本发明涉及雾化喷头，尤其涉及静电喷头。
背景技术：
：雾化喷头通常包括单流体雾化喷头和双流体雾化喷头两种。以单流体雾化喷头为例，其广泛应用于医药工业、农业、环境保护行业中，其工作原理通常为：液体由泵加压送入喷头，然后从喷头的小孔喷出，使液体雾化成细小的液滴。其雾化特性取决于操作压力和喷头的孔径，一般来说细孔内外的压力差越高喷孔越小，雾化的液滴越细，颗粒的分布越均匀；反之压力差越低喷孔越大，雾化的液滴越大，颗粒的分布越不均匀。静电喷头，是在喷头上接有正的或负的高压静电，使喷头喷出的雾滴带有与喷头极性相同或相异的电荷。雾滴被喷出后，在静电场作用下作定向运动而吸附在目标物上。高压静电喷雾技术具有沉积率高、喷洒死角少、节省农药、水源和环境污染减少等优点。然而，应当指出的是，如何控制高压静电的电压、静电喷雾的粒径、以及雾滴的荷质比，以在节省设备成本和提高喷洒效果中取得平衡，成为静电喷头的技术核心。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种有效降低设备成本、提高静电喷雾沉积吸附效果的静电喷头。本发明的静电喷头，包括雾化喷头、设置在雾化喷头上的电极、以及电源，所述电源的一端与电极相连、另一端接地；所述雾化喷头的雾化液滴的平均粒径为30-120μm，所述电极的电压为1000-6500v。进一步的，所述雾化喷头的雾化液滴的平均粒径为50-90μm。进一步的，所述电极的电压为2000-4500v。进一步的，所述雾化喷头的雾化液滴的荷质比大于1.4mc/kg。应当说明的是，雾化喷头产生的雾化液滴粒径较小，当遇到外部环境较为恶劣时，如风力较大、环境温度较高，将导致液滴在推送过程中出现蒸发、漂移的情况，影响喷洒效果。因此，进一步的，所述雾化喷头上还设置有用于产生包裹喷洒雾化液滴的风幕的辅助风送单元。较为简单的，辅助风送单元为设置在喷头主体后侧的风机或者其他供风设备，通过风机(或其他供风设备)产生的轴流风，将雾化液滴包裹风送。或者，辅助风送单元为设置在雾化喷头外侧的辅助风口，辅助风口与气体加压设备相连，通过形成环状或者扇形的风幕，将雾化液滴风送。进一步的，所述雾化喷头包括喷头主体、气刀组件以及安装在喷头主体上的端盖，所述喷头主体上设置有用于喷出雾化液滴的出液管路，所述端盖将出液管路端部包围成气室、并在其上设置有与出液管路端部位置相对应的喷嘴，所述气刀组件用于在气室内形成喷射向出液管路端部与喷嘴之间的气流，所述喷嘴用于将液滴和气体喷出。具体的，所述出液管路端部的出液口的孔径为r，所述出液管路端部与喷嘴之间的间距为d，所述d与r的比例为1:2至1.5:1。应当说明的是，随着r和d的增大，喷出液滴的粒径也逐渐增大，当r增大到一定程度时，出液管路喷出的液体基本为水柱，即使增大气流的压力，也难以充分切割液体，无法形成雾化液滴。为了形成足够小粒径的水雾，如低于150μm，则所述r的范围为0.75-1.25mm，d的范围为0.75-1.25mm。为了实现简单化设计气刀组件，进一步的，所述气刀组件包括设置于喷头主体上并用于向气室内输入气体的气体槽、用于引导气体流向的气道以及设置于端盖内侧并用于将来自气体槽的气体折射向出液管路端部的斜面。应当说明的是，本发明的静电喷头，在使用时，需将气体槽与可提供中高压气体的设备相连，例如空气压缩机；将出液管路与待喷洒液体的输出系统相连，例如液箱和水泵。喷出液滴的粒径与以下因素有关：1)出液管路端部出液孔的孔径；2)出液管路内外的压力差，即与水泵的输出压力有关；3)气体对液滴的切割效果，而切割效果受到气压大小、以及气体对液滴的切割角度的影响，即与空气压缩机的输出压力以及气室内部起到气体导向的结构有关。在喷嘴结构固定的情况下，使用时，可通过调节水泵和空气压缩机或者其他供气设备或部件的输出压力，从而获得不同粒径的雾化液滴。进一步的，所述端盖内侧位于斜面与喷嘴之间还设置有弧面。