一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于植保领域的扇形喷雾装置，更具体地说，涉及一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置。

背景技术：

农林生产经常用生物学防治效果和物理性指标来衡量药液喷雾质量效果。其中，生物学防治效果是指农药在喷施后所能达到的对病虫害的控制程度(如害虫致死率)，而物理性指标主要表现在雾滴的尺寸参数方面。生物最佳粒径理论(biologicaloptimumdropletsize，bods)认为，不同生物靶标所捕获的雾滴粒径尺寸范围是不相同的，而大小不同的雾滴在不同生物体上的沉积量也是不相同的，二者之间存在一定关系，靶标捕获的雾滴数量只有在最佳粒径范围内才能最多，获得最佳的防治效果。在植保机械中，雾滴尺寸参数是决定其性能的最重要指标之一，随着人们对雾滴尺寸影响喷雾性能的不断深入了解及雾滴飘移等对环境产生影响的极大关注，关于如何控制雾滴尺寸大小(或雾滴谱范围)、雾滴粒径均匀性的技术研究正越来越被重视。

传统的扇形喷头形成射流是靠药液与空气之间相对速度来形成液流破碎，进而得到线形的液滴，在喷雾作业时(尤其在果园喷雾)存在的雾滴谱较宽、粒径均匀性较差等不足，扇形喷头喷雾扇形面内不同位置处的雾滴粒径是不相同的，呈现接近于u形分布的中间雾滴粒径小而两侧雾滴粒径偏大的情况，这就造成喷杆式喷雾机相邻两喷头扇形边缘叠合区的雾滴比未叠合区的扇面中心区域的雾滴大很多，各喷头喷雾扇形面叠合后的雾滴粒径分布不均匀，导致同一高度水平方向上各点处的雾滴在靶标上的沉积行为和防治效果存在很大差异。

撞击流理论的基本结构和原理如图1所示，其作为一种较为新颖的技术研究方法，近些年一直是化学工程研究的重点热点之一，具有实现强化相间传递、促进微观混合和压力波动等一系列优越的特性。由于两射流撞击能一定程度上使液滴群粒径均化，获得聚拢较窄的液滴粒径分布形态，撞击越强烈则液滴粒径均化效果则越好，这种方法在碰撞式喷雾方法中也称为水流互击。例如中国专利号zl200680017160.0记载的“通过流体流相互撞击的流体雾化法”提出：引导增压流体通过一个或多个出口，每一个出口都具有定向，以便从一个或多个出口排出的流体在离一个或多个出口一段距离处撞击，已提供流体的雾化。该雾化可被用于内燃机的排气系统中。又如中国专利号zl201210028971.8记载的“清洗设备”提出：通过流体喷射流以高相对速度撞击障碍物实现雾化，障碍物可以是移动的或者静止的固态物体或者至少一个另外的液体喷射流，主要用于产品的雾化清洗。

尽管撞击流理论在流体雾化方面已有应用，但由于植保喷雾具有工作区域覆盖大、喷雾高度高等要求，因此在植保喷雾装置中应用撞击流理论来控制药液雾滴尺寸和改善雾滴粒径均匀性还有诸多技术难点需要克服。撞击流理论在植保喷雾领域中的应用也尚未有所相关文献记载。

技术实现要素：

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有植保喷雾装置存在雾滴谱较宽、粒径均匀性较差而导致不同区域雾滴在靶标上的沉积行为和防治效果存在很大差异的不足，提供一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，采用本实用新型的技术方案，在一个喷头或雾化装置内实现两股扇形射流，两股扇形射流在喷头终端出液口附近以一定夹角相向高速流动并撞击破裂成形状各异的离散状团块，形成雾滴粒径大小均匀的扇面状喷雾，测试发现雾滴分布较集中，横向沉积分布接近或者达到马鞍形分布形态，具有雾滴谱较窄和粒径均匀性较好的特点，且喷雾扇形面内雾滴粒径呈现中间较大且均匀两侧偏小的特点，使得相邻两喷雾扇形边缘叠合区的较小雾滴会结合或并聚成大一些的雾滴，使其接近或达到中间区域的雾滴直径，可改善喷杆式喷雾机雾滴粒径分布的不均匀性；另外，相对于现有单孔扇形喷头，基于撞击流理论的扇形喷雾装置，其雾滴粒径较大且具有一定速度，具有更好抗飘性能和穿透能力。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，包括喷头、连接管、喷管和调压阀，所述的喷头通过连接管连接喷管，所述的调压阀设于喷管上，所述的喷头包括喷头基座和两组喷嘴组件，两组喷嘴组件相靠近且以一定夹角安装于喷头基座上，所述的喷嘴组件包括喷芯、密封垫、微量控制阀体和微量调节阀，所述的喷芯定位安装于喷头基座的安装孔内或一体成型于喷头基座上，所述的微量控制阀体安装于喷头基座上，并与喷芯之间通过密封垫密封配合，所述的微量调节阀安装于微量控制阀体上；两组喷嘴组件的微量控制阀体分别通过连接管与喷管相连接，两组喷嘴组件的喷芯喷嘴口以一定夹角相对设置，且两组喷嘴组件的喷射轴线相交形成的平面与两个喷芯的喷嘴口开口方向相垂直。

