不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴及锥面气雾形成方法

专利名称：不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴及锥面气雾形成方法
技术领域：
本发明涉及一种气雾喷嘴，尤其是指一种钢铁冶金、机械制造行业采用气-水混 合体作介质，用于冶金凝固、喷雾淬火热处理过程的冷却、降温、除尘、加湿等场合的不堵 塞、无气阻的锥面气雾喷嘴及锥面气雾形成方法。
背景技术：
气雾喷嘴已被广泛应用于冶金连铸机的二冷区控制冷却、大型铸锻件喷雾淬火热 处理过程以及除尘、加湿等领域，通过按比例调节气_水比例起到调节冷却强度、加湿量等 指标，已成为一种非常便利可靠的方法。传统喷嘴喷射角度通常利用喷嘴的开口形状与喷出压力来控制，通常要在较稳定 的压力范围才能保证其雾化效果及喷射角度，压力波动和变化将导致喷射形状、角度无法 保证。具体地，传统气雾喷嘴工作原理通常是将两种流体介质先在一混合室内混合，再 以混合后的压力按一定形状喷出，且其混合压力取决于流量大的介质，而小流量介质要想 保持稳定的混合比，必需有比大流量更大的压力才能正常工作。在工业化大生产中，特别在 多喷嘴联合作业场合，通常采用多个喷嘴为一组并联在一起共用一个支管，在主管道流量 一定的情况下，支管压力随喷嘴个数的增多被降低。当低流量介质压力低于混合压力时将 出现屏障不能流出，随后随着上游主管路压力向喷嘴的传递，喷嘴进口压力随之升高，屏障 被打破。因此导致流体呈间歇式喷出，主管路流量出现规律性波动，不能正常工作。此外，一个传统型号规格的喷嘴，通常有一个相适应的流量和压力匹配范围，若超 出了该范围将不能正常工作。在连铸生产中，二冷区配水需要根据钢液过热温度、拉拔速度 的变化即时调节配水量。特别对合金钢、高碳钢要求其冷却强度较弱，喷水量较低，传统喷 嘴常会受压缩空气产生的屏障形成气阻，使冷却水不能正常流出。在冶金大生产中冷却水多为循环水，水质相对较差，加上水中矿物盐的存在，即使 采用综合循环水处理、过滤也很难保证水嘴使用中不堵塞，特别是高温下的低流量弱冷条 件下，水中杂质及水垢等极易使水嘴堵塞。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴及锥面气 雾形成方法，以改善或克服前述现有气雾喷嘴结构存在的一项或多项缺陷。本发明的技术解决方案是一种不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴，该气雾喷嘴包括 流体混合喷射器，该喷射器形成有锥面状的第一流体狭缝、锥面状的第二流体狭缝以及锥 面状的混合射流狭缝，所述第一流体狭缝及第二流体狭缝呈一定角度间隔开并在末端汇合 成所述混合射流狭缝，第一流体、第二流体分别由第一流体狭缝及第二流体狭缝汇合至所 述混合射流狭缝中被混合、雾化，并沿所述混合射流狭缝以锥形面喷出。本发明还提出一种锥面气雾形成方法，气雾喷嘴形成有流体混合喷射器，该喷射器形成有均呈倒锥面状的第一流体狭缝、第二流体狭缝以及混合射流狭缝，所述第一流体 狭缝及第二流体狭缝呈一定角度间隔开并在末端汇合成所述混合射流狭缝；所述锥面气雾 形成方法包括第一流体进入锥面状的第一流体狭缝，第二流体进入锥面状的第二流体狭 缝，第一流体、第二流体在锥面状的混合射流狭缝中混合、雾化，并沿所述混合射流狭缝以 锥形面喷出。本发明提出了一种不堵塞、无气阻、能适合任意比例随意调整混合比，以及喷射形 状、角度不受使用压力、流量变化的锥面气雾喷嘴及锥面气雾形成方法，能够解决喷射角特 别是90°以上的大喷射角无法保障的弊端，本发明人依据多年从事流体、喷嘴方面的研究 经验，利用引射原理、巧妙使用锥面堵、旋转浮环发明的不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴及 方法，力求实现无气障、不堵塞、喷射角恒定、适用于各种工况条件，特别是高温、低流量弱 冷的合金钢、高碳钢连铸条件。借由上述技术方案，本发明不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴及锥面气雾形成方法 至少有下列优点1.由于锥面堵与喷嘴套筒的配合使用使喷射介质喷射形状、角度不再受气压、流
量影响。2.由于采用了引射原理，无论水压、水流量大小，都不会出现气阻现象。3.由锥面堵、浮环、套筒三部件间的气隙构成具有协助机械旋转搅动混合的喷射 器，旋转浮环的巧妙使用，使气雾混合更均勻，使引射成为可能。4.由于锥面堵与喷嘴套筒配合的扩张角可以根据使用要求在30° 180°范围 内改变，因此对喷射面角度、形状的控制实现起来更便利。5.由于喷嘴自带的过滤结构，避免了因管路杂质意外堵塞喷嘴的可能。6.净水室和净气汇流槽的使用，增加了滤网有效使用面，避免滤网过早被堵塞的 可能。7.杂质积存室的设置，保证了维修前的有效时间内管路意外杂质被缓存。8.排污阀的使用，使喷嘴免拆装前提下实现排污成为可能。




