[發明專利]一種雙階高壓水射流自振噴嘴裝置

有效

• 申請號: 201811330095.8
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109201360B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 馬飛;蔡騰飛;邱林賓;潘巖
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B05B1/08
• 分類號: B05B1/08
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種雙階高壓水射流自振噴嘴裝置，屬于工業清洗技術領域。該裝置包括入口收縮管、一階諧振腔體、二階諧振腔體和出水口噴片等，入口收縮管和出水口噴片分別固定在一階諧振腔體上端及二階諧振腔體下端，入口收縮管和兩階諧振腔體串聯組成的雙階諧振腔，豐富了諧振腔的聲諧固有頻率，當工況改變時實現了振蕩模態的自適應調節，使得強烈自激振蕩可以在大范圍內產生；此外，出口噴片采用不同材料嵌套而成，可以大幅提高射流穩定性，延長噴嘴使用壽命。雙階噴嘴強烈自振效果與高壽命的噴片相結合，極大地拓寬了自振射流工作領域與連續作業時間。

技術領域

本發明涉及工業清洗技術領域，特別是指一種雙階高壓水射流自振噴嘴裝置。

背景技術

自振射流由于具有脈沖射流及空化射流優點，可產生強烈沖蝕作用極大的提高射流工作效率而受到廣泛關注，并成功應用于石油鉆井、深海資源開采，鉆井平臺及船舶清洗等領域。

自振噴嘴裝置是自振射流產生的核心，其諧振腔尺寸及出口結構直接決定射流的工作效果。自振噴嘴產生強烈自激振蕩射流的前提為諧振腔聲諧固有頻率與射流渦環脫落頻率相一致，此時空化及水錘作用最明顯。但實際應用過程中，射流渦環脫落頻率隨射流流速、環境圍壓等因素實時變化，而且諧振腔聲諧固有頻率單一且參數調節困難，使得二者很難實時相互匹配，從而無法在時變工況下高效產生振蕩強烈的自振射流。為此，設計具有多重聲諧固有頻率，工作范圍廣的自振射流噴嘴轉置尤為重要。

本課題組已獲得1項相關的國家授權專利(ZL2014100030975.9)，即一種高壓水射流自振噴嘴裝置(以下稱“原發明”)，原發明能夠產生振蕩效果強烈的自振射流，并通過管路壓力信號檢測高頻振蕩效果。但原發明諧振腔構成為一階模式，且采用硬質合金噴片，存在射流振蕩峰值工作范圍較窄、無法實現不同工況的自適應調節、噴片壽命短等問題。本發明與原發明有以下不同：(一)本發明采用二階諧振腔，擴展了諧振腔聲諧頻率的頻段，從而大幅提高射流對自激頻率的動態響應范圍，實現了對不同工況的自適應。(二)不同諧振腔相串聯，增加了射流振蕩模態，提高了振蕩強度。(三)本發明對噴片結構進行了創新設計，在原有硬質合金基礎上嵌套聚晶金剛石，使噴片壽命及連續工作時間得到大幅提升。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種雙階高壓水射流自振噴嘴裝置，通過增加諧振腔階數，使其具有多階聲諧固有頻率，實現射流在較寬工況下自振模態的自適應調整，從而大幅提高噴嘴及所產生射流的工作范圍；同時在出口噴片處嵌套聚晶金剛石，提高了射流穩定性，并延長了噴嘴使用壽命及連續工作時間。本發明為不同圍壓、工況多變情況下射流調制并獲得最佳自振效果提供了保障，也為進一步拓展自振射流的應用范圍奠定基礎。

該裝置包括入口收縮管、一階諧振腔體、二階諧振腔體、出水口噴片、托底座和連接套管，入口收縮管固定在一階諧振腔體上端，出水口噴片固定在二階諧振腔體下端，托底座位于裝置底部，連接套管包裹一階諧振腔體和二階諧振腔體。

其中，一階諧振腔體為空心圓柱形，入口收縮管前部設有螺紋與進水管路相連接，入口收縮管后部連接一階諧振腔體。

二階諧振腔體為空心圓柱形，一階諧振腔體下部與二階諧振腔體上部相連，出水口噴片中部設有出水口，出水口置于二階諧振腔體底部。

入口收縮管通過外螺紋和連接套管固定在一階諧振腔體的一端，一階諧振腔體位于連接套管內，出水口噴片通過托底座的外螺紋和連接套管固定在二階諧振腔體的另一端。

入口收縮管、一階諧振腔體、二階諧振腔體和出水口噴片串聯，配合構成諧振腔。

一階諧振腔體上端端頭處設有溝槽，溝槽內環置有O形橡膠密封圈一與入口收縮管配合密封；二階諧振腔體上端端頭處設有溝槽，溝槽內環置有O形橡膠密封圈二與一階諧振腔體配合密封；二階諧振腔體與出水口噴片連接面處設有溝槽，溝槽內設置有O形橡膠密封圈三配合密封。