更进一步地，两组所述的喷嘴组件的喷芯喷嘴口的射流夹角为25～45°。

更进一步地，两组所述的喷嘴组件的喷芯喷嘴口的射流夹角为30～40°。

更进一步地，所述的喷头基座上设有两个安装孔，所述的喷芯定位安装于喷头基座的安装孔内，两个安装孔内均设有安装基准，所述的喷芯的外侧设有配合基准面，所述的喷芯通过配合基准面与安装孔内的安装基准定位配合安装。

更进一步地，所述的喷头基座的顶部设有两个呈一定夹角设置的斜切面，所述的安装孔开设于该斜切面上。

更进一步地，所述的喷头基座的底部还设有两条与对应侧喷芯的喷嘴口相对应的切槽角。

更进一步地，所述的微量调节阀包括阀芯杆、细牙外螺纹和限位基准，所述的细牙外螺纹设于阀芯杆的一端，用于与微量控制阀体侧壁上的阀孔螺纹连接，所述的限位基准设于细牙外螺纹的外侧端部，并在限位基准的外侧还设有调节钮，所述的限位基准与微量控制阀体侧壁上的阀孔之间还设有调节阀密封圈。

更进一步地，所述的连接管与喷管之间、连接管与微量控制阀体之间均采用卡箍相连接。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，与现有的扇形喷头相比，通过在一个喷头或雾化装置内实现两股扇形射流，两股扇形射流在喷头终端出液口附近以一定夹角相向高速流动并撞击，两股扇形射流在撞击面相互碰撞破裂成形状各异的离散状团块而形成雾滴粒径大小均匀的扇面状喷雾；测试发现，雾滴分布较集中，横向沉积分布接近或者达到马鞍形分布形态，具有雾滴谱较窄和粒径均匀性较好的特点，且喷雾扇形面内雾滴粒径呈现中间较大且均匀两侧偏小的特点，使得相邻两喷雾扇形边缘叠合区的较小雾滴会结合或并聚成大一些的雾滴，使其接近或达到中间区域的雾滴直径，可改善喷杆式喷雾机雾滴粒径分布的不均匀性；另外，相对于现有单孔扇形喷头，基于撞击流理论的扇形喷雾雾滴粒径较大且具有一定速度，具有更好抗飘性能和穿透能力；

(2)本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，其两组喷嘴组件的喷芯喷嘴口的射流夹角为25～45°，优选30～40°，具有更好的雾滴粒径均匀性且雾滴质量较好，接近30°时雾滴粒径在整个喷雾场内的均匀一致性较好(例如在工作区域高度300～500mm范围内)，接近40°时在不同位置高度雾滴粒径会有比较显著的变化，有利于在喷雾场内某一高度对雾滴粒径进行精准控制；

(3)本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，其包括喷头、连接管、喷管和调压阀，喷头包括喷头基座和以一定夹角安装于喷头基座上的两组喷嘴组件，喷嘴组件的喷芯定位安装于喷头基座的安装孔内或一体成型于喷头基座上；采用装配式结构，有利于零部件的通用性和可更换性，以适应不同环境要求；采用喷芯一体式结构，减小装配误差，以适用于对喷雾精准性要求更高的情况；同时喷嘴组件具有独立的微量调节阀，可以在一定范围内控制并调节两射流的喷施压力，更精准的控制雾滴粒径；

(4)本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，其喷头基座上设有两个安装孔，喷芯定位安装于喷头基座的安装孔内，两个安装孔内均设有安装基准，喷芯的外侧设有配合基准面，喷芯通过配合基准面与安装孔内的安装基准定位配合安装，喷头的装配精度更高，保证了植保扇形喷雾的精准性要求；

