段處形成霧化之前通過內部混合和破碎所需涂料流體而改進噴涂設備中的霧化的系統和方法。本技術的一種示例性噴涂設備有一個毗鄰噴霧形成出口上游的流體屏障布置的混合誘發閥。該混合誘發閥可以有各種鈍角/傾斜結構和內部通道以促進流體的混合。該混合誘發閥還可與流體屏障相互作用，以增強流體的混合和破碎。本噴涂設備的一種實施方案有一內部流體破碎段，例如撞擊射流段，毗鄰于混合誘發閥。所形成的涂層具有精細的特性，例如，斑點較少。


在閱讀了下面的詳細描述和參考附圖后，本發明的上述及其他優點和特性將明顯可見，其中圖1是說明本技術的一種示例性噴涂系統的方塊圖；圖2是說明本技術的一種示例性噴涂過程的流程圖；圖3是應用于圖1和2的噴涂系統和方法中的一種示例性噴涂設備的側視剖面圖；圖4是在圖3噴涂設備的流體輸送噴嘴組件中的示例性流體混合和破碎段和頂端削角的流體閥的部分剖面側視圖；圖5是圖4流體輸送噴嘴組件的部分剖面側視圖，它進一步展示了頂端削角的流體閥，流體混合段，和流體破碎段的擴散通行段；圖6是圖5中所示流體混合段的部分剖面正視圖；圖7是圖4和5的流體輸送噴嘴組件的部分剖面側視圖，它進一步說明了如圖6中所示但旋轉了45度的頂端削角的流體閥，流體混合段，和擴散通行段；圖8是圖4中所示流體破碎段的擴散通行段和收縮通行段之間的中間通道的部分剖面正視圖；圖9是圖4的流體輸送噴嘴組件的部分剖面側視圖，它進一步說明了流體破碎段的流體撞擊區；圖10是圖4流體輸送噴嘴組件替代實施方案的部分剖面側視圖，它有一個擴散通行段，但沒有圖9中所示的收縮通行段；圖11是圖4流體輸送噴嘴組件另一種替代實施方案的部分剖面側視圖，它有一個收縮通行段，但沒有圖5和7中所示的擴散通行段；圖12是圖4流體輸送噴嘴組件又一種替代實施方案的部分剖面側視圖，它有一個延伸穿過流體混合和破碎段的改進流體閥；圖13是圖4流體輸送噴嘴組件另一種替代實施方案的部分剖面側視圖，它有一個毗鄰流體混合段的中空流體閥；圖14是圖4流體輸送噴嘴組件的部分剖面側視圖，它有一個帶可拆卸和可更換噴嘴段的替代流體閥；圖15是圖4流體輸送噴嘴組件又一種替代實施方案的部分剖面側視圖，它有一個替代的收縮通行段和頂端削角的流體閥；
圖16是說明利用圖3-15中所示噴涂設備的示例性噴涂過程的流程圖；和圖17是說明利用圖3-15中所示噴涂設備的本技術的示例性流體破碎和噴霧形成過程的流程圖。
具體實施例方式
如下面詳細討論的，本技術通過在噴涂設備內的內部混合和破碎流體而為涂覆和其他噴涂應用提供了一種精細噴涂方法。這種內部的混合和破碎是靠流體通過可包括急轉彎，突然擴張或收縮，或其他混合誘導流動通道的一或多條變化幾何結構的通道來實現的。例如，本技術可使流體穿過或繞過具有一個或多個削角邊或斜角邊，多條內部通路，和變化幾何結構的改進型針閥流動。而且，本技術還可提供具有一條或多條延伸于期間以促進流體混合和破碎的受約束通道的流通屏障，例如流體通路中的阻斷物。例如，流通屏障可誘導流通屏障和改進型針閥之間的混合膛內的流體混合。流通屏障也可以從一條或多條受約束通道中生成流體射流，使流體射流撞擊某個表面或相互撞擊時破碎流體中的散粒/細絲。本技術也可以通過改變流體射流中的撞擊角和速度，改變流動通道的幾何結構，改進針閥的結構，和改變產生噴射的噴射形成機構，為特定流體和噴涂用途而優化其內部混合和破碎。
圖1是說明包括用來給目標物14實施所需噴涂的噴涂設備12的示例性噴涂系統10的工藝流程圖。噴涂設備12可與諸如流體供給源16，空氣供給源18，和控制系統20的多種供應和控制系統耦合。控制系統20方便了流體和空氣供應源16和18的控制并確保噴涂設備12在目標物14上提供可接受質量的噴涂。例如，控制系統20可包括自動化系統22，定位系統24，流體供應控制器26，空氣供應控制器28，計算機系統30，和用戶界面32。控制系統20還可與便利目標物14相對于噴涂設備12的運動的定位系統34相耦合。相應地，噴涂系統10可提供受計算機控制的涂料流體混合，流體與空氣流的流速，和噴涂式樣。此外，定位系統34可包括受控制系統20控制的機器人臂，使噴涂設備12能以均勻和有效的方式覆蓋目標物14的整個表面。
