專利名稱：空心噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體噴淋空心噴嘴。
背景技術(shù)：
噴嘴是一種用于分散液體或氣體的設(shè)備，應(yīng)用范圍極其廣泛，在吸收、洗滌、油漆噴涂、冷卻、燃燒等許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。噴嘴的設(shè)計(jì)好壞與氣體或液體的分散度以及上述各應(yīng)用體系的運(yùn)行效率有直接關(guān)系。噴嘴通常在不同的噴淋條件下工作，因此，可能有不止一種噴嘴滿足噴淋要求。例如，空心噴嘴既可分散一般條件下的流體，也可用于噴淋高粘度或含固體雜質(zhì)的流體。同時(shí)，沒有單一的哪種噴嘴符合所有的噴淋要求。
噴嘴的種類很多，按照形成噴淋場(chǎng)的動(dòng)力來分，噴嘴主要有兩種離心式噴嘴和沖擊式噴嘴。前者由沿切線進(jìn)入噴嘴內(nèi)部的流體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生離心力，從而形成噴淋場(chǎng)；后者由流體對(duì)障礙物的撞擊或兩股流體的相互碰撞形成噴淋場(chǎng)。按照噴嘴出口噴淋液體的分散特點(diǎn)來分，傳統(tǒng)的噴嘴主要有空錐(空心)噴淋噴嘴、滿錐噴淋噴嘴、固體流噴淋噴嘴、平面噴淋噴嘴、精細(xì)噴淋噴嘴以及霧化噴嘴等。空錐噴嘴(即空心噴嘴)的出口噴淋液體為一空心圓錐，在噴淋切面上為一圓環(huán)形。這種方式的噴淋場(chǎng)通常由沿噴嘴內(nèi)部旋轉(zhuǎn)空腔的進(jìn)口切線形成，屬于離心式噴嘴。這些旋轉(zhuǎn)切線使液體在噴嘴內(nèi)部形成旋轉(zhuǎn)，由旋轉(zhuǎn)的液體形成空心圓錐形狀。滿錐噴嘴的出口噴淋液體在切面上可以是圓形、方形或橢圓形且整個(gè)切面完全被噴淋液體所充滿。這種方式的噴淋場(chǎng)則由噴嘴內(nèi)部的葉片對(duì)出口液體形成可控制的湍流，從而在出口形成滿錐噴淋液體場(chǎng)。其他幾種噴淋方式都有自己的特點(diǎn)，從而形成不同的噴淋場(chǎng)。
選擇噴嘴的決定因素很多，主要有流體壓力、流體流量、流體本身的物性、要求的噴淋密度、流體的分散度、噴淋角度以及噴淋高度等。要使噴嘴正常工作或得到一個(gè)好的分散度和噴淋密度，必須確保噴嘴入口有一定的壓力。另外，噴嘴流量越高，越有可能得到一個(gè)好的分散度和噴淋密度。在對(duì)噴淋密度或流體分散度要求不是特別高的情況下，工業(yè)上通常采用的是空心噴嘴。相對(duì)于其它類型的噴嘴，空心噴嘴在噴淋含垢物的流體或高粘度及高聚合的流體時(shí)仍能可靠地運(yùn)行。
文獻(xiàn)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版，下，P4-175)介紹了一種非常有代表性的傳統(tǒng)空心噴嘴。此類空心噴嘴要求至少具有0.2MPa的噴淋壓力，不同的進(jìn)出口尺寸可以有不同的噴淋流量、分散度和噴淋密度等。液體從噴嘴入口沿切線進(jìn)入噴嘴內(nèi)部旋轉(zhuǎn)空腔，在旋轉(zhuǎn)空腔內(nèi)作切線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但連接管線與噴嘴入口無緩沖，為直接對(duì)接。噴嘴的旋轉(zhuǎn)空腔與噴嘴出口也無緩沖，直接對(duì)接，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液體直接噴出出口。這些無緩沖的地方導(dǎo)致液體流道的突然變化，增加了壓力降；同時(shí)，造成液體的回流，增加了液體停留時(shí)間，提高了固體雜質(zhì)、高粘度或高聚合液體堵塞噴嘴的幾率。受其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，傳統(tǒng)的空心噴嘴一般都具有以下的缺點(diǎn)要求噴淋壓力高；噴淋液滴直徑受流體壓力影響大；極易被高粘度、高聚合或含垢物液體堵塞；另外，由于空心噴嘴為離心式噴嘴，需要靠液體在噴嘴內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力形成噴淋場(chǎng)，噴嘴頂部容易被液體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所破裂。因此，空心噴淋噴嘴對(duì)材質(zhì)的要求高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服傳統(tǒng)的液體噴淋空心噴嘴在低壓條件下噴淋液體的分散度不好、噴淋密度不高、易被高粘度或高聚合的液體所堵塞以及噴嘴易破裂的缺點(diǎn)，提供一種新的液體空心噴嘴。