(5)本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，其喷头基座的底部还设有两条与对应侧喷芯的喷嘴口相对应的切槽角，更加利于两股扇形射流的形成和撞击，保证了喷雾扇面具有更宽的覆盖面；另外，喷头基座的顶部设有两个呈一定夹角设置的斜切面，安装孔开设于该斜切面上，便于安装孔的加工，利于保证两组喷嘴组件的装配精度。

附图说明

图1为撞击流理论的基本结构和原理图；

图2为本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置的撞击原理示意图；

图3为图2中a向的撞击原理示意图；

图4为本实用新型中的两股扇形射流撞击分裂雾化过程示意图；

图5为本实用新型中的两股扇形射流撞击分裂雾化模型示意图；

图6为本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置的结构示意图；

图7为本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置中的喷头的拆分结构示意图；

图8为本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置中的喷头基座的结构示意图；

图9为本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置中的喷芯的结构示意图；

图10为本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置中的微量调节阀的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、喷头；1-1、喷头基座；1-1-1、安装基准；1-1-2、内螺纹；1-1-3、切槽角；1-2、喷芯；1-2-1、配合基准面；1-2-2、喷嘴口；1-3、密封垫；1-4、微量控制阀体；1-5、微量调节阀；1-5-1、阀芯杆；1-5-2、细牙外螺纹；1-5-3、限位基准；1-6、调节阀密封圈；2、连接管；3、卡箍；4、喷管；5、调压阀。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图对本实用新型作详细描述。

传统的扇形喷头形成射流是靠药液与空气之间相对速度来形成液流破碎，进而得到线形的液滴。由液滴保持平衡状态原理可知，增大压力(喷雾压力或外部压力)可使液滴直径减小，同时减小喷头终端喷孔出液口直径会使喷出药液形成直线射流。由于喷头(或喷雾装置)内部孔径一般呈现阶梯状逐渐变小，这种结构使得从喷头终端喷孔出液口处流出的液体会形成高速射流。可参考图4，传统扇形喷头所喷出药液在空气中经常会发生以下三个变化过程，即射流、分裂和雾化：

1)在射流区，液流经喷嘴终端喷孔出液口(孔和狭缝)喷出后，液流会在很短距离(很短时间)内受到空气扰动而变成为非常薄的液层，这一区域(称为射流区)的液体被称为未受扰液核；

2)在分裂区，液层在惯性力的作用下会继续发展(运动)，在气-液交界面产生的扰动与外力作用下会横向的切断而产生分裂，这是射流液体的分裂过程(称为分裂区)；

3)在雾化区，产生分裂的液体继续发展(运动)，会在外力剪切作用进一步破裂成细小的液滴，这一过程是喷雾射流形成雾滴的过程(称为雾化区)。在惯性力的作用下，位于雾化区的液滴会继续进行线性运动，在流体动力学中这样线型液滴的轨迹被称为流线，其具有流线形状不随时间变化且流线不能交叉也不能弯折的特点。

上述扇形喷头所喷出药液形成的喷雾射流的液滴粒径分布为中间雾滴粒径小而两侧雾滴粒径偏大的u形分布形态，这样的液滴分布形态存在雾滴谱范围较宽，且在相邻两喷雾扇形边缘叠合时，叠合区的液滴粒径更大，导致液滴分布均匀性较差，同一高度水平方向上各点处的雾滴在靶标上的沉积行为和防治效果存在很大差异。

结合图2至图5所示，本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，在原理上，在一个喷头或雾化装置内实现两股扇形射流，两股扇形射流在喷头终端出液口附近以一定夹角相向高速流动并撞击，且两股扇形射流的喷射轴线相交形成的平面与两股扇形射流的扇形面相垂直，两股扇形射流在撞击面相互碰撞破裂成形状各异的离散状团块而形成雾滴粒径大小均匀的扇面状喷雾。工作原理是：使两股充分加速后的扇形水流在喷头终端出液口处以一定夹角发生撞击，药液从喷嘴终端出液口高速射入空气中，由于两股水流离撞击中心距离较近，射流撞击引起高动量的传递，再加上液体分子是紧密聚集的凝聚状态，射流在撞击时液体之间发生强烈的相互作用，有液体流团或分子之间相互碰撞、剪切、挤压等作用，致使液团或液滴尺寸减小；在各种内外力的相互作用下，液柱会破裂成形状各异的离散状团块，两股扇形射流在撞击后会形成和扇形喷头类似的喷雾扇形面射向靶标。

如图4所示，本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，两股扇形射流撞击雾化同样具有射流区、分裂区和雾化区三个变化过程：

