一种中低压水螺旋收敛雾化喷头的制作方法
【专利摘要】一种中低压水螺旋收敛雾化喷头，包括喷头体⑴，所述喷头体⑴内设有内螺旋锥杆⑶、外螺旋锥杆⑵，喷头体⑴入水口处还连有喷头顶杆(10)；内螺旋锥杆⑶和外螺旋锥杆(2)同轴固定连接，内螺旋锥杆⑶外表面的螺旋槽与外螺旋锥杆(2)内表面的螺旋槽相配合形成一个完整的圆口螺旋收敛水道⑷；外螺旋锥杆⑵外表面与喷头体⑴内表面无缝贴合，外螺旋锥杆⑵锥体部分的底面与喷头体(1)内表面的锥体部分的底面位于同一平面上。其优点是：体积小、重量轻、结构简单、安装简单。出口水的速度快，且带有很大的切向速度，易于增大雾化范围和雾化能力。本实用新型可适用于水压自伺服蛇形灭火救灾机器人前面携带的灭火装置。
【专利说明】一种中低压水螺旋收敛雾化喷头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水压喷头【技术领域】，具体的说是一种中低压水压喷头结构。
【背景技术】
[0002]随着现代科技的快速发展，人们在满足基本生活需求的同时也越来越关注我们赖以生存的地球环境和自然资源了。由于哈龙(Halon)灭火剂在灭火过程中不留残渣和残迹、灭火速度快、化学稳定能长期储存等优越性能，曾在上个世纪曾得到了广泛的应用。但它属于卤代烷系列灭火剂，会极大的破坏大气层中的臭氧层，引起温室效应等多种问题，严重的危害了人类的健康。1987年联合国环境保护公约《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》要求各国停止使用卤代烷系列灭火剂，寻找哈龙灭火剂的替代品。细水雾灭火系统因其不污染环境、灭火效率高、耗水量低等特点，被视为哈龙灭火剂的理想替代品，各国都在积极的展开研究，其应用前景广阔。
[0003]弓永军等研制了一种多喷嘴组合式高压细水雾喷头(《燃烧科学与技术》，2010年12月，第16卷第6期，“多喷嘴组合式细水雾喷头油盆灭火试验与分析”)，设计了一种新型三切向槽式高压细水雾喷嘴，并将该喷嘴安装在组合式喷头本体上，构成多喷嘴细水雾喷头。这种结构虽然简单，但是整个加速通道太短，也就是加速还不够充分，尤其只提供了切向速度，但是没有加速，很难有足够的保护范围，仅能通过增大压力实现雾化。
[0004]杨立军等在“舰船高压细水雾灭火系统喷头研制”(《船舶工程》，总第30卷，2008年第3期)中提出了保证雾滴直径的离心喷嘴设计方法，细水雾喷头具有较宽的工作范围。但这种结构在轴向上的速度仅由较低压力的水流提供，所以轴向速度过小。
[0005]周华等在“新型细水雾灭火喷头的研制”(《液压与气动》，2006年第7期，62页)中提出两级雾化使得雾滴更均匀，雾化锥角和喷雾保护半径明显增大。但这种结构缺点在于仅由突变去完成对水流的扰动，出水的切向速度不够，所以在雾化性能上有诸多限制。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是设计一种体积小、安装方便、雾化性能好的中低压水螺旋收敛雾化喷头。
[0007]—种中低压水螺旋收敛雾化喷头，包括喷头体1，所述喷头体I内设有内螺旋锥杆
3、外螺旋锥杆2，喷头体I入水口处还连有喷头顶杆10 ;内螺旋锥杆3和外螺旋锥杆2同轴固定连接，内螺旋锥杆3外表面的螺旋槽与外螺旋锥杆2内表面的螺旋槽相配合形成一个完整的圆口螺旋收敛水道4 ;外螺旋锥杆2外表面与喷头体I内表面无缝贴合，外螺旋锥杆2锥体部分的底面与喷头体I内表面的锥体部分的底面位于同一平面上。
[0008]所述喷头顶杆10通过两组螺母和螺栓与喷头体I相连，喷头顶杆10带有两顶脚，所述两顶脚卡入内螺旋锥杆3和外螺旋锥杆2圆柱部分底面上的凹槽内，用于固定内螺旋锥杆3和外螺旋锥杆2既不沿轴线移动也不绕轴线转动。
[0009]所述内螺旋锥杆3包括圆柱部分和锥体部分，内螺旋锥杆3外表面从圆柱部分到锥体部分尖端设有平滑的圆口双螺旋收敛水槽，内螺旋锥杆3中心开设有中心射流通孔8。