圖1的噴涂系統10可適用于各種各樣的用途、流體、目標物、和噴涂設備12的類型/構造。例如，用戶可在包括應用于諸如金屬和木材等各種材料的不同涂料流體類型、顏色、紋理和特性的許多不同涂料流體42中選擇所需的流體40。用戶還可在諸如不同材料和產品類型的各種不同物件38中選擇所需的物件36。如下面將詳細討論的，噴涂設備12也可以包括多種不同的組件和噴霧形成機構，以適應用戶所選擇的目標物14和流體供應16。例如，噴涂設備12可包括空氣霧化器，旋轉霧化器，靜電霧化器，或任何其他合適的噴霧形成機構。
圖2是用來在目標物14上形成所需噴涂層的示例性噴涂過程100的流程圖。如圖所示，過程100以確定要噴涂所需流體的目標物14(框102)開始。過程100隨后行進至選擇將噴涂到目標物14噴涂表面的所需流體40(框104)。用戶隨后可為已確定的目標物14和選中的流體40配置噴涂設備12(框106)。隨用戶配置噴涂設備12后，過程又行進至生成所選流體40的霧狀噴射(框108)。用戶隨后可將霧化噴射涂覆在目標物14的所需表面上(框110)。過程100隨后行進至凝固/干燥涂覆于所需表面的涂層(框112)。如果用戶在詢問框114處要求所選流體40的附加涂覆，則過程100隨后行進過框108、110和112，以提供所選流體40的又一次涂覆。如果在詢問框114處用戶不想要所選流體的附加涂覆，則過程100行進至詢問框116，以確定用戶是否想要一種新流體的涂層。如果用戶在詢問框116處希望要一種新流體的涂層，則過程100進入使用新選中的流體來噴涂的框104-114。如果用戶在詢問框116處不想要新流體的涂層，則過程100在框118處結束。
圖3是說明噴涂設備12的一種示例性實施方案的側視剖面圖。如圖所示，噴涂設備12包括與本體202耦合的噴射噴嘴組件200。噴嘴組件200包括流體輸送噴嘴組件204，它可以是可拆卸插入在本體202的接受孔206中。例如，有很多不同類型的噴涂設備都可以配置成接受和使用流體輸送噴嘴組件204。噴射噴嘴組件200還包括與流體輸送噴嘴組件204耦合的噴霧形成組件208。噴霧形成組件208還包括多種噴霧形成機構，如空氣，旋轉和靜電霧化機構。但是，圖中所示噴霧形成組件208包括一個空氣霧化罩210，它是通過固定螺母212可拆卸地固定在本體202上的。空氣霧化罩210包括多個空氣霧化孔，例如中心霧化孔214環繞著流體輸送噴嘴組件204的流體噴嘴出口216布置。空氣霧化罩210還可以有一個或多個噴霧成形孔，例如噴霧成形孔218，220，222，和224，它們迫使噴霧形成所需的噴射式樣(例如，平噴射)。噴霧形成組件208也可包括多種其他的霧化機構，以提供所需的噴射式樣和液滴分布。
噴涂設備12的本體202包括用于噴射噴嘴組件200的多種控制和供應機構。如圖所示，本體202包括流體輸送組件226，它有從流體入口接頭230延伸至流體輸送噴嘴組件204的流體通道228。流體輸送組件226還包括流體閥組件232，以控制通過流體通道228并到達流體輸送噴嘴組件204的流體流量。所示流體閥組件232有一個在流體輸送噴嘴組件204和流體閥調節器236之間可活動地穿過本體202的針閥234。流體閥調節器236可貼著布置在針閥234的后段240和流體閥調節器236的內部242之間的彈簧238旋轉調節。針閥234還與扳機244耦合，使針閥234在扳機244繞樞軸關節246逆時針旋轉時向內移動而遠離流體輸送噴嘴組件204。然而，任何合適的可向內或向外打開的閥組件都可在本技術范疇內使用。流體閥組件232還可包括多種襯墊和密封組件，例如布置在針閥234和本體202之間的襯墊組件248。
