低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置及清洗装置的制作方法

1.本实用新型涉及自激脉冲空化射流技术领域，特别是涉及低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置及清洗装置。


背景技术：

2.目前，国内清洗行业在对陆地水上各类建设工程、机械装置、运输工具进行表面清洁时，一般采用的清洗方法有人工清洗、化学清洗、高压水清洗、抛(喷)丸、干喷砂、砂浆湿喷砂等清洗方式。这些清洗方法在实施过程中，存在具有劳动强度大、工作效率低、运行成本高、清理效果差、不环保、不安全、损害被清洗设备和施工人员身体等缺点，影响清洗效果。现在，由于国家对环境保护的要求越来越严格，并且加大了对造成环境污染企业的打击力度。许多相关企业已经开始放弃上述清洗技术，寻找新的高效、绿色清洗技术进行取代，满足环保要求和生产需求。
3.采用自激脉冲空化射流是一种有效的清洗方式，目前国内的自激脉冲空化射流技术都是在淹没条件下，在空化喷嘴外部一定靶距内水环境下，得以实现，国内这种技术只有水环境下得到一定范围的钻井领域得到试用。由于脉冲及空化效应产生的机理比较复杂，水下清洗至今没有得到实际应用。如专利号cn113530447a的发明专利公开了一种附壁自激脉冲射流装置、射孔装置和破岩装置，包括上接头、外筒和安装在所述外筒内的自激震荡芯子；流体依次流过所述上接头和自激震荡芯子后，由所述自激震荡芯子将所述流体形成为自激震荡脉冲射流并输出；其主要涉及石油工程高效钻井及压裂增产领域，属于在淹没条件下钻井领域的试用。目前国内外还没有见到关于在无淹没条件下，采用空蚀射流技术进行物体外部清洗的报道和应用。
4.在淹没条件下，自激脉冲空化射流发生装置能够将连续射流生成脉冲射流，且为了提高清洗效果，现有技术通过形成水气两相自激脉冲混合射流提高冲刷性能；如专利号为cn102989613a的发明专利公开了一种自激脉冲掺气喷头，包括进水喷嘴、振荡腔、脉冲喷管、反射锥体、吸气腔、吸气孔、和喷射管，其原理是利用流进喷头的水射流的能量自激震荡后吸气，在喷头内将水和气混合后变成水气两相泡状流或雾状流再喷射出喷头；但其结构较为简单，存在空化效果不好以及冲击力小的问题。现有技术的自激脉冲空化射流发生装置以及水气两相自激脉冲混合射流装置，其清洗体系及空化发生装置，只能用于水环境下的某种单一用途的作业，根本无法实现在陆地上对大型钢结构、非金属建筑、船舶外板、漆(锈)及海生物(船坞)等无淹没条件下的清洗。
5.因此，如何提供一种能够在无淹没条件下(陆地)，用于对大型钢结构、非金属建筑、船舶外板、漆(锈)及海生物(船坞)进行有效清洗的低压大流量自激气混自激脉冲双空蚀射流发生装置及清洗装置是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是提供低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发
生装置及清洗装置，能够在低压、大流量、无淹没工作条件下，产生强大的空化效应，实现气混自激脉冲双空蚀射流清洗，清洗效率高、清洗效果好。
7.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
8.低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置,包括自激脉冲腔体、输送气路管道及喷筒，所述自激脉冲腔体包括振荡紊流腔体、进口端头和出口端头，所述振荡紊流腔体相对的两端具有气入口和气出口且一侧壁上具有液体入流孔，所述进口端头和所述出口端头分别密封连接在所述气入口和气出口处且其中心分别对应开设输送气入孔和输送气出孔；所述输送气路管道位于自激脉冲腔体内且两端分别对应连通所述输送气入孔和所述输送气出孔，其外壁设置有形成流体力学扰流现象的碰撞结构；所述出口端头对应所述输送气出孔外周设有连通所述振荡紊流腔体的内腔的射流孔；所述喷筒具有大头端和小头端，所述喷筒的大头端与所述出口端头连接且同时连通所述射流孔和所述输送气出孔。
