一种脉冲空化射流喷嘴装置和射流发生系统

本技术涉及水射流，尤其涉及一种脉冲空化射流喷嘴装置和射流发生系统。

背景技术：

1、高压射流技术是近年发展起来的一种新型高能束加工技术，主要对物料进行切割、破碎和清洗，具有无污染、无热辐射，易于自动化控制等优点，在采矿、石油、冶金及轻工业等部门得到广泛应用。

2、但高压射流技术存在能耗高，作业效率低等问题，制约了其进一步推广应用。现有研究多通过在流体介质中增加磨料(磨料射流)，冰粒(冰粒射流)，气体(气液射流)，或采用特种工作介质(超临界二氧化碳射流)，或将连续射流打断(脉冲射流)，或利用空泡溃灭的能量(空化射流)来提高射流作业效率。其中脉冲空化射流由于无需改变介质特性，操作简便等原因得到广泛研究与应用，产生脉冲空化射流典型方法包括声谐自激振荡法，物理截断法及流体动力振荡法。

3、声谐自激振荡法，通过在喷嘴上游匹配设计合理的声谐振腔实现射流自激振荡，产生脉冲空化射流，但该方法对射流调制效果较弱，效率提高有限；物理截断法，多采用锯齿状圆盘对射流进行截断，但该方法装置复杂，能量损失较多；流体动力振荡法，高速流体流经特殊设计的流道以实现流动角度的周期性变化，但该方法同样存在能量损失大，喷嘴寿命短等问题。

4、在实用新型专利(zl201721337153.0)中公开了一种结构可调的高压水射流自振喷嘴，能够在围压下产生振荡及空化效果强烈的自振射流；为进一步提高射流效率，在实用新型专利(zl202211576392.7)中，公开了一种喷嘴下端增加导流装置的高压水射流自振喷嘴，该实用新型实施例提供的水射流自振喷嘴及射流试验装置，能够减小外界环境对射流出口流场的干扰，增强射流的抗干扰能力，进一步提高了射流效率。但是，上述方案仍无法克服声谐自激振荡法的固有缺陷，效率有待进一步提高。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本实用新型提供了一种脉冲空化射流喷嘴装置和射流发生系统，在喷嘴装置上设置主动激励装置，克服声谐自激振荡法的固有缺陷，具体包括：

2、一种脉冲空化射流喷嘴装置，包括：

3、上谐振腔体，所述上谐振腔体的侧壁设置入水管；

4、下谐振腔体，所述下谐振腔体通过连接组件和上谐振腔体连接，所述下谐振腔体的内腔与所述上谐振腔体的内腔连通；

5、激励发生器，所述激励发生器安装在所述上谐振腔体的内腔中且所述激励发生器与所述上谐振腔体的内腔中的工作介质接触，或，所述激励发生器安装在所述上谐振腔体的内腔中且所述激励发生器与所述上谐振腔体的内壁耦合，所述激励发生器不与所述上谐振腔体的内腔中的工作介质接触；

6、喷片，所述喷片安装在所述下谐振腔体的出口处，所述喷片的内腔与所述下谐振腔体的内腔连通。

7、优选的，所述连接组件包括：

8、紧固螺母，所述紧固螺母套设连接在所述下谐振腔体的外壁上，所述紧固螺母的外径与所述上谐振腔体的外径相等，

9、螺纹套筒，所述螺纹套筒一端套在所述上谐振腔体的外侧壁上，所述螺纹套筒与所述上谐振腔体螺纹连接，所述螺纹套筒的另一端套在所述紧固螺母的外侧壁上，所述螺纹套筒与所述紧固螺母螺纹连接，其中，所述下谐振腔体通过所述螺纹套筒与所述上谐振腔体连接。

