[发明专利]一种低频静电超声雾化喷头

说明书

技术领域

本发明是一种用于农业工程领域的低频超声静电雾化器，尤其涉及低频超声静电雾化器雾化喷头结构的设计。

背景技术

超声雾化是运用电子超高频震荡原理，在超声波发生器上通过一定频率的振荡电流，产生高频电能信号，通过换能器将其转换为超声机械振动（即超声波）；超声波通过雾化介质传播，在气液界面处形成表面张力波，由于超声空化作用而使液体分子作用力破坏，从液体表面脱出形成雾滴，从而实现液体的雾化，超声雾化的雾滴直径达微米级。超声雾化器由于其雾滴尺寸细小均匀等优势在农业工程领域有着广泛的应用前景。考虑到高频超声雾化（工作频率在 1MHZ以上）工作过程中，会较大程度地改变所雾化液体的理化特性，因而其不适用于雾化栽培领域和植物保护领域。而低频超声雾化虽然较小地影响所雾化液体的理化特性，但是其产生雾滴偏大，导致其在作物上粘附性较差

大量研究表明，荷电能够降低液体表面张力及雾化阻力，且雾滴带有同性电荷，在电场力作用下会破碎成更小的雾滴，雾滴的直径分布更趋均匀。静电雾化目前已广泛应用于农药喷洒、工业喷涂、材料制备、燃油燃烧、工业除尘及脱硫、颗粒聚并及分离等许多方面，其优点是雾滴粘附特性好。但是受技术的限制，静电雾化的临界电压在几千伏到几十千伏之间，因而称作高压静电雾化，高压静电雾化存在以下缺点：高压静电雾化需要千伏以上的高压电，对操作者来说是一个极大的安全隐患；高压静电在一定程度上会伤害作物，而低压静电会促进作物的生长；高压静电喷雾结构复杂，对制造材料要求特别是绝缘性能要求高，器械成本高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种低频静电超声雾化器，在低频超声和较低静电压共同下产生超细带电雾滴，提高雾滴在作物上的粘附性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明包括换能器后盖板、压电陶瓷、换能器前盖板、喷嘴变幅杆和紧定螺钉，所述紧定螺钉（12）依次穿过换能器后盖板、压电陶瓷和换能器前盖板的中心圆孔，通过螺纹连接在喷嘴变幅杆后端，同时压紧压电陶瓷、换能器前盖板和换能器后盖板；所述紧定螺钉的直径小于压电陶瓷中心圆孔半径，防止两者接触发生电路短路，影响喷头的正常工作。所述换能器后盖板、压电陶瓷、换能器前盖板组成的低频静电超声雾化喷头的振子部分，所述喷嘴变幅杆的长度为超声波半波长；所述喷嘴变幅杆轴向中心设有进液通道，所述喷嘴变幅杆的后部沿径向开设有营养液入口与进液通道相连，在偏离轴向中心的位置设有进气通道，所述喷嘴变幅杆的后部沿径向开设有压缩空气入口与进气通道相连；所述喷嘴变幅杆的顶部加工为凹球面，凹球面上设有一个悬浮球，悬浮球的面曲率半径与喷嘴变幅杆顶部凹球面的面曲率半径一致，从而产生聚焦式超声悬浮系统，产生更大的声悬浮力。悬浮球的材料为金属导体，悬浮球的外表面设有一圈V形的环形槽；充电针的顶端设于V形环形槽内，充电针后端有弹簧约束，使其与悬浮球定常接触；所述充电针外有绝缘套，绝缘套通过套筒安装在支架上；所述支架通过紧定螺钉安装在喷头的喷嘴变幅杆后部的法兰盘上；法兰盘设置在喷嘴变幅杆的波节点处。采用的紧定螺钉的直径要小于压电陶瓷中心圆孔的半径，防止两者接触发生电路短路，影响喷头的正常工作。

所述喷头在未工作时，中悬浮球因为重力和充电针的压紧作用，紧贴在喷嘴辐射端面。当喷嘴工作时，在压电陶瓷驱动下，振子的前、后盖板产生超声振动，并与喷嘴变幅杆产生共振，在半圆形端部产生聚焦式辐射声场，悬浮球在声辐射力作用下，克服重力和充电针的压紧力，向上悬浮，从而在悬浮球和端面形成间隙。同时，悬浮球在偏心气动力作用下，发生加速旋转。为了保证小球产生声悬浮，喷嘴前部被设计为凹球面，从而产生聚焦式超声悬浮系统，产生更大的声悬浮力。

在喷头的偏心轴向位置开有进气通道，进气通道直径约为1-2mm，喷头工作时进气通道中通入流速为50-100m/s的压缩空气，悬浮球在偏心气动力作用下，发生高速旋转，使悬浮球不沾上液滴，并且高速与雾滴碰撞，使雾滴再次雾化。

所述悬浮球的外表面的环形槽深度为1-2mm。所述绝缘套的直径大于弹簧直径0.2-0.4mm，小于套筒内径0.05-0.1mm，弹簧抵住绝缘套，限制充电针在套筒中往复运动。

喷嘴变幅杆和换能器后盖板为绝缘陶瓷材料，保证悬浮球（8）产生的静电场不影响压电陶瓷的正常工作。