[发明专利]一种结构参数可调的超音速雾化喷嘴

说明书

技术领域

本发明属于惰性气体雾化法制备微细粉末技术领域，具体涉及一种结构参数可调的超音速雾化喷嘴。

背景技术

气体雾化法是生产金属及合金粉末的主要方法。生产雾化粉末具有球形度高、粉末粒度可控、氧含量低及适应多种金属及合金粉末的生产等优点，已成为高性能金属及合金粉末制备技术的主要发展方向。

气体雾化的基本原理是利用高速惰性气流冲击金属液流，将其粉碎成小熔滴，并冷却、凝固成粉末的过程。气体雾化的核心是将气流的动能最大限度的转化为雾化熔滴表面能，因此设计结构合理的喷嘴是获得良好雾化效果的前提。美国专利P5228620公开了一种限制式紧耦合喷嘴，限制式紧耦合喷嘴的主要结构形式见图1。由于该喷嘴中气体射流与金属液相互作用的距离短，提高了惰性气体能量利用效率，可以生产尺寸更细小的粉末，其缺点是由于导流管内径较小且金属在导流管中的流动距离大造成熔融金属凝固堵塞导流管使雾化中止。Mi(J.Mietal,Metal.Mater.Trans.B,1997,28:935)等通过数值计算方法研究了限制式喷嘴中导流管突出长度h对气体流场的作用，认为导流管顶端的抽吸效应随着突出长度增大而增大，抽吸压强的增大可以在一定程度上降低喷嘴堵管的可能。(A.Int.J.PowderMetal.,1990,26:11)研究了气体、金属质量流率以及气体速度等因素对雾化液滴粒径的影响规律，结果表明增大雾化压强P₀和气体质量流率G都可以降低雾化金属粉末的质量中径d₅₀。由于不同金属的雾化对工艺参数的要求不一致，针对不同雾化对象需要不同雾化参数，而上述专利涉及喷嘴由于结构局限性很难实现气体质量流量以及导流管突出长度的灵活调整，降低了雾化喷嘴的通用性。

发明内容

为了提高喷嘴对各种金属雾化的通用性，本发明提供一种结构参数可调的超音速雾化喷嘴，可以根据雾化金属的不同灵活选择喷嘴的结构参数。

实现本发明的技术方案如下：

一种结构参数可调的超音速雾化喷嘴，包括上模、下模、导流管衬套、以及导流管；其中上、下模通过紧固螺栓连接，下模开有两个共轴的高压雾化气体入口；导流管衬套贯穿上、下模并通过内紧外胀式胀套与上模固定；导流管衬套下部与下模两者配合形成两个气流出口；所述导流管衬套的下部为锥台状，下模配合部分壁面曲线形状为Laval型，所述气流出口为半Laval环缝型；导流管位于导流管衬套内，且贯穿导流管衬套。

本发明导流管衬套与下模配合形成喷嘴的出气口气动外形，且可以通过松开胀套上的螺母调整两者之间的相对位置，通过调整导流管衬套与导流管以及下模之间相互位置，可以改变导流管的突出长度h和喷嘴出气口截面积A_*，喷嘴可以实现在相同雾化压力下获得不同的气体质量流率和抽吸压强，满足不同金属的雾化需求。

进一步地，本发明导流管突出长度h在1～8mm内调整，出气口宽度d₀在0.2～1.0mm内调整，导流管衬套的锥顶角β为0～45°。

本发明提出的可以灵活调整结构参数的柔性超音速雾化喷嘴，可以根据雾化金属的不同灵活选择喷嘴的结构参数，显著提高雾化喷嘴的通用性。具有如下的有益效果：

(1)通过调整导流管衬套的相对位置可以利用一套喷嘴获得不同气体质量流率，能够提高喷嘴对各种金属雾化的通用性。同时雾化喷嘴的出气口采用半Laval型结构，该结构在加速气流速度，获得超音速雾化气流的同时可以保证在改变导流管衬套相对位置时只改变喷嘴的出气口的大小而不改变其气动外形。

(2)导流管与其衬套采用分体式设计，导流管衬套与下模形成雾化气体出口的气动外形。分体式设计除了可以调整两者之间相对位置外，可以在雾化不同金属时选取不同导流管，防止对金属造成污染。同时雾化完成后导流管清理重复利用过程中，采用分体式设计可以使保护衬套的气动外形免遭破坏。

附图说明

图1是限制式紧耦合雾化喷嘴结构示意图。

图2是超音速柔性雾化喷嘴结构示意图。

图3是雾化金属粉末粒径分布曲线。

其中，1为气流出口，2为导流管，3为紧固螺栓，4为上模，5为雾化气体入口，6为雾化气体出口，7为下模，8为导流管衬套，9为胀套，10为导流管。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：