应当说明的是，弧面可让旋转气流平滑延内壁滑行形成气体包裹层，保护雾化液体向喷嘴方向推送，并使内腔干燥，避免积液干扰气流或造成电极短路。如无弧面，气体将在气室内形成多层对流，导致液体部分沉积气室内壁，使雾化液滴喷射距离变短。由于弧面的弧度将影响延内壁气流的流向，当弧度较大时，气流将逆向与喷射的液滴相切割，难以形成气体包裹层，当弧度较小时，气流并不能很好的延内壁运动，而是折射向液体管路端部，进而形成多层对流。因此，具体的，所述弧面的弧度范围为1.047-2.093rad。应当说明的是，由于出液管路不可避免的在气室内设置为突出结构，部分气体在斜面折射后将射向出液管路的外壁，为了避免气流在斜面和出液管外壁之间来回反弹形成多层对流，进一步的，所述出液管路的端部设置为圆台状。为了提高前述效果，具体的，所述出液管路圆台状部分的锥度为1：30—1：4。为了防止喷洒出的雾化液滴在喷嘴处汇聚成较大粒径的液滴、甚至汇聚成流，进一步的，所述喷嘴包括内段和外段，所述外段的内径由内至外逐渐增大。较为简单的，所述喷嘴外段的纵截面为扇形。借由上述方案，本发明至少具有以下优点：通过在雾化喷头上加设电极，对合适粒径的雾化液滴进行高压静电处理并使其带电，具有以下4个优点：1)静电雾化液滴粒径更小且均匀；2)液滴附着力强，在靶标作物上沉积量大且分布均匀；3)农药利用率高；4)作业效率更高。在辅助风送装置的作用下，雾化液滴的风送距离有效提高。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本发明第一实施例中荷电与非荷电条件下横向雾滴粒径分布；图2是本发明第一实施例中荷电与非荷电条件下纵向雾滴粒径分布；图3是本发明中静电喷头的剖视图；图4是本发明中静电喷头的立体图；图5是本发明中喷头主体的立体图；图6是图3中a部的局部放大图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例一如图3至图6所示，本发明一较佳实施例提供一种静电喷头，包括雾化喷头、设置在雾化喷头上的电极5、以及电源；应当说明的是，静电雾化液滴的喷洒效果，主要受到粒径以及荷质比的影响，其中，雾化液滴的粒径主要受到雾化喷头结构的影响，荷质比主要受到电极结构以及电极电压的影响，与此同时，相同荷质比的雾化液滴，其粒径越大，所需要的电极电压也越高。应当说明的是，荷质比是荷电量q与雾化液滴质量m之比，是衡量雾滴荷电效果的重要指标。电极5可采用环形或其他能形成闭环的各种形状的电极，并通过连接线51接入高压电路，高压电路的另一端接地，由于该感应带电过程中电极的电压较高，雾化喷头主体结构采用耐高压绝缘工程材料，如四氟乙烯、尼龙等，以确保感应充电效果和雾化喷头的安全性。考虑到雾化液滴的喷洒效果、风送距离等因素，本发明的雾化喷头所喷出雾化液滴的参数要求为平均粒径30-120μm，且粒径离散度越低越好。实际应用场景下，雾化液滴粒径太小时(低于30μm)，液滴喷出后与空气摩擦发生蒸发作用，喷洒效果大幅降低；雾化液滴太大时(高于120μm)，并不能实现节省药液，以提高液滴喷洒的效果，同时，液滴太大，相同荷质比的液滴所需要的电压也就越高，设备成本太大。关于雾化喷头的结构，本发明后续实施例将提供一种解决技术方案，本实施例不再赘述，凡是能够实现该参数要求的雾化喷头，均应落入本发明的保护范围。1、荷电与雾滴粒径的关系为了对比静电与非静电条件下雾滴粒径的大小及其分布，本实施例采用相位多普勒粒子分析仪(粒径测试的范围为0.5～13000μm)对雾滴粒径进行测试。测试中，选择与喷雾场中心线相垂直且与喷头的距离为300mm的测量断面，测量线则为测量断面与喷雾流场的垂直中间截面的交线。结果如图1和图2所示，相同结构的雾化喷头，非荷电条件下雾滴横向分布平均粒径为108.48μm，变异系数为11.96％；在荷电条件下，雾滴横向分布平均粒径为83.67μm，变异系数为7.48％。