一种带有降噪孔的低噪声喷嘴

1.本发明属于喷嘴降噪技术领域的一种降噪喷嘴结构，具体涉及一种采用气体作为载体喷射液滴的喷嘴。


背景技术：

2.常用的喷雾制作方法是气动雾化，将气流和液体汇集在同轴的的两根管道中，由中心管道输送液体，外层的管道输送气体，采用高压气体加强液体周围的气流的流动，使其液体相互接触产生振动、摩擦，使液体破碎为细小液滴后，在喷嘴处将液滴雾化并喷出。在工业生产中常用这种方式来实现冷却液或润滑液的定向输送。
3.喷嘴的主要功能是实现液体的雾化，因此现有的喷嘴在设计过程中往往只考虑雾化效果、喷射距离等技术指标，但是喷嘴也将产生特别严重的噪声污染。虽然目前已出现了多种降噪喷嘴，如用于微量润滑的降噪装置及喷射系统 (cn111590386b)，该发明通过对喷嘴主体开设出口，向其中充入降噪气体，来减小湍流强度的分布范围以达到降噪的目的。一种低噪声气动喷嘴 (cn1876242a)，该发明通过在喷嘴前端加设周向布置有多个微通道，内部带空腔的凸台，使得微量高压气体注入喷嘴主射流，达到降低冲击射流噪声的目的。
4.上述两个发明中都需要额外增加一个高压气源，增加了成本，同时也使得喷嘴某些部分的结构变得复杂，不适用于一些小型喷嘴，同时在一定程度上限制了喷嘴的使用范围。所以需要一种大众化、经济的方式来降低喷嘴的噪声。


