专利名称：适应介质流动的喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油开发实验技术领域，具体而言，涉及一种适应介质流动的喷嘴。
背景技术：
在油气田开发实验研究中，岩心孔隙结构历来受到研究者的重视，但是其不可控制的特点也制约了相关研究的精度与深度。为了制造具有相同孔隙结构的岩心，研究者提出了高熔点介质3D打印方法，该方法引用了将熔化的高熔点介质(例如为玻璃)以一定的粒径、速度喷射出来的功能模块，称之为喷射模块。喷射出来的液态介质经冷却后形成符合孔隙结构设计的岩心样品。在这种喷射模块中，喷嘴的设计必须满足以下条件材料能承受1400°C高温；内部尺度能满足高粘液态介质流动条件(IOOOOmPa. s)；在喷射时具有单向阀功能。目前，尚未有控制高温高粘液态介质能够自动实现喷射的喷嘴。
实用新型内容本实用新型旨在提供一种适应高熔点介质流动的喷嘴，以解决现有的喷嘴无法实现自动喷射高熔点介质的问题。为此，本实用新型提出一种适应介质流动的喷嘴，所述适应介质流动的喷嘴包括 管柱体，所述管柱体具有内腔，所述内腔位于容纳介质的融化容器的下方并与容纳介质的融化容器连接，所述内腔中设有密封孔；密封所述密封孔的密封塞，可活动的设置在所述密封孔的下方并位于所述内腔中；喷气管，从所述管柱体的侧壁穿入到所述内腔中并与设置在所述管柱体外的气源装置连接，所述喷气管的出口端具有承托所述密封塞的端面以及与所述端面连接的喷气空间，所述喷气空间与所述出口端位于所述密封塞的下方的所述内腔中；陶瓷管，连接在所述喷气管的下方并位于所述内腔中，所述陶瓷管具有喷出口，所述喷出口与所述内腔连通，在非喷射状态，所述喷出口的口径小于所述介质流出的最小口径。进一步地，所述内腔中设有封堵挡板，所述密封孔设置在封堵挡板中。进一步地，所述内腔中设有对所述陶瓷管定位的定位挡圈，所述定位挡圈位于所述内腔中的所述喷气管之下并且所述定位挡圈具有连通所述喷出口与所述内腔的通孔，所述陶瓷管位于所述定位挡圈之下。进一步地，所述适应介质流动的喷嘴还包括连接在所述管柱体底部的端盖，所述陶瓷管位于所述端盖与所述定位挡圈之间。进一步地，所述喷气管包括与所述气源装置连接的入口管以及连接在所述入口管端部的喇叭口，所述气源装置为恒压气源泵。进一步地，所述密封塞包括导入所述密封孔的导入段，与所述导入段连接的密封段。进一步地，所述导入段为锥形或锥台形，所述密封段为圆柱形，所述导入段的直径小于所述密封段的直径。进一步地，所述密封塞还包括与所述密封段连接的承托段，所述密封段位于所述承托段与所述导入段之间，所述承托段的底端具有卡住所述喇叭口外沿的承托凹面，所述承托凹面为圆形，所述承托凹面的直径大于所述密封段的直径。进一步地，所述承托凹面的边缘具有倒角。进一步地，所述倒角为45度，当所述密封塞静置在所述喇叭口上时，所述导入段进入所述密封孔内1mm。在非喷射状态，高熔点介质受粘度、表面张力以及重力的作用，所述喷出口的口径小于所述高熔点介质流出的最小口径，高熔点介质保留在所述管柱体的内腔中，不会流出来。在喷射状态下，气源装置向喷气管输入高压气体，高压气体通过喷气管的出口端的喷气空间将密封塞顶起，密封住所述内腔中的密封孔，从而使内腔在喷出口处产生巨大的向下的喷射压力，使内腔中的高熔点介质通过喷出口单向喷出，实现了高熔点介质自动喷射的目的。
图1为根据本实用新型实施例的喷射模块的结构示意图；图2示意性示出了根据本实用新型实施例的适应高熔点介质流动的喷嘴的放大结构；图3示意性示出了根据本实用新型实施例的适应高熔点介质流动的喷嘴的局部分解结构；图4示意性示出了根据本实用新型实施例的密封塞的结构；图5示意性示出了根据本实用新型实施例的喷气管的结构。附图标号说明1、融化容器11、顶盖 3、高熔点介质5、喷嘴7、气源装置9、气动阀 51、管柱体 511、内腔513、封堵挡板515、密封孔517、定位挡圈53、陶瓷管 531、喷出口59、喷气管55、端盖 571、导入段 573、密封段575、承托段579、承托凹面577、倒角 591、喇叭口 593、入口管