非荷电条件下，雾滴纵向分布平均粒径为97.61μm，cv为10.31％；在荷电条件下，雾滴纵向分布平均粒径为78.46μm，cv为10.02％。由此表明，与非荷电条件相比，荷电条件下雾滴粒径更小并且分布更加均匀。2、电压与雾滴荷质比的关系为了检测不同电压与雾化液滴的荷质比关系，本发明中采用法拉第桶法对雾化液滴进行荷质比测量。结果如表1所示，在不高于6500v电压下，随着电压的增高，相同粒径的雾滴获得的荷质比越大；相同电压下，雾滴粒径越大，获得的荷质比逐渐减小。对于平均粒径30-120μm的雾化液滴，电压为2000-4500v范围内，可以获得较高荷质比的静电喷雾，其最大值出现在3500v附近，有效喷雾时，雾滴的最大荷质比可达到2.92mc/kg。根据表1的结果，并结合雾化液滴的喷洒效果、风送距离等因素，雾化喷头的雾化液滴的平均粒径最优为50-90μm。电极的电压为2000-4500v。表1不同粒径和电压条件下雾滴荷质比对比结果3、为了进一步获取较远距离处静电雾滴分布信息，选用rtss424型malvern激光粒谱仪(粒径测试范围1～1500μm)对雾滴粒径进行测试。测试中，固定激光粒谱仪在一确定位置，将本机固定于试验导轨上，移动本机以调整喷口与激光粒谱仪的距离。试验结果如表2所示，可见静电雾滴的荷质比越大，其有效喷洒的距离越远，雾滴损失率越低，雾滴的沉积效果越好。雾化喷头的雾化液滴的荷质比大于1.4mc/kg，最优的大于2mc/kg。表2不同荷质比静电雾滴喷洒距离结果4、辅助风送雾化喷头产生的雾化液滴粒径较小，当遇到外部环境较为恶劣时，如风力较大、环境温度较高，将导致液滴在推送过程中出现蒸发、漂移的情况，影响喷洒效果；对此，雾化喷头上还设置有用于产生包裹喷洒雾化液滴的风幕的辅助风送单元。较为简单的，辅助风送单元由风机或者其他供风供气设备和置于喷头外部的导风筒组成。工作过程中由轴流风机产生的高速气流通过导风筒推动雾滴飞向靶标，提高荷电雾滴的空间运行速度，从而增加了雾滴的穿透性；轴向气流能够起到扰动枝叶的作用，可使作物的叶面两侧都能覆盖上药液，进一步提高药液雾滴的沉积率。实施例二1、雾化喷头的基本结构如图3至图6所示，本实施例提供一种雾化喷头，包括喷头主体2、气刀组件以及安装在喷头主体2上的端盖1，喷头主体2上设置有用于喷出液滴的出液管路4，端盖1将出液管路端部包围成气室3、并在其上设置有与出液管路端部位置相对应的喷嘴11，气刀组件用于在气室内形成喷射向出液管路端部与喷嘴之间的气流，喷嘴用于将液滴和气体喷出；气刀组件包括设置于喷头主体2上并用于向气室内输入气体的气体槽21、用于引导气体流向的气道13以及设置于端盖内侧并用于将来自气体槽的气体折射向出液管路端部的斜面12。喷头主体上设置有与气体槽相连的气体管路连接头、与出液管路相连的液体管路连接头，为了防止气体或液体中的杂质堵塞出液管路，还可在气体管路连接头、液体管路连接头端部设置过滤装置。本发明的静电喷头的安装方式，需将可提供中高压气体的设备或部件如空气压缩机连接在气体管路连接头上，将待喷洒液体的输出系统如水泵连接在液体管路连接头上，水泵连接在待喷洒液体箱上。应当说明的是，喷头的使用场景并不局限，例如，可应用于农业中的农药喷洒，应用于药品生产加工中的药液雾化、或是环境消毒中消毒液喷洒、或是消防设备中的灭火剂喷洒等等。本实施例中，仅以农业中农药的喷洒做进一步说明，其它应用场景不再赘述。具体而言，可将本发明的静电喷头，安装在农用机械设备如作业车辆的机械臂上，通过软管将雾化喷头的气体管路连接头与空气压缩机相连，将液体管路连接头通过水泵与药箱相连。在喷嘴结构固定的情况下，可通过调节水泵和空气压缩机的输出压力，从而获得不同粒径的雾化液滴、以及不同的喷洒距离，实现农药的喷洒作业。气室前端即端盖内侧的斜面12，需设置在可将来自气体槽的气体折射向出液管路端部的位置，这样，高压气体喷射后折射形成风刀，在出液管路的端部对雾滴进行切割雾化。