一种自吸式低微米级气动磁雾喷头
阅读说明：本技术 一种自吸式低微米级气动磁雾喷头 (Self-suction type low-micron pneumatic magnetic fog spray head ) 是由 荆德吉 刘鸿威 张天 白淼 赵树理 马明星 孟祥曦 任帅帅 蒋卓 于涛 贾鑫 于 2021-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自吸式低微米级气动磁雾喷头,包括外保护壳、高压气流管、注水针保护帽、注水针及梭形体注水装置；其能够产生自吸式效果,不仅可以彻底去掉注水能耗和水泵磨损,还可以进一步提高节水性能；并且在相同供水量的情况下,该喷头所产生的雾滴粒径更小,雾化粒子量更大,而且射程范围更广更长,能够进一步提高空气能的使用效率,同时减少空气压缩泵的压力需求和损耗程度；内部强效磁环和波纹型磁环所形成的磁场对液体可以产生磁化效果,空气在通过折式管腔道段时无需额外提供超声振动能量便可形成超音速气流,液滴粒度可达2.5微米级,大幅度提高了对呼吸性粉尘的捕获能力。(The invention discloses a self-suction type low-micron pneumatic magnetic fog spray head which comprises an outer protective shell, a high-pressure airflow pipe, a water injection needle protective cap, a water injection needle and a fusiform body water injection device, wherein the outer protective shell is provided with a water inlet pipe; the self-priming type water pump can generate a self-priming effect, not only can thoroughly remove water injection energy consumption and water pump abrasion, but also can further improve the water-saving performance; under the condition of the same water supply amount, the spray nozzle generates smaller fog drops, larger atomized particles and wider and longer range, can further improve the use efficiency of air energy, and simultaneously reduces the pressure requirement and the loss degree of the air compression pump; the magnetic field formed by the internal strong magnetic ring and the corrugated magnetic ring can generate a magnetization effect on liquid, supersonic airflow can be formed by air when the air passes through the folded pipe cavity section without additionally providing ultrasonic vibration energy, the particle size of liquid drops can reach 2.5 microns, and the capture capability of respiratory dust is greatly improved.)