9.本实用新型的有益效果是：压力气体或者压力气体和磨料的混合料通过进口端头的输送气入孔进入输送气路管道，压力液体(水)自液体入流孔进入振荡紊流腔体的内腔；压力液体(水)在振荡紊流腔体内以及喷筒内产生两次空化效应。
10.其中空化效应是指介质在高速运动中，沿物体某处的局部压力低于该介质的饱和蒸汽压时，介质自身开始气化形成空泡，这些空泡到达高压区后崩溃，同时产生的压缩波或微射流，对附近固体表面进行剥蚀，空化(气蚀)就是利用这种空化作用加强其清洗和破碎能力。
11.具体的，压力液体在振荡紊流腔体内因阻力影响形成自激脉动负压状态，系统内的局部绝对压力降低到蒸汽压力以下，压力液体绕过中心体时出现液体的分离现象，则能产生瞬间的相变过程，出现充满了旋涡的尾流，空泡在旋涡的中心孕育而初生，产生空化效应功能，通过空化效应产生强烈的自激液气脉动流，通过射流孔形成液气脉冲射流；同时压力液体在振荡紊流腔体内，由于碰撞体的作用形成流体力学扰流现象，即人为引起扰流，在一定范围内的压力振荡和大尺度涡环结构的存在有利于空泡初生从而产生首次空化效应。射流孔的第一次空蚀射流在喷筒的大头端内再次产生空化效应，并且输送气路管道利用空气的可压缩性，使压力气体以一定的频率进入输送气路管道，压缩空气在喷筒大头端与射流孔的一次空蚀射流汇集，随着空气的压缩和扩张，使筒内的紊流加剧，水流的剪切力加强在气流的干扰下此效应得到进一步加强，又一次形成空蚀射流。由此，在腔体的扰流、压差在腔体出口端形成的单一空蚀射流与二次形成的空蚀射流在喷筒汇集，形成大规模的空化效应，即气混自激脉冲双空蚀射流。由于脉冲集中释放能量，气流的高速动量迅速转化为冲量，形成炮弹流，进而在被清洗靶件表面产生冲击、空蚀效应，有效的去除污物；即本实用新型通过增加气混装置引入新的动力源，射流孔的液气脉冲射流与压力空气(或者压力空气和磨料)混合，通过两次空化效应形成双空蚀射流，提高射流的冲击力和清洗效率；且在无淹没条件下，将泵压提供的连续射流束形成气混脉冲双空蚀射流束，工作压力大大低于现有高压水喷砂装置，能够对陆用大型钢结构、非金属建筑、船舶外板、漆(锈)及海生物(船坞)等工程设施及交通工具进行有效清洗，提高了清洗效率和清洗效果。
12.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
13.进一步，还包括输气入流管道，所述输气入流管道连通所述输送气入孔。
14.采用上述进一步方案的有益效果是：压力气体或压力气体和磨料(磨砂)的混合料
自输气入流管道进入输送气路管道内。
15.进一步，所述输气入流管道内壁设置有气料混合螺旋输送槽，且其入口安装有气动阀。
16.采用上述进一步方案的有益效果是：螺旋输送槽用于压力气体与清洗介质如磨料的均匀混合，气动阀控制压力气体以一定频率进入到输气入流管道内。
17.进一步，所述进口端头和所述出口端头均为圆台形，且其小头端设有螺纹，分别与对应所述输送气路管道两端部螺纹连接，其大头端分别与所述气入口和气出口的内壁密封连接。
18.采用上述进一步方案的有益效果是：进口端头和出口端头的圆台面与输送气路管道围成振荡紊流腔体，且大头端与气入口和气出口密封连接用于水气的密封。
19.进一步，所述碰撞结构为螺纹结构。
20.采用上述进一步方案的有益效果是：压力液体在振荡紊流腔体内与螺纹结构碰撞形成流体力学扰流现象，即人为引起扰流。
21.进一步，所述出口端头的大头端的端面设置成凹面；
22.进一步，所述凹面上可以设置有螺旋结构。
23.采用上述进一步方案的有益效果是：在振荡紊流腔体内由于扰流和压差形成一次空蚀射流；在出口端头的大头端面设置成凹面，即对应射流孔的出口端所在端面设置成凹面，水射流在此凹面与喷筒的大头端内再次产生空化效应，并且在气流的干扰下此效应得到进一步加强，又一次形成空蚀射流。由此，在腔体的扰流、压差在腔体出口端形成的单一空蚀射流与在出口外端面的凹面产生扰流和气流的干扰二次形成的空蚀射流在喷筒汇集，形成大规模的空化效应，即气混自激脉冲双空蚀射流；凹面的螺旋结构进一步加强了二次空蚀作用。
24.进一步，所述进口端头和所述出口端头的圆台面均设有加强扰流的螺旋结构；所述液体入流孔内壁设有加强扰流的螺旋结构，液体沿振荡紊流腔体内壁面切线方向进入其内腔。