图1为本发明的锥面气雾喷嘴的一具体实施例的结构示意图。 图2为图1中采用的旋转浮环的结构示意图。 图3为图1中采用的锥面堵的结构示意图。 图4为图1中采用的进水法兰的结构示意图。 图5为本发明的锥面气雾喷嘴的另一具体实施例的结构示意图< 图6A至图6D为本发明的锥面气雾喷嘴的装配过程示意图。 主要元件标号说明 本发明 30 气雾喷嘴 305 混合射流狭缝 311 孔 314:圆柱法兰
301 第一流体狭缝 31 锥面堵 312 前段锥面 315 螺纹孔
303 第二流体狭缝 310 堵头 313 下端锥面 316 中心半透孔
317 径向半透孔
318 锥面水槽 320 浮环
319 环形水槽 321 内圆锥面 324 浮环定位孔 340 空腔32 悬浮件322 外圆锥面33 螺旋子341 收缩段36 进水法兰363 排污槽366 法兰螺纹42 净水室45:喷嘴基座455 第一容腔49:进气口550 第二容腔58 进气法兰
43 水量限流孔 450 安装轴 47 0型密封圈
50 空气杂质积存室
56 螺栓密封堵 59 空气滤网
323 浮环轴套 34 喷嘴套筒 343 扩张段 361 法兰柱面 364 环形气槽 37 排污阀
365 轴向气槽 40 杂质积存室 44 气量限流孔 453 内腔
35 水质滤网 362 排污孔
51 净气汇流槽 57 空气排污阀
48 进水口
具体实施例方式本发明提出一种不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴及锥面气雾形成方法，该气雾喷 嘴包括流体混合喷射器，该喷射器形成有锥面状的第一流体狭缝、锥面状的第二流体狭缝 以及锥面状的混合射流狭缝，所述第一流体狭缝及第二流体狭缝呈一定角度间隔开并在末 端汇合成所述混合射流狭缝，第一流体、第二流体在所述混合射流狭缝中混合、雾化，并沿 所述混合射流狭缝以锥形面喷出。与该气雾喷嘴相关，本发明的该锥面气雾形成方法中，气 雾喷嘴形成有流体混合喷射器，该喷射器形成有均呈倒锥面状的第一流体狭缝、第二流体 狭缝以及混合射流狭缝，所述第一流体狭缝及第二流体狭缝呈一定角度间隔开并在末端汇 合成所述混合射流狭缝；锥面气雾形成方法包括第一流体进入锥面状的第一流体狭缝， 第二流体进入锥面状的第二流体狭缝，第一流体、第二流体在二狭缝末端的混合射流狭缝 中混合、雾化，并沿所述混合射流狭缝以锥形面喷出。本发明的不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴和锥面气雾形成方法可适用于采用 气-水混合体按任意比例混合作介质的冷却场合，适用于连铸二冷区气雾冷却、铸锻件喷 雾热处理以及采用气雾增湿、除尘、降温等场合。为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的不堵塞、无气阻的新型气雾喷嘴和锥面气雾形成 方法的具体实施方式
、结构、步骤、特征及功效，详细说明如后，其中，为了便于理解，文中所 述方位是以对应的附图中显示的方向来说明的，并以喷嘴头轴线指向的方向为前。另外，通 过具体实施方式
的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加 深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制，特此说 明。如图1所示，其为本发明的一具体实施例的示意图。如图所示，气雾喷嘴30包括流体混合喷射器，该喷射器形成有锥面状的第一流体 狭缝301、锥面状的第二流体狭缝303以及锥面状的混合射流狭缝305，第一流体狭缝301及第二流体狭缝303呈一定角度间隔开并在末端平滑汇合成混合射流狭缝305，由第一流 体狭缝301、第二流体狭缝303汇合后的第一流体、第二流体在混合射流狭缝305中混合、雾 化，并沿混合射流狭缝305以锥形面喷出。较佳地，第一流体狭缝301、第二流体狭缝303及混合射流狭缝305的锥面为同轴 设置，且第一流体狭缝301与第二流体狭缝303的锥面狭缝的厚度能够根据狭缝内流体的 状态(压力、流量)动态变化。结合图1所示，本发明的该气雾形成方法的一具体实施例中， 第一流体狭缝301与第二流体狭缝303由一悬浮设置的悬浮件分隔开。较佳地，第一流体 狭缝301的厚度范围介于0. 1 1. 5mm，第二流体狭缝303的厚度范围介于0. 3 2. 5mm, 混合射流狭缝305的厚度介于0. 8 5mm，但并非以此为限。具体地，在本发明的该具体实施例中，本实施例中以水作为第一流体，以压缩空气 作为第二流体，参照图1至图4所示，气雾喷嘴包括喷嘴基座45、喷嘴套筒34、悬浮件32以 及锥面堵31。由锥面堵31、悬浮件32以及喷嘴套筒34组成喷射器。喷嘴基座45内形成有第一流体通道与第二流体通道，喷嘴基座45具有一中空的 安装轴450，安装轴450内轴向贯通的内腔453形成前述第一流体通道；较佳地，在该内腔 453 (第一流体通道)的末端(出口端)形成有内径渐缩的水量限流孔43，该第二流体通道 的出口端也形成内径渐缩的气量限流孔44。