空氣供應組件250也布置在本體202內以促進噴霧形成組件208處的霧化。圖中所示空氣供應組件250通過空氣通道254和256從空氣入口接頭252延伸至空氣霧化罩210。空氣供應組件250還包括多種密封組件，空氣閥組件，和空氣閥調節器，以保持和調節通過噴涂設備12的空氣壓力和流量。例如，圖中所示空氣供應組件250包括與扳機244耦合的空氣閥組件258，這樣，扳機244繞樞軸關節246的旋轉將打開空氣閥組件258，允許空氣從空氣通道254流至空氣通道256。空氣供應組件250還包括與針桿262耦合的空氣閥調節器260，這樣，針桿262可通過空氣閥調節器260的旋轉而運動，以調節流至空氣霧化罩210的空氣流量。如圖中所示，扳機244是與流體閥組件232和空氣閥組件258二者耦合的，這樣，當扳機244被拉向本體202的手柄264時，流體和空氣同時流向噴射噴嘴組件200。一旦開始工作，噴涂設備12就形成所需噴涂式樣和液滴分布的霧化噴射。再說一遍，所示噴涂設備12只是本技術的一種示例性設備。任何合適的噴涂設備類型或構造都可受益于本發明的獨特流體混合，散粒破碎，和精細的霧化特性。
圖4是流體輸送噴嘴組件204的側視剖面圖。如圖所示，流體輸送噴嘴組件204包括布置在外殼272中心通道270內的流體破碎段266和流體混合段268，外殼272可拆卸地插入本體202的接受孔206中。在流體破碎段266的下游，中心通道270延伸入流體噴嘴出口通道274中，通道274有一收縮段276，緊隨其后是毗鄰流體噴嘴出口216的等截面段278。任何其他合適的流體噴嘴出口幾何形狀也在本技術范疇之內。在流體破碎段266和流體混合段268的上游，針閥234控制著流入并通過流體輸送噴嘴組件204的流體流量。如圖所示，針閥234包括針桿頂端280，它有一個可移動密封地貼著流體混合段268的貼合面284的貼合面282。相應地，當用戶扳動扳機244時，針閥234向里運動而離開貼合面284，如箭頭286所示。所需流體隨后流過流體輸送噴嘴組件204并流出流體噴嘴出口216，通過噴霧形成組件208而形成所需噴霧。
如下面將進一步詳細說明的，流體破碎和混合段266和268構造成可促進所需流體在通過流體噴嘴出口216噴出之前的流體中散粒/細絲的混合和破碎。相應地，本技術可利用各種結構，通道，角度，和幾何形狀，在借助于噴霧形成組件208的外部霧化之前，促進流體在流體輸送噴嘴組件204內的混合和散粒破碎。在這個實施方案中，流體混合段268有一個毗鄰針桿頂端280的削角邊290布置的混合腔288，這樣，流過削角邊290的流體被引導到混合腔288中進行混合。由于針桿頂端280周圍的流體流動和混合腔內基本上被阻斷的流體之間的流速差別，造成混合腔288內較強的流體混合。此外，削角邊290提供了流體高，低流速之間較急劇的界面，因而促進了流體流內的紊流和旋渦結構。任何其他合適的混合導引結構也在本技術范疇之內。
混合腔288通過一條或多條流體通道延伸至并穿過流體破碎段266。如圖所示，流體破碎段266包括與混合腔288耦合的擴散通行段292，與擴散通行段292耦合的收縮通行段294，和位于收縮通行段294下游的流體撞擊區296。擴散通行段292包括布置在擴散和收縮通行段292和294之間從混合腔288朝環形通道306向外擴張的通道298，300，302，和304。收縮通行段294包括從環形通道306朝流體撞擊區296向內收縮的通道308，310，312和314。作業期間，所需流體流經中心通道270，穿過混合腔288，穿過擴散通行段292的通道298-304，穿過收縮通行段294的通道308-314，并在流體束彼此朝向地收縮時進入流體撞擊區296，穿過流體噴嘴出口通道274，并穿出流體噴嘴出口216，相應地如箭頭316，318，320，324，326和328所示。如下面將進一步詳細討論的，流體破碎段266可以有向某一表面或彼此朝向引導的任何合適構造的通道，使流體以一種造成流體中的散粒/細絲破碎的方式相互碰撞/撞擊。