該空心噴嘴具有在低壓條件下噴淋液體的分散度和噴淋密度仍然很高；噴淋含固體粉末、高粘度以及高聚合的液體仍然能穩(wěn)定地運(yùn)行，不易被堵塞；以及在大流量和高壓情況下也不易破損的特點(diǎn)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種空心噴嘴，依次包括噴嘴入口管(1)、空腔(2)和噴嘴出口管(3)，其中噴嘴入口管(1)和噴嘴出口管(3)都為圓柱狀，并且相互垂直；噴嘴入口管內(nèi)呈圓錐狀，入口尺寸D1與出口尺寸d1以及管長(zhǎng)h1的比例為D1∶d1∶h1＝1∶0.2～1∶0.5～1；噴嘴出口管內(nèi)呈圓錐狀，入口尺寸D2等于空腔直徑，入口尺寸D2與出口尺寸d2以及管長(zhǎng)h2的比例為D2∶d2∶h2＝1∶0.125～1∶0.1～0.5；噴嘴出口管出口尺寸d2與噴嘴入口管出口尺寸d1的比例為d2∶d1＝0.3～1∶1。
上述技術(shù)方案中，噴嘴入口管入口尺寸D1與出口尺寸d1以及管長(zhǎng)h1的比例優(yōu)選范圍為D1∶d1∶h1＝1∶0.3～0.5∶0.5～0.8；噴嘴出口管入口尺寸D2與出口尺寸d2以及管長(zhǎng)h2的比例優(yōu)選范圍為D2∶d2∶h2＝1∶0.2～0.5∶0.3～0.5；噴嘴出口管出口尺寸d2與噴嘴入口管出口尺寸d1的比例優(yōu)選范圍為d2∶d1＝0.5～0.8∶1。
本發(fā)明的空心噴嘴出入口管內(nèi)部都為圓錐形，避免了液體由于通道的突然縮小和放大所造成的壓力損失；同時(shí)，避免了液體在入口和出口處由于通道的突然變化而造成的流速變化，減少了液體在這些地方的回流和滯留時(shí)間，從而達(dá)到減少固體雜質(zhì)，縮短高粘度或高聚合的液體在噴嘴入口處、噴嘴內(nèi)部以及噴嘴出口處的停留時(shí)間，降低噴嘴被堵塞的機(jī)會(huì)。逐漸縮小的噴嘴出口管結(jié)構(gòu)，避免了由于出口通道的突然縮小而破壞液體在噴嘴內(nèi)部形成的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)。因此，噴嘴在低壓條件下也可形成高分散度的噴淋場(chǎng)，液體分布均勻，氣液傳質(zhì)和傳熱效率提高，從而也提高了設(shè)備效率。工業(yè)裝置應(yīng)用證明本發(fā)明的空心噴嘴可使噴嘴所需噴淋壓力降低約33％，噴嘴運(yùn)行時(shí)間提高超過250％，液體分散度可提高約300％，取得了較好的技術(shù)效果。


圖1為文獻(xiàn)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版，下，P4-175)的空心噴嘴的剖面圖。
圖2為文獻(xiàn)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版，下，P4-175)的空心噴嘴的截面圖。
圖3為本發(fā)明空心噴嘴的剖面圖。
圖4為本發(fā)明空心噴嘴的截面圖。
圖1、圖2、圖3和圖4中，1為噴嘴入口管，2為噴嘴內(nèi)部旋轉(zhuǎn)空腔，3為噴嘴出口管，4為空心圓錐噴淋場(chǎng)。D1為噴嘴入口管入口尺寸，d1為噴嘴入口管出口尺寸，D2為噴嘴出口管入口尺寸，d2為噴嘴出口管出口尺寸，h1為噴嘴入口管管長(zhǎng)，h2為噴嘴出口管管長(zhǎng)。
圖3中，液體在泵等動(dòng)力設(shè)備的輸送下經(jīng)入口管從噴嘴的圓錐狀入口進(jìn)入噴嘴內(nèi)部旋轉(zhuǎn)空腔，液體進(jìn)入旋轉(zhuǎn)空腔的流道正好與噴嘴旋轉(zhuǎn)空腔相切。在旋切力的作用下，液體在噴嘴旋轉(zhuǎn)空腔內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液體從圓錐形噴嘴出口旋轉(zhuǎn)著噴出，產(chǎn)生空心圓錐狀噴淋場(chǎng)。
下面通過實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
具體實(shí)施例方式
比較例1用污水急冷高溫反應(yīng)器出口氣體，每個(gè)噴嘴的流量要求為2.83米3/小時(shí)，污水粘度0.6cP，密度1100千克/米3。采用圖1文獻(xiàn)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版，下，P4-175)所設(shè)計(jì)的空心噴嘴，所需噴淋壓力＞0.2MPa。工業(yè)應(yīng)用證明在此進(jìn)料條件下，噴嘴運(yùn)行時(shí)間為6個(gè)月，液滴直徑為1.0～3.0毫米，反應(yīng)器出口氣體達(dá)到要求溫度所需要的循環(huán)污水量為209米3/小時(shí)。