较佳地，水量限流孔和气量限流孔末端是分别 设置于气路和水路上的Φ0. 2 3mm和Φ0. 5 5mm的直径透孔，通过改变该透孔的直径 大小，实现改变该气雾喷嘴的水、气流量适应范围的作用。喷嘴套筒34结合于喷嘴基座45而形成有与第二流体通道连通的空腔340，且该空 腔340上方具有锥形收缩段341和倒锥形扩张段343 (请结合图6B所示)；锥面扩张段343 的扩张角从30 180°范围内变化。参照图2所示，悬浮件32包括呈倒锥面状的浮环320，该浮环320能够轴向滑动地 套装于喷嘴基座45的安装轴450上，该浮环320具有内圆锥面321及外圆锥面322 ；锥面堵31固定装设于安装轴450的端部，锥面堵31形成有连通其流体入口与外 侧锥面的锥面堵通道，该锥面堵31的流体入口对应该安装轴450内部的第一流体通道，参 照图3所示。通过上述结构，喷嘴套筒34的扩张段341的后段内圆锥面与浮环320的外圆锥面 322间形成锥面状的第一流体狭缝301，且该第一流体狭缝301通过锥面堵31上形成的锥 面堵通道与第一流体通道相连通，且锥面堵31的后段锥面313与浮环320的内圆锥面321 间对应形成第二流体狭缝303，第二流体狭缝303与该空腔340的锥形收缩段341连通，喷 嘴套筒34的扩张段343的前段内圆锥面与锥面堵31的前段锥面312间形成混合射流狭缝 305。由第一流体狭缝301及第二流体狭缝303汇合至混合射流狭缝305中的第一流体、第 二流体在高速旋转的浮环320的机械协助作用下充分混合、雾化，并沿混合射流狭缝305以 锥形面喷出。其中，第二流体狭缝303的圆锥角与混合射流狭缝305的圆锥角一致。较佳 地，第二流体狭缝303的外圆锥面与混合射流狭缝305的外圆锥面为同一锥面，第一流体狭 缝303的内圆锥面与混合射流狭缝305的内圆锥面一体相接但为圆锥角不同的二锥面。具体地，如图2所示，本实施例中，悬浮件32还可包括于前述倒锥面状的浮环320 的底部设置的浮环轴套323，悬浮件32整体形似倒置放置的礼帽，圆周分布的帽沿(浮 环320)构成了内、外圆锥面321、322，其圆锥面夹角可由15 180°范围内变化，较佳为30° 150° ；该浮环轴套323贯穿设有浮环定位孔324，以便将该浮环320套装于安装轴 450 上。较佳地，浮环321的内圆锥面321与外圆锥面322间具有夹角θ，且该浮环321的 厚度从后向前(即图中的由下至上方向)递减，使其截面末端呈较细长平滑的尖角状。较 佳地，夹角θ的范围介于3° 30°，以使自然形成的高速旋转浮环对两种流体在汇流时 的机械破碎效果更完美。如图3所示，较佳地，锥面堵31包括底部的圆柱法兰314以及上部略呈倒锥形的 圆台状堵头310，圆柱法兰314可通过其中心的安装螺纹孔315装设于安装轴450的端部， 并容设于悬浮件32的浮环轴套323内；锥面堵31大头端的平面中心可设置内六角或十字 花孔311。堵头310的小头端设有圆柱法兰314，该圆柱法兰314中心设有螺纹孔315，该圆 柱法兰314于螺纹孔315上方形成有中心半透孔316及多个沿径向延伸并与中心半透孔 316交叉相通的径向半透孔317，锥面堵31的锥面312上形成有多个与径向半透孔317交叉 相通的锥面水槽318，锥面水槽318均勻分布于锥面圆周上，数量为2 6个，可视锥堵直径 大小而定，随流量、直径增大数量增多；锥面堵31的锥面上沿圆周方向开设与锥面水槽318 连通的环形水槽319，中心半透孔316、径向半透孔317、锥面水槽318及环形水槽319组成 前述锥面堵通道。可选择地，锥面堵31的大头端的平面中心设有一内六角或十字花孔311 ； 前述锥面水槽的数量较佳为2 6个；锥面堵31锥面的圆锥角可从15 180°范围内变 化，因此气雾喷嘴的喷射角度也可以从15 180°变化。为了使得喷雾效果达到较佳状态，浮环320的外圆锥面322、内圆锥面321的圆锥 角分别与锥面堵31的圆锥角、喷嘴套筒34的扩张段343的圆锥角相对应。例如，对应于前 述锥面堵31的圆锥角，本实施例的浮环320的外圆锥面322、内圆锥面321的圆锥角也是介 于15 180°内，较佳地，锥面堵31的圆锥角、浮环320的外圆锥面322的圆锥角、内圆锥 面321的圆锥角均介于90° 150°，以保障喷射角，特别是保障90°以上的大喷射角。较佳地，本发明在水路通道上设置一螺旋件，使得水流经过该螺旋件后形成螺旋 上升水流，以利于水流的圆周均勻分配。具体地，如图1所示，喷射器包括该空腔340内并套设于安装轴450上的螺旋子 33，该螺旋子33为带有中心透孔的单头或多头螺管，其中心透孔形成第一流体通道，该螺 旋子33与喷嘴套筒34间形成连通第二流体通道的螺旋通道，具体实施时，该螺旋子33可 选择采用矩形或三角形等形状的螺纹。由此，使得在第一流体狭缝301中的第一流体形成 液膜状；第二流体螺旋状进入该第二流体狭缝303形成螺旋状的上升流体，来自第一流体 狭缝301及第二流体狭缝303的两种流体把浮环320悬浮起来，且螺旋上升的第二流体(气 流)不仅提供了压力同时还提供了旋转力，使得浮环320就在悬浮状态中高速旋转起来，并 在第一流体狭缝301内形成负压。