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式
。如图1所示，根据本实用新型实施例的适应高熔点介质流动的喷嘴为高熔点介质 3D打印方法中喷射模块的一个部件，高熔点介质的熔点为1300度或以上，例如为玻璃微粒或硅酸钠粉末。该喷嘴5与喷射模块中的容纳高熔点介质的融化容器1相连接，以使得融化容器1内的液态高熔点介质流入到喷嘴5中。融化容器1可以为坩埚，坩埚上可以盖有顶盖11，在加热融化容器1的高熔点介质(玻璃)时，顶盖11可以保温并起到安全防护作用。喷嘴5通过气动阀9与气源装置7连接，气源装置7可以为恒压气源泵，以便为喷嘴5 的喷射通过稳定的高压。恒压气源泵的输出压力可以为2兆帕以下，例如为可以为1.5兆帕或1.6兆帕或1.7兆帕等等。如图2所示，适应高熔点介质流动的喷嘴5包括管柱体51，所述管柱体51具有内腔511，所述内腔511位于容纳高熔点介质的融化容器的下方并与容纳高熔点介质的融化容器连接，以使得融化容器1内的液态高熔点介质流入到喷嘴5中。所述内腔511中设有密封孔515 ；密封所述密封孔515的密封塞57，可活动的设置在所述密封孔515的下方并位于所述内腔511中；喷气管59，从所述管柱体51的侧壁穿入到所述内腔511中并与设置在所述管柱体外的气源装置连接，所述喷气管59的出口端具有承托所述密封塞的端面以及与所述端面连接的喷气空间，所述喷气空间与所述出口端位于所述密封塞57的下方的所述内腔511中；陶瓷管53，连接在所述喷气管的下方并位于所述内腔中，所述陶瓷管53具有喷出口 531，所述喷出口 53与所述内腔511连通，在非喷射状态，即气动阀9关闭，喷嘴5 与气源装置7不连通，所述喷出口 53的口径小于所述高熔点介质流出的最小口径，以免在喷射前，高熔点介质不受控制的流出。该喷出口 53的最小口径通常由高熔点介质的粘度、 表面张力、重力以及陶瓷管的材质等因素综合决定。如图2所示，所述内腔511中设有封堵挡板513，所述密封孔515设置在封堵挡板 513中。所述内腔511中设有对所述陶瓷管53定位的定位挡圈517，以便于安装。所述定位挡圈517位于所述内腔511中的所述喷气管59之下并且所述定位挡圈517具有连通所述喷出口 531与所述内腔的通孔，所述陶瓷管53位于所述定位挡圈517之下。如图3所示，所述适应高熔点介质流动的喷嘴还包括连接在所述管柱体51底部的端盖55，所述陶瓷管53位于所述端盖55与所述定位挡圈517之间。管柱体51和端盖 55由丝扣连接，便于安装和拆卸。管柱体51、封堵挡板513、定位挡圈517、陶瓷管53、密封塞57、喷气管59以及端盖阳均由氧化铝材料制成，适用于熔化温度在1400°C以下的环境。管柱体51的内壁上分别设有定位槽，封堵挡板513、定位挡圈517分别设置在这些定位槽中。管柱体、陶瓷管和端盖形成了容纳高熔点介质的空间，耐压< 2MPa，满足喷射时的压力要求。如图5所示，所述喷气管59包括与所述气源装置连接的入口管593以及连接在所述入口管593端部的喇叭口 591。入口管593起气体输送作用。进一步地，如图2和图4所示，所述密封塞57包括导入所述密封孔515的导入段 571，与所述导入段571连接的密封段573。所述导入段571为锥形或锥台形，以便找正和导入。所述密封段573为圆柱形，所述导入段571的直径小于所述密封段573的直径。锥形导入段既保证了内腔与上部坩埚的连通，也保证了气体喷出时，密封塞有效的垂直向上运动。 优选地，当所述密封塞静置在所述喇叭口上时，所述导入段进入所述密封孔内1mm，这样总能保证密封塞不会偏离密封孔515。密封段573的外径与封堵挡板中的密封孔515直径一致，起到密封作用。