圖5是流體輸送噴嘴組件204的側面部分剖視圖，它進一步說明了針閥234，流體混合段268，和擴散通行段292。如圖所示，所需流體圍繞針桿頂端280流動并打旋通過削角邊290，相應如箭頭316和330所示。相應地，針桿頂端280的削角邊290導致流體在針閥234的下游混合。例如，削角邊290可促進在流體混合段268內的湍流和流體破碎。應指出的是，混合段268可借助于任何合適的急劇或削角邊結構，突然擴張或收縮的通道，或可產生導致流體混合的速度差的任何其他機構來引發流體的混合。流體流入流體混合段268后，流體與具有向垂直表面336延伸的傾斜表面334的液流屏障332相撞擊。液流屏障332將流體流的很大一部分反射回流體混合段268內，造成流體流在混合段268內的打旋和廣泛地混合，如箭頭338所示。混合后的流體隨后經通道298，300，302和304從流體混合段268流入流體破碎段266，如箭頭320所示。如圖所示，通道298-304的幾何尺寸比混合腔288小。這種突然收縮的流動幾何形狀有效地減慢了流體混合段268內的流速并強制流體在向前移動通過流體破碎段266之前進行混合。突然收縮的流動幾何形狀也加快了流體通過破碎段266的流速，因而形成流向撞擊區的所期望的較高速度的流體射流。
圖6是圖4所示流體混合段268的正面剖面圖。如上所述，流體流入混合段268并撞擊液流屏障332，如箭頭318所示。雖然流體的一部分會直接進入通道300-304，但流體的相當大部分會撞擊圍繞通道300-304的液流屏障332的傾斜和垂直表面334和336。相應地，液流屏障332反射和減緩了流體流，這樣，流體在流體混合段268內進行混合。流體的混合也受到釘閥234的幾何形狀的誘發。例如，削角邊290造成的速度差促進了進入流體混合段268的流體和基本上被阻斷在流體混合段268內的流體之間的流體混合。由液流屏障332和削角邊290所誘發的混合保障了所需流體更為均勻的混合，同時還破碎了流體中的散粒。再次聲明，任何合適的混合——誘發幾何形狀都在本技術的范疇之內。
圖7是圖5中的流體混合段268如圖6所示轉45°后的側視部分剖面圖。在液流屏障332的所示朝向中，可以看到，流體的相當大部分并未直接流入通道300-304，而是撞擊液流屏障332并從其反彈出來，如箭頭338所示。相應地，流體在混合段268內混合和破碎成更均勻的混合物。還應指出的是，本技術可以有適合于混合腔288，液流屏障332和針桿頂端280的任何尺寸，幾何形狀，或結構。例如，可以選擇流體混合段268內的特定角度和流量，以促進適用于特定流體和噴涂用途的流體混合和破碎。某些流體特性，如粘帶性和流體散粒等級，可能要求一定的流速，通道尺寸，和其他特殊結構，以確保通過噴涂設備12得到最佳的流體混合和破碎。
圖8是環形通道306的部分剖面正視圖，它展示了借助于擴散和收縮段292和294在進入環形通道306的和從其中出來的通道之間的流體流動情況。如上所述，流體通過擴散通行段292的通道298-304從流體混合段268流至環形通道306。相對于通道300-304的受約束幾何形狀而言，環形通道306對流體流動基本上是順暢和不受約束的。相應地，環形通道306使流體的流動趨于一致和基本均衡，如箭頭304所示。基本均衡的流體流隨后進入收縮通行段294的通道308-314，在這里，流體流被向里朝流體撞擊區296引導。應該指出，本技術可以有處于擴散和收縮通行段292和294之間的任何合適形式的中間區。相應地，通道298-304可以是與通道308-314分離的，或者，可以借助于任何合適的界面與通道308-314耦合在一起。本技術也可以利用任意所需數量的通道來穿過擴散和收縮段292和294。例如，可以只有一條通道穿過擴散通行段292，而穿過收縮通行段294的則有一條或多條通道。