为了给锥面气雾喷嘴提供洁净可靠的流体，本发明还提出一种气雾喷嘴的流体过 滤结构，该流体过滤结构包括过滤网，该过滤网可为金属丝网结构，用于隔开喷嘴基座的流 体入口及气雾喷嘴喷射器的流体通道的入口，过滤网的网孔直径通常略小于水、气限流孔 的直径即可。下面参照图1以水质过滤结构为例进行说明。该水质过滤结构包括水质滤网35，水质滤网35呈倒锥状设于喷嘴基座45上开设的筒状腔体内，该水质滤网35是由网孔范围在0. 05 Imm的耐热、防锈、透气易清洗的材 料制造而成，水质滤网35的锥底端与喷嘴基座45的第一流体通道入口相连，锥顶端与喷嘴 基座45的进水口 48相对，水质滤网35的锥壁与外侧的喷嘴基座45的筒状腔体内壁之间 形成冷却水杂质积存室40，其锥壁内部形成净水室42，该净水室42与第一流体通道及其水 量限制孔43连通。该冷却水杂质积存室40与喷嘴基座45的冷却水排污口间设有冷却水排污阀37， 进水口 48、冷却水杂质积存室40及冷却水排污口构成冷却水杂质储存排放系统。将该流体过滤结构结合到本发明的锥面气雾喷嘴，其具体结构请参阅图1所示 本实施例中，喷嘴基座45在第一流体通道与第一流体入口间设有第一容腔455，喷嘴基座 对应第一容腔455的外壁设有第一排污阀37，第一容腔455内设有第一流体过滤器，第一流 体经该第一流体过滤器后进入该第一流体通道。具体地，如图1所示，第一容腔455内设有进水法兰36，该进水法兰36包括端面法 兰盘和法兰柱面361，端面法兰盘上开设一圆环槽，用于安放0型密封圈317，端面法兰盘柱 面设法兰螺纹366，以与喷嘴基座45连接，在法兰柱面361上设有一轴向气槽365，安装时 与喷嘴基座45上的第二流体通道正对相通，法兰柱面361的端部外侧设有环形气槽364，该 环形气槽364与轴向气槽365联通，同时环形气槽364通过喷嘴基座45所设的透气孔451 与喷嘴基座45上方的装设螺旋子的空腔340相连通；法兰柱面361上避开轴向气槽365开 设有一排污孔362，排污孔362较佳是与该轴向气槽365相对设置；排污孔362与喷嘴基座 45上的排污阀37相对应，在排污孔362外侧略向内凹设有排污槽363，以避免排污孔362、 排污阀37对中偏差。该第一流体过滤器包括一倒锥形的网孔尺寸范围在0. 05 Imm间的金属丝网结 构的水质滤网35，其锥底端围设于第一流体通道入口端的外周。较佳地，是在该喷嘴基座对 应该第一流体通道的入口端凹设有阶梯状的安装止口，以将该金属丝网的锥底端抵设于该 阶梯状安装止口内。水质滤网35将进水法兰的法兰柱面围成的内腔分成外侧的杂质积存 室40和内部的净水室42两部分，水质滤网35的锥壁内部形成倒锥状的净水室42，其锥壁 与外侧的进水法兰的法兰柱面之间形成杂质积存室40，水质滤网35锥顶端与进水口 48相 对，其锥底端与喷嘴基座上的安装止口配接。 气雾喷嘴采用了上述水质过滤装置后，可以便于气雾喷嘴进行清理维护。气雾喷 嘴自身的过滤功能是建立在供水系统水处理质量合格基础上的，目的是预防管路沉积物及 微小附着颗粒脱落引起的喷嘴堵塞，因此供水系统水处理质量和管路锈蚀及沉积物的差 异，直接影响水嘴的连续正常工作时间。在水质条件一定的情况下，连续正常工作时间也就 确定了，在一个正常工作周期结束，必需进行喷嘴清理与维护，其具体的维护可采用在线清 理的方法，在保证无生产前提下进行，具体步骤包括 打开管道冷却水阀门，在气雾喷嘴正常喷水状态下，打开气雾喷嘴上的冷却水排 污阀37，即使冷却水杂质积存室40与排污口处于通路状态，在水压的冲击下，积存在冷却 水杂质积存室40的杂物就会自动被冲出，此时打开管道供气开关，同时将气雾喷嘴前端堵 住，压缩空气就会经进气口 19、混合螺旋槽、第二流体狭缝303、第一流体狭缝301、水量限 制孔、第一流体通道而反冲水质滤网35，使嵌覆在水质滤网35上的杂物被压缩空气在水中 形成的汽泡带走，并由冷却水排污口排出；清洗完毕，将排污阀关闭，检查喷嘴雾化状态正常即可。本实施例的不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴的装配步骤为选取一套完整的合格的各组件，将喷嘴基座45摆放好，首先将螺旋子33套装到到 喷嘴基座45上；接着安装喷嘴套筒34，将螺纹口拧紧；然后套装水质滤网35，安装排污阀 37，并与密封螺栓拧紧；接着安装进水法兰36，可以利用调整垫片使排污孔362与排污阀孔 中心重合；随后安放旋转浮环32、锥面堵31，可以调整垫片高度使锥面缝隙满足设计要求 并拧紧；最后安装0型密封圈317。需要说明的是，该装配步骤是众多装配方法中的优选方 法之一，并不能理解为对本发明的限制。