进一步地，如图4所示，所述密封塞57还包括与所述密封段573连接的承托段 575，所述密封段573位于所述承托段575与所述导入段571之间，所述承托段575的底端具有卡住所述喇叭口外沿的承托凹面579，以便喇叭口顶部外径与密封塞承托凹面吻合，起到定位的作用。另外，承托面还利用进入气产生托举密封塞57的作用。所述承托凹面579 为圆形，所述承托凹面579的直径大于所述密封段573的直径。喇叭口不仅对注入气起降压喷射作用，而且喇叭口与密封塞57保证了单向喷射。此外，喇叭口增加了密封塞承托面的受力面积，保证密封塞在向上运动过程中保持平稳。所述承托凹面577的边缘具有倒角579，倒角使得进入气在托举后形成向下的反冲压力，避免进入气进入密封塞受力面的上部、乃至进入坩埚内，降低密封效果，所述倒角可以为45度，能够更好地避免进入气进入密封塞受力面的上部、乃至进入坩埚内，能够实现更好的密封效果。喷射模块的主要原理如下如图1所示，将坩埚内的样品介质熔化为可流动的液态；液体在重力及顶部气体压力的作用下进入喷嘴5内；程序控制气动阀9开启时间，使一定体积的气体进入喷嘴5内；喷嘴内的单向流动设计使得喷嘴5与坩埚1形成隔离，液体向下喷出，完成一次喷射。进入喷嘴的气体由恒压气源7提供。1.方法测试原理由Hagen-Poiseuille方程，计算管柱体内不同孔径D处的流量Q
^ ApnD4 _] G=-^-T- 基础参数Δρ为管柱体的入口与喷出口处的压力差，喷嘴入口压力< 2MPa ；J甘埚上方压力< 0. 2MPa ；喷嘴管柱体内径为IOmm ；氧化铝陶瓷管内径有lmm、0. 5mm、0. 2mm和 0. Imm4种规格；封堵挡板孔内径5mm，挡板厚度5mm ；单向塞外径8mm ； μ为熔化状态介质粘度，其为IOOOOmPa. s ；L为管柱体的长度。 封堵挡板处流量每次进入喷嘴流量最大可达1. SmL ；陶瓷管出口流量每次喷射液滴粒径可控制在0. 1 2. Omm范围内；由牛顿运动定律可知气体进入时，单向塞被施加30 60N的力，则单向塞只需0. 001秒即可封堵挡板出口 ；保证注入气体挤压下方液体向陶瓷管方向运动，喷射而出。由以上参数可知，通过调节气源压力、气动阀开启时间间隔和陶瓷管规格即可满足实验条件所需的不同喷射要求。2.喷嘴工作过程如下喷嘴的工作过程包括喷射前和喷射两个阶段。①喷射前阶段根据设计要求选择一定内径的陶瓷管，并紧固好端盖。待坩埚内介质满足可流动条件时，喷嘴5内封堵挡板上的密封孔515保持畅通，坩埚内流体(高熔点介质)在重力(或附加一定压力)作用下，进入内腔511内。由于密封塞57与喇叭口 591吻合较好，其内部无流体进入。受流体与陶瓷管内壁的界面张力作用，流体不能由喷出口 531自然流出。准备进入喷射状态。②喷射阶段设置喷射速度、喷射压力等参数后，喷射过程由程序自动控制。控制恒压气源7的气动阀9在设定时间内完成开启和关闭操作。一定量的高压气体进入入口管593内，气体经喇叭口 591降压喷射向上托起密封塞57，使之短暂停留在封堵挡板的密封孔515处，阻止内腔511上方流体的进入。同时，气体在密封塞57的反作用下，克服陶瓷管51内壁的界面张力，使流体由喷出口 531喷出。流体喷出后，内腔511内压力降低，坩埚内压力将密封塞57压下并使之落在喇叭口 591上，坩埚内流体再次进入内腔511内。进入下一次的喷射前阶段。经过对陶瓷管内径、恒压气源压力、入口管内径和喷射速度的设计，可以控制喷出流体的流量及其形态。(3)整理过程完成3D打印过程后，需在高温状态利用气体将熔化容器1内的液体清理干净，防止喷嘴堵塞；工作过程中要穿戴防高温、防喷溅安全保护服，提高安全意识，防止高温伤害。本实用新型具有以下优点1.喷嘴能承受1400°C高温；2.喷嘴腔体空间适用于在重力和气体低压辅助下能够流动的高粘液态介质，单向密封塞确保了腔体与坩埚的有效连通及断开，设计实现了高熔点介质微小流量的喷射功能，为高熔点介质3D打印方法提供了技术支持；3.喷嘴设计能适应不同喷射流量的要求，喷射速度可达每秒5次，粒径最小达 0. 1mm，满足不同设计要求。以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式