25.采用上述进一步方案的有益效果是：通过圆台面以及液体入流孔的螺旋结构，在压力液体进入振荡紊流腔体内时，起到增强压力液体紊流的效果，且压力液体沿切线进入环形空腔内，加强水流在环形空腔内的紊流作用，加强空化效应。
26.进一步，所述自激脉冲腔体为圆筒形且长度30-60mm，直径20-40mm，所述进口端头和所述出口端头的圆台面与所述振荡紊流腔体之间的夹角α小于60度；所述进口端头和所述出口端头厚度(即沿着激振荡腔体中线轴线方向的长度)为2-10mm，且所述输送气入孔和所述输送气出孔直径为20-40mm；所述螺纹结构的螺距为1-1.5mm，深度为15-22.5mm。
27.采用上述进一步方案的有益效果是：限制圆台面与振荡紊流腔体的夹角小于60
°
，更加有利于压力液体(水)在振荡紊流腔体内的空化效果。
28.进一步，所述喷筒的大头端的外壁设有进风孔。
29.采用上述进一步方案的有益效果是：通过进风孔导入外部气体，进一步加强气流与空化水的混合，更有助于混合后产生大量气泡提高清洗效果。
30.本实用新型还公开了低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流清洗装置，包括操作台支架、助力机械臂、竖直旋转装置、水平旋转装置、配重块以及上述的低压大流量气混自激
脉冲双空蚀射流发生装置；所述助力机械臂中部与所述操作台支架转动连接，且其两端相对连接所述配重块和所述竖直旋转装置，所述竖直旋转装置沿竖直平面转动且其转动端连接有所述水平旋转装置，所述水平旋转装置沿水平面旋转且其转动端连接有所述低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置。
31.采用本实用新型低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流清洗装置有益效果是：清洗装置低压、安全环保、高效；由于工作压力低，克服了高压清洗枪后坐力大不易于实现自动化清洗的难题，解决了在无淹没条件下，实现气混自激脉冲双空蚀射流进行清洗；操作简易快捷性，跟随作业员的牵引力，完成低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置升降、推拉、翻卷、倾斜等动作；清洗作业时保证距离角度适宜，可万向助力移动，也可电动旋转驱动；有效的提升工作效率，降低工作人员劳动强度，减少操作人员数量。
32.经由上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
33.本实用新型压力气体或者压力气体和磨料的混合料通过进口端头的输送气人孔进入输送气路管道，压力液体(水)自液体入流孔进入自激脉冲腔体的内腔，在内腔与碰撞结构进行碰撞形成流体力学扰流现象形成一次空蚀射流并经过射流孔进入喷筒的大头端，此结构的大头端为空蚀射流汇集区，压力气体经过输送气路管道和输送气出孔在空蚀射流汇集区与液体进一步空化形成二次空蚀射流，即随着空气的压缩和扩张，使喷管内的紊流加剧，水流的剪切力加强形成更强大的空化效应；由于脉冲集中释放能量，气流的高能动量迅速转化成冲量，形成炮弹流，进而在被清洗靶件表面产生冲击、空蚀效应，有效的去除污物。清洗效率比相同工况下的无气混装置自激脉冲射流冲击力提高20-40％。
34.其中，主要的空泡发育长大过程：位于自激震荡腔体内的输送气路管道外壁设有碰撞结构，压力液体进行碰撞空化形成一次空蚀射流，且自射流孔出由于瞬间压力变化并由于空气的压缩和扩张，紊流和空化进一步加剧形成二次空蚀射流；其次，液体入流孔的螺旋结构、进口端头和出口端头对应自激震荡腔体内腔侧的形状等都进一步加剧紊流和空化效果。
附图说明
35.图1为本实用新型低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置的剖视图；
36.图2为图1的局部放大视图a；
37.图3为图1的局部放大视图b；
38.图4为本实用新型低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置的出口端头的结构示意图；