[0010]所述外螺旋锥杆2包括圆柱部分和锥体部分，外螺旋锥杆2内表面从圆柱部分到锥体部分尖端设有平滑的圆口双螺旋收敛水槽。
[0011]所述喷头体I的出水口处从内至外依次设有内锥孔5、喷头孔7和外锥孔6。
[0012]本实用新型中低压水螺旋收敛雾化喷头的优点是:体积小、重量轻、结构简单、安装简单。由于采用直通式锥形圆口双螺旋收敛水道，使得出口水的速度快，且带有很大的切向速度，易于增大雾化范围和雾化能力。本实用新型出口处采用外锥孔，使得在水流速度再次往外扩张，产生满足灭火效果的雾化水滴。本实用新型采用两级雾化，口径突变增大对水流的扰动，使得雾化锥角和喷雾保护半径明显增大。本实用新型增加采用中心射流孔，在外锥孔即三股水流汇合处会给螺旋水流推力，可以增大出口水的射流速度。经过验证，本实用新型喷头的雾化时间极短，雾化范围也满足水压自伺服蛇形灭火救灾机器人前面携带的灭火装置的雾化要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型中低压水螺旋收敛雾化喷头的结构示意图。
[0014]图2为图1的A-A向剖视图。
[0015]图3为内螺旋锥杆的主视结构示意图。
[0016]图4为内螺旋锥杆的左视结构示意图。
[0017]图5为喷头顶杆的主视结构示意图。
[0018]图6为喷头顶杆的左视结构示意图。
[0019]图7为喷头体的主视结构示意图。
[0020]图8为喷头体的左视结构示意图。
[0021]图9为外螺旋锥杆的主视结构示意图。
[0022]图10为外螺旋锥杆的左视结构示意图。
[0023]图中，I为喷头体，2为外螺旋锥杆,3为内螺旋锥杆，4为螺旋收敛水道,5为内锥孔，6为外锥孔，7为喷头孔，8为中心射流通孔，9为螺母和螺栓，10为喷头顶杆。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图，对本实用新型进行进一步说明:如图1-10所示，一种中低压水螺旋收敛雾化喷头，包括内螺旋锥杆3、外螺旋锥杆2、喷头体1、喷头顶杆10四部分组成。
[0025]内螺旋锥杆3和外螺旋锥杆2同轴线固定连接，且内螺旋锥杆3和外螺旋锥杆2的圆口螺旋收敛水槽匹配合并为完整的圆形的双螺旋收敛水道4。外螺旋锥杆2的外锥面和喷头体I的内锥面相互贴合，外螺旋锥杆2的圆柱部分的外圆柱面和喷头体I的圆柱孔道的内圆柱面相互贴合，外螺旋锥杆2的锥体部分的底面与喷头体I的内表面的锥体部分的底面位于同一平面上。喷头顶杆10的两只顶脚卡入内螺旋锥杆3和外螺旋锥杆2圆柱底面上的凹槽内，使得螺旋收敛水道4完整贴合，且使得内螺旋锥杆3和外螺旋锥杆2不沿轴线移动和不绕轴线转动。喷头顶杆10通过两个螺栓螺母组固定在喷头体I上。左侧为入射口侧。
[0026]如图2所示，内螺旋锥杆3包括圆柱部分和锥体部分，内螺旋锥杆3外表面从圆柱部分到锥体部分尖端设有平滑的圆口双螺旋收敛水槽。内螺旋锥杆中心设有中心射流通孔8。
[0027]如图3所示，喷头顶杆10有两只顶脚使内螺旋锥杆3和外螺旋锥杆2对准贴合，且使得内螺旋锥杆3和外螺旋锥杆2不沿轴线移动和不绕轴线转动。右侧有带有两个螺栓孔的法兰盘。
[0028]如图4所示，喷头体I内部孔道由圆柱孔道(即螺旋收敛水道4)、内锥孔道、喷头孔道和外锥孔道依次组成。左侧(入射口侧)有带有两个螺栓孔的法兰盘。
[0029]如图5所示，外螺旋锥杆2包括圆柱部分和锥体部分，外螺旋锥杆2内表面从圆柱部分到锥体部分尖端平滑的设有圆口双螺旋收敛水槽。
[0030]所述内螺旋锥杆3和外螺旋锥杆2在先进加工技术下可以整体加工，合为螺旋锥杆。