圖9是流體破碎段266的側視部分剖面圖，它展示了收縮通行段294和流體撞擊區296。如圖所示，流體流經收縮通行段294的通道308-314向里朝向流體撞擊區296，使流體以所需角度碰撞。例如，通道308-314可以相對于流體破碎段266的中心線346的撞擊角344朝向撞擊點342。撞擊角344可以在特定流體，所需噴涂性質，所需噴涂用途，和各種其他因素的基礎上作出選擇，使流體的破碎最優化。所選定的撞擊角344，通道308-314的幾何形狀和其他應用中的特定因素綜合在一起，使流體撞擊區296內的碰撞和流體散粒/細絲的破碎達到最優化。例如，在某些應用中，撞擊角可在25°-45°范圍內。在某些木料噴涂應用，和很多其他應用中，可選擇大約為37°的撞擊角來優化流體散粒的破碎。如果液束是如圖9所示彼此對著撞擊的，則從通道308-314中流出的流束間的撞擊角可在50°-90°范圍內。此外，對某些噴涂應用來說，液束間大約為74°的撞擊角可能是有利的。然而，本技術可選擇和應用各式各樣的撞擊角和液流通道幾何形狀來優化流體的混合和破碎。流體撞擊區296也可以布置在收縮通行段294的凹進部分，如錐形腔348內。
圖10是說明流體破碎段266的另一種實施方案的流體輸送噴嘴組件204的部分剖面側視圖。如圖所示，流體破碎段266包括毗鄰環形分隔體350的擴散通行段292，但沒有收縮通行段294。相應地，在針閥234的開啟狀態下，流體流經針桿頂端280，穿過流體混合段268，穿過擴散通行段292的通道298-304，以撞擊角352碰撞環形分隔體350的內部，穿過環形分隔體350內的中心通道270，并從流體噴嘴出口通道274穿出，相應地如箭頭316，318，320，354和326所示。在這個實施方案中，撞擊的液束是從擴散通行段292的通道298-304，而不是從收縮通行段294的通道308-314射出的。這些較高速度的液束隨后撞擊某個表面(例如，環形分隔體350的內部)，而不是相互撞擊。而且，撞擊角352是可以在流體特性和其他因素的基礎上選擇，以促進流體中散粒/細絲的破碎的。相應地，取決于具體用途，撞擊角352可處于任何合適的范圍內。例如，可以對某特定涂料流體，例如木料著色劑，和特定的噴涂應用選擇特定的撞擊角352，以優化流體的破碎。如上所述，撞擊角352可以在25°-45°范圍內或對某些特定用途，為大約37°。還應指出的是，本技術可利用任意一個或多個流束撞擊表面，例如圖10中所示的表面。例如，單個撞擊液束可被引向環形分隔體350的一個表面。流體破碎段266也可以有多條流體液束被導引至彼此相對，或被導引至環形分隔體350內表面上的一個或多個共用點。
如上面已指出的，噴涂設備12可以有各種不同的閥組件232，以促進流體輸送噴嘴組件204中的流體混合和破碎。例如，可以在針閥234的上面或內部形成一個或多個混合誘發通道或結構。圖11-15給出了若干示例性針閥，它們可以增強流體混合段268的流體混合。
圖11是展示了針閥234和流體破碎和混合段266和268的另一種實施方案的流體輸送噴嘴組件204的剖面側視圖。所示流體破碎段266有收縮通行段294，但沒有擴散通行段292。此外，所示流體混合段268有在環形混合腔358內的垂直液流屏障356，而沒有圖4中所示的多傾角混合腔288。環形腔358還有一個臺階部分360，它是用來與針閥234密封嚙合至閉合位置的。所示針閥234還有一鈍端362，以促進流體混合段268內的混合。在針閥234的開啟狀態下，流體繞針閥234流動，經過鈍端362，進入收縮通行段294的通道308-314，并向流體撞擊區296內的撞擊點向里收縮，相應地如箭頭364，366，322和324所示。在流體混合段268中，針閥234的鈍端362促進了流體的紊流和廣泛的混合，如箭頭366所示。液流屏障356還促進了液流屏障356和針閥234的鈍端362間流體混合段268內的流體混合。此外，液流屏障356還限制流體流入通道308-314的受約束幾何結構中，因而形成了射入流體撞擊區296的較高速液束。而且，這些液束和通道308-314的撞擊角344是可為特定流體和用途而選擇以促進流體破碎的。例如，某特定流體可能在某特定的碰撞/撞擊角和速度下破碎更為有效，例如，相對于中心線346大約為37°的角度。