39.图5为本实用新型低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流清洗装置的结构示意图。
40.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
41.1-自激脉冲腔体；2-输送气路管道；3-喷筒；4-液体入流孔；5-输入气流管道；6-气动阀；7-密封圈；11-振荡紊流腔体；12-进口端头；13-出口端头；21-碰撞结构；31-进风孔；100-助力机械臂；131-射流孔；200-配重块；300-竖直旋转装置；400-水平旋转装置。
具体实施方式
42.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用
新型，并非用于限定本实用新型的范围。
43.如图1至图4所示，本实用新型实施例公开了低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置,包括自激脉冲腔体1、输送气路管道2及喷筒3，自激脉冲腔体包括振荡紊流腔体11、进口端头12和出口端头13，振荡紊流腔体11相对的两端具有气入口和气出口且一侧壁上具有液体入流孔4，进口端头12和出口端头13分别密封连接在气入口和气出口处且其轴向中心分别对应开设输送气入孔和输送气出孔；输送气路管道2位于自激脉冲腔体1内且两端分别对应连通输送气入孔和输送气出孔，其外壁设置有形成流体力学扰流现象的碰撞结构21；出口端头13对应输送气出孔外周设有连通振荡紊流腔体11的内腔的射流孔131；喷筒3具有大头端和小头端，喷筒3的大头端与出口端头13连接且同时连通射流孔131和输送气出孔。喷筒3长度为100-300mm，直径为10-40mm；射流孔131为2-6个，直径为0.6-1.5mm。
44.为了进一步优化上述技术方案，还包括输气入流管道5，输气入流管道5连通输送气入孔。输气入流管道5的管径大于输送气路管道2的管径，输送气入孔具有内锥面，其大径端连通输气入流管道5，且其小径端连通输送气路管道2。
45.为了进一步优化上述技术方案，输气入流管道5内壁设置有气料混合螺旋输送槽，且其入口安装有气动阀6。
46.为了进一步优化上述技术方案，如图1和图4所示，进口端头12和出口端头13均为圆台形，且其小头端设有螺纹，分别与对应输送气路管道2两端部螺纹连接，其大头端分别与气入口和气出口的内壁密封连接。进口端头12和出口端头13的大头端分别与气入口和气出口的内壁通过密封圈7密封连接。
47.为了进一步优化上述技术方案，碰撞结构21为螺纹结构。
48.为了进一步优化上述技术方案，如图1所示，出口端头13靠近喷筒3的端面设置成凹面。
49.为了进一步优化上述技术方案，如图1至图4所示，进口端头12和出口端头13的圆台面均设有加强扰流的螺旋结构；液体入流孔4内壁设有加强扰流的螺旋结构，液体沿振荡紊流腔体11内壁面切线方向进入其内腔。射流孔131自出口端头13圆台面向其弧形凹面倾斜设置；喷筒3大头端管径大于输送气路管道2的管径；喷筒3大头端管径大于其小头端管径，喷筒3的大头端和小头端之间具有管径圆滑收缩段。
50.为了进一步优化上述技术方案，如图1所示，自激脉冲腔体1为圆筒形且长度30-60mm，直径20-40mm，进口端头12和出口端头13的圆台面与振荡紊流腔体11之间的夹角α小于60度；进口端头12和出口端头13厚度为2-10mm，且输送气入孔和输送气出孔直径为20-40mm；螺纹结构的螺距为1-1.5mm，深度为15-22.5mm。
51.为了进一步优化上述技术方案，如图1所示，喷筒3的大头端的外壁设有进风孔31。进风孔31为2-4个，直径为2-5mm。
52.在一具体地实施例中，自激脉冲腔体1的壳体和包裹喷筒3的外部壳体一体成型设置。
53.在一具体地实施例中，进口端头12、出口端头13以及输送气路管道2一体成型设置。
54.本实用新型低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置在使用时，压力液体自液体入流孔4进入振荡紊流腔体11内，一是压力液体通过液体入流孔4的螺旋结构以及进口