[0031]本实用新型针对水压自伺服蛇形灭火救灾机器人前面携带的灭火装置，要求体积小、重量轻，结构简单，安装方便，雾化效果好；细水雾喷头雾化性能的好坏直接影响其灭火效果，好的雾化特性既节约用水又能快速有效地灭火，由于水压自伺服蛇形灭火救灾机器人既要通过水压来驱动又要放出水雾灭火，故在工作时水压不会太高，故本实用新型采用直射旋流收敛型喷头装置实现中低压水流雾化灭火。
[0032]采用FLUENT软件对所设计的雾化喷头进行数值模拟仿真，在分析了喷头内部流场的速度、压力、矢量速度、运动迹线后，对喷头的结构设计提出了优化方案，并对优化后的喷头进行内部流场分析。水流的雾化是由于空气和水流的相互作用，所以外部仿真必须考虑空气的存在。采用三维VOF(volume of fluid，流体体积函数)两相流FLUENT比较真实的模拟了喷头射出的水流在空气中雾化的过程。进入水的初始压力为5Mpa，并得到以下结论:
[0033]I)雾化喷头的水流速度在喷头口处最大，当雾化喷头有中心射流孔和有螺旋水道时，喷头口处的最大速度达到56.83m/s ;当雾化喷头没有中心射流孔，仅有螺旋水道时，喷头口处的最大速度达到50.82m/s。喷头口处的速度越大，喷头雾化的效果越好，可见，中心射流孔对喷头的雾化性能有积极的作用。
[0034]2)水流在进入直流射流孔和螺旋水道前，水流速度缓慢增大，在进入直流射流孔和螺旋水道后，速度有较为明显的增大，进入直流射流孔和螺旋水道后，在螺旋离心的作用下，水流速度继续增大，进入到喷头口后水流速度又急剧增大，从喷头口出来时达到最大值。
[0035]3)水流在进入中心射流孔和螺旋水道前的迹线比较混乱，这说明在该部分产生了紊流，且螺旋水道入口处比中心射流孔入口处紊流现象更严重；水流进入中心射流孔和螺旋水道后迹线比较平滑，表明水流是沿着水道平稳流动，没有紊流的产生。
[0036]4)高速水流射入空气中会受到空气的阻力作用，水流会使周围的空气产生扰动气流，并不断的将空气卷入水流中，使水流破碎雾化，形成细小的水滴。
[0037]5)喷头水流雾化其实质是在喷头口形成一个空心的空气锥，顺着射流方向，水流中空气的体积分数慢慢增大，雾化也越充分。
【权利要求】
1.一种中低压水螺旋收敛雾化喷头，包括喷头体⑴，所述喷头体⑴内设有内螺旋锥杆⑶、外螺旋锥杆⑵，喷头体⑴入水口处还连有喷头顶杆(1Φ ;其特征在于:内螺旋锥杆⑶和外螺旋锥杆⑵同轴固定连接，内螺旋锥杆⑶外表面的螺旋槽与外螺旋锥杆⑵内表面的螺旋槽相配合形成一个完整的圆口螺旋收敛水道⑷；外螺旋锥杆⑵外表面与喷头体⑴内表面无缝贴合，外螺旋锥杆⑵锥体部分的底面与喷头体⑴内表面的锥体部分的底面位于同一平面上。
2.如权利要求1所述的中低压水螺旋收敛雾化喷头，其特征在于:所述喷头顶杆(10)通过两组螺母和螺栓与喷头体⑴相连，喷头顶杆(1Φ带有两顶脚，所述两顶脚卡入内螺旋锥杆⑶和外螺旋锥杆⑵圆柱部分底面上的凹槽内，用于固定内螺旋锥杆⑶和外螺旋锥杆⑵既不沿轴线移动也不绕轴线转动。
3.如权利要求1所述的中低压水螺旋收敛雾化喷头，其特征在于:所述内螺旋锥杆⑶包括圆柱部分和锥体部分，内螺旋锥杆⑶外表面从圆柱部分到锥体部分尖端设有平滑的圆口双螺旋收敛水槽，内螺旋锥杆⑶中心开设有中心射流通孔⑶。
4.如权利要求1所述的中低压水螺旋收敛雾化喷头，其特征在于:所述外螺旋锥杆⑵包括圆柱部分和锥体部分，外螺旋锥杆⑵内表面从圆柱部分到锥体部分尖端设有平滑的圆口双螺旋收敛水槽。
5.如权利要求1所述的中低压水螺旋收敛雾化喷头，其特征在于:所述喷头体⑴的出水口处从内至外依次设有内锥孔(5)、喷头孔(7)和外锥孔(6)。
【文档编号】A62C31/02GK204017236SQ201420331743
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】赵慧, 邹竞刚, 蒋林, 梅鹏, 吴若麟, 晏晚君, 郑开柳, 郑翠, 胡金, 郑洁, 刘晓磊, 金祖飞, 周鸿杰, 朱建阳, 刘白雁, 雷斌, 曾镛, 许仁波 申请人:武汉科技大学