本实施例的不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴的使用方法如下首先，将组装好的锥面气雾喷嘴安装到管道中对应的法兰上，其中进水口 48、进气 口 49与对应的法兰上的出水、出气口一一对应，密封把合好；所有喷嘴均安装到位后，首先 打开管道供气阀门，随后打开供水管道供水阀门；压缩空气沿进气口 49由气量限流孔44进 行流量限定，沿进水法兰36上的轴向气槽365进入端头的环形气槽，由喷嘴基座上的透气 孔进入螺旋子螺旋槽内，并沿螺旋槽形成旋转气流；冷却水经进水口进入喷嘴后，经水质过 滤网过滤进入净水室，经水量限流孔进入锥面堵法兰的中心半透孔，经径向半透孔、锥面水 槽均勻分布到环形水槽，受环形水槽内水与旋转空气的双重作用，使旋转浮环悬浮于气水 膜之中，受旋转气流推动而作高速旋转运动；同时压缩空气沿浮环与喷嘴套筒间缝隙，喷射 到锥面堵与喷嘴套筒间缝隙，且对水膜形成负压，同时将旋转着的水一并吸入、混合雾化、 一并沿锥面堵锥面以该角度锥面气雾形式喷出。图5为本发明的锥面气雾喷嘴及锥面气雾形成方法的另一具体实施例的结构示 意图。本实施例的不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴主要包括旋转式空气-水混合喷射器、 水质过滤器及空气过滤器三部分，其中旋转式空气-水混合喷射器、水质过滤器与前一实 施例基本相同，本实施例的锥面气雾喷嘴及锥面气雾形成方法主要是增设第二流体过滤 器，即喷嘴基座45内在第二流体通道与第二流体入口间设有第二容腔550，第二容腔550内 设有第二流体过滤器，即空气过滤器，第二流体经该第二流体过滤器后进入该第二流体通 道。本实施例中，第二流体过滤器包括一圆筒形的网孔尺寸范围在0.05 Imm间的金属丝 网结构，其一端围设于第二流体入口的外围，喷嘴基座外壁对应该第二流体过滤器另一端 设有第二排污阀。下面参照图5对本发明的另一具体实施例进行详细说明。本实施例为用于Φ500轴承钢圆形连铸坯二冷区冷却的锥面气雾喷嘴及锥面气 雾形成方法，该锥面气雾喷嘴包含锥面堵31、旋转浮环32、螺旋子33、喷嘴套筒34、水质滤 网35、空气滤网59、冷却水杂质积存室40、空气杂质积存室50、进水法兰36、进气法兰58、 净气汇流槽51、净水室42、水量限流孔43、气量限流孔44、喷嘴基座45、冷却水排污阀37、 空气排污阀57螺栓密封堵56、0型密封圈47、进水口 48、进气口 49等部件。其中锥面堵31形如圆台，其大头端的平面中心设有十字花半透孔；小头端的圆柱法兰 中心有螺纹孔315，且其正中心设有中心半透孔316与锥面堵31圆锥面上的径向半透孔 317交叉并连通；在锥面圆周上均勻分布着2个锥面水槽318，且与锥面圆周上开设的一圈 环形水槽319相连通。本实施例中，该锥面堵31的圆锥面的圆锥角为90°。具体地，可参照图2所示，锥面堵31大头端的十字花或内六角用于装卸，锥面堵31的锥面大致以环形水槽319为界被分为前段锥面312和后段锥面313，其中，前段锥面312 与喷嘴套筒34的扩张段343的锥面组成喷射通道(即混合射流狭缝)，该通道锥角决定了 气雾喷嘴的喷雾角；锥面堵31的后段锥面313与旋转浮环的32的内圆锥面321组成雾化 水通道(即第一流体狭缝301)，水经喷嘴基座45的水量限流孔43进入锥面堵31的中心 半透孔316，经径向半透孔317进入锥面水槽318，并均勻分配到环形水槽319内，受环形水 槽319内水压作用推动旋转浮环32远离锥面堵31，在浮环32外圆锥面323与喷嘴套筒34 收缩段341的锥面间，压缩空气推动浮环32远离喷嘴套筒34，致使浮环32悬浮于压缩空 气与水膜之间，同时受螺旋子33螺旋轨迹的影响，压缩空气产生的圆周旋转力推动浮环32 高速旋转，借助于高速旋转的浮环的机械破碎原理，起到了充分雾化水、混合水雾与空气的 作用。浮环32的外圆锥面322与对应的喷嘴套筒34扩张段342的锥面间(即第二流体狭 缝)的压缩空气同时受空气压力作用向远离轴心方向喷出，同时带动周边水雾一同进入锥 面堵31的前段锥面312与喷嘴套筒34扩张段343的锥面间的混合喷射区(即混合射流狭 缝)，使得锥面堵31的后段锥面313与旋转浮环31的内圆锥面321组成的雾化水通道产生 负压，避免了水被气阻塞的可能。锥面堵31的法兰314与喷嘴基座45的水量限流孔端采用螺纹密封连接，旋转浮 环32与喷嘴基座45、锥面堵31、喷嘴套筒34及螺旋子33间均采用间隙动配合连接。螺旋 子33与喷嘴基座45采用套装连接。螺旋子33与喷嘴套筒34间采用间隙配合连接。本实施例的该锥面堵31的锥角只是15 180°角度中的一个例子，并非对本专利 的限制。浮环32形似倒置放置的礼帽，其内圆锥面夹角为90°，与锥面堵31的圆锥角相对 应配合。螺旋子33为一带有中心透孔的三头的矩形螺纹螺管。喷嘴套筒34形为筒状，其一端内孔设有内螺纹，以与喷嘴基座35连接，另一端内 腔成形为射管结构，即由锥面收缩段341和锥面扩张段343组成，锥面扩张段343的扩张角 为90°，与锥面堵31及浮环32的圆锥角相对应。水质滤网55和空气滤网59均为网孔0. Imm的不锈钢丝网，其中水质滤网55为圆 锥状，空气滤网59为圆柱状。