端头12和出口端头13圆台面的螺旋结构，加强扰流效果形成紊流；二是压力液体沿振荡紊流腔体11内壁切线方向进入其环形空腔内，加强紊流作用和空化效应；三是压力液体与输送气路管道2外壁的碰撞结构21碰撞形成流体力学的扰流现象和空化效应；压力液体在振荡紊流腔体11内经过紊流和空化产生强烈的自激液气脉动流，通过射流孔131形成一次空蚀射流并倾斜进入喷筒3大头端的空蚀射流汇集区；
55.压力气体或者压力气体和磨料的混合物经输气入流管道5进入输送气路管道内，在输气入流管道5内通过气料混合螺旋输送槽的作用使得压力气体和磨料充分混合均匀；气动阀6控制压力气体(或压力气体和磨料)以一定频率进入并随着管径的变化压缩和扩张，在与射流孔131的空蚀射流汇集后，使得紊流加剧，水流的剪切力加强形成更强大的空化效应即形成二次空蚀射流；并且通过进风孔31导入外部气体，进一步加强气流与空化水的混合，有助于混合后产生大量气泡提高清洗效果。
56.本实用新型低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置，增加气混装置引入新的动力源，射流孔131的一次空蚀射流与压力空气(或者压力空气和磨料)混合形成二次空蚀射流，提高射流的冲击力和清洗效率，清洗效率比相同工况下的无气混装置自激脉冲射流冲击力提高20-40％；在无淹没条件下，将泵压提供的连续射流束形成脉冲空蚀射流束，工作压力在15-38mpa，而国内外高压水喷砂设备的压力大于50mpa，由于工作压力低克服了高压清洗的后坐力大不易于实现自动化清洗的难题，凸显了对大型钢结构、非金属建筑、船舶外板、漆(锈)及海生物(船坞)进行有效清洗的优势。
57.实施例1
58.如图5所示，本实施例公开了低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流清洗装置，包括操作台支架、助力机械臂100、竖直旋转装置300、水平旋转装置400、配重块200以及上述的低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置；
59.助力机械臂100中部与操作台支架转动连接，且其两端相对连接配重块200和竖直旋转装置300，竖直旋转装置300沿竖直平面转动且其转动端连接有水平旋转装置400，水平旋转装置400沿水平面旋转且其转动端连接有低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置。低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置与水平旋转装置400转动端相对转动。
60.助力机械臂100采用移动式轴助力机械臂，配合竖直旋转装置300和水平旋转装置400完成低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流发生装置的升降、推拉、翻卷、倾斜等操作，提高清洗效率；且通过配重块200进行重量的配平，在进行清洗作业时省时省力。
61.气混清洗介质自竖直旋转装置300入口进入，通过供能管路与发生装置的输气入流管道5连通，形成具有高打击力的双空蚀射流，对清洗靶件进行高效清洗，能够保证转速均匀，清洗全面；且在低压工况下实现高打击力，实现低压高效清洗。
62.本实用新型清洗装置的双空蚀射流水、气(磨料)分散性更好，被清洗物体表面清洁度、光洁度、粗糙度的分布更加均匀；通过优化空气、水、磨料(在除漆锈时)的比例，降低水电用量和工作压力，节约能源；在清洗金属表面锈蚀和涂层时，需要磨料的输送供给，采用同一水汽动力供给装置，兼顾送砂和强化空化效应，使得清洗机对金属表面的打击力度更大,同时也提高了清洗效率；并且清洗介质使用的水可以循环使用及磨料可二次回收使用或利用，从而大大降低了生产成本。
63.如下表1所示，本实施例的低压大流量气混自激脉冲双空蚀射流清洗装置与国外
或国内高压水喷砂设备相比，工作压力降低，克服了高压清洗的后坐力大不易于实现自动化清洗的难题，且在清洗速率、能量及磨料消耗方面均有明显的改善。
64.表1：本实用新型清洗装置与高压水喷砂设备参数对比
[0065][0066]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。