[发明专利]具有平衡推力的自调节流体支承高压转动喷嘴

说明书

技术领域

本发明提供一种用于高压转动喷水喷嘴的简化和可靠结构，其特别适合于其中运行参数可以在1,000psi至40,000psi范围内的、转动速度为1000rpm或更高并且流量在2gpm至50gpm的工业用途。

背景技术

在这种用途中，用于这种装置的尺寸、结构、成本、耐用性和易于维护性存在许多问题。这种装置的结合长度和直径可能不超过几英寸。更为极端的运行参数和尺寸的大大减少增加了问题。压力、温度和磨损因素影响使用这种装置的耐用性和易于维护性以及随之而来的成本、不便和安全。在这种装置中使用小金属零件和质量差的材料可能导致其恶化或破损以及小的喷射排出孔或类似物的相关故障和干扰。本发明通过提供具有数量大大减少的零件的简化结构和其中喷嘴部件上的净操纵力被最小化的设计来解决这些问题。

发明内容

本发明提供用在约1,000psi至40,000psi的高压(HP)范围的喷嘴，该喷嘴具有到装置的末端处的喷头的“直通”流体路径，其中该喷头优选地能够提供大于半球范围的转动覆盖，包括直接地沿着装置的转动轴线的区域。在典型的喷嘴组件中，源自这种运行压力的内部作用力倾向于产生作用在喷嘴轴上的轴向推力，该推力对应于运行压力和轴的横截面面积。采用机械支承的现有技术装置的示例显示在申请人的在先美国专利No.6,059,202中。这个现有技术装置提供的优势在于，加压工作流体从流体源的进口到喷嘴头可以采取“直通”。然而，在此装置中，转动喷嘴轴通过一系列堆叠轴承克服内部轴向推力而被支撑，在没有增加装置直径的情况下，用多个轴承支撑相对高的推力载荷。在这样的装置中，机械轴承已被用来作为径向轴承和推力轴承，然而这种轴承的尺寸和/或数量主要由对抵制推力的需要决定。

通常已经认为可取的是保持喷嘴的任何转动部分的直径小于这个喷嘴的最大直径，从而转动部分和将被清洗的任何表面之间的接触被最小化或消除，从而最大限度地减少对喷嘴的磨损和与喷嘴喷射的转动运动的干扰。其他现有技术装置使用围绕提供流体源的中心管转动的喷嘴。不过由于上述原因，这样的装置虽然能够提供由它们的转动主体覆盖的圆筒形路径，但不能很好地适于提供可以包括非常接近装置的转动轴线的路径和“直通”流体路径两者的转动覆盖(rotating coverage)。

与这种现有技术装置相比，本发明的装置提供非常简单的结构，其也提供直通流体路径，其中还允许工作流体的压力到达并且作用在转动喷嘴轴的相对表面上，从而有效地平衡任何轴向推力。进一步，具有比喷嘴主体小的直径的可拆卸的小喷射头可以附着在喷嘴的引导端处，以提供用于高压流体的改进的覆盖图案(coverage pattern)。这通过提供“流出孔”而实现，以允许加压流体的小部分达到外壳内的室或通道，但是在喷嘴轴的向前部分的外部的外侧，其中流体压力可以以足够的轴向分量作用在喷嘴轴上，从而平衡由内部流体压力产生的作用在喷嘴轴上的相应的轴向分量。这个室或通道通过稍微锥形的截头圆锥形孔与装置的外部连通，锥形的截头圆锥形孔围绕轴的相应的锥形部分，这进一步允许流体在主体和轴之间流动以便于或润滑轴转动。

由于锥形形状，外壳和轴之间的间距随着轴的轴向运动而略有变化，并产生“自我平衡”效果，其中，轴上的轴向力保持平衡，并且总有一些流体在轴和外壳之间流动，其有助于减少接触，并且降低这两个组件之间产生的磨损。由于缺乏任何明显的不平衡径向作用力以及在轴和外壳的表面之间流动的流体，可以在不需要机械轴承的情况下构造本发明的装置。

此外，环形槽或通道围绕轴的进口端设置在所述外壳主体邻接所述轴的进口端部分的内表面中。令人惊讶的是，这个环形通道提高了围绕轴的进口端的流体的流出流动，从而在本质上减少转动引起的旋进对轴的影响，从而提高喷嘴的可操作性。

本发明的一个目的在于简化小的高压喷嘴的移动部分的配置以降低成本和零部件的数量，以及便于耐磨部件的经济制造和更换。

本发明的另一个目的是，通过改善支承零件的配置和消除迄今为止用来抵抗由通常涉及的流体压力产生的轴向作用力的机械轴承的使用，来提供可转动的高压喷嘴的改进操作。

本发明的另一目的是帮助实现小的耐用的、重量轻的细长和小直径的转动式高压喷雾喷嘴组件，其可以方便地装载在喷枪的端部上，并且容易地插入小直径管和类似物，以对直径管和类似物进行清洁，以及可使用在其他结构或大的平面区域上。

本发明的另一目的是提供转动高压喷嘴，其中对持续维护的需求被最小化。

本发明的另一目的是提供转动喷嘴，其中由工作流体作用在转动轴上的作用力被平衡以消除对单独的机械推力轴承的需求。