1)在射流区，由于对冲喷头射流撞击雾化是通过一个喷头或雾化装置实现的，两股射流在喷头终端喷孔出液口附近以一定夹角相向高速流动并撞击，两股扇形射流在喷头终端出液口附近很短距离内受到空气扰动而变成非常薄的液层，射流区发生在两股扇形射流离开出液口至射流撞击中心一定距离处，两股扇形射流在射流区不发生撞击；

2)在分裂区，两股扇形射流的液层在惯性力、气-液交界面产生的扰动和外力作用下横向切断而产生分裂，形成第一次雾化，即扰动雾化；同时，两股扇形射流的液层在分裂区相互撞击，由于射流撞击会引起高动量的传递，再加上液体分子是紧密聚集的凝聚状态，撞击时液体之间发生强烈的相互作用，有液体流团和分子之间相互碰撞、剪切、挤压等作用，致使液团(或液滴)尺寸迅速减小，撞击会使扰动雾化产生的大液滴破碎，小液滴相互结合或并聚成大一些的液滴，总体上在撞击区形成趋向一致的均化液滴，形成第二次雾化，即撞击雾化，在撞击雾化过程中，喷射压力越大，撞击越激烈，则流团或液滴均化效果就越明显；并且，由于两股扇形射流相撞击的强烈动量传递和相互作用导致强烈的微观混合和在撞击区产生压力波动，同时射流带动的空气在撞击时也发生振荡，意味着流团或分子之间会发生振动，使得部分能量会转化为振动能，致使分裂区的液滴进一步发生第三次雾化，即振荡雾化，形成分割尺寸均匀的液滴；在分裂区，分别发生了扰动雾化、撞击雾化和振荡雾化三次雾化过程，撞击雾化能够使扰动雾化产生的大小不一的液滴形成趋向一致的均化液滴，并利用撞击作用形成振荡雾化，使得均化的液滴进一步被雾化，对后续雾化区形成良好均匀一致的液滴粒径具有重要影响；

3)在雾化区，趋向一致的均化液滴继续进行线性运动，在气动力、惯性力、粘性力和表面张力等各种力的相互作用下，进一步分裂破碎成细小均匀的液滴，形成喷雾扇形面；喷雾扇形面的运动轨迹与喷射轴线方向形成了一定的夹角，当夹角大于某一角度时，喷雾扇面两侧的液滴运行距离增加，同时受各种力(重力、空气阻力等)作用使液滴尺寸减小，造成喷雾扇形面两侧的液滴尺寸出现偏小的情况，有利于相邻两喷雾扇形边缘叠合区的较小雾滴结合或并聚成大一些的雾滴，接近或达到中间区域的雾滴直径，有效改善了喷杆式喷雾机雾滴粒径分布的不均匀性问题。

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。

实施例1

如图6至图10所示，本实施例的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，该扇形喷雾装置包括喷头1、连接管2、喷管4和调压阀5，喷头1通过连接管2连接喷管4，调压阀5设于喷管4上，调压阀5用于控制喷射压力，药液或流体经喷管4然后通过连接管2分别供给喷头1。喷头1包括喷头基座1-1和两组喷嘴组件，两组喷嘴组件相靠近且以一定夹角安装于喷头基座1-1上，喷嘴组件包括喷芯1-2、密封垫1-3、微量控制阀体1-4和微量调节阀1-5，喷芯1-2定位安装于喷头基座1-1的安装孔内，安装孔内具有内螺纹1-1-2，微量控制阀体1-4螺纹配合安装于上述的安装孔内，密封垫1-3设于喷芯1-2与微量控制阀体1-4之间，微量调节阀1-5安装于微量控制阀体1-4上；两组喷嘴组件的微量控制阀体1-4分别通过连接管2与喷管4相连接，两组喷嘴组件的喷芯1-2喷嘴口1-2-2以一定夹角相对设置，且两组喷嘴组件的喷射轴线相交形成的平面与两个喷芯1-2的喷嘴口1-2-2开口方向相垂直。采用上述的装配式结构，有利于零部件的通用性和可更换性，以适应不同环境要求；同时喷嘴组件具有独立的微量调节阀，可以在一定范围内控制并调节两射流的喷施压力，更精准的控制雾滴粒径。

