[发明专利]超声波与压力旋转雾化器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种雾化装置，具体地说是一种耦合了超声波的压力旋转雾化喷嘴。

背景技术

超细雾化是实现燃气轮机湿压缩技术被广泛应用的前提和关键技术之一。在湿压缩过程中，液滴的尺寸大小直接决定了湿压缩系统的工作性能，只有被完全蒸发的液滴才能使湿压缩系统发挥最大的潜力。液滴太大，除了不能完全蒸发外，较大的液滴会冲击压气机的叶轮，缩短压气机的使用寿命。这就要求开发一种新型的雾化喷嘴能产生索特直径在几个微米到十几微米的雾滴，以满足湿压缩的要求。

压力旋转喷嘴是一种利用喷嘴内部的旋流件使液体产生高速旋转，并在收敛的通道内加速喷出，形成空心锥状液膜以致雾化的雾化器，其特点是形成的雾滴索特直径较小，分布较为均匀，其缺点是在其索特直径小到一定程度之后，若想进一步减小液滴尺寸需要极高的喷射压力。为了进一步降低压力旋转喷嘴的雾滴尺寸，并考虑到压力旋转喷嘴是一种液膜雾化，超声波被耦合进压力旋转喷嘴中。通过精心控制压力旋转喷嘴的喷雾角，使由超声换能器产生的高频振动直接作用到压力旋转喷嘴所形成的液膜上，可以实现进一步的雾化。

与本发明有关的公开报道有：JP4169705(A)JP4169704(A)和JP4169703(A)这三份专利专利文件中公开的技术方案，主要针对的是简单直射式压力喷嘴和超声波喷嘴的结合；US 3784105(A)、GB 941181(A)和GB 1355647(A)的专利文件中提到了三个以超声波雾化为主，在液体出口处加一个能使液体旋转起来的小帽的喷嘴的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够为燃气轮机湿压缩系统提供索特直径在几微米至十几微米之间的超细雾滴的超声波与压力旋转雾化器。

本发明的目的是这样实现的：

包括超声波换能器和压力旋转液体喷口两个部分；所述的超声换能器包括换能器后盖板、预紧螺栓及螺母、压电晶体和喷嘴前盖；所述的压力旋转液体喷口包括引流件、垫片、旋流件和喷嘴头；压电晶体通过预紧螺栓及螺母加紧在喷嘴前盖与换能器后盖板之间；喷嘴头安装在引流件置于喷嘴前盖前端，引流件和旋流件置于喷嘴头中，引流件与旋流件中间夹垫片，喷嘴头和喷嘴前盖之间有O型密封圈；旋流件中间开有旋流室。

本发明还可以包括：

1、旋流件中间的旋流室有一个锥状的渐缩流道，旋流件侧面开有导流孔，所述导流孔的开口方向与旋流室内壁面垂直相切，导流孔的个数为1-4个，均匀分布于旋流件侧面。

2、引流件为单侧开槽，槽宽和槽深的比值为1.5-2.5。

3、超声换能器的工作频率在40kHz-120kHz。

4、喷嘴头开圆锥孔。

本发明中的旋流件、垫片、引流件和喷嘴前件使用的材料为高级不锈钢，而其他部分用耐高压合金钢即可。

本发明是根据压力旋转喷嘴的液膜雾化机理和超声雾化的毛细波机理发明的。

压力旋转喷嘴的液膜雾化机理认为从压力旋转喷嘴喷出的液体是以空心锥状液膜形式存在的，在环境介质气动拽力的作用下，液膜上的微小扰动被放大，形成较大的扰动，受大扰动的影响，液膜表面会产生明显的波动，这种液膜不稳定，很容易产生液丝，最终形成液滴。

超声波雾化的毛细波机理是当液膜流过高频振动的固体表面时，在液膜的表面会形成毛细波，毛细波的波峰在拜托了液体的表面张力束缚之后便形成细小的液滴。

结合这两个机理，具体做法如下：液体首先通过引流件，偏离中心位置，然后流过旋流器，产生高速旋转的液膜，超声换能器通电后将电能转化为固体表面的振动能，固体表面的振动会对液膜会产生极强的扰动，从而增加雾化的湍动能量，提高雾化质量。

本发明提供的雾化装置，可以在压力旋转喷嘴的基础上进一步产生索特直径为几微米到微米的液滴，克服了压力旋转喷嘴在液滴尺寸小到一定程度之后的压力瓶颈。

与JP4169705(A)JP4169704(A)和JP4169703(A)这的专利专利文件中公开的技术方案相比，本专利所采用压力旋转式喷嘴与超声波喷嘴结合有实质的区别；与US 3784105(A)、GB 941181(A)和GB 1355647(A)的专利文件中公开的技术方案相比，本发明是以压力旋转雾化作为主要雾化手段，超声波作为辅助手段，这要求本发明在设计时首先考虑旋流室的设计，旋流件+垫片+导流件的设计使本发明的工作压力大大提高，充分使压力旋转雾化的优势得到发挥。在此基础上，辅以超声波的作用，使得本发明能达到湿压缩对雾滴粒径的要求。

附图说明

图1是本发明的结构剖面示意图；

图2是旋流件的示意图。

具体实施方式