技术领域
本发明属于多领域技术，主要属于雾化降尘技术领域，特别是涉及一种自吸式低微米级气动磁雾喷头。
技术背景
目前，市场上用于喷雾除尘的雾化喷嘴主要有两类，第一类是气动雾化喷嘴，第二类是超声波雾化喷嘴。
现有的超声波雾化喷嘴是利用空气来驱使液体穿过喷嘴的超声波区域，并通过超声波的震荡来将液体破碎成10微米左右的液滴小颗粒，最后从喷嘴喷出所形成降尘喷雾；但是，在矿用方面没有达到要求的效果，对呼吸性粉尘捕捉效果较差，并且由于超声波区域的存在，会导致喷管内气流流场变的不稳定，这不但会浪费气动能量，而且还需要提供额外的振动能量，而气流流场不稳定将会使液体破碎不彻底，此时喷雾中会包含有大量的大颗粒液滴，从而降低喷雾降尘效果；此外，超声波雾化喷嘴的用水量偏高。虽然新式双流体雾化喷嘴优化了存在的不足，但是其根本上双向流甚至多相流都存在水流阻力影响超音速气体射程和液体破碎效果差的问题。
现有的气动雾化喷嘴是利用高速气流快速通过喷口并使喷口处的注水孔外端产生负压，将液体从注水孔中抽吸出来，因为气流的运动速度要远大于注水孔排出液体的流速，所以在液体受到气流的强烈冲击后，将被破碎成液滴颗粒；此外，由于气动雾化喷嘴对注水压力要求不高，因此比超声波雾化喷嘴更加节约水源；但是，由于压缩空气的消耗量比较高，所以空气压缩泵的损耗较为严重；并且由于注水孔的出水孔口都是设在喷口内侧壁上，而高速气体流场又集中于喷口轴心，由注水孔排出的液体难以充分深入高速气体流场的内部，会有一部分的液体只能处于高速气体流场边缘，而这部分的液体可能还来不及破碎就被吹离喷嘴，从而导致气动雾化喷嘴输出的液滴粒度很难达到微米级，进而降低了呼吸性粉尘的捕获能力。
市场上现有的雾化喷嘴是大部分是基于传统雾化喷嘴的工作原理进行的设计，初步实现了提高用水效率、增强压缩空气的使用量、降低空气压缩泵的损耗程度，但是当该喷嘴进展到加工制造阶段，发现该喷嘴零件加工困难，探针角度调整困难，密封性效果不好，在制造结束后的调试运行阶段，发现制作出来的喷嘴射程范围偏离中线且射程长度较短，并且雾化效果达不到理想要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种自吸式低微米级气动磁雾喷头，其能够产生自吸式效果，在保证供水量的同时，彻底去掉注水能耗和水泵磨损，进一步提高了节水性能；在相同供水量的情况下，该喷头所产生的雾滴更细，雾化粒子量更大，射程范围更长，能够进一步提高空气能的使用效率，同时减少空气压缩泵的压力需求和损耗程度；强效磁环和波纹型磁环产生的磁场对液体产生磁化效果，空气通过折式管腔道段时无需额外提供超声振动能量，液滴粒度可达2.5微米级，大幅度提高了对呼吸性粉尘的捕获能力。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种自吸式低微米级气动磁雾喷头，包括外保护壳、高压气流管、注水针保护帽、注水针及梭形体注水装置；所述外保护壳采用圆柱筒形结构，外保护壳侧方内部包含吸水孔连接器外保护壳连接孔且尾部内置强效磁环，外保护壳尾部设有高压气管连接口并通过外侧高压气管固定圆柱台与高压气管固定连接，所述外保护壳的中心孔采用四级阶梯孔，每一级阶梯孔的孔径依次减小，所述四级阶梯孔整体称为高压气流管后端固定槽，通过每一级阶梯孔作用，加强对高压气流管的固定作用和提高高压气管气流的密封性；所述高压气流管固定槽第一级阶梯孔口处内表面设有用于转接的内螺纹，且高压气流管固定槽第四级阶梯孔与高压气管连接口相连接；所述高压气流管的管体采用阶梯状圆柱台结构，主要由管体侧方内部的吸水孔连接器管体连接孔、管体顶口圆柱台、管体螺纹圆柱台、固定密封圈圆柱台及多个连接圆柱台所构成；所述高压气流管的内部分为直式腔道段和折式管腔道段，且折式管腔道段的扩张段侧壁采用凹曲线型，通过先收缩后