，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员， 在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种适应介质流动的喷嘴，其特征在于，所述适应介质流动的喷嘴包括管柱体，所述管柱体具有内腔，所述内腔位于容纳介质的融化容器的下方并与容纳介质的融化容器连接，所述内腔中设有密封孔；密封所述密封孔的密封塞，可活动的设置在所述密封孔的下方并位于所述内腔中；喷气管，从所述管柱体的侧壁穿入到所述内腔中并与设置在所述管柱体外的气源装置连接，所述喷气管的出口端具有承托所述密封塞的端面以及与所述端面连接的喷气空间， 所述喷气空间与所述出口端位于所述密封塞的下方的所述内腔中；陶瓷管，连接在所述喷气管的下方并位于所述内腔中，所述陶瓷管具有喷出口，所述喷出口与所述内腔连通，在非喷射状态，所述喷出口的口径小于所述介质流出的最小口径。
2.如权利要求1所述的适应介质流动的喷嘴，其特征在于，所述内腔中设有封堵挡板， 所述密封孔设置在封堵挡板中。
3.如权利要求1所述的适应介质流动的喷嘴，其特征在于，所述内腔中设有对所述陶瓷管定位的定位挡圈，所述定位挡圈位于所述内腔中的所述喷气管之下并且所述定位挡圈具有连通所述喷出口与所述内腔的通孔，所述陶瓷管位于所述定位挡圈之下。
4.如权利要求3所述的适应介质流动的喷嘴，其特征在于，所述适应介质流动的喷嘴还包括连接在所述管柱体底部的端盖，所述陶瓷管位于所述端盖与所述定位挡圈之间。
5.如权利要求1所述的适应介质流动的喷嘴，其特征在于，所述喷气管包括与所述气源装置连接的入口管以及连接在所述入口管端部的喇叭口，所述气源装置为恒压气源泵。
6.如权利要求5所述的适应介质流动的喷嘴，其特征在于，所述密封塞包括导入所述密封孔的导入段，与所述导入段连接的密封段。
7.如权利要求6所述的适应介质流动的喷嘴，其特征在于，所述导入段为锥形或锥台形，所述密封段为圆柱形，所述导入段的直径小于所述密封段的直径。
8.如权利要求6所述的适应介质流动的喷嘴，其特征在于，所述密封塞还包括与所述密封段连接的承托段，所述密封段位于所述承托段与所述导入段之间，所述承托段的底端具有卡住所述喇叭口外沿的承托凹面，所述承托凹面为圆形，所述承托凹面的直径大于所述密封段的直径。
9.如权利要求8所述的适应介质流动的喷嘴，其特征在于，所述承托凹面的边缘具有倒角。
10.如权利要求9所述的适应介质流动的喷嘴，其特征在于，所述倒角为45度，当所述密封塞静置在所述喇叭口上时，所述导入段进入所述密封孔内1mm。
专利摘要本实用新型提出一种适应介质流动的喷嘴，该喷嘴包括管柱体，所述管柱体具有内腔，所述内腔位于容纳高熔点介质的融化容器的下方并与容纳高熔点介质的融化容器连接，所述内腔中设有密封孔；密封所述密封孔的密封塞，可活动的设置在所述密封孔的下方并位于所述内腔中；喷气管，从所述管柱体的侧壁穿入到所述内腔中并与设置在所述管柱体外的气源装置连接，所述喷气管的出口端具有承托所述密封塞的端面以及与所述端面连接的喷气空间，所述喷气空间与所述出口端位于所述密封塞的下方的所述内腔中；陶瓷管，连接在所述喷气管的下方并位于所述内腔中，所述陶瓷管具有喷出口，所述喷出口与所述内腔连通。本实用新型能保证喷嘴内液体有效喷出。
文档编号B05B12/10GK202180019SQ20112028462
公开日2012年4月4日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者张可, 李实 , 秦积舜, 陈兴隆, 马德胜 申请人:中国石油天然气股份有限公司