[發明專利]一種結構參數可調的超音速霧化噴嘴

有效

• 申請號: 201610068938.6
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105618772B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 司朝潤;武偉超
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 劉芳,仇蕾安

技術領域

本發明屬于惰性氣體霧化法制備微細粉末技術領域，具體涉及一種結構參數可調的超音速霧化噴嘴。

背景技術

氣體霧化法是生產金屬及合金粉末的主要方法。生產霧化粉末具有球形度高、粉末粒度可控、氧含量低及適應多種金屬及合金粉末的生產等優點，已成為高性能金屬及合金粉末制備技術的主要發展方向。

氣體霧化的基本原理是利用高速惰性氣流沖擊金屬液流，將其粉碎成小熔滴，并冷卻、凝固成粉末的過程。氣體霧化的核心是將氣流的動能最大限度的轉化為霧化熔滴表面能，因此設計結構合理的噴嘴是獲得良好霧化效果的前提。美國專利P5228620公開了一種限制式緊耦合噴嘴，限制式緊耦合噴嘴的主要結構形式見圖1。由于該噴嘴中氣體射流與金屬液相互作用的距離短，提高了惰性氣體能量利用效率，可以生產尺寸更細小的粉末，其缺點是由于導流管內徑較小且金屬在導流管中的流動距離大造成熔融金屬凝固堵塞導流管使霧化中止。Mi(J.Mietal,Metal.Mater.Trans.B,1997,28:935)等通過數值計算方法研究了限制式噴嘴中導流管突出長度h對氣體流場的作用，認為導流管頂端的抽吸效應隨著突出長度增大而增大，抽吸壓強的增大可以在一定程度上降低噴嘴堵管的可能。(A.Int.J.PowderMetal.,1990,26:11)研究了氣體、金屬質量流率以及氣體速度等因素對霧化液滴粒徑的影響規律，結果表明增大霧化壓強P₀和氣體質量流率G都可以降低霧化金屬粉末的質量中徑d₅₀。由于不同金屬的霧化對工藝參數的要求不一致，針對不同霧化對象需要不同霧化參數，而上述專利涉及噴嘴由于結構局限性很難實現氣體質量流量以及導流管突出長度的靈活調整，降低了霧化噴嘴的通用性。

發明內容

為了提高噴嘴對各種金屬霧化的通用性，本發明提供一種結構參數可調的超音速霧化噴嘴，可以根據霧化金屬的不同靈活選擇噴嘴的結構參數。

實現本發明的技術方案如下：

一種結構參數可調的超音速霧化噴嘴，包括上模、下模、導流管襯套、以及導流管；其中上、下模通過緊固螺栓連接，下模開有兩個共軸的高壓霧化氣體入口；導流管襯套貫穿上、下模并通過內緊外脹式脹套與上模固定；導流管襯套下部與下模兩者配合形成兩個氣流出口；所述導流管襯套的下部為錐臺狀，下模配合部分壁面曲線形狀為Laval型，所述氣流出口為半Laval環縫型；導流管位于導流管襯套內，且貫穿導流管襯套。

本發明導流管襯套與下模配合形成噴嘴的出氣口氣動外形，且可以通過松開脹套上的螺母調整兩者之間的相對位置，通過調整導流管襯套與導流管以及下模之間相互位置，可以改變導流管的突出長度h和噴嘴出氣口截面積A_*，噴嘴可以實現在相同霧化壓力下獲得不同的氣體質量流率和抽吸壓強，滿足不同金屬的霧化需求。

進一步地，本發明導流管突出長度h在1～8mm內調整，出氣口寬度d₀在0.2～1.0mm內調整，導流管襯套的錐頂角β為0～45°。

本發明提出的可以靈活調整結構參數的柔性超音速霧化噴嘴，可以根據霧化金屬的不同靈活選擇噴嘴的結構參數，顯著提高霧化噴嘴的通用性。具有如下的有益效果：

(1)通過調整導流管襯套的相對位置可以利用一套噴嘴獲得不同氣體質量流率，能夠提高噴嘴對各種金屬霧化的通用性。同時霧化噴嘴的出氣口采用半Laval型結構，該結構在加速氣流速度，獲得超音速霧化氣流的同時可以保證在改變導流管襯套相對位置時只改變噴嘴的出氣口的大小而不改變其氣動外形。

(2)導流管與其襯套采用分體式設計，導流管襯套與下模形成霧化氣體出口的氣動外形。分體式設計除了可以調整兩者之間相對位置外，可以在霧化不同金屬時選取不同導流管，防止對金屬造成污染。同時霧化完成后導流管清理重復利用過程中，采用分體式設計可以使保護襯套的氣動外形免遭破壞。

附圖說明

圖1是限制式緊耦合霧化噴嘴結構示意圖。

圖2是超音速柔性霧化噴嘴結構示意圖。

圖3是霧化金屬粉末粒徑分布曲線。

其中，1為氣流出口，2為導流管，3為緊固螺栓，4為上模，5為霧化氣體入口，6為霧化氣體出口，7為下模，8為導流管襯套，9為脹套，10為導流管。

具體實施方式

現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述：