圖12是展示針閥234和流體破碎和混合段266和268的又一種實施方案的流體輸送噴嘴組件204的剖面側視圖。如圖所示，流體破碎段266有一收縮通行段368，它有多條從流體混合區268向錐形腔372收縮延伸的通道370。流體混合段268包括位于針閥234的鈍端376和形成于收縮通行段368入口側的垂直液流屏障378之間的環形腔374。環形腔374有可貼靠于針閥234密封于關閉狀態的一臺階部分380。在這個實施方案中，針閥234有可移動延伸穿過收縮通行段368的中心通道384的軸桿382。在收縮通行段368的下游側，針閥234有一個從軸桿382向外延伸的楔形頭386。楔形頭386可定位于錐形腔372的撞擊區388內。相應地，在針閥234的開啟狀態下，流體沿針閥234流動，在旋轉運動中通過鈍端376，穿過撞擊路徑中的通道370朝向楔形頭386，并穿出流體噴嘴出口通道274，相應地如箭頭364，366，390和326所示。
運行期間，鈍端376和垂直液流屏障378促進了流體混合段268內的流體混合和破碎。再往下游，從通道370射出的液束撞擊楔形頭386，以促進流體中流體散粒/細絲的破碎。而且，液束與楔形頭386的特定撞擊角度是可以在流體特性和所需噴涂用途的基礎上選擇的。此外，通道370的特定尺寸和形狀也可以選擇，以獲得所需的液束速度。軸桿382和頭386的形狀和結構也可在本技術的范疇內予以修改。例如，頭386的撞擊邊可以是圓盤形，楔形的，有一條或多條受約束通道延伸穿過，或者，頭386可以是空心消聲器狀的。軸桿382可以是實心結構，空心結構，多軸結構，或任何其他合適的構造。
圖13是展示針閥234另一種實施方案的流體輸送噴嘴組件204的剖面側視圖。如圖所示，流體輸送噴嘴組件204包括毗鄰收縮通行段294的流體破碎段266，但沒有擴散通行段266。然而，圖13中所示的另一種針閥234可與任何構造的流體破碎段266和流體混合段268一起使用。在這個實施方案中，流體混合段268包括布置在針閥234和收縮通行段294入口側的垂直液流屏障394之間的環形混合腔392。所示針閥234包括帶中央通道398和多個入口和出口的空心軸桿396。例如，空心軸桿396有多個橫向入口400和一個中央出口402，當流體流過入口和出口400和402時，它促進了流體的混合。如圖所示，入口400和出口402形成了液流路徑中的突然收縮和擴張，這樣，就在口400和402的下游形成了環形渦流和誘發了流體的混合。
運行期間，針閥234通過將閥頭404貼靠在垂直液流屏障394上而關斷液流，使流體不能進入通道308-314。針閥234通過將空心軸桿396從垂直液流屏障394向外移動而開啟液流，于是允許流體流過通道308-314。相應地，在開啟狀態下，流體圍繞空心軸桿396流動，進入并穿過口400，穿過中央通道398，穿出口402并進入流體混合段268，在急劇擴張區旋轉通過口402，穿過通道308-314，收縮地進入撞擊區296，并穿出流體噴嘴出口通道274，相應地如箭頭406，408，410，412，322，324和326所示。正如前面已指出的，通道突然受阻和擴張的幾何形狀和穿過空心軸桿396的出入口促進了流體混合進入流體混合段268，而這又在流體進入收縮通行段294之前進一步混合了流體。由于流體在通過通道308-314時受到阻力而提高了流速，因此，促進了流體撞擊區296內較高速度的流體碰撞。雖然圖13中給出了特定的液流通道和幾何形狀，但本技術可使用通過針閥234和破碎與混合段266和268的任何合適的液流幾何形狀和通道，來促進霧化前的流體混合和破碎。