喷嘴基座45的腔体与水质滤网55外表面构成冷却水杂质积存室40 ；由空气滤网 59内腔围成的圆柱腔体构成空气杂质积存室50。进水法兰36包括盘形法兰和法兰柱面两部分，其中法兰柱面端部开有环形气槽 364，与该环形气槽364垂直相交有一个轴向气槽365与气量限流孔44相对应；法兰柱面的 侧壁开设有一透孔362，该透孔362与轴向气槽365相对(即呈180° )并与喷嘴基座45 外壁所设排污阀37相对应，并在法兰柱面外表面将透孔沿圆周扩一个圆槽363，以便于安 装对位。进气法兰58为盘形法兰结构，中心设有透孔(即进气口 49)，外圆柱面设有螺纹， 以与喷嘴基座45连接，进气法兰58外端平面上设有0型密封圈槽，用于设置0形密封圈；净气汇流槽351为空气过滤网59与对应的喷嘴基座45的第一容腔455间构成的 环状腔体，该腔体经空气通道(第二流体通道)与气量限流孔44相通。净水室42是由锥形水质滤网内表面构成的腔体，该腔体经净水通道(第一流体通道)与水量限流孔43相通。水量限流孔43和气量限流孔44是分别设置于气路和水路上的直径为Φ0. 8mm和 Φ 3mm的透孔。冷却水排污阀37、空气排污阀57及螺栓密封堵56均为现有结构，是由螺栓圆柱体 将排污口或工艺孔堵塞，由螺栓法兰面与喷嘴基座密封。喷嘴基座45由基座实体与腔体组成，实体部分构成连接其上的各部件止口、法 兰、螺纹体，腔体部分构成了其各部件间相连通的气路、水路等通道、流体缓存室、杂质缓存 室以及流量控制体；喷嘴根据功能主要分为三个功能区由喷嘴基座45、进气法兰58、空气 滤网59构成空气过滤器，在该区域设有空气排污阀57 ；由喷嘴基座45、进水法兰36、水质 滤网35构成水质过滤器；由喷嘴基座45、螺旋子33、旋转式的浮环32、锥面堵31构成旋转 式空气_水混合喷射器，且该喷射器旋转空气_水混合角度、形状不受压力、流量变化的影 响。本实施例中，喷嘴基座45与空气滤网59、水质滤网35间采用嵌入式套装结构；喷 嘴基座45与法兰盘间采用螺纹密封连接；喷嘴基座45与螺旋子33间采用套装连接；喷嘴 基座45与旋转式浮环32采用间隙套装连接；喷嘴基座45与锥面堵31间采用螺纹密封连 接；喷嘴基座45与喷嘴套筒34间采用螺纹密封连接；喷嘴基座45与冷却水排污阀37、空 气排污阀57及螺栓密封堵56间采用螺栓密封连接。0型密封圈47可采用现有的0型密封 圈结构；进水口 48、进气口 49选择设为圆形。需要说明的是，本发明中，该气雾喷嘴的旋转式空气_水混合喷射器可独立使用， 即在压缩空气质量好且有保证的前提下，可以不使用空气滤网；同时水质好且有保障的前 提下，也可以不用水质滤网。图6A至图6B显示了本实施例的不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴一种装配步骤，具 体包括首先选取一套完整的合格的各组件，将喷嘴基座按图6A摆放好，先将螺旋子33套 装到到喷嘴基座上30的安装轴450上；如图6B安装喷嘴套筒34，将其螺纹口拧紧，然后套 装水质滤网35、空气滤网59，接着安装空气排污阀57与密封螺栓塞56并拧紧；如图6C安 装进水法兰36，并调整垫片(图中未示出)使排污孔362与排污阀孔中心重合，安装进气 法兰58，将螺纹上紧，安放旋转浮环32 ；如图6D安装锥面堵31，可调整垫片(图中未示出) 高度以使锥面缝隙满足设计要求并拧紧，随后安装冷却水排污阀37，最后安装进水法兰和 进气法兰上的0型密封圈47。其中上述装配步骤是众多方法中的优选方法之一，并不是对其的限制。本实施例的该不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴的使用方法如下首先，将组装好的锥面气雾喷嘴安装到管道中对应的法兰上，其中进水口、进气口 与对应的法兰上的出水口、出气口一一对应，密封把合好；所有喷嘴均安装到位后，首先打 开管道供气阀门，随后打开供水管道供水阀门；压缩空气沿进气口经空气滤网过滤，由净气 汇流槽汇集，并由气量限流孔进行流量限定，然后沿进水法兰上的轴向气槽365进入端头 的环形气槽，由喷嘴基座上的透气孔进入螺旋子螺旋槽内，并沿螺旋槽形成旋转气流；冷却 水经进水口进入喷嘴后，经水质滤网过滤进入净水室，经水量限流孔进入锥面堵法兰的中 心半透孔，再经径向半透孔、锥面水槽，均勻分布到环形水槽，受环形水槽内水与旋转空气的双重作用，使旋转浮环悬浮于气水膜之中，受旋转气流推动作高速旋转运动；同时压缩空 气沿浮环与喷嘴套筒间缝隙喷射到锥面堵与喷嘴套筒间缝隙，且对水膜形成负压，同时将 旋转着的水一并吸入、混合雾化，一并沿锥面堵锥面以对应角度锥面气雾形式喷出。本实施例的锥面气雾喷嘴应用于连铸机二冷区的冷却，由于本实施例的锥面气雾 喷嘴采用水质过滤器和空气过滤器，因此，其通常的维护可在保证无生产前提下采用在线 清理的方法，不用卸下喷嘴，只是通过打开排污阀后打开供气或供水阀门，进入的新水或气 就可以将存在杂质积存室的杂质从排污口中冲出，从而对气雾喷嘴进行在线清理维护，其 具体步骤请参见前述在线清理步骤。