[发明专利]一种二级laval与hartmann结构融合的超音速雾化喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及一种雾化喷嘴，尤其是涉及一种二级laval与hartmann结构融合的超音速雾化喷嘴。

背景技术

目前，随着现代粉末冶金工艺和高性能粉末冶金材料的研制以及球栅阵列封装、金属注射成型、热喷涂、金属快速成型3D打印等先进制备技术的发展都对金属粉末提出了更为苛刻的要求，如粉末粒径大小及均匀性、流动性等等。现在，适用于这些先进制备技术的粉末市场与技术大部分都为国外粉末制品公司所垄断，如钛合金粉、铝合金粉、镁合金粉、不锈钢粉等等，而且，其售价高达常规粉末冶金要求粉末的5倍以上。昂贵的国外原料和国内粉末制备技术的落后，阻碍了这些先进制备技术在国内的快速发展，所以，发展粉末制备相关技术依然迫切需求。

纵观粉末制备技术，气雾化制粉仍然是大批量制取高质量金属粉末的主要工艺方法之一。气雾化制粉就是利用高速压缩气流冲击熔融金属或合金流，将其碎裂的过程。而雾化喷嘴结构直接关系到雾化过程、粉末性能及生产效率，因此，喷嘴结构上的改良与创新对于雾化制粉的发展意义深远。

Laval超音速喷嘴是现行最常用的气雾化喷嘴形式，它主要能使喷嘴获得超音速气流，这有利于粉末的细化。

中国专利CN 201807737 U公布了一种用于制备金属粉末的雾化喷嘴，包括进气管、上盖、下盖、导液管。上盖沿铅垂方向自上而下压合于下盖上。下盖的横向中心部位沿铅垂方向的下端沿与上盖之间设置成拉瓦尔型环缝。进气管与拉瓦尔型环缝相连通。导液管于上盖横向中心部位穿过上盖后进入拉瓦尔型环缝围成的区域。导液管内腔横截面呈圆形。在平行于铅垂方向的截面上，拉瓦尔型环缝所喷射的气流束的方向与从导液管中流出的金属液流柱之间的夹角a为0～10°。

国内现在还有较多收缩型或者laval型的环孔或环缝喷嘴，但是包括上述引用专利在内的这些雾化喷嘴的雾化效率较低，雾化颗粒的直径较大，且粒径分布较宽。

而具有Hartmann共振管结构的超音速喷嘴主要能使雾化气流得到稳定的压力振动，这有利于粉末粒径均匀性提高。所以，本专利设想喷嘴结构能两相结合，从理论上可以制备出粒径较细，均匀性较好的高质量粉末颗粒。但是从已查阅的国内外研究报告来看，还未见同时具备这两种结构的喷嘴样式。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种雾化效率高、雾化颗粒较小、雾化颗粒粒径分布较窄的二级laval与hartmann结构融合的超音速雾化喷嘴。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种二级laval与hartmann结构融合的超音速雾化喷嘴，包括导液腔，导液腔的下方设有喷嘴口，导液腔的周围环绕有环形高压进气腔，在高压进气腔内侧壁上开设有进气通道，高压进气腔通过进气通道与喷嘴口连通，所述进气通道为由入口导管、出口导管、一级共振管及二级共振管连通形成的十字交叉的hartmann双级共振管结构，其中入口导管与一级共振管位于同于一直线上，出口导管与二级共振管位于同一直线上，且一级共振管与二级共振管的末端封闭，所述入口导管与出口导管均为具有laval管特征的变径通道。

所述入口导管从入口端沿气流方向先收缩成一级喉部，再沿气流方向，从一级喉部扩张至四管的连通处，所述出口导管从四管的连通处沿气流方向先收缩成二级喉部，再沿气流方向，从二级喉部扩张至出口端。

所述入口导管、出口导管、一级共振管或二级共振管为截面呈圆形或方形的孔状结构；所述一级共振管与二级共振管均为等孔径通道，且所述一级共振管与二级共振管孔径相等；

所述入口导管扩张后端的孔径与一级共振管孔径相等，为一级喉部处孔径的1.3～2倍；

所述出口导管收缩前端的孔径与二级共振管孔径相等，所述出口导管的出口端的孔径为一级喉部孔径的1.15-1.57倍；

所述二级喉部孔径为一级喉部孔径的1.1倍。

所述入口导管收缩部分的锥度为40～90°，扩张部分的锥度为5～30°；

所述出口导管收缩部分的锥度为5～30°，扩张部分的锥度为43～62°。

所述一级共振管的长度与二级共振管的长度相等，且长度取为一级喉部直径的1.47-2.89倍。

所述入口导管与一级共振管的方向倾斜向上，且入口导管位于下侧，所述出口导管与二级共振管的方向倾斜向下，且出口导管位于下侧，所述入口导管的中心线与出口导管的中心线垂直。

所述出口导管的中心线与导液腔中心线之间的夹角为20～35°。