技术实现要素：

5.为了解决背景技术中存在的问题，本发明设计了一种对喷嘴头以及喷嘴芯进行改进的降噪喷嘴，降低由于流动大尺度涡结构失稳造成的噪声，通过改变涡结构的稳定性和射流速度来达到降低噪声的目的。
6.本发明以某个角度对喷嘴的主射流喷入微射流会加强主射流的掺混，加速了剪切层的发展，使大尺度涡结构破碎，形成小尺度的涡从而降低噪声。
7.本发明的技术方案如下：
8.本发明其结构包括基座、喷嘴头、喷嘴芯、竹节管和输液软管；基座前端同轴安装喷嘴头，基座后端安装竹节管，基座和喷嘴头内腔中安装喷嘴芯，喷嘴芯后端经输液软管和流体源连接；喷嘴头前端部开设有径向贯通的喷嘴小孔，喷嘴芯局部截面为方形。
9.所述的喷嘴芯内部设有轴向的喷射通道，喷射通道和输液软管连通。
10.所述的基座后端安装多节竹节管，竹节管和基座之间、相邻竹节管之间均通过球铰万向铰接。
11.所述的喷嘴头前端的外周面上沿周向间隔开设有多个喷嘴小孔。
12.所述的喷嘴芯中部截面为圆形，喷嘴芯前端面为方形，喷嘴芯从中部截面的圆形到喷嘴芯前端面的方形过渡且直径逐渐变大。
13.所述的喷嘴头上的喷嘴小孔的中心轴线分别对准喷嘴芯前端面方形的棱边。
14.所述的喷嘴小孔不准确地径向布置，沿轴向从喷嘴头的后端向喷嘴头的前端倾斜径向布置。
15.由空气动力学可知，气体流速快的一侧压强小，流速慢的一侧压强大，由于喷嘴内部的气体流速大于外部的气体流速，通过在喷嘴头前端开多个均匀分布的小孔，使得喷嘴内部与外部连通，在外部较大的大气压强作用下，会使得气体通过小孔从外向内流动，这就形成了二次射流。这些二次射流掺混进喷嘴内部高速气体中，加强了内部气体的流动掺混。同时将喷嘴芯的外形改为由圆到方的过渡曲面，并使喷嘴头上开的小孔分别对应喷嘴芯头的棱边，改变了流场结构，又由于棱角处射流速度与喷嘴内腔边沿处速度存在差异，影响了射流在径向上的速度分布，共同作用下增加了气流混合的可能性，使大尺度涡结构稳定性下降，更快破碎成小尺度涡，达到降低噪声的目的。
16.本发明可用于面向微量润滑领域关于润滑液输送的装置。
17.本发明的有益效果是：
18.本发明通过在喷嘴头上开孔以及改变喷嘴芯的外形以加速喷嘴内部剪切层的演变，破坏涡的完整结构，来达到降低噪声的目的。与其他方法相比，本发明不需要增加额外设备，而是对喷嘴本身的结构进行改变，制造工艺改动较小，具有简单、经济的特点，因此可以适用于多种喷嘴或不便于增加其他设备的喷嘴。
19.本发明对采用气体作为载体喷射液滴的喷嘴的噪声降低具有积极作用。
附图说明
20.图1是降噪喷嘴的结构示意图和剖面图；
21.图2是图1中a剖面图；
22.图3是图1中b-b剖面图；
23.图4是基座11的立体结构示意图；
24.图5是基座11的剖视结构示意图；
25.图6是喷嘴头12的立体结构示意图；
26.图7是喷嘴头12的剖视结构示意图；
27.图8是喷嘴芯13的立体结构示意图；
28.图9是喷嘴芯13的剖视结构示意图；
29.图10是本发明实施例的喷嘴头尺寸示意图；
30.图11是本发明实施例的喷嘴芯尺寸示意图；
31.图12是本发明具体实施的降噪测试位置示意图。
32.图中，基座11，基座连接头111，基座喷嘴芯固定孔112，基座侧翼板113，基座喷管连接螺纹114；喷嘴头12，喷嘴头基座连接螺纹121，喷嘴头主体圆柱 122，喷嘴头前端圆台123，喷嘴头前端面124，喷嘴小孔125；喷嘴芯13，喷嘴芯连接头131，喷嘴芯基座连接螺纹132，喷嘴芯凸台133，喷嘴芯主体134，喷嘴芯前端面135；输液软管14，竹节管15。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。
34.如图1-图3所示，为降噪喷嘴的结构示意图和剖面图。其结构包括基座11、喷嘴头
12、喷嘴芯13、竹节管14和输液软管15；基座11前端同轴安装喷嘴头 12，基座11后端安装竹节管14，基座11和喷嘴头12内部设有沿轴向贯穿设置的、且同轴的空腔，基座11和喷嘴头12内腔中安装喷嘴芯13，喷嘴芯13后端经输液软管15和流体源连接，输液软管15穿设过竹节管14布置，喷嘴芯13 前端朝向喷嘴头12前端；喷嘴头12前端部开设有径向贯通的喷嘴小孔125，喷嘴芯13局部截面为方形。
35.喷嘴芯13内部设有轴向的喷射通道，喷射通道和输液软管15连通。基座 11后端安装多节竹节管14，竹节管14和基座11之间、相邻竹节管14之间均通过球铰万向铰接。
36.液体通过输液软管15输送，压缩空气则通过竹节管14内部、输液软管15 外的通道输送，最终两者在喷嘴芯前端面135前端汇合形成气雾。输液软管15 一端连接机器主体，另一端则套在喷嘴芯连接头131上。