圖14是展示另一種多部件針閥234的流體輸送噴嘴組件204的剖面側視圖。所示針閥234包括通過連接件418與針頭段416結合的針體段414，連接件418可包括外螺紋件或任何其他適用的固定件。針體段414可用不銹鋼，鋁或任何其他適用的材料制造，而針頭段416則可用塑料，金屬，陶瓷，Delrin，或任何其他適用的材料制造。此外，針頭段416也可以用另一種針頭段來替代，以適應流體輸送噴嘴組件204的另一種構造或在明顯磨損后對針閥234進行修整。還應指出的是，圖14中所示針閥234可與任何形狀的流體破碎段266和混合段268一起使用。相應地，所示流體破碎段266可包括擴散或收縮通行段292和294中的任一個或二個或任何其他合適的流體混合和破碎構造。而且，流體破碎段266中的撞擊角可為適應特定涂料流體和噴涂應用而選擇。
圖15是展示針閥234和流體破碎和混合段266和268的另一種實施方案的流體輸送噴嘴組件204的剖面側視圖。如圖所示，流體破碎段266包括收縮通行段420，而流體混合段268則有處于收縮通行段420和針閥234之間的楔形混合腔422。收縮通行段420有多條從梆形混合腔422中的垂直液流屏障426向毗鄰流體噴嘴出口通道274的流體撞擊區428收縮延伸的通道424。針閥234通過從楔形混合腔422向里和向外移動針頭280，來控制流過流體輸送噴嘴組件204的流體流量。
運行期間，流體圍繞針頭280流動，混合地經過鈍邊290，穿過楔形混合腔422并撞擊垂直流體屏障426，穿過通道424，在流體撞擊區428中相互而對向里收縮，并穿出流體噴嘴出口通道274，相應地如箭頭430，432，434，436，438，和326所示。借助于在速度差基礎上誘發的打旋/混合，鈍邊290促進了流體在混合中通過針頭280。混合進一步受基本上阻斷了流體流動并在垂直液流屏障426和鈍邊290之間誘發流體混合的垂直液流屏障426和楔形混合腔422的誘發。收縮通行段420通過限制流體流入通道424而進一步混合和破碎流體，借此提高了液流速度，并強迫流體以液束狀態射出，在流體撞擊區428中相互撞擊。液束在流體撞擊區428內的撞擊又迫使流體中的散粒/細絲在被噴霧形成組件208霧化之前破碎成更細的粒子。再有，本技術可在本技術范疇內選擇任何合適的撞擊角。
圖16是說明示例性噴涂過程500的流程圖。如圖所示，過程500從確定要噴涂的目標物開始(框502)。例如，目標物可包括諸如木質或金屬家具，座艙，汽車，生活用品等的各種材料和產品。過程500隨后行進至選擇用來涂覆在目標物噴涂表面上的所需流體(框504)。例如，所需流體可包括底劑，油漆，著色劑，或其他各種適用于木料，金屬或目標物的任何其他材料的流體。過程隨后行進至選擇將所需流體涂覆至目標物上的噴涂設備(框506)。例如，某特定類型和構造的噴涂設備可能在將所需流體噴涂到目標物上時更為有效。噴涂設備可以是旋轉霧化器，靜電霧化器，空氣噴射霧化器，或任何其他合適的霧化設備。過程500隨后行進至選擇內部流體混合/破碎段以促進散粒/細絲的破碎(框508)。例如，過程500可選擇已在參照圖3-15的基礎上討論過的各種閥組件，擴散通行段，收縮通行段，和流體混合段中的任何一種或一種組合。過程500隨后行進至配置帶有已為目標物和所選流體選擇的一個或多個混合/破碎段的噴涂設備(框510)。例如，選定的混合/破碎段可布置在空氣霧化型噴涂設備或任何其他合適的噴涂設備內。
過程500配置就緒可投入運行后，過程500行進至在目標物上定位噴涂設備(框512)。過程500也可利用定位系統來方便噴涂設備相對于目標物的運動，這在前面已參照圖1討論過。過程500隨后行進至啟動噴涂設備(框514)。例如，使用者可拉動扳機244或控制系統20可自動投入噴涂設備。噴涂設備在框514處啟動后，過程500在框516處將選定的流體送入噴涂設備中，并在框518處在混合/破碎段中破碎流體散粒。相應地，過程500在真正形成噴霧之前，在噴涂設備內加工細化被選流體。在框520處，過程500形成具有更小散粒/細絲的精細噴霧。過程500隨后行進至將精細噴霧噴涂到目標物的噴涂表面上(框522)。在框524處，過程500凝固/干燥已涂覆在目標物噴涂表面上的涂層。相應地，噴涂過程500在框526處產生精細噴涂。這種精細噴涂的特征可以是精細和較均勻的紋理和顏色分布，減少的斑點效應，和噴涂層內的其他各種精致特性。