扩张来产生高压气流；所述注水针保护帽采用圆柱筒形结构，注水针保护帽由两级阶梯孔组成，分别为顶口和高压气流管前端固定槽；在所述高压气流管前端固定槽外部为保护帽螺纹圆柱台，所述保护帽螺纹圆柱台外表面螺纹与外保护壳内部高压气流管后端固定槽第一级阶梯孔口处内表面螺纹配合连接，在外保护壳与注水针保护帽之间设有第二密封圈；所述高压气流管前端固定槽孔口处内表面螺旋与高压气流管的管体螺纹圆柱台的螺纹配合连接，高压气流管的固定密封圈圆柱台中间设有第一密封圈；所述高压气流管内部设有梭形体注水装置，所述梭形体注水装置与注水针由注水针固定圆柱台连接，注水针外露端处于折式管腔道段气流流动方向的正前方，且位于注水针保护帽的顶口孔内；梭形体注水装置上方设有吸水孔，所述吸水孔与吸水孔连接器通过双导向密封圈连接并穿过吸水孔连接器管体连接孔和吸水孔连接器外保护壳连接孔。
所述注水针与高压气流管直式腔道段和折式管腔道段形成的超音速气流同处于同轴状态，所述注水针内径范围为1.5mm～2mm，注水针的壁厚为0.1mm～0.15mm。
所述高压气流管直式腔道段和折式管腔道段形成的超音速气流经过注水针针头处会对注水针产生持续稳定负压，通过梭形体注水装置从吸水孔经过吸水孔连接器自动吸水，所述吸水孔孔径为3mm。
所述梭形体注水装置尾端采用圆锥式结构，梭形体注水装置两侧高压气流通道形成半圆柱式结构，所述半圆柱式结构半径为5mm～8mm。所述梭形体注水装置与注水针之间通过注水针固定圆柱台紧密连接。
所述外保护壳尾端内部设有强效磁环，所述强效磁环为内半径5mm外半径8mm高2mm的圆环型圆柱体，环绕于高压气管连接口中部外壁，所述强效磁环产生高磁力作用场吸引注水针保护帽顶口内置的波纹型磁环形成均匀且连续的磁力线，所述磁力线均匀覆盖外保护壳形成内部稳定磁场，在磁力线作用下流经磁场的液体分子均附着磁性，波纹型磁环设于注水针保护帽顶口内部为半径6mm的波纹型圆环，处于注水针同一水平位置。
所述吸水孔连接器设为半径5mm壁厚1mm的圆筒形结构，顶口圆柱台半径为8mm，底部圆柱台半径为1.5mm，所述吸水孔连接器与梭形体注水装置顶部孔径为3mm的吸水孔、半径为6mm的吸水孔连接器管体连接孔和半径为6mm的吸水孔连接器外保护壳连接孔紧密连接。
所述外保护壳尾部高压气管连接口内壁设有螺纹，所述高压气管连接口半径为10mm，外壁尾端设有高压气管固定圆柱台进行固定。
所述注水针探出注水针保护帽顶口有效工作距离为注水针保护帽顶口直径的1/3时，产生的雾化效果最佳。
所述吸水孔与吸水孔连接器通过双导向密封圈密封连接，所述双导向密封圈25采用双螺纹式结构，内壁设有双导向螺纹，提高了空气与水的内部隔离强度，使供水管与吸水孔紧密连接。
本发明的有益效果：
本发明的一种自吸式低微米级气动磁雾喷头，其能够产生自吸式效果，不仅可以彻底去掉注水能耗和水泵磨损，还可以进一步提高节水性能；并且在相同供水量的情况下，该喷头所产生的雾滴粒径更小，雾化粒子量更大，而且射程范围更广更长，能够进一步提高空气能的使用效率，同时减少空气压缩泵的压力需求和损耗程度；内部强效磁环和波纹型磁环所形成的磁场对液体产生磁化效果，空气在通过折式管腔道段时无需额外提供超声振动能量，液滴粒度可达2.5微米级，大幅度提高了对呼吸性粉尘的捕获能力。
附图说明
图1为本发明的一种自吸式低微米级气动磁雾喷头的结构示意图：
图2为本发明的外保护壳结构示意图：
图3为本发明的高压气流管结构示意图：
图4为本发明的注水针保护帽结构示意图：
图5为本发明的梭形体注水装置立体图：