当斜面角度过小时，气体裹挟液滴而出，并不能起到切割液滴的作用，当斜面角度过大时，气体自斜面折射，不仅向空气压缩机反馈较大的阻力，同时最终也将呈裹挟液滴的方式从喷嘴喷洒而出。2、斜面角度对雾化液滴粒径的影响采用winner318b激光粒度分析仪对雾化液滴在横向和纵向粒径进行测量，为保证系统测量精度，将激光粒度分析仪固定在确定位置，喷头固定在支架上，支架可以横向精确移动，以调整喷头相对于激光粒度分析仪测量线的位置，喷头的起始位置位于激光粒度分析仪发射与接收端中间位置的正上方400mm处，以喷头起始位置为坐标原点，建立x-y平面直角坐标系。由于雾化区域以y轴对称，研究雾化液滴横向分布只需选择y轴左侧雾化区域测量即可，在x轴正方向每隔100mm选择4各坐标点为喷头移动点，即可获得雾化区域左侧4各横向测量点。为研究纵向雾化液滴粒径分布，在y轴上每隔100mm从下至上选择4各坐标点为喷头移动点，即可获得4各纵向测量点。为了检测不同斜面角度下，气流对喷出液滴的切割效果，雾化喷头的主要参数为：出液管路端部的出液口的孔径r为1mm，喷嘴内侧的内径为2mm，出液管路端部与喷嘴的距离d为1mm，出液管路的输出压力为1.2mpa，高压空气输出压力2.5mpa。采用前述试验方法，调整不同斜面角度α，结果如表3所示，若斜面角度α过大，即气流趋于与液滴喷洒方向平行时，气刀无法对液滴切割雾化，若斜面角度过小，即气流趋于与液滴喷洒方向垂直甚至逆向，导致无法对液滴切割雾化。与此同时，在斜面的作用下，一部分气流延斜面壁形成旋流，至喷嘴出口部分对雾化后的雾滴形成包裹，汇同切割气流向前推送，形成风送效果，使喷雾距离增大。具体而言，当斜面角度为25-70°时，雾化喷头的雾化液滴的效果已基本超过当前市面上现有的雾化喷头，当斜面角度为40-60°时效果较佳，能够将大部分气流折射至出液管路端部处进行雾化，当斜面角度为50°时，可以在雾化液滴平均粒径和雾化液滴比例件取得较好的平衡，效果最佳。另外，应当指出的是，以斜面角度为40°为例，即使有32％的液滴未完全雾化，但是经测量发现，其平均粒径仍然小于120μm，这一数据远优于现有的雾化喷头。表3不同斜面角度对液滴的切割效果斜面角度α20°25°40°50°60°70°75°雾化液滴平均粒径130μm95μm65μm70μm72μm110μm154μm未雾化液滴比例81％68％32％15％12％46％73％3、出液口的孔径r、出液管路端部与喷嘴之间的间距d对液滴雾化效果的影响为了检测不同出液管路端部与喷嘴之间的间距d，气流对喷出液滴的切割效果，雾化喷头的主要参数为：出液管路端部的出液口的孔径r为1mm，喷嘴内侧的内径为2mm，出液管路的输出压力为1.2mpa，高压空气输出压力2.5mpa，斜面角度α为50°。调整出液管路端部与喷嘴的距离d，结果如表4所示，可见当出液管路端部与喷嘴的距离d变小时，由于气刀与喷出液滴接触不充分，虽然可以增加切割强度使部分液滴粒径变小，但是未雾化液滴的比例也会相应增加。考虑到实际应用场景下，雾化液滴粒径太小时(低于30μm)，液滴喷出后与空气摩擦发生蒸发作用，喷洒效果大幅降低；雾化液滴太大时(高于90μm)，并不能实现节省药液，以提高液滴喷洒的效果，同时，液滴若太大，若使液滴通过感应带电，以提高吸附效果，其实现过程也比较困难，设备要求较高。因而，最优的出液管路端部与喷嘴的距离d为0.75-1.25mm。表4不同出液管路端部与喷嘴的距离下液滴雾化效果对比d(mm)0.250.50.7511.251.51.75雾化液滴平均粒径18μm30μm45μm70μm90μm150μm220μm未雾化液滴比例72％46％22％15％10％8％3％为了检测不同出液管路端部的出液口的孔径r，气流对喷出液滴的切割效果，雾化喷头的主要参数为：出液管路端部与喷嘴的距离d为1mm，喷嘴内侧的内径为2mm，出液管路的输出压力为1.2mpa，高压空气输出压力2.5mpa，斜面角度α为50°。