在本实施例中，两组喷嘴组件的喷芯1-2喷嘴口1-2-2的射流夹角为25～45°，优选两组喷嘴组件的喷芯1-2喷嘴口1-2-2的射流夹角为30～40°，具有更好的雾滴粒径均匀性且雾滴质量较好。实验表明：接近30°时雾滴粒径在整个喷雾场内的均匀一致性较好(例如雾滴粒径在工作区域高度300～500mm范围内均具有较好的均匀性)；接近40°时在不同位置高度雾滴粒径会有比较显著的变化，这样有利于在喷雾场内某一高度对雾滴粒径进行精准控制。在本实施例中，两股扇形射流的喷雾压力可达0.8mpa甚至更高，较佳地，两股扇形射流的喷雾压力可控制在0.5～0.7mpa，相较于传统扇形喷头喷雾压力大多在0.15-0.3mpa，雾滴粒径较大且喷射速度较快，具有更好抗飘性能和穿透能力，同时具有更宽的喷雾调压范围。

另外，为了保证喷头1的装配精度，喷头基座1-1的两个安装孔内均设有安装基准1-1-1(见图8)，该安装基准1-1-1可为定位凸台，喷芯1-2的外侧设有配合基准面1-2-1(见图9)，喷芯1-2通过配合基准面1-2-1与安装孔内的安装基准1-1-1定位配合安装，使喷头1的装配精度更高，保证了植保扇形喷雾的精准性要求。如图8所示，喷头基座1-1的底部还设有两条与对应侧喷芯1-2的喷嘴口1-2-2相对应的切槽角1-1-3，通过设置切槽角1-1-3，更加利于两股扇形射流的形成和撞击，保证了喷雾扇面具有更宽的覆盖面；喷嘴口1-2-2的尺寸可按现有标准扇形喷头的喷嘴口要求设计制造。喷头基座1-1的顶部设有两个呈一定夹角设置的斜切面，安装孔开设于该斜切面上，斜切面之间的夹角的补角即为两组喷嘴组件的喷芯喷嘴口之间的夹角，便于安装孔的加工，同时利于保证两组喷嘴组件的装配精度。每组喷嘴组件均具有独立的微量调节阀1-5，如图10所示，该微量调节阀1-5包括阀芯杆1-5-1、细牙外螺纹1-5-2和限位基准1-5-3，细牙外螺纹1-5-2设于阀芯杆1-5-1的一端，用于与微量控制阀体1-4侧壁上的阀孔螺纹连接，限位基准1-5-3设于细牙外螺纹1-5-2的外侧端部，并在限位基准1-5-3的外侧还设有调节钮，限位基准1-5-3与微量控制阀体1-4侧壁上的阀孔之间还设有调节阀密封圈1-6，通过调节钮转动阀芯杆1-5-1即可调节各个喷嘴组件的喷射压力，以便于精准控制雾滴粒径。为了便于喷头1的拆装，连接管2与喷管4之间、连接管2与微量控制阀体1-4之间均采用卡箍3相连接，连接牢固，且拆卸方便。

实施例2

本实施例的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，其基本结构和工作原理同实施例1，不同之处在于：在本实施例中，将喷芯1-2和喷头基座1-1设计制造于一体，即喷芯1-2一体成型于喷头基座1-1上，减小了装配误差，以适用于对喷雾精准性要求更高的情况。

本实用新型的一种基于撞击流理论的植保扇形喷雾装置，主要具有以下有益效果：

1)具有雾滴谱较窄和粒径均匀性较好等特点。测试发现雾滴分布较集中，横向沉积分布形态接近或者达到马鞍形分布，表明雾滴粒径均匀、雾滴谱窄。

2)调压范围宽和抗飘性较好。普通扇形喷头喷雾压力大多在0.15～0.3mpa，本实用新型的喷雾压力可达0.8mpa甚至更高，最佳工作压力范围在0.5～0.7mpa，两射流撞击后相对单孔扇形喷头会生成较大的雾滴粒径，雾滴粒径较大并具有一定速度，意味着雾滴具有较好抗飘性能和穿透能力。

3)在所形成的喷雾场内，喷雾扇形面内雾滴粒径呈现中间较大且均匀两侧偏小的特点，使得安装在喷杆式喷雾机相邻两喷雾扇形边缘叠合区的较小雾滴会结合或并聚成大一些雾滴，使其接近或达到中间区域的雾滴直径，可改善喷杆式喷雾机雾滴粒径分布的不均匀性。

4)两射流撞击角(两射流之间的夹角)在25～45°以内，当在30～40°时，具有更好的雾滴粒径均匀性且雾滴质量较好，接近30°时雾滴粒径在整个喷雾场内的均匀一致较好，接近40°时在不同位置高度雾滴粒径会有比较显著的变化，有利于在喷雾场内某一高度对雾滴粒径进行精准控制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。

以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。