图中，1—外保护壳，2—高压气流管，3—注水针保护帽，4—高压气管连接口，5—吸水孔连接器外保护壳连接孔，6—高压气流管后端固定槽，7—强效磁环，8—管体顶口圆柱台，9—管体螺纹圆柱台，10—吸水孔连接器管体连接孔，11—固定密封圈圆柱台，12—第一密封圈，13—第二密封圈，14—高压气流管前端固定槽，15—保护帽螺纹圆柱台，16—波纹型磁环，17—梭形体注水装置，18—吸水孔，19—注水针固定圆柱台，20—注水针，21—高压气管固定圆柱台，22—直式腔道段，23—吸水孔连接器，24—折式管腔道段，25—双导向密封圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1～5所示，一种自吸式低微米级气动磁雾喷头，包括外保护壳1、高压气流管2、注水针保护帽3、注水针20及梭形体注水装置17；所述外保护壳1采用圆柱筒形结构，外保护壳1侧方内部包含吸水孔连接器外保护壳连接孔5且尾部内置强效磁环7，外保护壳1尾部设有高压气管连接口4并通过外侧高压气管固定圆柱台21与高压气管固定连接，所述外保护壳1的中心孔采用四级阶梯孔，每一级阶梯孔的孔径依次减小，所述四级阶梯孔整体称为高压气流管后端固定槽6，通过每一级阶梯孔作用，加强对高压气流管2的固定作用和提高高压气管气流的密封性；所述高压气流管后端固定槽6第一级阶梯孔口处内表面设有用于转接的内螺纹，且高压气流管后端固定槽6第四级阶梯孔与高压气管连接口4相连接；所述高压气流管2的管体采用阶梯状圆柱台结构，主要由管体侧方内部的吸水孔连接器管体连接孔10、管体顶口圆柱台8、管体螺纹圆柱台9、固定密封圈圆柱台11及多个连接圆柱台所构成；所述高压气流管2的内部分为直式腔道段22和折式管腔道段24，且折式管腔道段24的扩张段侧壁采用凹曲线型，通过先收缩后扩张来产生超音速气流；所述注水针保护帽3采用圆柱筒形结构，注水针保护帽3由两级阶梯孔组成，分别为顶口和高压气流管前端固定槽14；在所述高压气流管前端固定槽14外部为保护帽螺纹圆柱台15，所述保护帽螺纹圆柱台15外表面螺纹与外保护壳1内部高压气流管后端固定槽6第一级阶梯孔口处内表面螺纹配合连接，在外保护壳1与注水针保护帽3之间设有第二密封圈13；所述高压气流管前端固定槽14孔口处内表面螺旋与高压气流管2的管体螺纹圆柱台9的螺纹配合连接，高压气流管2的固定密封圈圆柱台11中间设有第一密封圈12；所述高压气流管2内部设有梭形体注水装置17，所述梭形体注水装置17与注水针20由注水针固定圆柱台19连接，注水针20外露端处于折式管腔道段24气流流动方向的正前方，且位于注水针保护帽3的顶口孔内；梭形体注水装置17上方设有吸水孔18，所述吸水孔18与吸水孔连接器23通过双导向密封圈25连接并穿过吸水孔连接器管体连接孔10和吸水孔连接器外保护壳连接孔5。
所述注水针20与高压气流管2直式腔道段22和折式管腔道段24形成的超音速气流同处于同轴状态，所述注水针20内径范围为1.5mm～2mm，注水针的壁厚为0.1mm～0.15mm。
所述高压气流管2直式腔道段22和折式管腔道段24形成的超音速气流经过注水针20针头处会对注水针20产生持续稳定负压，通过梭形体注水装置17从吸水孔18经过吸水孔连接器23自动吸水，所述吸水孔孔径为3mm。
所述梭形体注水装置17尾端采用圆锥式结构，梭形体注水装置17两侧高压气流通道形成半圆柱式结构，所述半圆柱式结构半径为5mm～8mm。所述梭形体注水装置17与注水针20之间通过注水针固定圆柱台19紧密连接。
所述外保护壳1尾端内部设有强效磁环7，所述强效磁环7为内半径5mm外半径8mm高2mm的圆环型圆柱体，环绕于高压气管连接口4中部外壁，所述强效磁环7产生高磁力作用场吸引注水针保护帽3顶口内置的波纹型磁环16形成均匀且连续的磁力线，所述磁力线均匀覆盖外保护壳1形成内部稳定磁场，在磁力线作用下流经磁场的液体分子均附着磁性，波纹型磁环16设于注水针保护帽3顶口内部为半径6mm的波纹型圆环，处于注水针20同一水平位置。
所述吸水孔连接器23设为半径5mm壁厚1mm的圆筒形结构，顶口圆柱台半径为8mm，底部圆柱台半径为1.5mm，所述吸水孔连接器23与梭形体注水装置17顶部孔径为3mm的吸水孔18、半径为6mm的吸水孔连接器管体连接孔10和半径为6mm的吸水孔连接器外保护壳连接孔5紧密连接。
所述外保护壳1尾部高压气管连接口4内壁设有螺纹，所述高压气管连接口4半径为10mm，外壁尾端设有高压气管固定圆柱台21进行固定。