调整出液管路端部的出液口的孔径r，结果如表5所示，可见当出液管路端部的出液口的孔径r变小时，雾化液滴的粒径并没有明显降低，但是喷洒量却显著降低，设备成本增高，同时也容易发生堵塞的情况，当出液管路端部的出液口的孔径r变大时，雾化液滴的粒径虽然一定程度上变小，但是未雾化液滴比例也会增大，同时还会发生风压封闭喷嘴的现象，为此，将不得已增大出液管路的输出压力。结合表4和表5，可见出液管路端部与喷嘴的距离d与出液管路端部的出液口的孔径r的比例为1:2至1.5:1，最优为3:4至4:5；若精确到范围，则r的范围为0.5-1.5mm，d的范围为0.5-1.5mm。最优的，r的范围为0.75-1.25mm，d的范围为0.75-1.25mm。表5不同出液管路端部的出液口的孔径下液滴雾化效果对比r(mm)0.250.50.7511.251.51.75雾化液滴平均粒径77μm75μm73μm70μm62μm51μm40μm未雾化液滴比例11％12％13％15％21％34％45％4、端盖结构对液滴雾化效果的影响为了进一步提高喷洒效果，端盖1内侧位于斜面12与喷嘴11之间还设置有弧面14。弧面14可让旋转气流平滑延内壁滑行形成气体包裹层，保护雾化液体向喷嘴方向推送，并使内腔干燥，避免积液干扰气流或造成电极短路。如无弧面，气体将在气室内形成多层对流，导致液体部分沉积气室内壁，使雾化液滴喷射距离变短。为了检测不同弧面对喷出液滴的切割效果以及喷洒的效果，设置雾化喷头主要参数为：出液管路端部的出液口的孔径r为1mm，出液管路端部与喷嘴的距离d为1mm，喷嘴内侧的内径为2mm，出液管路的输出压力为1.2mpa，高压空气输出压力2.5mpa，斜面角度α为50°。由于弧面的弧度将影响延内壁气流的流向，当弧度较大时，气流将逆向与喷射的液滴相切割，难以形成气体包裹层，当弧度较小时，气流并不能很好的延内壁运动，而是折射向液体管路端部，进而形成多层对流；具体结果如表6所示，表中弧度为0的为对照组，当在斜面与喷嘴之间设置弧面时，随着弧面的增大，雾化液滴的平均粒径以及未雾化液滴比例，并没有受到较为显著的影响，仅当弧度高于2.1后，由于气流逆向与液滴相切割，存在较为显著的差异。表6弧面不同弧度下液滴雾化效果对比5、出液管路端部形状对液滴雾化效果的影响由于出液管路不可避免的在气室内设置为突出结构，部分气体在斜面折射后将射向出液管路的外壁，为了避免气流在斜面和出液管外壁之间来回反弹形成多层对流，出液管路4的端部41设置为圆台状，最优的，如图6所示，设置为多级圆台状，这样，可以使部分反射到出液管路端部外壁的气流减少直接反射回斜面，并引导形成向喷嘴方向的气流，更好的向外推送雾滴，另外也尽可能的减少表面积和体积，增加气室容积，以使更多高压气体参与雾化。为了检测出液管路圆台状部分的不同锥度，对喷出液滴的切割效果，设置雾化喷头主要参数为：出液管路端部的出液口的孔径为1mm，出液管路端部与喷嘴的距离d为1mm，喷嘴内侧的内径为2mm，出液管路的输出压力为1.2mpa，高压空气输出压力2.5mpa，斜面角度α为50°，斜面与喷嘴之间设置有弧度为1.5的弧面。为了检测方便，多级圆台的锥度一致。结果如表7所示，表中锥度为0的为对照组，即不设置圆台的雾化喷头。当在出液管路端部设置圆台时，随着圆台锥度的逐渐增大，雾化液滴的平均粒径逐渐变小，未雾化液滴比例变少，但是当锥度增加到一定数值后，由于出液管路端部外壁将气流反弹趋于与喷出液滴平行，影响气刀对液滴的切割效果，因而导致雾化液滴平均粒径增大，未雾化液滴比例增加。表7出液管路不同锥度下液滴雾化效果对比以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。当前第1页12