37.喷嘴头12前端的外周面上沿周向间隔开设有多个喷嘴小孔125。喷嘴头12 上的喷嘴小孔125的中心轴线分别对准喷嘴芯前端面135方形的棱边。这样定义喷嘴芯13的布置方式，即使得喷嘴芯前端面135方形的棱边位于喷嘴头12 上的喷嘴小孔125的中心轴线上。喷嘴小孔125不准确地径向布置，沿轴向从喷嘴头12的后端向喷嘴头12的前端倾斜径向布置。
38.喷嘴芯13中部截面为圆形，喷嘴芯前端面135为方形，喷嘴芯13从中部截面的圆形到喷嘴芯前端面135的方形过渡且直径逐渐变大。
39.喷嘴小孔125可使喷嘴外部的空气在压强差的作用下向喷嘴头12内的喷嘴芯前端面135棱边喷射。小孔不用外接设备，是利用喷嘴内部气流速度大，外部速度小，形成内外压差，从而把外面的空气吸入到喷嘴内部，形成射流。
40.如图4-图5所示，为基座11的结构示意图，其前端加工用内螺纹作为基座喷嘴头连接螺纹114，用于与喷嘴头12的喷嘴头外螺纹121配合螺纹连接。基座11内部加工有喷嘴芯固定孔112，喷嘴芯固定孔112内有螺纹用于与喷嘴芯 13的喷嘴芯螺纹132配合螺纹连接，以固定喷嘴芯13轴向位置。
41.基座11尾部设有半球状的基座连接头111，基座连接头111与竹节管14形成球形连接，实现气流注入。基座喷嘴芯固定孔112通过外周面的三个基座侧翼板113与基座11空腔固定连接。
42.如图6-图7所示，为喷嘴头12的结构示意图。喷嘴头12主要由喷嘴头主体圆柱122组成，喷嘴头主体圆柱122的前端同轴设有锥形的喷嘴头前端圆台 123；喷嘴头12尾部设有喷嘴头基座连接外螺纹121，与基座11的基座喷嘴头连接螺纹114连接实现喷嘴头的固定。
43.喷嘴头前端圆台123的外周面上沿周向间隔开设有多个喷嘴小孔125。喷嘴外表面孔中心点到喷嘴头前端面124的距离为b，喷嘴小孔125的直径为c，喷嘴小孔125的中心线与水平方向夹角为a，喷嘴小孔125的孔径为h。
44.如图8-图9所示，喷嘴芯13由倒锥型连接头131、喷嘴芯座连接螺纹132、喷嘴芯凸台133以及喷嘴芯主体134组成。
45.喷嘴芯主体134尾端设有倒锥型连接头131，倒锥型连接头131用于和输液软管15连接。喷嘴芯主体134中部外周面设有环形凸起作为喷嘴芯凸台133，喷嘴芯凸台133用于限制喷嘴芯的位置，使喷嘴芯前端面135到喷嘴头前端面124的距离为t，t的优选范围为2mm～3mm。倒锥型连接头131和喷嘴芯凸台 133之间的喷嘴芯13外周面设有喷嘴芯座连接螺纹132，喷嘴芯座连接螺纹132 用于和喷嘴芯螺纹132配合螺纹连接。
46.喷嘴芯前端面135为方形，喷嘴芯主体134的前端部为方柱形结构，从圆形的喷嘴芯凸台133到方形的喷嘴芯前端面135之间的喷嘴芯主体134截面从圆形到方形过渡，柱体由圆柱形到方柱形过渡，且直径逐渐变大。
47.本发明的喷嘴头改进主要特征尺寸定义有：开孔位置b，开孔直径c，开孔斜度a。其中开孔斜度a为孔中心线与水平方向的夹角，开孔位置为喷嘴外表面孔中心点到喷嘴口124端面的距离。开孔位置b，开孔直径c和开孔斜度a的尺寸不仅对喷嘴噪声有影响而且还将对液滴的雾化效果产生影响。
48.本发明技术要点：
49.1)确定优选的开孔位置
50.通过实验验证在喷嘴头上打孔能够降低喷嘴噪声，但是开孔位置的不同对噪声的影响也不同，甚至在不合适的位置开孔还会增强噪声。具体实施中还需要设定较优开孔位置。
51.2)确定优选的开孔直径以及开孔斜度
52.喷嘴头上开孔的在于引入与喷嘴内部流向不同的气流，增加剪切层的掺混，但是开孔直径并不是越大越好，实验证明，开孔的直径存在一定的界限，超过这个界限，降噪效果将会下降，同时开孔斜度对噪声效果也有一定的影响。具体实施中还需要设定较优的开孔直径以及开孔斜度。
53.经过试验探索，具体实施例的设计方案为：
54.开孔位置b为3mm～4mm，开孔直径c为0.5mm～1mm，开孔斜度a为60
±5°
时，其降噪效果较好且能保证雾化效果。
55.喷嘴实例说明：
56.本发明使用气体压强范围为0.3mpa～0.7mpa。
57.如图10所示，实例中喷嘴头开孔位置b为距离喷嘴口124端面3.8mm处；开孔斜度a为60
°
；开孔直径为1mm，开孔个数为4个。
58.如图11所示，实例中喷嘴芯头为3.3mm
×
3.3mm的方形。
59.喷嘴实例降噪效果：
60.分别对未设置小孔和方形过渡喷嘴芯的原喷嘴结构、本发明喷嘴结构(如图10-图11所示)进行噪声测试。测试方案图如图12所示，测量半径r为0.5m，测量角度θ分别取15
°
，30
°
，45
°
，60
°
，75
°
，90
°
得到以下数据(见表 1)。
61.表1
62.[0063][0064]
通过对比可得：所选的6个测量角度中，开孔喷嘴的噪声相比于原喷嘴都有所降低，最大值能达到5.3db，因此本发明具有较好的降噪效果。