所述注水针20探出注水针保护帽3顶口有效工作距离为注水针保护帽3顶口直径的1/3时，产生的雾化效果最佳。
所述吸水孔18与吸水孔连接器23通过双导向密封圈25密封连接，所述双导向密封圈25采用双螺纹式结构，内壁设有双导向螺纹，提高了空气与水的内部隔离强度，使供水管与吸水孔18紧密连接。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
首先，在吸水孔连接器23与供水装置之间依次连接供水管及水路转接头，同时在空气压缩泵与高压气管连接口4之间依次连接供气管及气路转接头，通过高压气管固定圆柱台21紧密固定住供气管。
启动空气压缩泵，空气压缩泵产生高压气流通过供气管和气路转接头到达高压气管连接口4，再从高压气管连接口4经过外保护壳1第四级阶梯孔进入高压气流管2内部到达梭形体注水装置17后端圆锥式结构，在此过程中，第一密封圈12被固定密封圈圆柱台11固定在高压气流管2与外保护壳1中间起到密封防止高压气流泄露的作用，高压气流通过梭形体注水装置17后端圆锥式结构形成扩散气流经过两侧的半圆柱体高压气流通道，沿着注水针20方向经过直式腔道段22和折式管腔道段24最终形成超音速气流，具体为高压空气先经直式腔道段22到达折式管腔道段24的收敛段，再经过折式腔道段24的喉部进入扩张段，气流会产生膨胀并且气流流速将达到2倍马赫的超音速流动状态，并在扩张段与注水针20顶端出水口周围形成稳定的带状分布的超音速流场，即在注水针20顶端出水口周围形成一个稳定的负压区域。
由于注水针20顶端出水口周围形成一个稳定的负压区域，所以在负压的作用下，供水装置中的水依次经过供水管、水路转接头、吸水孔连接器23、吸水孔18、达梭形体注水装置17、注水针固定圆柱台19、注水针20到达注水针20顶端出水口，进而形成自吸式效果，因此，在注水针20同轴的条件下，水流方向与出口超音速气流方向一致，而到达注水针20出水口处的水将被直接破碎成2.5微米左右的液滴，达到低微米级状态，并且在同轴状态下大幅度提高了射程，并在低压低能耗状态下，有效提高了低微米级雾滴的雾化效果，提高了雾滴的覆盖面积，通过外保护壳1尾端强效磁环7产生高磁力作用场吸引注水针保护帽3顶口内置的波纹型磁环16形成均匀且连续的磁力线，磁力线均匀覆盖外保护壳1形成内部稳定磁场，在磁力线作用下流经磁场的水分子均附着磁性，在有效提高了低微米级雾滴的雾化效果，提高了雾滴的覆盖面积的基础上进一步加强了雾滴磁化性吸附能力，并且充分利用了流动的气流能量，增加了雾滴磁化的动能效果，可使雾场的穿透距离和粉尘捕捉能力增加近2倍，尤其对呼吸性粉尘的捕集效率得到提高，同时产生的激波震动也有助于防止同轴喷嘴注水针20出水口水杂质堵塞情况，对水质要求进一步降低，免除了注水装置内部水源软化等处理过程。
本发明的一种自吸式低微米级气动磁雾喷头，首次将注水针20以同轴结构形式进行设置，即气-水结合部位位于注水针保护帽3顶口内置的波纹型磁环的短部分外露位置，而过去以往的结构方式均多角度探针侧壁嵌入式结构，本发明中注水针20的同轴设置方式完全改变了以往的设计结构形式，为了验证这种设计方案的可行性，只能通过大量的实验进行验证。
在正式确定注水探针20采用短部分外露式结构前，分别进行了长距离外露式、注水针保护帽3内部包含式、折式管腔道段24包含式、直式腔道段22包含式等多种方案，最终通过大量实验和数值模拟确定了短部分外露式结构设计方案。
之后对注水针20的安装位置和距离尺寸参数进行验证和确定，在验证实验中，设定了多组注水针20在注水针保护帽3外露的距离参数，最终得出的结论是：当注水针20在注水针保护帽3外露的距离为注水针保护帽3顶口直径的1/3时，产生的雾化效果最佳。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
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