10、优选的，所述下谐振腔体的纵截面为t型，所述下谐振腔体的顶部环形台的外径等于所述下谐振腔，所述下谐振腔体的顶部环形台与所述上谐振腔体的下底面抵接；

11、所述紧固螺母的上表面与所述下谐振腔体的顶部环形台的下表面抵接。

12、优选的，所述喷片安装在所述紧固螺母和所述下谐振腔体之间。

13、优选的，所述紧固螺母的内径小于所述喷片的直径。

14、优选的，所述紧固螺母与所述喷片的喷口同轴设置。

15、一种射流发生系统，包括上述的所述脉冲空化射流喷嘴装置，所述系统还包括：

16、作业水箱，所述脉冲空化射流喷嘴装置的喷射端安装在所述作业水箱中，其中，所述作业水箱内的水位高度支持调节；

17、超声波换能器，所述超声波换能器与所述上谐振腔体连接；

18、超声波控制器，所述超声波控制器与所述超声波换能器连接。

19、优选的，所述系统还包括：

20、供水箱，所述供水箱通过供水管路与所述入水管连接；

21、回水管路，所述回水管路一端连接所述供水箱，所述回水管路的另一端连接所述作业水箱。

22、优选的，所述供水管路包括供水管、高液泵和第一截止阀；

23、所述供水管一端连通所述入水管，所述供水管的另一端连通所述供水箱；

24、自所述供水箱至所述作业水箱方向，所述高液泵和所述第一截止阀依次设置在所述供水管上。

25、优选的，所述回水管路包括回水管、第二截止阀和回水泵；

26、所述回水管的一端连通所述作业水箱，所述回水管的另一端连通所述供水箱；

27、自所述作业水箱至所述供水箱方向，所述第二截止阀和所述回水泵依次设置在所述回水管上。

28、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

29、本实用新型所提供的脉冲空化射流喷嘴装置及设备、方法中，该脉冲空化射流喷嘴装置主要包括激励发生器，上谐振腔体，螺纹套筒，下谐振腔体，紧固螺母，入水管，喷片，且激励发生器，上谐振腔体，螺纹套筒，下谐振腔体，紧固螺母，可单独调节其结构参数，这样，对于影响射流特征的关键参数，例如激励频率，谐振频率，自激频率，工作压力等可以实现独立调节，可大大提高射流工作效率；此外，这种结构操作简便、可靠性好。本实用新型实施例提供的脉冲空化射流喷嘴装置及设备、方法，为纯水射流应用提供了新的手段，为进一步提高脉冲空化射流作业效率奠定了基础。

30、本系统基于主动激励的脉冲空化射流发生系统及方法能够实现作业压力，激励频率及喷嘴结构参数精确控制。

技术特征：

1.一种脉冲空化射流喷嘴装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的脉冲空化射流喷嘴装置，其特征在于，所述连接组件包括：

3.根据权利要求2所述的脉冲空化射流喷嘴装置，其特征在于，所述下谐振腔体的纵截面为t型，所述下谐振腔体的顶部环形台的外径等于所述下谐振腔，所述下谐振腔体的顶部环形台与所述上谐振腔体的下底面抵接；

4.根据权利要求2所述的脉冲空化射流喷嘴装置，其特征在于，所述喷片安装在所述紧固螺母和所述下谐振腔体之间。

5.根据权利要求4所述的脉冲空化射流喷嘴装置，其特征在于，所述紧固螺母的内径小于所述喷片的直径。

6.根据权利要求2所述的脉冲空化射流喷嘴装置，其特征在于，所述紧固螺母与所述喷片的喷口同轴设置。

7.一种射流发生系统，其特征在于，包括权利要求1至权利要求6任一项所述的所述脉冲空化射流喷嘴装置，所述系统还包括：

8.根据权利要求7所述的射流发生系统，其特征在于，所述系统还包括：

9.根据权利要求8所述的射流发生系统，其特征在于，所述供水管路包括供水管、高液泵和第一截止阀；

10.根据权利要求8所述的射流发生系统，其特征在于，所述回水管路包括回水管、第二截止阀和回水泵；

技术总结
在水射流技术领域中，提供一种脉冲空化射流喷嘴装置和射流发生系统，脉冲空化射流喷嘴装置包括：上谐振腔体、下谐振腔体、激励发生器和喷片；本系统包括脉冲空化射流喷嘴装置，本装置内的各部件可单独调节其结构参数，这样，对于影响射流特征的关键参数，例如激励频率，谐振频率，自激频率，工作压力等可以实现独立调节，可大大提高射流工作效率；此外，这种结构操作简便、可靠性好。本技术实施例提供的脉冲空化射流喷嘴装置及设备、方法，为纯水射流应用提供了新的手段，为进一步提高脉冲空化射流作业效率奠定了基础。本系统基于主动激励的脉冲空化射流发生系统及方法能够实现作业压力，激励频率及喷嘴结构参数精确控制。

技术研发人员：蔡腾飞,王子宾,马飞,王啸林
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：20230727
技术公布日：2024/2/1