当然，如果流体中杂质较多，或已不能靠在线清理解决 问题时，也可以卸下整个气雾喷嘴后解体清除杂质。本发明的锥面气雾喷嘴及锥面气雾形成方法利用锥面堵、旋转浮环与喷嘴套筒 三者间的狭逢构成了一个射流喷射器，在喷嘴套筒扩张锥面与旋转浮环间的缝隙间，压缩 空气沿其径向喷出，在旋转浮环的环形帽沿处从浮环与锥面堵缝隙流出的水在空气的冲击 下，进入锥面堵与喷嘴套筒间的狭逢中，并沿狭逢夹角以锥形面喷出，同时使浮环与锥面堵 缝隙形成负压，避免了压缩空气对水形成的气阻，在同一喷嘴上使气水混合比例实现了随 意调节。由于旋转浮环巧妙的使用，在旋转浮环的前方，受锥面堵锥面圆周分布的喷水孔 水压作用，使浮环与锥面堵锥面间形成薄薄的一层水膜，在旋转浮环的另一方向受来自螺 旋槽内旋转空气作用，使浮环悬浮在空气和水膜间作高速旋转，借助于高速旋转的浮环的 机械混合、破碎作用，在浮环的环形帽沿气水交汇处，空气与水得到充分混合与雾化，并沿 锥面堵与喷嘴套筒扩张段锥面间的缝隙喷出，从而起到了气水混合、雾化、控制喷射角度的 多重效果。由于喷嘴基座、水质滤网、空气滤网、净气汇流槽、净水室、杂质积存室、排污口的 有机结合，实现了水质过滤、空气过滤、净水缓存、空气缓存、杂质积存、定期人工排污，避免 了有效工作时间内堵塞的现象。使用本发明的锥面气雾喷嘴后，无论气水混合比例如何调整，均未出现气阻现象， 其汽化效果好、喷雾均勻、对铸坯冷却条件得到显著改善，产品质量稳定性得到明显提高; 同时在加强供水系统净化过滤的基础上，采用本专利喷嘴实现了连续15天以上工作不堵 塞的良好效果。综上所述，本发明的不易堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴及锥面气雾形成方法具有 诸多的优点和实用价值，并在同类产品中未见有类似的工艺设计公开发表或使用，确属创 新，其不仅在构思、功能上皆有较大改进，在技术上有较大进步，在保证高质量水准上具有 非常明显的作用，从而更加实用，而且具有产业的广泛利用价值，成为一款新颖、进步、实用 的新结构和新方法。虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术 人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利 保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。
权利要求
一种不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴，其特征在于，该气雾喷嘴包括流体混合喷射器，该喷射器形成有锥面状的第一流体狭缝、锥面状的第二流体狭缝以及锥面状的混合射流狭缝，所述第一流体狭缝及第二流体狭缝呈一定角度间隔开并在末端汇合成所述混合射流狭缝，第一流体、第二流体分别由第一流体狭缝及第二流体狭缝汇合至所述混合射流狭缝中被混合、雾化，并沿所述混合射流狭缝以锥形面喷出。
2.如权利要求1所述的锥面气雾喷嘴，其特征在于，所述喷射器包括喷嘴套筒、悬浮件 以及锥面堵，所述喷嘴套筒形成有空腔，且该空腔上方具有锥形收缩段和倒锥形扩张段；所 述悬浮件包括呈倒锥面状能够轴向滑动的浮环；所述锥面堵形成有连通其流体入口与锥面 的锥面堵通道；所述喷嘴套筒的扩张段的后段锥面与浮环的外圆锥面间形成所述第一流体 狭缝，且该第一流体狭缝与锥面堵通道连通，所述锥面堵的后段锥面与所述浮环的内圆锥 面间形成所述第二流体狭缝，所述第二流体狭缝与该空腔的锥形收缩段连通，所述喷嘴套 筒的扩张段的前段锥面与所述锥面堵的前段锥面间形成所述混合射流狭缝；由第一流体狭 缝及第二流体狭缝汇合至所述混合射流狭缝中的第一流体、第二流体在高速旋转的浮环的 机械协助作用下充分混合、雾化，并沿所述混合射流狭缝以锥形面喷出。
3.如权利要求2所述的锥面气雾喷嘴，其特征在于，所述浮环的内圆锥面与外圆锥面 间具有夹角，且该浮环的厚度从下至上递减，使其截面末端呈尖角状。
4.如权利要求2所述的锥面气雾喷嘴，其特征在于，所述浮环的外圆锥面、内圆锥面的 圆锥角与所述锥面堵、喷嘴套筒的扩张段的圆锥角相对应。
5.如权利要求2所述的锥面气雾喷嘴，其特征在于，所述气雾喷嘴包括喷嘴基座，所述 喷嘴基座内形成有第一流体通道与第二流体通道，所述喷嘴基座具有一中空的安装轴，所 述安装轴内贯通轴向的内腔形成所述第一流体通道；所述喷嘴套筒结合于喷嘴基座而形成 有与所述第二流体通道连通的所述空腔，所述浮环能够轴向滑动地套装于所述喷嘴基座的 安装轴上，所述锥面堵固定装设于所述安装轴端部，所述锥面堵通道与第一流体通道连通。
6.如权利要求5所述的锥面气雾喷嘴，其特征在于，所述气雾喷嘴还包括套设于喷嘴 基座的安装轴上的螺旋子，所述螺旋子位于该空腔内，以使进入该空腔内的第二流体形成 螺旋上升流体，冲击并带动浮环高速旋转，从而对汇流处的第一流体、第二流体产生机械破 碎的辅助混合作用。