比較例2用污水急冷高溫反應(yīng)器出口氣體，每個(gè)噴嘴的流量要求為2.83米3/小時(shí)，污水粘度0.68cP，密度1315千克/米3。采用圖1文獻(xiàn)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版，下，P4-175)所設(shè)計(jì)的空心噴嘴，所需噴淋壓力為0.27～0.29MPa。工業(yè)應(yīng)用證明在此進(jìn)料條件下，噴嘴運(yùn)行時(shí)間為5個(gè)月，液滴直徑為2.0～5.0毫米，反應(yīng)器出口氣體達(dá)到要求溫度所需要的循環(huán)污水量為226米3/小時(shí)。
實(shí)施例1用污水急冷高溫反應(yīng)器出口氣體，每個(gè)噴嘴的流量要求為2.83米3/小時(shí)，污水粘度0.6cP，密度1100千克/米3。采用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的空心噴嘴，所需噴淋壓力為0.1～0.12MPa。D1∶d1∶h1＝1∶0.5∶0.6，D2∶d2∶h2＝1∶0.3∶0.2，d2/d1＝0.5。工業(yè)應(yīng)用證明在此進(jìn)料條件下，噴嘴運(yùn)行時(shí)間為15個(gè)月，液滴直徑為0.3～1.0毫米，反應(yīng)器出口氣體達(dá)到要求溫度所需要的循環(huán)污水量為132米3/小時(shí)。
實(shí)施例2用污水急冷高溫反應(yīng)器出口氣體，每個(gè)噴嘴的流量要求為2.83米3/小時(shí)，污水粘度0.68cP，密度1115千克/米3。采用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的空心噴嘴，所需噴淋壓力為0.11～0.13MPa。D1∶d1∶h1＝1∶0.2∶1，D2∶d2∶h2＝1∶0.125∶0.5，d2/d1＝0.9。工業(yè)應(yīng)用證明在此進(jìn)料條件下，噴嘴運(yùn)行時(shí)間為12個(gè)月，液滴直徑為0.5～1.5毫米，反應(yīng)器出口氣體達(dá)到要求溫度所需要的循環(huán)污水量為136米3/小時(shí)。
實(shí)施例3用污水急冷高溫反應(yīng)器出口氣體，每個(gè)噴嘴的流量要求為2.83米3/小時(shí)，污水粘度0.88cP，密度1315千克/米3。采用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的空心噴嘴，所需噴淋壓力為0.12～0.15MPa，D1∶d1∶h1＝1∶0.3∶0.75，D2∶d2∶h2＝1∶0.2∶0.35，d2/d1＝0.65。工業(yè)應(yīng)用證明在此進(jìn)料條件下，噴嘴運(yùn)行時(shí)間為15個(gè)月，液滴直徑為0.5～1.0毫米，反應(yīng)器出口氣體達(dá)到要求溫度所需要的循環(huán)污水量為130米3/小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種空心噴嘴，依次包括噴嘴入口管(1)、空腔(2)和噴嘴出口管(3)，其中噴嘴入口管(1)和噴嘴出口管(3)都為圓柱狀，并且相互垂直；噴嘴入口管內(nèi)呈圓錐狀，入口尺寸D1與出口尺寸d1以及管長(zhǎng)h1的比例為D1∶d1∶h1＝1∶0.2～1∶0.5～1；噴嘴出口管內(nèi)呈圓錐狀，入口尺寸D2等于空腔直徑，入口尺寸D2與出口尺寸d2以及管長(zhǎng)h2的比例為D2∶d2∶h2＝1∶0.125～1∶0.1～0.5；噴嘴出口管出口尺寸d2與噴嘴入口管出口尺寸d1的比例為d2∶d1＝0.3～1∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述空心噴嘴，其特征在于噴嘴入口管入口尺寸D1與出口尺寸d1以及管長(zhǎng)h1的比例為D1∶d1∶h1＝1∶0.3～0.5∶0.5～0.8；噴嘴出口管入口尺寸D2與出口尺寸d2以及管長(zhǎng)h2的比例為D2∶d2∶h2＝1∶0.2～0.5∶0.3～0.5；噴嘴出口管出口尺寸d2與噴嘴入口管出口尺寸d1的比例為d2∶d1＝0.5～0.8∶1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空心噴嘴，主要解決傳統(tǒng)空心噴嘴在低壓條件下噴淋液體的分散度不好、噴淋密度不高、易被高粘度或高聚合的液體所堵塞以及噴嘴易破裂的問題。本發(fā)明通過采用噴嘴入口管和噴嘴出口管都為圓柱狀，并且相互垂直，噴嘴入口管內(nèi)和出口管內(nèi)都呈圓錐狀的技術(shù)方案，較好地解決了該問題，可用于化工、醫(yī)藥、食品、汽車、機(jī)械、建筑和航空航天等眾多工業(yè)領(lǐng)域中需要高分散度液體噴淋的設(shè)備中。
文檔編號(hào)B05B1/34GK1981940SQ200510111469
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者甘永勝, 吳文偉, 何志, 周斌 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院