圖17是描述示例性流體破碎和噴霧形成過程600的流程圖。過程600以在一個或多個鈍性/傾斜結構和/或流體閥的通道處促使所選流體的混合開始(框602)。例如，過程600可使所選流體穿過或圍繞前面結合圖3-15描述的針閥234中的任何一種流動。任何具有鈍性/傾斜結構/通道的其他合適的空心或實心流體閥也可在本技術范疇內應用。過程600隨后行進至在液流屏障處限制所選流體的流通(框604)。例如，某垂直或傾斜表面可部分或完全跨過噴涂設備的液流通道延伸。過程600隨后行進至加速所選流體通過穿越液流屏障延伸的受約束通道的流動(框606)。在框608處，過程形成從受約束通道射出的一或多束撞擊著的流體束。過程600隨后行進至在撞擊流體束下游的流體撞擊區處破碎所選流體中的散粒/細絲(框610)。例如，一或多束撞擊流體束可以某種選定為可促進散粒/細絲破碎的角度被引導至對方或被引導至一或多個表面。過程600在完成所選流體中的混合和破碎散粒/細絲后，在框612處，流體從噴涂設備射出。過程600隨后行進至將從噴涂設備射出的流體霧化成所需的噴涂式樣(框614)。過程600可利用任何合適的噴霧形成機構來霧化所選流體，包括旋轉霧化機構，空氣射流霧化機構，靜電機構和其他各種合適的噴霧形成技術。
雖然本發明有各種更改和其他形式，作為示例在附圖中和前面詳細描述的則是幾種具體的實施方案。然而，應理解的是，本發明并無限制于所披露的特定形式之意圖。相反，本發明意在涵蓋由下面權利要求書所限定的本發明的精神和范圍內的所有更改，等價物和替代物。
權利要求
1.一種噴涂設備，包括流體輸送組件(226)，它包括毗鄰流體出口(274)上游的流體破碎結構(266)布置的混合誘發閥組件(232)；和與流體輸送組件耦合的噴霧形成組件(208)。
2.權利要求1的噴涂設備，其中，混合誘發閥組件包括至少一個可布置在流體輸送組件的流體流動區內的鈍角邊(290)。
3.權利要求1的噴涂設備，其中，混合誘發閥組件包括一鈍角傾斜結構(290)。
4.權利要求3的噴涂設備，其中，鈍角傾斜結構(290)是毗鄰跨過流體輸送組件的中心流體通道(270)延伸的橫向表面。
5.權利要求1的噴涂設備，其中，混合誘發閥組件包括具有至少一條中心通道(398)和至少一個鈍角邊出口的空心結構(396)。
6.權利要求1的噴涂設備，其中，混合誘發閥組件包括具有至少一條中心通道(398)和至少一個橫向孔(400，402)的空心結構(396)。
7.權利要求1的噴涂設備，其中，混合誘發閥組件是可向里開啟的。
8.權利要求1的噴涂設備，其中，混合誘發閥組件是可在流體輸送組件內向外開啟的。
9.權利要求1的噴涂設備，其中，流體破碎結構(266)包括一流體撞擊結構(296)。
10.權利要求1的噴涂設備，其中，噴霧形成組件(208)包括至少一個流體霧化孔。
全文摘要
本技術提供了一種在噴涂設備的噴霧形成段處形成霧化之前通過內部混合和破碎所需涂料流體而改進噴涂設備中的霧化的系統和方法。本技術的一種示例性噴涂設備有一個毗鄰噴霧形成出口上游的流體屏障布置的混合誘發閥。該混合誘發閥可以有各種鈍角/傾斜結構和內部通道以促進流體的混合。該混合誘發閥還可與流體屏障相互作用，以增強流體的混合和破碎。本噴涂設備的一種實施方案有一內部流體破碎段，例如撞擊射流段，毗鄰于混合誘發閥。所形成的涂層具有精細的特性，例如，斑點較少。
文檔編號B05B1/34GK1485143SQ0315367
公開日2004年3月31日 申請日期2003年8月19日 優先權日2002年8月19日
發明者R· 米歇爾，保羅, 米歇爾，保羅 R 申請人:伊利諾斯器械工程公司