7.如权利要求2所述的锥面气雾喷嘴，其特征在于，所述锥面堵为倒锥形的圆台，其小 头设有一圆柱法兰，该圆柱法兰中心设有螺纹孔，该圆柱法兰于螺纹孔上方形成有中心半 透孔及多个沿径向延伸并与该中心半透孔交叉相通的径向半透孔，锥面堵的圆锥面上形成 有多个与径向半透孔交叉相通的锥面水槽，锥面水槽均勻分布于锥面圆周上，所述锥面堵 的圆锥面沿圆周方向开设与锥面水槽连通的环形水槽，所述中心半透孔、径向半透孔、锥面 水槽及环形水槽组成前述锥面堵通道。
8.如权利要求7所述的锥面气雾喷嘴，其特征在于，所述锥面堵的大头平面中心设有 一内六角或十字花孔；所述锥面水槽的数量为2 6个；所述锥面堵锥面的圆锥角大于等 于15°小于180°。
9.如权利要求2所述的锥面气雾喷嘴，其特征在于，所述气雾喷嘴还至少包括以下过 滤器之一设于所述第一流体通道入口处的第一流体过滤器，所述第一流体经该第一流体过滤器后进入该第一流体通道；设于所述第二流体通道入口处的第二流体过滤器，所述第二流体经该第二流体过滤器 后进入该第二流体通道。
10.如权利要求9所述的锥面气雾喷嘴，其特征在于，所述喷嘴基座在第一流体通道与 喷嘴基座的第一流体入口间设有第一容腔，于所述第一容腔内设有所述第一流体过滤器; 所述喷嘴基座在第二流体通道与喷嘴基座的第二流体入口间设有第二容腔，所述第二容腔 内设有第二流体过滤器。
11.如权利要求10所述的锥面气雾喷嘴，其特征在于，所述第一流体过滤器为一倒锥 形的网孔尺寸范围在0. 05 Imm间的金属丝网结构，其锥底端围设于所述第一流体通道入 口端的外周，所述第一容腔外壁设有第一排污阀；所述第二流体过滤器包括一圆筒形的网 孔尺寸范围在0. 05 Imm间的金属丝网结构，其一端对应设于所述第二流体入口的内侧， 所述喷嘴基座外壁对应该第二流体过滤器另一端设有第二排污阀。
12.如权利要求11所述的锥面气雾喷嘴，其特征在于，所述第一容腔内装设有第一法 兰，该第一法兰包括端面法兰盘和法兰柱面，其中法兰柱面端部开有一个环形槽，且该法兰 柱面设有与该环形槽垂直相交的轴向槽，且该轴向槽与第二流体通道的限流孔相对应；法 兰柱面在与轴向槽相对的另一侧开设一透孔，该透孔与第一排污阀对应。
13.—种锥面气雾形成方法，其特征在于，气雾喷嘴形成有流体混合喷射器，该喷射器 形成有均呈倒锥面状的第一流体狭缝、第二流体狭缝以及混合射流狭缝，所述第一流体狭 缝及第二流体狭缝呈一定角度间隔开并在末端汇合成所述混合射流狭缝；所述锥面气雾形 成方法包括第一流体进入锥面状的第一流体狭缝，第二流体进入锥面状的第二流体狭缝，第一流 体、第二流体在锥面状的混合射流狭缝中混合、雾化，并沿所述混合射流狭缝以锥形面喷 出ο
14.如权利要求13所述的锥面气雾形成方法，其特征在于，所述第一流体狭缝与第二 流体狭缝由一悬浮件分隔开，所述悬浮件包括呈倒锥面状的浮环，所述浮环的内圆锥面与 外圆锥面间具有夹角，分别作为第一流体狭缝的外壁面和第二流体狭缝的内壁面，且该浮 环的厚度从下至上递减，使其末端呈尖角状。
15.如权利要求14所述的锥面气雾形成方法，其特征在于，通入第一流体狭缝的第一 流体以及通入第二流体狭缝的第二流体使得所述浮环处于悬浮状态，且第一流体在所述第 一流体狭缝中形成液膜状，第二流体螺旋状进入该第二流体狭缝，且第二流体的旋转带动 浮环高速旋转，并在所述第一流体狭缝内形成负压。
16.如权利要求15所述的锥面气雾形成方法，其特征在于，在进入第二流体狭缝前，第 二流体是先经过一具有螺旋槽的螺旋子而形成螺旋上升流体，冲击并带动浮环高速旋转， 从而对汇流处的第一流体、第二流体在混合的同时还产生了机械破碎作用。
17.如权利要求13所述的锥面气雾形成方法，其特征在于，所述第二流体狭缝的圆锥 角与所述混合射流狭缝的圆锥角一致。
18.如权利要求13所述的锥面气雾形成方法，其特征在于，所述第二流体狭缝的外圆 锥面与所述混合射流狭缝的外圆锥面为同一锥面，所述第一流体狭缝的内圆锥面与所述混 合射流狭缝的内圆锥面一体相接，但为圆锥角不同的二锥面。
19.如权利要求13所述的锥面气雾形成方法，其特征在于，还至少包括以下一个步骤 在第一流体射出前，对第一流体进行过滤； 在第二流体射出前，对第二流体进行过滤。
全文摘要
一种不堵塞、无气阻的锥面气雾喷嘴及锥面气雾形成方法，其中，该锥面气雾喷嘴包括流体混合喷射器，该喷射器形成有锥面状的第一流体狭缝、锥面状的第二流体狭缝以及锥面状的混合射流狭缝，所述第一流体狭缝及第二流体狭缝呈一定角度间隔开并在末端汇合成所述混合射流狭缝，由第一流体狭缝及第二流体狭缝汇合至所述混合射流狭缝中的第一流体、第二流体在高速旋转的浮环机械协助作用下充分混合、雾化，并沿所述混合射流狭缝以锥形面喷出；从而，本发明的锥面气雾喷嘴使喷射介质喷射形状、角度不再受气压、流量影响，能够按设计形状、角度喷射。
文档编号B05B7/04GK101884962SQ20101022843
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者周守航, 周德钢, 李永红, 王永涛, 黄衍林 申请人:中冶京诚工程技术有限公司